Параллельная работа трехфазных групп однофазных трансформаторов

ВКЛЮЧЕНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ В ТРЕХФАЗНУЮ ГРУППУ.
НЕОБХОДИМЫЕ СВЕДЕНИЯ

Для повышения единичной трансформаторной мощности, а также, учитывая габариты и веса при транспортировке от завода-изготовителя на электрические станции или подстанции, высоковольтные и мощные трансформаторы часто строят однофазными для образования из них трехфазной группы.
ГОСТ 401-41 дает технические характеристики однофазных двух- и трехобмоточных трансформаторов мощностью до 40 000 кВА.
В табл. 1 приводятся технические характеристики двухобмоточных однофазных трансформаторов мощностью 5 000—40 000 кВА.
Как было указано ранее, новый стандарт (ГОСТ 11677-65) не рекомендует применение однофазных трехобмоточных трансформаторов.
В настоящее время отечественные заводы выпускают однофазные трансформаторы и автотрансформаторы значительно большей мощности с напряжениями на стороне ВН 220, 330 и 500 кВ. В 1966 г. изготовлены однофазные автотрансформаторы с напряжением 750 кВ.
Три однофазных трансформатора могут образовать трехфазную группу с различными схемами и группами, указанными в табл. 5-10. Но для энергосистем не требуется большого количества схем и групп соединений.

Однофазные трансформаторы, образующие трехфазную группу, как правило, соединяются по схеме Yo/A'-ll, т. е. группа имеет со стороны ВН соединение в звезду с выведенной нулевой точкой, а со стороны НН — в треугольник.
Однофазные двухобмоточные трансформаторы, предназначенные для включения в трехфазную группу, должны иметь согласно ГОСТ 401-41 схему и группу соединений 1/1-12 *.

*Такое соединение обмоток принято для того, чтобы при последовательных трансформациях не изменялась фаза напряжения

Соединение обмоток HH в треугольник диктуется необходимостью подавить третью гармонику в фазной э. д. е., которая при схеме звезда — звезда крайне вредна, как так вызывает увеличение амплитудного значения э. д. с. (при том же значении действующей э. д. е.), что уменьшает степень надежности электрической изоляции трансформатора, может вызвать дополнительные потери в отдельных конструктивных элементах и в баке трансформатора, создавать недопустимые местные нагревы, ухудшать работу линий связи и т. п.
Соединение обмоток трансформаторов в треугольник на одной из его сторон (НН или ВН) полностью исключает третью гармоническую в магнитном потоке.
Однофазные трансформаторы, будучи соединены в трехфазную группу, могут рассматриваться как трехфазные и при удовлетворении всех условий параллельной работы могут включаться для работы с другими трансформаторами.

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРЕХФАЗНЫХ ГРУПП ОДНОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ МЕЖДУ СОБОЙ И С ТРЕХФАЗНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ

Для правильной параллельной работы трехфазных групп однофазных трансформаторов или с трехфазными, т. е. для распределения нагрузки пропорционально их номинальным мощностям, требуется обязательное соблюдение четырех ранее рассмотренных условий. Рассмотрим эти условия применительно к нашему случаю.

Рис. 1. Измерение коэффициента трансформации трех однофазных трансформаторов, соединенных в трехфазную группу.
Условие 1. Номинальные напряжения первичных и вторичных обмоток трансформаторов должны быть соответственно равны. На щитке однофазных трансформаторов указываются фазные напряжения. Напряжения обмоток, предназначенных для соединения в звезду, обычно указываются как линейные напряжения, деленные на v3. Напряжения обмоток, соединенных в треугольник, указываются их цифровым значением.
Первое условие заключается в равенстве линейных номинальных напряжений на вводах ВН и НН при холостом ходе трансформатора. Для этого требуется на
основании измерения фазового коэффициента трансформации с учетом соединения трансформаторов в трехфазную группу вычислить линейный коэффициент трансформации группы, который должен быть равен линейному коэффициенту работающих трансформаторов (при равенстве соответствующих номинальных напряжений обмоток трансформаторов).
Можно также определить линейный коэффициент трансформации трех однофазных трансформаторов, соединенных в группу опытным путем, измерив по методу двух вольтметров напряжения на вводах BIT и НН при малом напряжении от генератора или от имеющейся сети переменного тока. На рис. 1 показано соединение вводов на крышках трех однофазных трансформаторов, образующих трехфазную группу со схемой соединения Yo/Л-П.
При соединении однофазных трансформаторов в трехфазную группу вводы трансформаторов II и III надо перемаркировать следующим образом:
Трансформатор II: ввод А перемаркировать на В
» X     »        » Y
» а     »        » b
» л;    »        » у
Трансформатор III: ввод А       »        » С
» X     »        » Z
» а     »        » с
» х     »        » г
Измеренные напряжения дают возможность определить линейный коэффициент трансформации:
(1)
где £/4_в, £V-c, f^c-A, Ua-ъ, иъ~с и Uc_a — измеренные вольтметрами напряжения между различными вводами ВН и НН. Правила и порядок самих измерений, а также допуски на отклонение измеренного коэффициента трансформации от расчетного те же, что и для трехфазных трансформаторов. Само собою понятно, что совершенно безразлично, будут ли однофазные трансформаторы, образующие группу, работать с другой такой же группой или с трехфазными трансформаторами. Во всех случаях требуется строгое соблюдение равенства соответствующих номинальных напряжений первичных и вторичных обмоток трансформаторов.
Условие 2. Напряжения короткого замыкания параллельно работающих трансформаторов должны быть равны.
Каждый однофазный трансформатор имеет на щитке значение измеренного напряжения короткого замыкания в процентах номинального фазного напряжения; следовательно, при соединении трансформаторов в трехфазную группу значение и1и %, останется таким, какое указано на щитке. Так как мы имеем три однофазных трансформатора с одинаковыми номинальными данными, то "к, %> трехфазной системы определится как среднее арифметическое значение из этих величин, т. е.
(2)
Для правильного распределения нагрузок между отдельными трансформаторами, образующими трехфазную группу, необходимо равенство их Uк.

