Режимы работы автотрансформаторов

Для автотрансформаторов характерны три рабочих режима: автотрансформаторный, трансформаторный и комбинированный (трансформаторно – автотрансформаторный).

Распределение токов по обмоткам в этих режимах работы рассмотрим на конкретном примере.

Возьмем автотрансформатор с номинальной мощностью S _Н = 125 МВА, с высшим напряжением U _ВН = 220 кВ; средним напряжением U_СН = 110 кВ и низшим напряжением U _НН = 11 кВ. При этом коэффициент трансформации

,

коэффициент выгодности

типовая мощность

S _ТИП = S _Н × a = 125 × 0,5 = 62,5 МВА,

линейные номинальные токи:

;

Рассмотрим работу автотрансформатора при всех режимах его работы.

Автотрансформаторный режим

В этом режиме автотрансформатор подключен к источнику питания через обмотку высшего напряжения, а потребители подключены к обмотке среднего напряжения, обмотка низшего напряжения отключена, т.е. мощность в автотрансформаторном режиме передается от обмотки ВН к обмотке СН при отключенной обмотке НН (рис. 2.30).

В данном режиме автотрансформатор может передавать всю номинальную мощность 125 МВА, хотя его обмотки и сердечник рассчитаны и фактически будут загружены только типовой мощностью 62,5 МВА, при этом ток в последовательной (П) обмотке равен I _П = I _ВН = 328,4 А, а ток в общей (О) обмотке

I _О = I _СН – I _ВН = 656,8 – 328,4 = 328,4 А.

Мощности, передаваемые последовательной и общей обмотками:

S _ТИП = S _П = I _П (U _ВН – U _СН) = ·328,4 (220 – 110) = 62,5 МВА;

S _О = I ₀ U _СН = ·328,4·10 = 62,5 МВА.

Таким образом, энергия из сети высшего напряжения передается при автотрансформаторном режиме только в сеть среднего напряжения электрическим путем через последовательную обмотку и электромагнитным путем через общую обмотку.

Трансформаторный режим

Мощность в этом режиме передается от обмотки ВН к обмотке НН при отключенной обмотке СН (рис. 2.31).

В данном режиме возможна передача только типовой мощности, поэтому ток в обмотке высшего напряжения равен

Ток в последовательной обмотке равен току в обмотке высшего напряжения:

I _П = I _ВН = 164,2 А;

ток в общей обмотке равен разности между токами в обмотках среднего и высшего напряжений. Так как ток в обмотке среднего напряжения отсутствует, то I ₀ равен 164,2 А. Знак минус показывает, что ток направлен от начала к концу обмотки.

Ток в обмотке низшего напряжения определяется типовой мощностью автотрансформатора, равной 62,5 МВА,

А.

Проходная и электрическая мощности равны:

S _П =   I _ВН (U _ВН – U _СН) = ×164,2 × 220 = 62,5 МВА;

S _Э = U _СН I _ВН = 0.

Таким образом, энергия из сети высшего напряжения передается при трансформаторном режиме только в сеть низшего электромагнитным путем.

Комбинированный режим

Мощность передается от обмотки ВН к обмоткам СН и НН. Этот режим работы автотрансформатора представляет наибольший интерес. Распределение токов при передаче номинальной мощности из сети 220 кВ одновременно в сети СН и НН представлено на рис. 2.32.

Если передаваемая мощность распределяется поровну между обмотками СН и НН, т.е. по 62,5 МВА, то линейные токи равны:

I _ВН = 328,4 А;

I _СН = 328,4 А;

I _О = I _СН – I _ВН = 0,

Хотя ток в общей обмотке равен нулю, мощность на стороне СН выдается в сеть. Ток   в обмотке НН определяется типовой мощностью:

S _НН = I _НН U _НН = × 3284 × 11 = 62,5 МВА,

поэтому                           А.

Электрическая и типовая мощности:

S _Э = U _СН I _СН = ×110×328,4 = 62,5 МВА;

S _ТИП = I _ВН (U _ВН – U _СН) = × 328,4 (220 – 110) = 62,5 МВА.

Если ток в обмотке ВН достиг номинального значения, то дальнейшее возрастание нагрузки СН должно сопровождаться снижением нагрузки НН и наоборот. Перераспределение нагрузок между обмотками СН и НН производится персоналом согласно местным инструкциям, при этом пользуются таблицами и графиками.

На рис. 2.33 показано семейство кривых для определения нагрузок автотрансформатора, работающего при номинальной нагрузке обмотки ВН в комбинированном режиме работы.

Соотношение мощностей обмоток зависит от нагрузки и выражается формулой

,

где S ₂, S ₃ – относительные мощности в обмотках СН и НН, соответственно, выраженные в долях номинальной мощности,  и ;

j₂ j₃ – углы сдвига фаз токов обмоток СН и НН в зависимости от напря-

             жения обмотки ВН.