Параллельная работа трансформаторов

На повышающих и понижающих трансформаторных подстанциях обычно несколько трансформаторов включаются на параллельную работу для:

1. Повышения надёжности электроснабжения;

2. Создания резерва на случай аварии или ремонта;

3. Уменьшения потерь энергии в периоды малых нагрузок подстанции путём отключения части работающих трансформаторов.

Для достижения наилучших условий работы трансформатора необходимо, чтобы:

1. Общая нагрузка подстанции распределялась между параллельно работающими трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям;

2. В трансформаторах не возникало уравнительных токов, не было бросков тока;

3. Перед первым включением трансформаторов на параллельную работу необходимо проверить их фазировку, т.е. убедиться в том, что на одну и туже шину включены такие фазы трансформатора, напряжения которых совпадают по фазе

Исходя из этого, необходимые условия включения трансформаторов на параллельную работу:

1. Равенство коэффициентов трансформации:

; (2.131)

или

, (2.132)

где n – число трансформаторов, включаемых на параллельную работу

2. Одинаковые группы соединения трансформаторов;

3. Равные номинальные напряжения к.з.:

. (2.133)

Если эти условия не выполняются, то в обмотках начинают протекать уравнительные токи, которые, если даже невелики и не приводят к аварии, вызывают неравномерную нагрузку трансформаторов, а также излишние потери и нагрев обмоток.

Схема включения на параллельную работу на рис. 2.67.

Первичные обмотки трансформаторов подключаются параллельно на общую сеть, а вторичные – к нагрузке выключателем .

Покажем необходимость выполнения всех условий включения.

1. Равенство коэффициентов трансформации.

Если не выполняется это условие, т.е.

, (2.134)

то

. (2.135)

Так как трансформаторы подключаются на общую сеть, то

. (2.136)

Тогда

, (2.137)

. (2.138)

Следовательно, в замкнутом контуре вторичных обмоток действует разность ЭДС:

. (2.139)

Под действием ЭДС возникает уравнительный ток (рис. 2.68):

. (2.140)

Этот уравнительный ток имеет во вторичных обмотках трансформатора различные относительно действующих в них ЭДС направления: первый трансформатор отдаёт уравнительный ток, второй – потребляет. Падения напряжения, вызываемые уравнительными токами в обмотках, выравнивают вторичные напряжения обмоток. Уравнительные токи протекают по обмоткам даже в режиме х.х. При включении нагрузки в трансформаторе протекают токи нагрузки I_нг_I = I_нг_II = I_нг. Складываясь с ними, уравнительные токи вызывают неравенство результирующих токов I₂_I I₂_II и неравномерную нагрузку трансформатора (рис. 2.69):

Таким образом, трансформатор с меньшим коэффициентом трансформации перегружается, с большим – недогружается. Нормальной работы на общую нагрузку не получается. ГОСТ допускает разницу коэффициентов трансформации не более 1%.

2. Одинаковые группы соединения трансформаторов.

Допустим, на параллельную работу включены 2 трансформатора со следующими группами:

Тогда вторичные ЭДС соответствующих фаз этих трансформаторов будут равны по величине и сдвинуты на 60° (рис. 2.70). Из-за сдвига этих векторов по фазе образуется разница ЭДС, под действием которой протекает уравнительный ток:

(2.141)

Уравнительный ток в этом случае: , т.е. наличие такого уравнительного тока в обмотке равносильно режиму короткого замыкания. Таким образом, включение на параллельную работу трансформаторов с разными группами соединения крайне опасно и недопустимо по требованиям ГОСТ.

3. Одинаковые номинальные напряжения короткого замыкания.

Рассмотрим параллельную работу, когда включены 2 трансформатора с равными номинальными напряжениями короткого замыкания, с одинаковыми коэффициентами трансформации и группами соединения. Схема подключения на рис. 2.71.

Тогда

, (2.142)

где – комплексные сопротивления короткого замыкания первого и второго трансформаторов.

Тогда

. (2.143)

А поскольку , то

(2.144)

Умножим и разделим правую часть последнего уравнения на I_н1 :

(2.145)

Затем умножим и разделим правую и левую части на U_н:

(2.146)

Учтём, что

(2.147)

Тогда

(2.148)

Отсюда

(2.149)

Из этого выражения можно сделать вывод, что относительные полные мощности – т.е. относительная нагрузка – параллельно работающих трансформаторов обратно пропорциональны их напряжениям короткого замыкания. Если напряжения короткого замыкания параллельно работающих трансформаторов равны, то трансформаторы нагружены равномерно и при повышении нагрузки достигают номинальной мощности одновременно. Если же напряжения короткого замыкания не равны, то при повышении нагрузки номинальной мощности, прежде всего, достигает трансформатор с наименьшим напряжением короткого замыкания. Другие трансформаторы будут при этом ещё недогружены, и в то же время дальнейшее повышение нагрузки недопустимо, т.к. первый трансформатор будет перегружаться. Таким образом, установленная мощность трансформаторов останется недоиспользованной. Рекомендуется включать на параллельную работу такие трансформаторы, что разница их напряжений короткого замыкания:

, (2.150)

где n – число трансформаторов, работающих параллельно

При этом отношение номинальных мощностей должно быть в пределах: 1:3. Допустимые перегрузки трансформаторов нормируются ГОСТом.