книги из ГПНТБ / Грудинский, П. Г. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций

это значение, есть основания для тревоги, для предположения о каком-либо ненормальном отклонении. Однако никак нельзя считать, что при температуре ниже 95 °С для охлаждения М и Д и ниже 75° С для ДЦ может быть допущена большая перегрузка, чем при­ веденная на графиках нагрузочной способности. При кратковременных значительных перегрузках масло может еще не нагреться до указан­ ных значений температур, а температура наиболее нагретых точек обмоток превысит допустимое значение.

11-2. Параллельная работа трансформаторов. Включение их и отключение

При параллельной работе трансформаторов необходимо соблюде­ ние следующих условий:

группы соединений обмоток должны быть тождественны, коэффи­ циенты трансформации и напряжение к. з. равны. Не рекомендуется включать на параллельную работу трансформаторы с отношением но­ минальных мощностей, превышающих 3.

Нарушение этих условий влечет за собой протекание между транс­ форматорами уравнительных токов, вследствие чего нарушается рас­ пределение нагрузки пропорционально номинальным мощностям транс­ форматоров. Допускается параллельная работа с отступлениями от требований равенства коэффициентов трансформации и напряжений к. з., при которых ни одна обмотка не нагружается током выше номи­ нального. Это условие распространяется на параллельную работу двух- и трехобмоточных трансформаторов как друг с другом, так и между собой.

Нарушение требования тождественности групп соединений обмо­ ток вызывает, в лучшем случае, расхождение векторов напряжений на 30°, что влечет за собой протекание уравнительных токов, в 3—5 раз превышающих номинальные токи обмоток.

Трансформаторы, относящиеся к группам 0, 4, 8 и к группам 6, 10, 12, не могут работать параллельно; не могут работать параллельно трансформаторы с четными группами соединений с трансформаторами, имеющими нечетные группы соединений. Перед включением на парал­ лельную работу трансформаторы нужно сфазировать.

Неравенство коэффициентов трансформации приводит к появлению уравнительных токов, величину которых можно определить, представив себе, что трансформаторы, предназначаемые для параллельной работы, включены с первичной стороны на общее напряжение. Если два транс­ форматора имеют коэффициенты трансформации йт1 и krU, то на вторич­

ных обмотках появляется разность напряжений В:

A£/ = t/2l — t/a II=(fe Tl — * т11) t/ ,.

Уравнительный ток А будет равен:

AU

( 11-2)

где гт1 и zTlI — полные сопротивления обмоток трансформаторов, Ом. Эти сопротивления, Ом, можно определить по известным напряжениям

к. з. по формуле zT = V * J ; r UK , рДе Люи и ^ном — номинальные

1иис/цфМ

401

4,5%. Из выражения (11-3) можно найти, что при загрузке второго трансформатора до номинальной его мощности первый трансформатор

будет загружен до 1,02 номинальной мощности

Коэффициенты мощности нагрузки у обоих трансформаторов будут при­ мерно одинаковы, так как отношение мощностей их не превышает 3.

Следует отметить, что отклонения от распределения нагрузок, пропорционального номинальным мощностям для трансформаторов, выполненных по ГОСТ 401-41 и ГОСТ 11677-65, могут быть и при рав­ ных номинальных мощностях трансформаторов. Так, например, транс­ форматоры номинальной мощностью в 100 кВ • А напряжением 10 кВ имеют мк [ — 5,5% и ик ] 1= 4,5%, т. е. и в этом случае трансформатор,

соответствующий требованиям ГОСТ 401-41, будет загружен на 82% при нагрузке трансформатора, соответствующего ГОСТ 11677-65 на 100% номинальной мощности.

Включение и отключение трансформаторов. При вклю­ чении трансформатора возникает переходный процесс, свя­ занный с изменением магнитного потока от начального состояния до установившегося. Перед включением магнит­ ный поток может быть равен нулю или остаточному маг­ нитному потоку, который может иметь любой знак в зависи­ мости от направления поля при отключении трансформатора. По величине остаточный поток может достигать половины значения нормального потока.

