Параллельная работа трансформаторов

На трансформаторных подстанциях обычно устанавливается несколько параллельно работающих трансформаторов. Это обусловлено следующими причинами:

- условиями обеспечения надежности электроснабжения путем резервирования;

-необходимостью расширения подстанции;

-уменьшением потерь при малых нагрузках путем от­ключения части параллельно работающих трансформаторов.

Рис.2.29

Параллельное включение трехфазных трансформато­ров осуществляется по схеме, приведенной на рис. 2.29.

При параллельной работе трансформаторов возникает проблема обеспечения равномерного распределения нагруз­ки между ними. Равномерность распределения нагрузки обеспечивается в том случае, если трансформаторы имеют

-одинаковые группы соединения обмоток;

-равные коэффициенты трансформации;

-равные напряжения короткого замыкания.

Если первые два условия соблюдены, то вторичные ЭДС параллельно включенных трансформаторов будут рав­ны по величине и по фазе в поэтому будут уравновешивать друг друга. В противном случае, уже на холостом ходу возникает уравнительный ток I_у. Этот ток, складываясь с током нагрузки, вызывает неравномерное распределение нагрузки, а также дополнительные потери и нагрев трансформаторов. При большой разнице ЭДС ток I_y может быть опасным для трансформаторов. Соблюдение третьего условия обеспечивает рав­номерное распределение токов между трансформаторами при нагрузке.

Анализ особенностей параллельной работы двух трансформаторов можно выполнить с помощью упрощенной схемы замещения (рис. 2.30). Трансформаторы в этой схеме пред­ставлены внутренними сопротивлениями z^I_k и z^II_k. В цепь второго трансформатора включен источник ЭДС ΔE, учитывающий несоблюдение первых двух условий параллельной работы трансформаторов,

Рис.2,30

Если ΔE = 0, то ток нагрузки I_нг распределяется между трансформаторами обратно пропорционально их внутренним сопротивлениям:

Если ΔE≠0, то в замкнутом контуре, образованном сопротивлениями z^I_k и z^II_k, потечет уравнительный ток

вызывая неравномерное распределение тока нагрузки между трансформаторами:

Рис.2,13

Ввиду малого внутреннего сопротивления трансформатора уровень тока Iу может быть весьма значительным. Например, при включении на параллельную работу трансформаторов с группами соединений обмоток Y/Y-0 и Y/Δ-11 вторичные ЭДС будут сдвинуты по отношению друг к другу на 30° (рис. 2.31). Принимая модули приведенных значений ЭДС Е'^I₂ и E'^II₂ одинаковыми и равными 1о.е, найдем из рис. 2.31 модуль ЭДС ΔE = 2sinl5^o= 0,518о.е.

При z^I_k = z^II_k = 0,05 о.е. модуль уравнительного тока Iу, вызванно­го этой ЭДС, превысит пятикратное значение

Iy=0.518/(0.05+0.05)=5,18 о.е.

что недопустимо. Поэтому на параллельную работу включаются трансформаторы только с одинаковыми группами соединений обмоток.

Если трансформаторы имеют разные коэффициенты трансформации, то величина ЭДС ΔЕ может быть приближенно вычислена по выражению

Примем для определенности к^I_тр/к^II_тр = 1,05, тогда ЭДС ΔЕ = -0,05U₁ будет находиться в противофазе с напряжением U₁. При z^I_k = z^II_k = 0,05 о.е. =0,05о.е. мо­дуль уравнительного тока, вызванного этой ЭДС, составит

Iy=0.05/(0.05+0.05)=0,5о.е

Рис.2.32

а его фаза будет определяться аргументами комплексных сопротивлений

Появление уравнительного тока приведет к уменьшению нагрузки первого трансформатора и ее увеличению у второго (рис. 2.32). Для то­го, чтобы не вызвать серьезного нарушения параллельной ра­боты трансформаторов, различие в коэффициентах трансфор­мации не должно превышать 0,5%. При равенстве коэффициентов трансформации ΔE = 0, и ток нагрузки будет распределяться обратно

пропорционально сопротивлениям z_k

В общем случае эти токи не совпадают по фазе. Однако фазовый сдвиг φ^II_k-φ^I_k незна­чителен и его можно не учитывать, тогда

(2.26)

Выразим сопротивления короткого замыкания через их значения в относительных еди­ницах:

Подставим эти выражения в формулу (2.26):

Так как напряжения параллельно работающих трансформаторов одинаковы, отношения токов можно заменить отношением мощностей

Если u^I_k=u^II_k, то трансформаторы будут нагружаться пропорционально их номиналь­ным мощностям. Очевидно, что при этом условия параллельной работы являются наилуч­шими. Если же u_k не равны, то сильнее будет нагружаться тот трансформатор, у которого u_k меньше. Допускается включать на параллельную работу трансформаторы, у которых u_k отличается от среднеарифметического не более чем на ±10%.