Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Практика >> Параллельная работа автотрансформаторов

Параллельная работа автотрансформаторов

Оглавление
Параллельная работа автотрансформаторов
Схемы включения
Распределение токов
Напряжение КЗ
Условия параллельной работы
Измерение характеристик, распределение токов

автотрансформаторы

Основным электрооборудованием высокого напряжения крупных электрических станций и линий электропередачи наряду с мощными трансформаторами являются автотрансформаторы.
В последние годы силовые автотрансформаторы широко применяются для электрического соединения высоковольтных линий электропередач различных напряжений.
ГОСТы дают следующее определение: автотрансформатор — это трансформатор, в котором две обмотки имеют общую часть. В автотрансформаторе путем электромагнитной индукции преобразовывается лишь часть мощности, подводимой к одной из его сторон, например к стороне высшего напряжения, а остальная часть передается непосредственно другой стороне, например низшего или среднего напряжения, благодаря гальванической связи между соответствующими обмотками.
Трехобмоточный автотрансформатор — это автотрансформатор, имеющий кроме двух обмоток (обычно высшего и среднего напряжения), соединенных по схеме автотрансформатора, третью обмотку (обычно низшего напряжения), изолированную от первых двух.
Автотрансформаторы экономически выгоднее обычных двух- или трехобмоточных трансформаторов. 
Развитие электрических сетей высокого напряжения часто требует соединения между собой высоковольтных линий электропередачи различных напряжений.
Известно , что для такого электрического соединения высоковольтных сетей «соседних» напряжений, как, например, 110 и 154, 154 и 220, 220 и 330, 330 и 500, 500 и 750 кВ, экономически оправдано применять автотрансформаторы.
В зарубежных странах ЛЭП 66 и 132, 132 и 220, 132 и 275, 220 и 275, 225 и 380, 275 и 380 кВ также связаны между собой главным образом автотрансформаторами.
Рассмотрим случаи, когда выгодно применение автотрансформаторов. На рис. 1 дана принципиальная схема понижающего автотрансформатора (U1>U2) при нагрузке внешней вторичной цепи током /2 на сопротивление нагрузки z„. Первичной обмоткой автотрансформатора является обмотка АХ с напряжением U\, ТОКОМ /j и числом ВИТКОВ W1. Вторичной обмоткой в пашем случае является часть обмотки аХ с напряжением U2, током /2 и числом витков w2. В автотрансформаторах часть обмотки Аа называется последовательной, а часть аХ — общей. Общая часть обмотки высшего напряжения автотрансформатора совпадает с понятием «обмотка среднего напряжениям для трехобмоточного автотрансформатора или «обмотка низшего напряжения» для двухобмоточного автотрансформатора.
схема понижающего однофазного автотрансформатора при нагрузке
Рис. 1. Принципиальная схема понижающего однофазного автотрансформатора при нагрузке.
В автотрансформаторе под обмоткой высшего напряжения понимается вся совокупность витков, в которых индуктируется напряжение, равное высшему напряжению. Мощность автотрансформатора различается как проходная мощность (номинальная мощность или транзитная) и типовая мощность (расчетная мощность). Типовая мощность определяет физические размеры авто-
трансформатора, а проходная мощность — это та, которую можно передавать через автотрансформатор.
Номинальная мощность (проходная мощность) автотрансформатора по определению ГОСТ 11677-65 есть мощность каждой из его сторон, имеющих между собой автотрансформаторную связь. В трехобмоточном автотрансформаторе третья обмотка, изолированная от обмоток с автотрансформаторной связью, имеет обычно номинальную мощность, не превышающую типовую мощность автотрансформатора. Типовая или расчетная мощность автотрансформатора 1 (Р') принимается равной мощности последовательной обмотки — участка обмотки Ла, т. е.
(1)
Проходная, транзитная или номинальная мощность автотрансформатора (Р) принимается равной
(2)
Обычно типовая (расчетная) мощность автотрансформаторов значительно меньше проходной (транзитной, номинальной) и составляет только часть ее. Для нормальных двухобмоточных трансформаторов эти мощности, т. е. типовая и 'проходная, равны между собой, а потому ранее не было необходимости вводить эти понятия.