При включении трансформатора без нагрузки магнит­ ный поток в сердечнике можно рассматривать как сумму трех потоков: установившегося, остаточного и переходного. Величина переходного потока зависит от мгновенного значения напряжения в момент включения и от величины остаточного потока. В наиболее благоприятном случае с первого же момента включения переходного потока не возникает. Наиболее резко переходный поток выявляется при большом остаточном потоке, противоположном по знаку потоку, возникшему в момент включения. В этом случае амплитуда суммарного потока в переходном режиме может достигнуть 2,5-кратного значения амплитуды уста­ новившегося потока примерно через половину периода после включения.

При насыщенном сердечнике намагничивающий ток определяется кривой намагничивания и 2,5-кратное уве­

в100 раз и более по сравнению с нормальным значением.

Внормальных условиях установившегося режима намаг­ ничивающий ток составляет несколько процентов номиналь­

ного тока, в переходном режиме намагничивающий ток

4 0 3

может быть значительно больше номинального тока. Про­ должительность переходного режима невелика и не пре­ восходит нескольких периодов, так как остаточный и переходный магнитный потоки быстро спадают с постоянной времени, пропорциональной отношению rIL.

между витками первичной обмотки, подобные усилиям при к. з. Этот бросок может воздействовать и на релейную защиту трансформаторов и при неточной регулировке вызвать ее ложную работу. Чем больше номинальная мощ­ ность трансформатора, и чем меньше сопротивление цепи между ним и источником напряжения, тем ощутимее ска­ зывается включение трансформатора.

Как правило, в нормальных условиях трансформатор включается «толчком» на полное напряжение сети со сто­ роны питания. Поэтому быстродействующая защита от токов должна быть отстроена от толчка тока намагничи­ вания. Газовая защита (если она имеется) должна быть включена с действием на отключение.

Последовательность включения и отключения обмоток трансформатора зависит от схемы трансформаторной уста­ новки, от схемы сети и от типа коммутационной аппаратуры трансформатора.

Наиболее простым случаем является включение и отклю­ чение одиночного трансформатора. Возможны два случая:

со стороны питания установлен коммутационный аппа­ рат, предназначенный отключать токи нагрузки трансфор­ матора (выключатель или выключатель нагрузки);

со стороны питания установлен аппарат, могущий отклю­ чать токи х. х. трансформатора. В обоих случаях на вторич­ ной стороне трансформатора должен быть установлен аппарат, способный отключать токи нагрузки. При вклю­ чении целесообразен следующий порядок включения: транс­ форматор включается со стороны питания на х. х., затем аппаратом на вторичной стороне включается нагрузка; отключение производится в обратном порядке.

Хотя для первого случая порядок операций мог бы быть и изменен, в целях единообразия целесообразно считать нормальным описанный выше порядок, тем более что при последовательности включения сначала трансфор­

4 0 4

матор, потом нагрузка быстрее устанавливается место неисправности при неудачном включении.

При работе трансформатора параллельно с другими трансформаторами целесообразно принять такой же порядок включения и отключения, как и для одиночного трансфор­ матора: включать со стороны питания на х. х., затем включать нагрузку, а отключать в обратной последова­ тельности, исходя из соображений единообразия порядка операций. Следует отметить, что при включении трансфор­ матора под напряжение со вторичной стороны толчок тока намагничивания меньше, чем при включении с пер­ вичной стороны. Но при таком порядке ток включения ново­ го трансформатора наложится на нагрузку уже работаю­ щего, что повысит опасность ложного действия защиты.

Описанный порядок включения целесообразно прини­ мать также для трехобмоточных трансформаторов и для трехобмоточных автотрансформаторов.

11-3. Особенности работы трехобмоточных трансформаторов и. трансформаторов с расщепленной обмоткой

Одним из параметров,-интересующих персонал, эксплуатирующий трехобмоточные трансформаторы, является напряжение к. з. Это на­ пряжение зависит от расположения обмоток на стержне, которое может быть выполнено в последовательности НН—СН—ВН и СН—НН—ВН, считая от стержня. Для трансформаторов 110 кВ при первом варианте расположения напряжение к. з. равно 10,5 и 17%, для обмоток ВН—СН и ВН—НН при втором — 17 и 10,5% соответственно; для СН—НН оно для всех расположений равно 6%. Для трансформаторов 220 кВ применяется только одно расположение обмотки, при котором напряже­ ния к.з. равны: 12,5 и 20—24% для ВН—СН и ВН—Н Н .дляСН —НН 6,5— 10,5%. Большие цифры относятся к мощности 63 мВ-А.

