Параллельная работа трансформаторов

Параллельной работой двух или нескольких трансформато­ров называется работа при параллельном соединении их обмоток как на первичной, так и на вторичной сторонах. При параллельном соединении одноименные зажимы трансформаторов присоединя­ют к одному и тому же проводу сети (рис. 51, а).

Рис. 51. Включение трансформаторов на параллельную работу

Применение нескольких параллельно включенных трансфор­маторов вместо одного трансформатора суммарной мощности не­обходимо для обеспечения бесперебойного энергоснабжения в случае аварии в каком-либо трансформаторе или отключения его для ремонта. Это также целесообразно при работе трансформа­торной подстанции с переменным графиком нагрузки, например когда мощность нагрузки значительно меняется в различные часы суток. В этом случае при уменьшении мощности нагрузки можно отключить один или несколько трансформаторов для того, чтобы нагрузка трансформаторов, оставшихся включенными, была близ­ка к номинальной. В итоге эксплуатационные показатели работы трансформаторов (КПД и cosφ₂) будут достаточно высокими.

Для того чтобы нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределялась пропорционально их номи­нальным мощностям, допускается параллельная работа двухобмоточных трансформаторов при следующих условиях:

1. При одинаковом первичном напряжении вторичные на­пряжения должны быть равны.Другими словами, трансформа­торы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации: k_I=k_II=k_III=... При несоблюдении этого условия, даже в режиме х.х., между параллельно включенными трансформаторами возни­кает уравнительный ток, обусловленный разностью вторичных напряжений трансформаторов DÙ (рис. 52, а):

(2.5)

где Z_kI и Z_kII – внутренние сопротивления трансформаторов.

При нагрузке трансформаторов уравнительный ток наклады­вается на нагрузочный. При этом трансформатор с более высоким вторичным напряжением х.х. (с меньшим коэффициентом транс­формации) оказывается перегруженным, а трансформатор равной мощности, но с большим коэффициентом трансформации - не­догруженным. Так как перегрузка трансформаторов недопустима, то приходится снижать общую нагрузку. При значительной разнице коэффициентов транс­формации нормальная работа трансформато­ров становится практически невозможной. Однако ГОСТ допускает включение на па­раллельную работу трансформаторов с раз­личными коэффициентами трансформации, если разница коэффициентов трансформации не превышает ±0,5% их среднего значения:

(2.6)

где – среднее геометрическое значение коэффициентов трансформации.

2. Трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединения.При несоблюдении этого условия вторичные ли­нейные напряжения трансформаторов окажутся сдвинутыми по фа­зе относительно друг друга и в цепи трансформаторов появится раз­ностное напряжение DU, под действием которого возникнет значи­тельный уравнительный ток. Так, если включить на параллельную работу два трансформатора с одинаковыми коэффициентами транс­формации, но один из них принадлежит к нулевой (Y/Y – 0), а дру­гой - к одиннадцатой (Y/D – 11) группам соединения, то линейное напряжение U_2Iпервого трансформатора будет больше линейного напряжения U_2IIвторого трансформатора в раз (U_2I/U_2II = ). Кроме того, векторы этих напряжений окажутся сдвинутыми по фа­зе относительно друг друга на угол 30° (рис. 52, б). В этих условиях во вторичной цепи трансформаторов появится разностное напряже­ние DU. Для определения величины DU воспользуемся построения­ми рис. 28, б: отрезок ОА равен U_2II/2 или, учитывая, что U_2II= U_2I/ , получим ОА = 0,5/U_2I. Следовательно, треугольник, образованный векторами напряжений Ù_2I, Ù_2II и DÙ – равнобед­ренный, а поэтому разностное напряжение DU = U_2II. Появление такого разностного напряжения привело бы к возникновению во вторичной цепи трансформаторов уравнительного тока, в 15 - 20 раз превышающего номинальный ток нагрузки, т.е. возникла бы аварийная ситуация. Величина DU становится еще большей, если трансформаторы принадлежат нулевой и шестой группам соедине­ния (DU = 2U₂), так как в этом случае векторы линейных вторич­ных напряжений окажутся в противофазе (см. рис. 48, б).

