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.

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 и поэтому будут уравновешивать друг друга. В противном случае уже на холостом ходу возникает уравнительный ток . Этот ток, складываясь с током нагрузки, вызывает неравномерное распределение нагрузки, а также дополнительные потери и нагрев трансформаторов. При большой разнице ЭДС ток 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 и . В цепь второго трансформатора включен источник ЭДС , учитывающий несоблюдение первых двух условий параллельной работы трансформаторов,

.

Если , то ток нагрузки распределяется между трансформаторами обратно пропорционально их внутренним сопротивлениям:

; .

Если , то в замкнутом контуре, образованном сопротивлениями и , потечет уравнительный ток

,

вызывая неравномерное распределение тока нагрузки между трансформаторами:

;

.

Ввиду малого внутреннего сопротивления трансформатора уровень тока может быть весьма значительным. Например, при включении на параллельную работу трансформаторов с группами соединений обмоток Y/Y-0 и Y/D-11 вторичные ЭДС будут сдвинуты по отношению друг к другу на 30° (рис. 2.31). Принимая модули приведенных значений ЭДС и одинаковыми и равными 1 о.е., найдем из рис. 2.31 модуль ЭДС

При модуль уравнительного тока , вызванного этой ЭДС, превысит пятикратное значение

,

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

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

.

Примем для определенности , тогда ЭДС будет находиться в противофазе с напряжением . При модуль уравнительного тока, вызванного этой ЭДС, составит

,

а его фаза будет определяться аргументами комплексных сопротивлений и . 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 , и ток нагрузки будет распределяться обратно пропорционально сопротивлениям :

.

В общем случае эти токи не совпадают по фазе. Однако фазовый сдвиг 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 , то трансформаторы будут нагружаться пропорционально их номинальным мощностям. Очевидно, что при этом условия параллельной работы являются наилучшими. Если же не равны, то сильнее будет нагружаться тот трансформатор, у которого меньше. Допускается включать на параллельную работу трансформаторы, у которых отличается от среднеарифметического не более чем на ±10%.