Мощность всех трех обмоток обычно одинакова, в редких случаях одна цз обмоток СН и НН может иметь меньшую мощность — 67%. За номинальную мощность трехобмоточного трансформатора прини­ мается мощность его наиболее мощной обмотки.

Для трехобмоточных трансформаторов наибольшие потери к. з. по­ лучаются при 100%-ной нагрузке двух обмоток ВН—СН или ВН—НН. При любом трехобмоточном режиме, когда обмотка ВН нагружена не более чем на 100% и арифметическая сумма нагрузок обмоток СН и НН не превышает нагрузку обмотки ВН, потери не превышают потерь 100%-ного двухобмоточного режима. Допускаемые перегрузки для трехобмоточных трансформаторов определяются по его наиболее на­ груженной обмотке. Каких-либо дополнительных перегрузок за счет недогрузки одной из других обмоток, как правило, не допускается. Порядок определения допустимой перегрузки такой же, как и для двухобмоточных трансформаторов.

Частным случаем трехобмоточных трансформаторов являются транс­ форматоры с расщепленными обмотками. Трехфазные трансформаторы

4 0 5

напряжением ПО и 220 кВ мощностью 25—80 МВ-А включительно изготовляются с двумя обмотками 6— 10 кВ, мощность каждой из ко­ торых равна 50% мощности обмотки высшего напряжения. Трансфор­ маторы с расщепленными обмотками применяются для снижения токов к. з. в распределительных сетях 6— 10 кВ. Расщепленные обмотки при этом работают раздельно, каждая на свой участок сети. Индуктивное сопротивление для одной обмотки в 2 раза выше, чем при параллель­ ной работе двух расщепленных обмоток. Обе расщепленные обмотки имеют одинаковые сопротивления, одинаковую группу соединений 11, обе соединены в треугольники. Каждая из расщепленных обмоток мо­ жет быть нагружена до своей номинальной мощности (50% номиналь­ ной мощности трансформатора) при полностью нагруженной второй обмотке. Для трансформаторов с расщепленными обмотками допу­ скаются такие же перегрузки каждой из обмоток в отдельности, как и для трансформаторов с нерасщепленными обмотками. Допустимые нагрузки определяются по отношению к номинальной мощности об­ мотки. При разгрузке одной из расщепленных обмоток допустимая перегрузка второй остается без изменения.

Если к одной из расщепленных обмоток присоединены генераторы или синхронные компенсаторы, то на ток к. з. за другой расщепленной обмоткой оказывает влияние сопротивление между расщепленными об­ мотками. Это сопротивление в 4 раза больше «сквозного» сопротивле­ ния, т. е. сопротивления от обмотки ВН к НН.

Трансформаторы с расщепленными обмотками выполняются с регу­ лированием под нагрузкой на стороне высокого напряжения, так что напряжение регулируется одновременно на обоих расщепленных об­ мотках.

Трансформаторы с расщеплением обмоток применяются в каче­ стве повышающих трансформаторов для мощных укрупненных энерго­ блоков, когда два (а иногда три) генератора работают на общий транс­ форматор, каждый через отдельную обмотку. Все сказанное выше о сопротивлениях трансформатора между обмотками и о перегрузке обмоток относится также и к повышающим трансформаторам с рас­ щепленными обмотками.

11-4. Особенности работы автотрансформаторов

Автотрансформаторы за последние 15 лет получили широкое при­ менение в Советском Союзе в тех случаях, когда требуется обеспечить связь между сетями разного напряжения при напряжениях сетей ПО кВ и выше. Использование автотрансформаторов в этих случаях дает существенную экономию в стоимости и в потерях энергии по сравнению с применением трансформаторов.

