Параллельная работа трансформаторов

 

В большинстве случаев трансформаторы работают индивидуально каждый на свои шины РУ, но предусматривается и их параллельная работа на одни и те же шины. Параллельной работой называют совместную работу трансформаторов на общую нагрузку.

Параллельная работа трансформаторов считается нормальной, если: во-первых, токи нагрузки совпадают по фазе, во-вторых, между ними отсутствуют уравнительные токи и, в-третьих, общая нагрузка распределяется пропорционально их номинальным мощностям.

Трансформаторы могут быть включены на параллельную работу при соблюдении четырех условий:

1. Номинальные первичные и вторичные напряжения трансформаторов должны быть соответственно равны: (U ₁₁ = U ₁₂ и U ₂₁ = U ₂₂), т.е. трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации (К _ТР1 = К _ТР2). Допускается разность коэффициентов трансформации не более ±0,5%.

2. Трансформаторы должны иметь одинаковые группы соединения обмоток.

3. Напряжения короткого замыкания U _кз% должны быть одинаковыми. Допускается отклонение от среднего значения U _кз% не более чем на ±10%.

4. Кроме того, не рекомендуется параллельная работа трансформаторов с отношением номинальных мощностей более чем три к одному.

В случае нарушения любого из первых двух условий через обмотки трансформаторов потечет уравнительный ток I _ур, возникающий в контуре, образованном вторичными обмотками трансформаторов, который по величине может даже превышать номинальные токи трансформаторов.

Рассмотрим случай нарушения первого условия включения трансформаторов на параллельную работу. Пусть на параллельную работу включены два трансформатора (рис. 2.19) с коэффициентами трансформации К_ТР1 и К_ТР2.

 

 

Тогда после подключения силового трансформатора в цепи, образованной вторичными обмотками трансформаторов Т ₁ и Т ₂ и соединяющими их шинами, будет протекать уравнительный ток, зависящий от разности вторичных напряжений трансформаторов

        (2.11)

где   U ₁₁ и U ₁₂ – напряжения, подаваемые к первичным обмоткам трансформа-

                     торов Т ₁ и Т ₂, соответственно;

U ₂₁ и U ₂₂ – напряжения на вторичных обмотках трансформаторов;

Z _ТР1 и Z _ТР2 – сопротивления вторичных обмоток трансформаторов.

При равенстве первичных напряжений трансформаторов U ₁₁ = U ₁₂ = U ₁ получим

.

Как видно из соотношения, чем больше отличаются коэффициенты трансформации друг от друга, тем больше I _УР. Поскольку сопротивление обмоток трансформатора носит в основном индуктивный характер, то уравнительный ток имеет большую индуктивную составляющую. Этот ток векторно складывается с током нагрузки.

Пример 1. Два трансформатора на ТП-35/6,3 кВ одинаковой мощности S ₁ = S ₂ = 10 МВА с разными значениями вторичных напряжений включены на параллельную работу: U ₂₁ = 6600 В; U ₂₂ = 6,3 кВ; U _К1% = U _К2 % = 8%; группы соединения обмоток Y/D–11. Определить максимальные токи нагрузки трансформаторов и величину уравнительного тока.

 ;       .

Решение. 1. Найдем нагрузочные вторичные токи трансформаторов:

А,

А.

2. Номинальный вторичный ток для этих трансформаторов определяется по номинальному току вторичной обмотки и равен I _НАГР.2.

3. Определим сопротивления обмоток трансформаторов:

;

 Ом.

4. Так как D U = 6,6 – 6,3 = 0,3 кВ, то уравнительный ток будет равен

 А.

Из примера видно, что при неравенстве вторичных напряжений трансформаторы будут загружаться уравнительным током даже в режиме холостого хода. При работе под нагрузкой уравнительный ток I _УР. векторно суммируется с током нагрузки:

; .

Уравнительный ток, загружая обмотки трансформаторов, увеличивает потери энергии в них и снижает суммарную мощность подстанции. Поэтому разность вторичных напряжений должна быть минимальной. Отклонение по К _тр допускается в пределах ±0,5% номинального значения.

Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным группам соединений обмоток, невозможна по той причине, что между вторичными обмотками одноименных фаз таких трансформаторов появляется разность напряжений Δ U, обусловленная углом сдвига d между векторами вторичных напряжений (рис. 2.20).

Уравнительный ток при сдвиге векторов на угол d определяется по формуле

,                                         (2.12)

где U _К1%, U _К2% – напряжения короткого замыкания первого и второго

                        трансформаторов;

I ₂₁ и I ₂₂ – номинальные токи первого и второго трансформаторов со-

                 ответственно.

Пример 2. На параллельную работу включены два трансформатора с одинаковыми номинальными токами I ₂₁ = I ₂₂ = I _Н и одинаковыми напряжениями короткого замыкания U _К1% = U _К2% = 6,5%, но при наличии сдвига векторов линейных напряжений вторичных обмоток на угол 60^о (например, группы соединения обмоток Y/D–11 и Y/D–1). Оценить величину уравнительного тока.

Решение. В этом случае уравнительный ток равен

.

Из полученного выражения видно, что при напряжении короткого замыкания равном 6,5% уравнительный ток достигает почти восьмикратного значения номинального тока для данных трансформаторов, а это равносильно короткому замыканию.

Группы соединения обмоток в ряде случаев могут быть изменены путем изменения маркировки выводов и соответственного присоединения к ним шин. В других случаях необходимо вскрытие трансформатора для изменения группы соединения его обмоток.

При несоблюдении третьего условия включения трансформаторов на параллельную работу (U _К1% ≠ U _К2%) распределение нагрузки между трансформаторами будет происходить неравномерно (т.е. не пропорционально их мощностям). Это объясняется тем, что между сопротивлением вторичной обмотки трансформатора Z_ТР и его U _К% существует пропорциональная зависимость:

,

где I _н и U _н – номинальные значения тока и напряжения во вторичных обмот-

                 ках трансформатора.

Пренебрегая активным сопротивлением обмотки, можно считать . Чем больше U _К%, тем больше X _тр и тем меньше соответствующий ток. При одинаковых U _К% сопротивления Z _ТР будут одинаковыми и их номинальные токи также будут равными.

Если два трансформатора номинальной мощности S ₁ и S ₂ имеют различные U _К1%, U _К2%, то распределение общей нагрузки S между ними определяется по формуле

,                (2.13)

где  и  – реальные нагрузки первого и второго трансформаторов;

  – эквивалентное напряжение короткого замыкания параллельно

            включенных трансформаторов.

Пример 3. Пусть на параллельную работу включены два трансформатора одинаковой мощности S ₁ = S ₂ = 10 МВА, но с разными напряжениями короткого замыкания U _К1% = 8%, U _К2% = 6,5%. Суммарная нагрузка объекта   S _å равна 20 МВА. Определить, как распределяется нагрузка между трансформаторами.

Решение. 1. Эквивалентное напряжение короткого замыкания

.

2. Реальные нагрузки трансформаторов будут равны:

;

.

Таким образом, при включении на параллельную работу нескольких трансформаторов с различными напряжениями короткого замыкания трансформатор с меньшим U _К% принимает на себя большую нагрузку.

На практике допускается включение на параллельную работу трансформаторов с отклонениями U _К% не более ±10%. Такое допущение связано с технологией изготовления трансформаторов, т.е. с отступлениями в размерах обмоток, влияющих на U _К%.