Отношение типовой мощности автотрансформатора к проходной называется коэффициентом выгодности, или коэффициентом экономичности (а), и равно:
(3)
1 ГОСТ 11677-65 типовую мощность автотрансформатора определяет как мощность, передаваемую электромагнитным путем через обмотки, связанные гальванически, и равную для понижающего автотрансформатора

т. е. типовая мощность автотрансформатора равна номинальной мощности автотрансформатора, умноженной на отношение напряжений последовательной части обмотки к сумме напряжений последовательной и общей части обмотки автотрансформатора.
Из рассмотренного следует, что автотрансформатор трансформирует не всю проходную мощность (P=U\I 1), а только ее часть (.а), т. е. типовую или расчетную мощность Р\ Остальная часть мощности Р—Pf передается во вторичную цепь непосредственно из первичной сети. Величина этой мощности с учетом (6) равна:
или
(8)
В случае, когда коэффициент трансформации k близок к единице I), почти вся мощность передается непосредственно из первичной во вторичную сеть и только незначительная ее часть а трансформируется, как в обычном двухобмоточном трансформаторе. Следовательно, типовая, или расчетная, мощность автотрансформатора, определяющая веса активных материалов — электротехнической стали и меди, размеры магнитопровода, обмоток, выемной части, бака и др., будет тем меньше, чем меньше отличаются друг от друга напряжения сетей, соединенных автотрансформатором. Отличительной особенностью автотрансформатора от трансформаторов тон же мощности является значительное снижение веса активных материалов, что в свою очередь приводит к уменьшению потерь холостого хода и короткого замыкания, а следовательно, к повышению эксплуатационного к. п. д. Применение автотрансформаторов дает возможность значительно увеличить предельную мощность трансформаторов, которая ограничивается габаритами и весами, связанными с их транспортировкой как железнодорожным и водным транспортом, так и по шоссейным дорогам. Это позволяет, как было указано ранее, изготовлять сверхмощные автотрансформаторы высокого напряжения мощностью в трехфазной группе до 1 250 МВА.

Рис 2. Кривая зависимости коэффициента 'выгодности а от коэффициента трансформации k при k
На рис. 2 дана кривая зависимости коэффициента выгодности а от коэффициента трансформации k при k^A. Из рассмотрения кривой следует, что величина коэффициента выгодности а изменяется в пределах от 0 (&=1) до 1 (k-=oo). Самые выгодные значения а (наименьшие) бывают, когда коэффициент трансформации близок к единице. Вполне очевидно, что применение автотрансформаторов экономически оправдано тогда, когда требуется связать сети, соотношение напряжений которых приближается к единице. Как правило, экономически выгодное значение коэффициента трансформации автотрансформаторов колеблется в пределах значений К до 4—5. Кроме того, применение силовых автотрансформаторов особо выгодно в установках большой мощности.
Автотрансформаторы неэкономичны, так как небольшие выгоды от уменьшения размеров магнитопровода и веса меди поглощаются затратами на усиленную изоляцию низковольтной части обмотки (в автотрансформаторах класс изоляции низковольтной обмотки значительно выше, чем в трансформаторах).
Правильное применение автотрансформаторов дает большую экономию за счет уменьшения их весов и габаритов, сокращения расхода активных материалов (электротехнической стали, обмоточной меди), уменьшения потерь холостого хода и короткого замыкания, а также повышения к. п. д. Кроме того, сокращаются эксплуатационные расходы. Данные сравнения основных технических показателей понижающего однофазного трансформатора производства МТЗ мощное 1ью 40/40/26,7 МВА, выполненного из горячекатаной электротехнической стали, и однофазного автотрансформатора того же завода, мощностью 40/40/20 МВА, выполненного из холоднокатаной электротехнической стали на напряжение 220/110 кВ, приведены в табл. 1.
Таблица 1


Параметры

Автотрансформатор40/40/-0

Трансформатор4 3/40/26,7

Потери холостого хода, кВт        

64,0

130,0

Потери короткого замыкания, кВт  

176,0

238,0

Суммарные потери, кВт  

240,0

368,0

Номинальный к. п. д. при cos φ = 1 (%)