Конструктивная схема трехобмоточного автотрансформатора представлена на рис. 11-1, а. Обмотки обозначены буквами ВН, СН, НН, а также цифрами /, 2, 3 соответственно. Изображенное на рис. 11-1, а расположение обмоток (первая от магнитопровода — НН, за­

у которых обмотка НН расположена между СН и ВН.

Обозначение обмоток буквами ВН,СН,НН применяется трансфор­ маторными заводами: в учебной литературе чаще используются цифро­ вые обозначения 1, 2, 3. В данном разделе будут применяться и те и другие, причем буквенные обозначения будут относиться к вводам

4 0 6

автотрансформатора, к токам и мощностям на вводах, цифровые —

ктокам и мощностям обмоток.

Уавтотрансформаторов очень высокого напряжения ввод ВН вы­ полняется обычно в середине обмотки (рис. 11-1, а), что облегчает изо-

Рис. 11-1. Конструктивная (а) и электрическая (б) схе­ мы автотрансформаторов.

ляцию этой обмотки о.т магнитопровода. Обмотка ВН состоит из двух частей с одинаковым числом витков wJt намотанных в противоположные стороны и соединенных параллельно (рис. 11-1, б). М. д. с. такой об­ мотки равна м. д. с. одинарной обмотки с тем же числом витков w,

1 и 2 и о равенстве мощностей на вводах ВН и СН, что естественно, а выражение (11-6) также и о том, что мощность на вводе СН равна сумме двух мощностей.: мощности /2^СН’ постУпившей из обмотки 2

407

вследствие наличия трансформаторной связи между обмотками 1 и 2. и мощности I,Ucn, поступившей из обмотки 1 из-за наличия электри­

ческой связи между теми же обмотками.

Из выражений (11-5) и (11-6) можно получить соотношение между мощностями на вводах автотрансформатора и мощностями обмоток (для автотрансформаторного режима)

Выражение справедливо для всех нагрузок, но написано для номи­ нальных условий. Оно означает, что расчетная (типовая) мощность обмоток автотрансформатора составляет только часть номинальной мощности автотрансформатора (на вводах ВН и СН). Коэффициент йт.м может быть назван коэффициентом типовой мощности автотран­ сформатора (в учебной литературе он иногда носит название «коэф­ фициента выгодности»).

Все сказанное справедливо как .для понижающего (сплошные

Выгоды от применения автотрансформатора по сравнению с транс­ форматором той же мощности не исчерпываются тем, что расчетная мощ­ ность обмоток автотрансформатора меньше в 1/йт.м раз. По сравне­ нию с трансформатором у автотрансформатора меньше: стоимость, потери энергии, масса, габарит, намагничивающий ток и потребление реактивной мощности. Для тех случаев, когда можно применять авто­ трансформаторы, трансформаторы не изготовляются и выпуск таких трансформаторов ГОСТ не предусматривается.

Отметим, что автотрансформаторы могут работать только в сетях с заземленными нейтралями, причем нейтраль автотрансформатора должна быть всегда глухо заземлена. В противном случае создаются опасные условия для изоляции автотрансформатора. Но и при глухо заземленной нейтрали требуется защита изоляции разрядниками, уста­ навливаемыми в непосредственной близости от вводов ВН и СН.

Автотрансформатор снабжается третьей обмоткой номинального напряжения 6—35 кВ, соединяемой треугольником. Она необходима для замыкания третьих гармоник тока и может быть выполнена и для работы под нагрузкой. Автотрансформаторы, способные нести нагрузку в третьей обмотке, имеющей только трансформаторную связь с обмот­ ками 2 и /, получили название трехобмоточных автотрансформаторов.

Трехобмоточный автотрансформатор может работать в автотранс­ форматорном режиме, как рассмотрено выше, а также в трансформатор­ ном и смешанном режимах. Рассмотрим чисто трансформаторный режим работы автотрансформатора.

Отметим, что номинальная мощность третьей обмотки может быть или равна типовой мощности или меньше ее. В первом случае обмотки

4 0 8

I, 2, 3 выполняются на одинаковую мощность, как в обычном трех­ обмоточном трансформаторе. У мощных автотрансформаторов при не­ больших местных нагрузках мощность третьей обмотки целесообразно выбрать меньше типовой мощности и такие автотрансформаторы пре­ дусмотрены в ГОСТ. В анализе, проводимом дальше, предполагается, что все три обмотки имеют одинаковую мощность, равную ftT м S BH ном.

