Учёт РПН трансформаторов при расчётах токов КЗ

Практически все современные трансформаторы имеют ответвления от обмоток для регулирования напряжения. Учет всего диапазона регулирования приводит к значительной разнице токов в крайних положениях переключателя. Например для трансформаторов мощностью 25 МВА токи отличаются в крайних положениях почти в два раза: 833 – 480 А, при средней величине тока – 578 А. Из-за такой разницы токов, для обеспечения необходимой чувствительности вынужденно применяют блокировку по напряжению для максимальных токовых защит трансформатора. Реальный диапазон положений переключателя значительно меньше, однако, для защиты мощных трансформаторов учитывают наихудший режим. Заводом-изготовителем обычно даются 3 величины напряжений короткого замыкания (U_к.мин., U_к.ср., U_к.макс.) для среднего и обоих крайних положений. Величина напряжения U_к. для какого-либо промежуточного положения РПН определяется методом линейной интерполяции, т.е. изменение величины u_к. пропорционально отклонению напряжению от среднего положения переключателя.

У трансформаторов распределительной сети ответвления для регулирования напряжения выполняются на стороне обмотки высшего напряжения. В соответствии с ГОСТ 11677-75 требуется, чтобы все трансформаторы допускали длительную работу при напряжении питания, превышающем номинальное напряжение данного ответвления не более чем на 5% при номинальной нагрузке и 10% кратковременно (до 6 час в сутки) или длительно при нагрузке 25% номинальной. Такое требование, как правило, выполняется при условии исправности автоматики РПН. Например, номинальное напряжение 9-го ответвления РПН, соответствующего +16% составляет 115(1 + 0,16)=133,4кВ. Однако в сетях 110 кВ максимальное допустимое напряжение составляет 126 кВ. Поэтому при расчете максимального коэффициента трансформации трансформатора напряжение стороны ВН принимают не 133,4 кВ, а 126 кВ и аналогично в сетях других классов напряжения.

Для трансформаторов с регулированием типов ПБВ или РПН с достаточной для практики точностью сопротивление трансформаторов для любого положения переключателя ответвлений Z_т можно определить по формуле:

, (3.36)

где Z_т.н – сопротивление трансформатора, определенное для номинального напряжения;

∆N – количество ответвлений; (изменение напряжения при переводе переключателя в одно следующее положение), ОЕ.

В соответствии с ГОСТом для трансформаторов распределительных сетей предусматриваются два основных предела регулирования: для регулирования типа ПБВ ± 2х2,5%; для регулирования типа РПН у трансформаторов мощностью 25…630 кВ·А при высшем напряжении 6…35кВ ± 6х1,67%=± 10%. Для трансформаторов большой мощности и более высоких напряжений пределы регулирования доводят до ±16 %: .

Сопротивление трансформаторов, имеющих пределы регулирования типа ПБВ ± 2х2,5%, определенное по выражению (3.36), будет изменяться в пределах:

.

Для трансформаторов с регулированием РПН в пределах ±16% применяется автоматическое регулирование напряжения. Вопрос об учете изменения сопротивления трансформаторов решается в зависимости от местных условий, в основном от пределов действительного колебания напряжения.

При регулировании напряжения переключателем РПН изменяется не только коэффициент трансформации, но и реактивное сопротивление трансформатора. Кроме того, энергосистема, питающая трансформатор, так же изменяет свое реактивное сопротивление в зависимости от режима работы (максимальный или минимальный режимы). В этой связи в расчетной точке (на шинах НН или СН подстанции) необходимо определять значения как максимальных, так и минимальных токов КЗ для корректного выбора уставок защит.

При определении сопротивления короткого замыкания (реактанса) в расчетной точке, т.е. на выводах НН трансформатора рекомендуется пользоваться следующими выражениями, справедливыми для любого типа трансформатора:

; (3.37)

,

где U_нн – номинальное напряжение трансформатора стороны НН, кВ; в зависимости от типа трансформатора может иметь значение 6,6; 6,3; 11 кВ;

U_ном.вн, U_ср.вн, U_max.вн – значения соответственно номинального, среднего и максимального напряжений питающей энергосистемы, равные 110, 115, 126 кВ или 35, 37, 40,5 кВ;

DU – относительный диапазон регулирования напряжения переключателем РПН, равный 0,16 или 0,1 соответственно при пределах регулирования ±16 % и ±10 %;

S_н.тр – номинальная мощность трансформатора, МВА; для 2-х обмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой принимается значение 0,533 S_н.тр;

х_с.max, х_с.min – сопротивления системы в максимальном и минимальном режимах на шинах 110 (35) кВ данной подстанции, Ом, причем х_с.max < х_с.min;

U_к.min, U_к.max – значения напряжения короткого замыкания на крайних ответвлениях регулируемой обмотки ВН трансформатора, %; определяются из паспорта на данный трансформатор или по табл.П1.8, П1.9 (Прилож.1)

Для трехобмоточного трансформатора в (3.37) подставляют следующие значения:

· если рассчитывается х_нн на шинах 6(10) кВ, то U_к = U_к.вн-нн, т.е. принимается значение U_к.min(max) между обмотками высокого и низкого напряжения;

· если рассчитывается реактанс х_сн на шинах среднего напряжения 35 кВ, то вместо U_нн принимается номинальное напряжение трансформатора стороны СН, равное 38,5 кВ, а вместо U_к = U_к.вн-сн, то есть принимается значение u_к.min(max) между обмотками высокого и среднего напряжения.

Токи трехфазного КЗ на шинах НН (СН) подстанции определяются по выражению:

. (3.38)

Приведение указанных токов КЗ к стороне ВН трансформатора производится с учетом изменения коэффициента трансформации по следующим выражениям:

; (3.39)