99,40

99,09

Вес активной стали, т    

16,8

37,0

Вес меди, т

7,5

9,7

Вес выемной части, т     

29,0

58,0

Общий вес, т        

88,0

150,0

Из рассмотрения табл. 1 следует, что применение автотрансформатора уменьшает по отношению к трансформатору той же мощности вес магнитопровода более чем в 2 раза, вес меди на 22,5%, общий вес в 1,7 раза, а к. п. д. повышает более чем на 0,3%. Суммарные потери одной фазы уменьшаются при поминальной нагрузке на 128,0 /сет, т. е. в 1,5 раза. При годовом числе часов использования, равном 8 760, и средней стоимости 1 кВт * ч отпущенной электроэнергии (промышленной и бытовой) 1,3 ко п. годовая экономия трехфазной группы
только сбереженной энергии от уменьшения потерь холостою хода 130—64 =66 кВт, составит:

Экономия электроэнергии от уменьшения нагрузочных потерь трехфазной группы 3(238—176) =3,62 = = 186 кв1 при коэффициенте нагрузки, равном 0,7, и стоимости 1 кВт - ч отпущенной электроэнергии 1,3 коп. в течение года составит:

Общая сумма экономииза один год определится:
или на сбереженные деньги можно меньше чем за 3 года полностью окупить стоимость всей трехфазной группы, т. е. трех автотрансформаторов типа АОДТГ-40000/220 (стоимость одной фазы АОДТГ- 40000/220 производства МТЗ составляет около 32 тыс. руб.).
Годовая экономия стоимости потерянной электроэнергии для трехфазной группы однофазных понижающих автотрансформаторов 3X60 МВА, 220/110/10 кВ при 6 000 ч годового использования и стоимости 1 кВт - ч 1 коп. составляет 60 000 руб.
Если сравнить между собой основные данные автотрансформаторов и трансформаторов одинаковой номинальной мощности производства иностранных фирм, то получим примерно такие же соотношения в потерях, весах и к. п. д., как и для трансформаторов и автотрансформаторов отечественного производства.
Так, сравнения трехфазных автотрансформаторов с трехфазными трансформаторами и группой из трех однофазных трансформаторов бельгийской фирмы АСЕС  номинальной мощностью 135 МВА с напряжениями 225/157/10,5 кВ дают следующие величины, т. е.


Параметры

Трехфазный трансформатор

Группа из трех однофазных транс- форм поров

Трехфазный автотрансформатор

Потери холостого хода, кВт    Потери короткого замыкания, кВт
Суммарные потери, кВт  
Полный вес без масла, т   

135 600 735 160

163,5 600 763,5 190

80 318 398 90

общий вес трехфазного автотрансформатора в 1,8 раза меньше веса трехфазного трансформатора, а суммарные потери — в 1,85 раза. По отношению к весу трехфазной группы однофазных трансформаторов общий вес автотрансформатора меньше в 2,1 раза, а суммарные потери — в 1,9 раза.
В литературе отмечается, что установка на обоих концах магистральной ЛЭП автотрансформаторов высокого напряжения с коэффициентом трансформации k= 1,2- 1,5, имеющих потери не более 0,2—0,3% передаваемой мощности, дает возможность при небольших затратах и дополнительных потерях около 0,4—0,5% повышать напряжение ЛЭП до предела допускаемого ее изоляцией. Повышение напряжения ЛЗП приводит к значительному снижению потерь в нагруженных линиях, которые в несколько раз перекрывают потери автотрансформаторов. Кроме того, повышение напряжения резко увеличивает пропускную способность существующих ЛЭП, позволяя отказаться во многих случаях от сооружения новых линий, связанных с крупными капитальными затратами.
Из изложенного следует, что применение автотрансформаторов для электрического соединения ЛЭП высокого напряжения 110, 154, 220, 330, 400 и 500 кВ между собой является оправданным и экономически выгодным. Коэффициент выгодности для этих случаев колеблется от 0,780 (500 и 110 кВ) до 0,265 (150 и 110 кВ).
За последние годы отечественными заводами выпущены мощные однофазные и трехфазные автотрансформаторы, которые успешно работают в энергетических системах страны. В качестве  примера можно указать на трехфазную группу 500 МВА трех однофазных автотрансформаторов мощностью по 167 МВА каждый, служащих для электрической связи Куйбышевской линии электропередачи 500 кВ с ЛЭП 220 кВ системы Мосэнерго, а также автотрансформаторные группы по 405 МВА (3 АОДЦТГ-135000/500 с напряжениями 500/242/38,5 /се), установленные на приемных подстанциях линий электропередачи 500 кВ.



 
« Оценка фактического ресурса изоляции трансформатора   Параллельная работа трехобмоточных трансформаторов »
электрические сети