Рис. 52. Появление напряжения DU при несоблюдении условий включения

трансформаторов на параллельную работу

3. Трансформаторы должны иметь одинаковые напряже­ния к. з.: u_kI=u_kII=u_kIII... Соблюдение этого условия необхо­димо для того, чтобы общая нагрузка распределялась между трансформаторами пропорционально их номинальным мощно­стям.

С некоторым приближением, пренебрегая токами х.х., можно параллельно включенные трансформаторы заменить их сопротив­лениями к.з. Z_kI и Z_kII и тогда от схемы, показанной на рис. 53, а, можно перейти к эквивалентной схеме (рис. 53, б). Известно, что токи в параллельных ветвях распределяются обратно пропорцио­нально их сопротивлениям:

(2.7)

Умножим обе части равенства (2.7) на , левую часть – на , а правую часть - на 100/100, полу­чим

Затем преобразуем полученное равенство, имея в виду сле­дующее: и – фактическая нагрузка пер­вого и второго трансформаторов соответственно, В×А;

и – номинальные мощности этих трансформаторов, ВА; и – напряжения к.з. трансформаторов, %.

В результате получим

(2.8)

или

(2.9)

где , – соответственно относительные мощности (нагрузки) первого и второго трансформаторов.

Из соотношения (2.9) следует, что относительные мощности (нагрузки) параллельно работающих трансформаторов обратно пропорциональны их напряжениям к.з. Другими словами, при не­равенстве напряжений к.з. параллельно работающих трансформа­торов больше нагружается трансформатор с меньшим напряжени­ем к.з. В итоге это ведет к перегрузке одного трансформатора (с меньшим и_к)и недогрузке другого (с большим и_к). Чтобы не до­пустить перегрузки трансформатора, необходимо снизить общую нагрузку. Таким образом, неравенство напряжений к.з. не допус­кает полного использования по мощности параллельно работаю­щих трансформаторов.

Учитывая, что практически не всегда можно подобрать транс­форматоры с одинаковыми напряжениями к.з., ГОСТ допускает включение трансформаторов на параллельную работу при разнице напряжений к.з. не более чем 10% от их среднего арифметиче­ского значения. Разница в напряжениях к.з. трансформаторов тем больше, чем больше эти трансформаторы отличаются друг от друга по мощности. Поэтому ГОСТ рекомендует, чтобы от­ношение номинальных мощностей трансформаторов, включен­ных параллельно, было не бо­лее чем 3:1.

Помимо соблюдения ука­занных трех условий необхо­димо перед включением транс­форматоров на параллельную работу проверить порядок чередования фаз, который должен быть одинаковым у всех трансформаторов.

Рис. 53. К понятию о распределении нагрузки при параллельной работе трансформаторов

Соблюдение всех перечисленных условий проверяется фазировкой трансформаторов, сущность которой состоит в том, что одну пару, противоположно расположенных зажимов на рубиль­нике (см. рис. 51, б), соединяют проводом и вольтметром V₀(ну­левой вольтметр) измеряют напряжение между оставшимися несо­единенными парами зажимов рубильника. Если вторичные напряжения трансформаторов равны, их группы соединения оди­наковы и порядок следования фаз у них один и тот же, то показа­ния вольтметра V₀равны нулю. В этом случае трансформаторы можно подключать на параллельную работу. Если вольтметр V₀покажет некоторое напряжение, то необходимо выяснить, какое из условий параллельной работы нарушено. Необходимо устранить это нарушение и вновь провести фазировку трансформаторов. Следует отметить, что при нарушении порядка следования фаз вольтметр V₀покажет двойное линейное напряжение. Это необхо­димо учитывать при подборе вольтметра, предел измерения кото­рого должен быть не менее двойного линейного напряжения на вторичной стороне трансформаторов.