Включение трансформаторов на параллельную работу

Выполнение фазировки

Чтобы избежать появления короткого замыкания, на низшем выводе напряжения проводится фазировка. Если этот показатель в указанной точке не превышает 1000 В, применяется вольтметр. Его настраивают на соответствующий уровень напряжения.

Фазируемые обмотки соединяют. Это позволит получить замкнутый контур. Обмотки могут иметь заземленную нейтраль или выпускаться без нее. В первом случае контур замыкается через землю. Сопротивление между выводами замеряется. Результат сопоставляется с указанными производителем значениями.

https://youtube.com/watch?v=FpKEfAJx_c8

Если нейтраль в конструкции не предусмотрена, потребуется ставить последовательно перемычку между соответствующими выводами двух трансформаторов. Между ними замеряют напряжение. Чтобы обеспечить безопасную работу агрегатов, соединяют те выводы, между которыми при замере не было напряжения.

Рассмотрев особенности параллельного соединения трансформаторных устройств, а также условия и рекомендации по проведению этого процесса, можно обеспечить стабильную и безопасную работу системы. Это предоставляет массу преимуществ в процессе энергоснабжения потребителей электричеством.

В каких случаях нужен параллельный режим работы трансформаторов

Включение нескольких устройств преобразования электрической энергии преследует несколько целей:

  1. Повышение мощности преобразования.
  2. Увеличение надежности.
  3. Увеличение перегрузочной способности.
  4. Более рациональное использование свободного места.
  5. Снижение потерь при работе в периоды малой нагрузки.

Увеличение мощности потребителей требует соответственного увеличения  мощности трансформатора. Цель параллельного включения – возможность  не выполнять демонтаж и замену более слабого оборудования. В данном случае применяют дополнительную установку параллельно подключенного трансформатора. В  первом приближении можно считать, что допустимая мощность потребителей в таком случае удваивается.

Отдельная категория потребителей отличается высокими требования к надежности электропитания. В таком случае назначение дублирующих трансформаторов – возможность обеспечения питанием в случае выхода части преобразователей из строя.

Параллельное включение трансформаторов применяют также в том случае, когда установка одного более мощной конструкции не соответствует требованиям по габаритам. Часто проще установить несколько малогабаритных конструкций вместо одно более мощной.

Необходимость параллельной работы трансформаторов

Под параллельной работой двухобмоточных трансформаторов понимается работа трансформаторов (двух, трех или более) при параллельном соединении как первичных, так и вторичных обмоток.
Параллельная работа нескольких трансформаторов имеет ряд следующих технических и экономических преимуществ по сравнению с работой одного мощного трансформатора:
а)       надежность снабжения потребителей электроэнергией, так как выход из строя одного из трансформаторов не лишает потребителей энергии. Нагрузка выбывшего трансформатора может быть временно принята полностью или частично оставшимися трансформаторами;
б)      резервная мощность трансформаторов при их параллельном включении будет значительно меньшей, чем при питании потребителей от одного мощного трансформатора;
в)       в периоды снижения нагрузок (в течение суток или весеннего и летнего сезона) в энергетических системах — на повышающих, понижающих или на районных трансформаторных подстанциях,— часть трансформаторов может быть отключена, что обеспечит более экономичный режим работы подстанции за счет уменьшения потерь холостого хода трансформаторов и их загрузки на максимальный к. п. д.;
г)       Постепенное развитие подстанций. При подключении новых потребителей электрической энергии увеличение трансформаторной мощности может быть выполнено дополнительным включением одного или нескольких трансформаторов на параллельную работу. Это особенно необходимо на районных понижающих подстанциях, снабжающих энергией большие промышленные районы. Новое строительство, электрификация различных отраслей народного хозяйства, расширение действующих предприятий требуют из года в год увеличения мощностей электрических установок, а следовательно, и большего отпуска электроэнергии районными подстанциями.
Следует строго отличать параллельную работу трансформаторов от совместной, когда они включены лишь одной стороной на общие шины. На рис. 1-1 показаны различные примеры включения трансформаторов одной стороной на общие шины. На рис. 1-1,а показана совместная работа двух повышающих трансформаторов, когда первичные обмотки их включены на общие шины 6 300 в, а вторичные работают раздельно; на рис. 1,1,б — совместная работа трех понижающих трансформаторов, включенных со стороны первичных обмоток (ВН) на общие шины 110 000 в, а вторичные обмотки работают раздельно, а на рис. 1-1,в — совместная работа двух повышающих трансформаторов, включенных вторичными обмотками на общие шипы 121 000 в, в то время как их первичные обмотки электрически не связаны.
Рис. 1-1. Различные виды совместной работы трансформаторов
а — совместная работа повышающих трансформаторов со стороны обмоток НН б — совместная работа повышающих трансформаторов со стороны обмоток ВН; в — совместная работа повышающих трансформаторов со стороны обмоток BН.
Совместная работа трансформаторов, т. е. случаи, когда трансформаторы одной из своих обмоток (безразлично какой) работают на общие шины, нами рассматриваться не будут. Ниже будут рассмотрены различные случаи параллельной работы трансформаторов, т. е. когда первичные и вторичные обмотки трансформаторов соединены параллельно (рис. 1-2).
Рис. 1-2. Параллельная работа четырех трансформаторов.

