2.5. Параллельная работа трансформаторов

В системах электроснабжения промышленных предприятий во многих случаях эксплуатации электрооборудования возникает необходимость парал­лельной работы трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов с нагрузками, пропорциональными их номинальным мощностям, возможна при следующих условиях:

- равенство первичных и вторичных напряжений (равенство коэффици­ентов трансформации в пределах допусков ГОСТа);

- равенство напряжений КЗ (в пределах допусков ГОСТа);

- тождественность групп соединения обмоток.

Трансформаторы должны допускать параллельную работу в следующих сочетаниях: двухобмоточных между собой, трехобмоточных между собой на всех трех обмотках, а также двухобмоточных с трехобмоточными, если экс­плуатирующей организацией предварительным расчетом установлено, что ни одна из обмоток параллельно соединенных трансформаторов не нагружается выше ее нагрузочной способности на тех ответвлениях и в тех режимах, в ко­торых предусматривается параллельная работа.

При включении на параллельную работу трансформаторов с различны­ми коэффициентами трансформации напряжения на зажимах их вторичных обмоток будут различными. Разность вторичных напряжений вызывает про­хождение уравнительных токов. Значение уравнительного тока может быть подсчитано по формуле

I_у = ∆U / (Z_К1 + Z_К2), (2.1)

где ∆U = U₁ – U₂ – разность вторичных напряжений трансформаторов; Z_К1 и Z_К2 – полные сопротивления КЗ первого и второго трансформаторов, опреде­ляемые по формуле

Z_К = (U_КЗ%U_ном) / 100I_ном, (2.2)

где U_КЗ% – напряжение КЗ.

Пример 1. Два трансформатора с разными значениями вторичных на­пряжений включаются на параллельную работу. Трансформаторы имеют следующие технические данные: S₁ = S₂ = 40 МВ∙А; U₁ = 10,5 кВ; U₂ = 10 кВ, U_к1 = U_к2 = 8,5 %; группы соединений обмоток У/Д-11. Определить уравни­тельный ток после включения трансформаторов на параллельную работу.

Решение. Номинальные токи трансформаторов

_

I₁ = (40∙10⁶)/(√3 ∙10500) = 2202 А;

_

I₂ = (40∙10⁶)/(√3 ∙10000) = 2312 А.

Полные сопротивления КЗ трансформаторов

Z_к1 = (8,5∙10500)/(100∙2202) = 0,405 Ом;

Z_к2 = (8,5∙10000)/(100∙2312) = 0,367 Ом.

Разность вторичных напряжений ∆U = 10500 – 10000 = 500 В. Уравнительный ток

I_у = 500/(0,405+0,367) = 647,6 А.

Уравнительные токи, загружая обмотки трансформаторов, увеличивают потери энергии и снижают суммарную мощность подстанции, поэтому про­хождение их недопустимо. Согласно ГОСТа у трансформаторов, включае­мых на параллельную работу, коэффициенты трансформации не должны от­личаться более чем на ± 0,5 %.

Различие в значениях напряжений КЗ трансформаторов, обуславливает распределение между ними общей нагрузки пропорционально их номиналь­ным мощностям и обратно пропорционально напряжениям КЗ:

S = S’₁ + S’₂ = (S_ном1/U_К1 + S_ном2/U_К2)U’_К, (2.3)

где S – общая нагрузка; S’₁ и S’₂ – реальные нагрузки трансформаторов; S_ном1 и S_ном2 – номинальные мощности трансформаторов; U_К1 и U_К2 – напряжения КЗ трансформаторов; U’_К эквивалентное напряжение КЗ параллельно вклю­ченных трансформаторов.

Из формулы (2.3) следует, что большую нагрузку примет на себя транс­форматор с меньшим значением напряжения КЗ.

Пример 2. На параллельную работу включается два трансформатора мощностью S_ном1 = S_ном2 = 40 МВ∙А, имеющих напряжения КЗ U_К1 = 8,5 %; U_К2 = 7,5 %. Суммарная нагрузка потребителей S = 80 МВ∙А. Определить распределение нагрузки между трансформаторами.

Решение. Эквивалентное напряжение КЗ

U’_К = S’ / (S_ном1/U_К1 + S_ном2/U_К2) = 80/(40/8,5 + 40/7,5) = 7,97%;

нагрузки трансформаторов

S’₁ = (S_ном1/U_К1)∙U’_К = (40∙7,97)/8,5 = 37,5 MB∙А,

S’₂ = (S_ном2/U_К2)∙U’_К = (40∙7,97)/7,5 = 42,5 MB∙А.

Наилучшее использование установленной мощности трансформаторов может быть только при равенстве напряжений КЗ. Однако в эксплуатации допускается включение на параллельную работу трансформаторов с откло­нением напряжений КЗ от их среднего значения, но не более чем на ± 10 %. Это допущение связано с возможным отступлением (в пределах производст­венных допусков) при изготовлении трансформаторов в размерах обмоток, влияющий на U_К.

Не рекомендуется включение на параллельную работу трансформаторов с отношением номинальных мощностей более трех. Объясняется это тем, что даже при небольших эксплуатационных перегрузках трансформатора мень­шей мощности может оказаться сильно перегруженным в процентном отно­шении и, особенно в том случае, если он имеет меньшее U_К.

Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным груп­пам соединений, невозможна по той причине, что между их вторичными об­мотками возникает напряжение, обусловленное углом сдвига φ между векто­рами вторичных напряжений.

Уравнительный ток I_у2 определяется по формуле

I_у2 = 200sin(φ/2) / (U_К1/I_ном1+U_К2/I_ном2), (2.4)

где φ – угол сдвига векторных вторичных напряжений трансформаторов; I_ном1 и I_ном2 – номинальные токи первого и второго трансформаторов.

Пример 3. Определить уравнительный ток, предположив, что на парал­лельную работу были ошибочно включены два трансформатора, имеющих одинаковые технически данные (I_ном1 = I_ном2 = I_ном; U_К1 = U_К2 = U_К), при нали­чии сдвига векторов линейных напряжений вторичных обмоток на угол 60° (например, при группах соединений Y/Д-11 и Y/Д-1).

Решение. Уравнительный ток будет иметь значение

I_у2 = (200∙0,5) / (2U_К / I_ном) = (50/U_К)∙I_ном.

Если предположить, что U_К = 7,5, то уравнительный ток достигнет почти семикратного номинального значения. Поэтому параллельная работа транс­форматоров с разными группами соединений обмоток невозможна.