В чисто трансформаторном режиме нагружается один из вводов ВН или СН и ввод НН, режим может быть понижающим — обмотка НН выдает мощность в сеть НН (показана на рис. 11-3 сплошными стрелками) и повышающим — мощность поступает в обмотку НН из сети НН (показано пунктирными стрелками).

На рис. 11-3, а представлено распределение нагрузок для случая, когда в трансформаторном режиме участвуют вводы ВН и НН. Если

•третья обмотка загружена полностью (до типовой мощности), то мощ­ ность на вводе ВН равна также типовой, т. е. составляет ft 5 ВНном,

СН ВН

Рис. 11-3. Распределение мощностей в обмотках ВН и СН (а)

ив обмотках СН и НН (б) в чисто трансформаторных режимах.

амощность в обмотке / еще меньше — „^ннОбмотка 2 нагружена

обмотки 2 может быть больше или меньше нагрузки обмотки 1, но мощ­ ность всегда меньше типовой.

На рис. 11-3, б представлено распределение нагрузок для случая, когда в трансформаторном режиме участвуют СН и НН. При номиналь­ ной нагрузке обмотки 3 и ввода НН обмотка 2 загружена полностью, мощность равна типовой, а нагрузка на вводе СН меньше номинальной.

На последнее обстоятельство следует особенно обратить внимание: если вводСН будет нагружен полностью, то обмотка 2 окажется перегру­ женной. Во всех других рассмотренных выше режимах суждение о до­ пустимости режима можно вынести, зная нагрузки на вводах.

К смешанным режимам относятся такие, при которых нагружены все три ввода и все три обмотки. Такие режимы можно себе предста­ вить как наложение одного из автотрансформаторных режимов на один из трансформаторных. Всего возможны четыре варианта:

мощность поступает на ввод ВН и выдается со вводов СН и НН. Режим понижающий (стрелки сплошные) — совмещаются схемы рас­ пределения рис. 11-2 и 11-3, а;

мощность выдается со ввода ВН, поступая от вводов СН и НН. Режим повышающий (пунктирные стрелки на схемах рис. 11-2 и 11-3, а);

4 0 9

мощность поступает на ввод СН из сети и выдается со вводов ВН и НН. Режим для ввода ВН повышающий, для ввода НН понижающий. Совмещаются схемы распределения рис. 11-2 с пунктирными стрелками и рис. 11-3, б со сплошными стрелками;

мощность выдается со ввода СН, поступая от вводов НН и ВН. Режим в отношении ввода ВН понижающий, в отношении ввода НН повышающий, совмещаются схемы рис. 11-2 со сплошными стрелками и рис. 11-3, б с пунктирными стрелками.

Для первых двух вариантов нагрузка обмотки 2 при совмещении режимов снижается по сравнению с исходными схемами, так как на­

У современных автотрансформаторов для контроля загрузки об­ мотки 2 предусматривается трансформатор тока в нейтрали этой об­ мотки (встроенный). При отсутствии такого трансформатора (поставки прежних лет) или при предварительных расчетах для определения до­ пустимых нагрузок может быть использован график рис. 11-5. Этот график построен исходя из положения, что сумма мощностей от транс­ форматорного режима от ввода НН и доля от автотрансформаторного режима не должна превышать номинальную (типовую) мощность об­ мотки 2:

S H H + t* ВН ' ‘'ЯНОМ* ( 11-8)

График рис. 11-5 построен на примере автотрансформатора 500/110 кВ номинальной мощностью 250 МВ-А, при мощности третьей обмотки равной 100 МВ-А. При помощи графика решается следующая задача: определить предельно допустимую мощность на вводе СН и выдачу мощности на вводе ВН при заданной мощности обмотки НН.

На графике показаны решения задачи для двух вариантов нагру­ зок НН; номинальной — ЗцНном и отличной от номинальной — SHH. Рассмотрим первый случай.

410

I