Как выполнить подключение

Подключение трансформаторов в параллельную работы допускается только при соблюдении всех перечисленных условий. Допускается возможность работы устройств с различными группами включения обмоток:

  • в группах с разницей 4 часа (120 гр.) производится круговая перестановка обмоток;
  • группы с разницей 6 часов (180 гр.), например 0, 4, 8 и 6, 10, 2, подключаются после смены мест начала и конца обмотки одного из трансформаторов;
  • в нечетных группах меняются местами две фазы на обмотках высокого и низкого напряжений.

Во всех случаях выполняют повторную фазировку обмоток.

Все работы по установке и коммутации выполняются при отсутствии высокого напряжения.

Влияние отрицательных факторов

Группы обмоточных соединений определяются сдвигом фаз, характерным для каждого вектора фазного и линейного напряжения в первичных и вторичных обмотках. Все расчеты выполняются исходя из векторной диаграммы напряжений, затрагивающей первичную сторону. Маркировка группы соединений обмоток наносится на щиток трансформатора и не требует какой-либо проверки. Существуют отдельные, нестандартные группы соединений, когда однофазные трансформаторы соединяются в трехфазную группу.

При параллельном включении трансформаторов с различными группами соединений возникает расхождение векторов напряжений примерно на 30 градусов. Это приводит к возникновению уравнительных токов, в несколько раз превышающих номинальные токи трансформаторов.

Трансформаторы имеющие четные группы соединений, не должны параллельно подключаться к агрегатам с нечетными группами. Кроме того, группы 4, 8 и 12 не включаются с группами 2, 6 и 10. Следует учитывать, что различные коэффициенты трансформации у агрегатов, работающих параллельно, могут также вызвать появление уравнительных токов. При таком включении, на вторичной стороне будет заметна разность напряжений.

Сами уравнительные токи по своей сути являются индуктивными. Несмотря на то что иногда они превышают номинальные токи трансформаторов, допускается включение на очень короткое время, в момент переключения с одного устройства на другое.

Когда напряжения коротких замыканий не равны между собой, нагрузка между трансформаторами, включенными параллельно, также будет распределяться непропорционально с их номинальными мощностями. Точно такое же неравенство возникает при разных коэффициентах трансформации агрегатов, подключенных таким же образом. При необходимости коэффициент трансформации может быть изменен, если этого требуют эксплуатационные условия. Для практического осуществления таких изменений, в трансформаторных обмотках предусмотрены специальные ответвления.

Для переключений между этими ответвлениями используется два типа переключателей. Один из них – ПБВ, который может работать без возбуждения при отключенном напряжении. Другое переключающее устройство – РПН, осуществляющий коммутацию под нагрузкой. Переключения между агрегатами с различной мощностью следует выполнять таким образом, чтобы вторичное напряжение у недогруженных трансформаторов на холостом ходу было выше по сравнению с трансформаторами, работающими с перегрузкой.

Ток холостого хода трансформатора

Трехфазные трансформаторы

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Параллельное соединение резисторов

Коэффициент трансформации трансформатора

Последовательное и параллельное соединение резисторов

Последствия невыполнения условий

Невыполнение перечисленных условий приводит к следующим последствиям:

  1. Несоблюдение фазы вызывает прохождение тока через первичную обмотку даже при отсутствии нагрузки в результате сдвига фаз между проводами. В наихудшем варианте, при сдвиге фаз 180 гр., ток будет равен току короткого замыкания.
  2. Неравенство коэффициента трансформации. Ток будет протекать от устройства с высоким напряжением. Также увеличится холостой ход, который будет тем выше, чем больше разница в коэффициенте трансформации. Допустимая разница коэффициентов трансформации составляет не более 0.5%.
  3. Неравенство напряжения короткого замыкания не вызывает роста тока холостого хода, но при подключении нагрузки трансформатор с меньшим сопротивлением обмотки будет работать с перегрузкой. Допускается разница напряжения короткого замыкания не более 10%.
  4. Аналогичная ситуация возникает при использовании устройств с большой разницей номинальной мощности. Мощность одного из устройств не должна превышать более, чем в 3 раза мощность другого.

