Параллельная работа трансформаторов – это такое включение трансформаторов, при котором соединяются между собой одноимённые выводы как обмоток высокого напряжения, так и обмоток низкого напряжения.
Если соединяются выводы обмоток одной стороны, только низкого или только высокого напряжения, то это называется совместной работой трансформаторов.
Но для параллельной работы трансформаторов, нужно выполнить 5 условий, перечисленных в пункте 2.1.19 ПТЭЭП:
- группы соединений обмоток одинаковы;
- соотношение мощностей трансформаторов не более 1:3;
- коэффициенты трансформации отличаются не более чем на ±0,5%;
- напряжения короткого замыкания отличаются не более чем на ±10%;
- произведена фазировка трансформаторов.
Группы соединения обмоток
Группа соединения обмоток указывает на сдвиг фазы линейной ЭДС вторичной обмотки по отношению к ЭДС первичной.
Группа соединения определяется схемой соединения первичных и вторичных обмоток, например, если обмотка высшего напряжения соединения по схеме треугольника, а обмотка низкого напряжения звездой то это 11 группа (обозначается как Д/Yн-11), а сдвиг составляет 330°, где фаза ЭДС во вторичной обмотке отстаёт на указанный угол от фазы ЭДС в первичной.
Примечание: Группа соединений трёхфазного трансформатора зависит не только от схем соединения первичных и вторичных обмоток, но и направления намотки обмоток и способа (порядка) обозначения выводов обмоток (их маркировки). Если интересно узнать о них подробнее — пишите в комментариях и мы подготовим об этом статью.
Если включить в параллельную работу трансформаторы с разной группой соединения обмоток, то напряжения на вторичных обмотках будут отличаться на величину пропорциональную углу сдвига фаз δ, на рисунке ниже разница напряжений обозначена вектором ΔU.
При соединении обмоток трансформаторов с разными группами соединений из-за разницы вторичных напряжений между обмотками протекать уравнительный ток в разы, превышающий номинальный. Это аварийный режим работы, который приведёт к повреждению трансформаторов, коммутационных аппаратов, токопроводящих шин.
В некоторых случаях группу соединения можно изменить перемаркировкой выводов и соединением их с шинами в нужном порядке. Но это возможно если выводы обмоток доступны, иначе нужно вскрывать трансформатор.
Соотношение мощностей трансформаторов
Нельзя включать в параллельную работу трансформаторы, если их мощность отличается в 3 раза и больше. Это связано с тем, что при работе нагрузка распределяется между трансформаторами прямо пропорционально их мощностям. При этом более мощный трансформатор возьмёт на себя большую нагрузку, а при небольших перегрузках трансформатор меньшей мощности будет в процентном соотношении сильнее нагружаться.
Пример — если мощность одного трансформатора 630 кВа, то он может работать параллельно с трансформатором мощностью от 250 до 1600 кВа (мощности выбраны из ряда мощностей масляных трансформаторов серии ТМ).
Коэффициенты трансформации
Если у трансформаторов, подключённых к линиям одинакового напряжения, будут разные коэффициенты трансформации, то вторичные напряжения у них будут отличаться, и это очевидно. Из-за разности вторичных напряжений при параллельной работе трансформаторы будут нагружаться уравнительным током во всех режимах работы, что приведёт к увеличению потерь.
Величина уравнительного тока будет зависеть от разности вторичных напряжений — чем больше они различаются, тем больше ток. Далее привожу пример расчёта уравнительного тока из книги Филатова А. А. «Обслуживание электрических подстанций оперативным персоналом»:
где ΔU=U1-U2 - разность вторичных напряжений трансформаторов; Zк1 и Zк2 — сопротивления первого и второго трансформаторов, определяемые по формуле:
Например, есть два трансформатора с такими характеристиками: S1=S2=10000 кВ·А; U1=6600 В; U2=6300 В; uк1=uк2=8%; группы соединения обмоток Y/Δ-11. Чтобы найти уравнительный ток, сначала нужно найти номинальные токи трансформаторов:
Теперь найдём сопротивления трансформаторов, по приведённой выше формуле:
Найдём разность вторичных напряжений и величину уравнительного тока.
То есть даже на холостом ходу трансформаторы будут нагружены уравнительным током в 260А, притом что номинальные токи 875 и 917 А, этот ток фактически является потерями и понижает суммарную мощность подстанции.
Именно поэтому Правила требуют, чтобы отклонения по коэффициенту трансформации были не более 0,5% в обе стороны.
Если на трансформаторе предусмотрена регулировка напряжения, ПВБ или РПН, то с их помощью можно откорректировать напряжения и снизить эту разницу и величину уравнительного тока.
Напряжения короткого замыкания
Согласно ГОСТ 16110-82, напряжение короткого замыкания — это линейное напряжение, которое нужно подвести к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий номинальному при замкнутой накоротко второй обмотке пары. Указывается в виде процентного соотношения к номинальному напряжению.
Напряжение короткого замыкания влияет на распределение нагрузки между трансформаторами обратно пропорционально. То есть на трансформатор с меньшим напряжением короткого замыкания приходится больше нагрузки.
Поэтому Правила допускают отличие напряжений короткого замыкания не более чем на ±10%.
Фазировка трансформаторов
Фазировка трансформаторов — это подключение выводов вторичных обмоток (фаз) трансформаторов к соответствующим шинам. Если сказать проще, то фазировка трансформаторов — это подключение фазы А к шине фазы А, Фазы В к В, и С к С. Если перепутать и подключить, например, фазу А первого трансформатора и фазу В второго трансформатора к одной и той же шине получится межфазное короткое замыкание.
Подведём итоги
Если вам интересно узнать больше о работе трансформаторов и другого оборудования подстанции советую прочесть уже упомянутую выше книгу А. А. Филатова «Обслуживание электрических подстанций оперативным персоналом».
2.1.19. Допускается параллельная работа трансформаторов (автотрансформаторов) при условии, что ни одна из обмоток не будет нагружена током, превышающим допустимый ток для данной обмотки.
Параллельная работа трансформаторов разрешается при следующих условиях:
- группы соединений обмоток одинаковы;
- соотношение мощностей трансформаторов не более 1:3;
- коэффициенты трансформации отличаются не более чем на ±0,5%;
- напряжения короткого замыкания отличаются не более чем на ±10%;
- произведена фазировка трансформаторов.
Для выравнивания нагрузки между параллельно работающими трансформаторами с различными напряжениями короткого замыкания допускается в небольших пределах изменение коэффициента трансформации путём переключения ответвлений при условии, что ни один из трансформаторов не будет перегружен.
