Справочник по проектированию подстанций - Типы и технические характеристики трансформаторов

Раздел четвертый ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1. ТИПЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

Существующая шкала номинальных мощностей силовых трансформаторов кВ А, приведена в табл. 4.1.
Классификации трансформаторов по габаритам приведены в табл. 4.2 и 3 (действующие в настоящее время и проект).

Предельная единичная мощность трансформаторов ограничивается максимальной грузоподъемностью транспортеров. Так, в основном предельная грузоподъемность железнодорожных транспортеров составляет 500 т, а транспортеров для перевозки по шоссейным дорогам - 300 т.
На рис. 4.1 приведены массы трехфазных и однофазных трансформаторов. Целесообразность применения трехфазных трансформаторов по сравнению с однофазными объясняется тем, что потери у трехфазных трансформаторов в среднем на 12-15% ниже, чем у однофазных; они дают экономию активных материалов (сталь и медь) около 20%; повреждаемость их значительно ниже, чем группы из трех однофазных трансформаторов.
Для ПС 500 кВ с автотрансформаторами единичной мощностью выше 500 MBA и ПС 750-1150 кВ в настоящее время реальными являются только однофазные трансформаторы.

Основное оборудование.
Таблица 4.1. Шкала номинальных мощностей силовых трансформаторов, кВ-А

Примечания:

1. Шкала распространяется на трехфазные единицы, трехфазные группы и однофазные единицы.
2. Мощность однофазной единицы, входящей в трехфазную группу, равна 1/3 мощности группы по шкале. Например, при мощности группы 1250 MB A мощность единицы 417 МВА4 при мощности группы 1600 MB-А мощность единицы 533 MB A
3. Для трехобмоточных трансформаторов значения по шкале относится к наиболее мощной обмотке; для автотрансформаторов - к номинальной (проходной) мощности между обмотками ВН и СН.

Таблица 4.2. Классификация трансформаторов по габаритам (действующая)

В тех случаях, когда по условию предельных единичных мощностей автотрансформаторов 500 кВ приходится применять однофазные единицы, необходимо провести технико-экономическое сравнение с вариантом применения спаренных групп трехфазных автотрансформаторов меньшей единичной мощности. Основные технические данные автотрансформаторов 220-1150 кВ приведены в табл. П4.1-П4.7, в которых принято: ик - напряжение КЗ; ∆РК -потери КЗ; ΔΡх - потери холостого хода; I -ток холостого хода.
Основное отличие автотрансформатора от трансформатора заключается в следующем: если в трансформаторе первичная обмотка со вторичной имеет только магнитную связь (рис. 4.2, а), то в автотрансформаторе между обмотками ВН и СН осуществляется электрическая связь, что определяет другое токораспределение (рис. 4.2, б, в).

Таблица4.3. Классификация трансформаторов по габаритам
(проект)

Автотрансформатор в каждой фазе имеет три обмотки: обмотка ОА-ВН, состоящая в свою очередь из общей обмотки ОС-СН и последовательной обмотки АС. Эти обмотки соединены между собой по автотрансформаторной схеме, т. е. электрически.
Рис. 4.1. Масса трансформаторов 220—1150 КВ:

1 - трехфазные 275 кВ; 2 - трехфазные 345 кВ; 3 - трехфазные 400 кВ; 4 - трехфазные 500 кВ; 5 - однофазные 750 к; 6 - однофазные 1150 кВ

Рис. 4.2. Электрическая схема (токораспределение) трансформатора и автотрансформатора: а - трансформатор; б - однофазный автотрансформатор; в - трехфазный автотрансформатор
Третья обмотка (третичная) -НН - всегда соединена треугольником и имеет трансформаторную электромагнитную связь с обмоткой ОА, т. е. с общей и последовательной обмотками.
Автотрансформаторы, так же как и трансформаторы, характеризуются номинальными напряжениями и мощностью. Под номинальной мощностью автотрансформатора понимается предельная проходная мощность, которая может быть передана через автотрансформатор на стороне ВН:

Для характеристики автотрансформатора введено также понятие типовой мощности S, на которую рассчитывается последовательная обмотка АС. Для этой обмотки протекающая по ней мощность определяется из выражения

здесь а - коэффициент выгодности; n-коэффициент трансформации, равный Ub/Uc.
Применение автотрансформаторов на ПС возможно либо в качестве автотрансформаторов связи (для осуществления электронной связи между сетями ВН и СН), либо комбинированное, когда, кроме того, к третичной обмотке присоединены компенсирующие устройства (синхронные компенсаторы, третичные шунтирующие реакторы или шунтовые батареи статических конденсаторов).