Технические особенности

Параллельная работа нескольких трансформаторов имеет ряд следующих технических и экономических преимуществ по сравнению с работой одного мощного трансформатора:

  • надежность снабжения потребителей электроэнергией, так как выход из строя одного из трансформаторов не лишает потребителей энергии. Нагрузка выбывшего трансформатора может быть временно принята полностью или частично оставшимися трансформаторами;
  • резервная мощность трансформаторов при их параллельном включении будет значительно меньшей, чем при питании потребителей от одного мощного трансформатора;
  • в периоды снижения нагрузок (в течение суток или весеннего и летнего сезона) в энергетических системах — на повышающих, понижающих или на районных трансформаторных подстанциях — часть трансформаторов может быть отключена, что обеспечит более экономичный режим работы подстанции за счет уменьшения потерь холостого хода трансформаторов и их загрузки на максимальный к. п. д.;
  • постепенное развитие подстанций. При подключении новых потребителей электрической энергии увеличение трансформаторной мощности может быть выполнено дополнительным включением одного или нескольких трансформаторов на параллельную работу.

Это особенно необходимо на районных понижающих подстанциях, снабжающих энергией большие промышленные районы.

Схема параллельного подключения трансформаторов.

Невыполнение условий

Если не соблюдается хотя бы одно из условий, следует ожидать сбоев в работе оборудования. Нужно знать, в каком случае эксплуатация коммутированной установки будет небезопасной.

При использовании разных типов соединения появляется сдвиг фаз. При этом по контурам будет бежать ток, превышающий установленные производителем параметры. Максимальное увеличение значения появляется при возникновении короткого замыкания. Сдвиг фазы при этом составляет 180º для трансформаторов с группами обмоток 12 и 6.

Следующая небезопасная ситуация возможна при неравенстве коэффициентов трансформации. Во вторичной обмотке появится результирующее напряжение. Электричество будет протекать по цепи на холостом ходу.

При несовпадении показателей короткого замыкания будут неравны внутренние сопротивления. На холостом ходу электричество не появится, но нагрузка распределится в обратной зависимости от их сопротивления. Маломощный агрегат в такой ситуации будет перегружен.

Типичные группы соединения обмоток

Соотношения между первичной, вторичной и третичной обмотками зависят от:

  • типа схемы соединения обмоток («треугольник», «звезда», «зигзаг»);
  • соединения обмоток фаз;

В зависимости от того, какие концы обмотки образуют точку «звезды», например, соединение обмотки в «звезду» будет давать напряжение, на 180° сдвинутое по фазе относительно напряжения, которое имелось бы, если бы в точку «звезды» были соединены противоположные концы обмотки. Подобный сдвиг фаз на 180° может происходить при соединении фазных обмоток в «треугольник», а при соединении в «зигзаг» возможны четыре комбинации.

фазовых сдвигов вторичных фазовых напряжений по отношению к соответствующим первичным фазовым напряжениям.

Как уже было отмечено, этот сдвиг (если не равен нулю) всегда будет кратен 30° и зависит от двух факторов, отмеченных выше, а именно, от типа обмоток и соединения (т.е. полярности) фазовых обмоток.

В настоящее время самой распространенной конфигурацией обмоток трансформатора является обмотка трансформатора Dyn11 (см. рис. B34).

Рис. B34: Фазовый сдвиг в трансформаторе Dyn 11zh:变压器的并列运行

Как выполнить фазировку

Фазировку выполняют, в основном, для вторичных цепей. В зависимости от состояния нейтрали, измерения производят по двум методикам.

Заземленная нейтраль

  1. В сеть подключаются цепи первичных обмоток. Нейтраль заземляется.
  2. Измеряют напряжение относительно вывода а1 первого трансформатора и выводами а2, в2, с2 второго;
  3. Повторяют те же действия для выводов в1 и с1.

Изолированная нейтраль

  1. Подключаются первичные обмотки;
  2. Подключают перемычку между выводами а1 и а2;
  3. Измеряют напряжение в12, с12;
  4. Переставляют перемычку на выводы в1 и в2;
  5. Измеряют напряжение а12, с12;
  6. Повторяют действия, переставив перемычку на выводя с1 и с2.

При обоих способах измерений соединению подлежат выводы, между которыми отсутствует напряжение.

Для измерения используются такие приборы:

  • Для цепей 0.4 кВ и ниже – вольтметры;
  • От 0.4 до 10 кВ – указатели напряжения;
  • Свыше 10 кВ – трансформаторы напряжения.

Устройства для измерения должны быть рассчитаны на удвоенное линейное напряжение.

Ссылка на основную публикацию