Рис. 4.3. Электрическая схема и конструктивное распределение обмоток автотрансформатора: а — понижающего; б - повышающего
В первом случае третичная обмотка, являясь чисто компенсационной, может быть малой мощности и служит только для замыкания в ней токов третьей гармоники, тем самым предотвращая появление третьей гармоники тока в ВЛ.
При использовании третичной обмотки в понижающих автотрансформаторах для питания нагрузки (или при присоединении к ней генератора в повышающих автотрансформаторах) предельная ее мощность равна типовой мощности.
На рис. 4.3 приведены электрические схемы, а также конструктивное расположение обмоток понижающего и повышающего автотрансформаторов. Основное их различие заключается в том, что в общей обмотке первого протекает разность токов Iв +Iс, в то время как во втором - их сумма Iв +Iс. Вследствие этого общая обмотка понижающего автотрансформатора рассчитывается на ток, меньший номинального, и мощность этой обмотки равна его типовой мощности. Таким образом, конструкция автотрансформаторов делает возможной передачу мощности больше той, на которую рассчитываются его обмотки.
Различие технико-экономических характеристик трансформаторов и автотрансформаторов зависит от соотношения между номинальной и типовой мощностями, т. е. от коэффициента выгодности а. Преимущества автотрансформаторов проявляются в большей степени при малых значениях а, т. е., тогда, когда они связывают сети более близких номинальных напряжений.

Таблица 4.4. Коэффициент трансформации и выгодности автотрансформаторов

* Наиболее выгодные сочетания напряжений для автотрансформаторов, устанавливаемых на ПС энергосистемы.
В табл. 4.4 приведены значения коэффициентов трансформации и выгодности автотрансформаторов для различных сочетаний номинальных напряжений. Номинальные (проходные) и типовые мощности автотрансформаторов связаны соотношениями
Для более полного использования проходной мощности автотрансформаторов при высоких экономических показателях выгодно применение автотрансформаторов с малым значением коэффициента выгодности. Однако при этом следует иметь в виду, что типовая мощность таких автотрансформаторов мала и при малых значениях коэффициента трансформации на стороне НН имеют место резкие колебания напряжения. В связи с этим, например, для получения возможности присоединения к третичной обмотке автотрансформатора с сочетанием напряжений 330/220 кВ синхронного компенсатора мощностью 100 MBA минимально допустимая номинальная мощность автотрансформатора должна быть 320 MBA, в то время как при коэффициенте трансформации 330/150 кВ можно было бы ограничиться по этому признаку номинальной мощностью автотрансформатора 200 MB A. Кроме того, следует иметь в виду, что для питания нагрузки на стороне НН автотрансформатора 330/220 кВ требуется включение линейно-регулировочных трансформаторов.
Из табл. 4.4 и П4.5-П4.7 видно, что использование автотрансформаторов с высокими значениями коэффициентов выгодности и большими коэффициентами трансформации не обеспечивает экономичного построения сетей.
Автотрансформаторы, так же как и трехобмоточные трансформаторы, характеризуются потерями и токами холостого хода ∆РхIx и тремя значениями напряжения КЗ. Таблицы параметров автотрансформаторов содержат также три значения потерь КЗ. Обычно ∆Рв-с отнесены к номинальной мощности, а ∆Рв-н и ∆Рс-н-к типовой. Для автотрансформаторов справедлива схема замещения такая же, как и для трехобмоточного трансформатора.
Для вычисления потерь активной и реактивной мощностей в автотрансформаторе пользуются каталожными данными межобмоточных потерь, однако все эти данные должны быть приведены к номинальной мощности.
Если величины ∆Рв-н и ∆Рс-н отнесены к типовой мощности, то их значения, отнесенные к номинальной мощности, определяются из выражений

Как показала практика эксплуатации автотрансформаторов в последние годы, повышающие автотрансформаторы с расположением обмотки НН между обмотками ВН и СН имеют существенные недостатки: при комбинированном режиме, а также в режиме передачи полной проходной мощности из ВН в СН или наоборот в ряде случаев проходная мощность автотрансформаторов не может быть использована и ограничение ее доходит до 75% номинальной вследствие необходимости снижать мощность обмотки СН.
Повышающие автотрансформаторы имеют сравнительно небольшое реактивное сопротивление (10-13%) в режиме НН-ВН, что в общем благоприятно сказывается на работе электропередачи в целом, в которой суммарное реактивное сопротивление должно быть возможно меньше.
Понижающие автотрансформаторы в большинстве случаев не рассчитаны на подключение значительной нагрузки в обмотке НН и имеют, как правило, меньшую мощность обмотки НН и достаточно большое реактивное сопротивление между обмотками ВН-НН (26-30%, иногда до 35%). Это обстоятельство, с одной стороны, благоприятно сказывается на значениях токов КЗ на стороне НН, с другой стороны, неблагоприятно сказывается на регулировании напряжения и потребления реактивной мощности.