Группы соединений обмоток трансформаторов должны быть тождественны, что устанавливается проверкой группы каждого однофазного трансформатора в отдельности, а потом группы соединений обмоток трехфазной системы.
Однофазные трансформаторы, как известно, могут иметь только две группы—12 (0) или 6, причем обычно трансформаторы выпускаются группы 12 (0).
Проверить правильность групп однофазных трансформаторов одним из существующих методов.
При правильном обозначении вводов ВН и НН можно, пользуясь таблицами гл. 5, образовать нужную группу.
После соединения всех вводов ВН и НН, т. е. после образования трехфазной группы, можно для дополнительного контроля проверить еще опытным путем группу соединений. После всех проверок следует, кроме того, перед включением трансформаторной группы на параллельную работу проверить фазировку и отсутствие разности напряжений между одноименными вводами, как это показано на рис. 2-1,6 и 2-3,6.

Рис. 2 Проверка вольтметром перед включением трехфазной группы на (параллельную работу с трехфазным трансформатором.
На рис. 2 дана схема проверки вольтметром отсутствия напряжения между одноименными вводами группы из трех однофазных трансформаторов и работающим трехфазным трансформатором.
В этой схеме вольтметры, подключенные к точкам b и а шин НН (рис. 2), не должны давать показаний. Движение стрелок вольтметров (очень малые показания) указывает на присутствие небольших уравнительных токов.
В схеме рис. 2 у трансформаторов Тр2 и Тр3 вводы ВН и НН перемаркированы и приведены в соответствие с маркировкой трехфазного трансформатора и системой шин. Если вольтметры не будут давать показаний, то это означает, что подключаемая на параллельную работу трехфазная система отвечает предъявляемым к ней требованиям и параллельная работа допустима.
Рассмотрим необходимость соблюдения условия 4. Условие 4. Отношение наибольшей мощности к наименьшей у параллельно работающих трансформаторов не должно превышать 3: 1. Мощность трехфазной группы определяется умножением мощности однофазного трансформатора на 3.
Выполнение этого условия следует понимать так, что отношение наибольшей к наименьшей мощности трехфазной группы однофазных трансформаторов и трехфазных или других групп однофазных трансформаторов не должно превышать 3:1.

ВОЗМОЖНОСТЬ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНОЙ ГРУППЫ  ОДНОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ДВУХ ФАЗАХ

При соединении трех однофазных трансформаторов в трехфазную группу в случае выхода из строя одного из однофазных трансформаторов трехфазная группа может работать только тогда, когда аварийная фаза трансформаторной группы будет заменена резервной (четвертой) фазой. Может быть еще один возможный случай работы трансформаторной группы на двух фазах. Это может быть при соединении обмоток по схеме А/Л, т. е. когда обмотки ВН и НН соединены в треугольник. В качестве временной (аварийной) меры трансформаторная группа может работать по схеме открытого треугольника \//\/» имея прежнюю группу соединения обмоток и прежние напряжения на выводах обмоток ВН и НН. При других схемах соединений обмоток, т. е. при Y/Д, A/Y, Y/Y, или при отсутствии резервной фазы трехфазная трансформаторная группа будет потеряна полностью. Возможность работы трехфазной группы однофазных трансформаторов на двух фазах своеобразно решила японская фирма Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd [JI. 50], которая предложила трехфазные группы комплектовать из трех двухфазных трансформаторов. В этом случае, если один из трансформаторов выйдет по каким-либо причинам из строя, то в целом трансформаторная группа может работать длительно, передавая более половины ее номинальной мощности. На рис. 3,а дана векторная диаграмма напряжений трех двухфазных трансформаторов, соединенных в трехфазную группу по схеме Y/A-1, Каждый двухфазный трансформатор обозначен римской цифрой (I, II, III). Соединение выводов двухфазных трансформаторов между собой показано пунктирными линия
ми. Если один из трех трансформаторов, например трансформатор II, вышел из строя и находится в ремонте, то оставшиеся два трансформатора I и III могут продолжать работать так, как это указано на рис. 3,6. В этом случае выходная мощность будет более половины номинальной мощности трехфазной группы.

В рассмотренном выше примере трехфазная группа имела схему У/Д-1. Если соединить обмотки НН двухфазного трансформатора не по схеме рис. 4,а, а по

Рис. 4.
рис. 4,6, то трехфазная группа получит схему Y/A-11, обычно принятую в большинстве стран мира.
Двухфазные трансформаторы имеют четырехстержневой магнитопровод, на два средних из которых насажены обмотки ВН и НН (рис. 5). В обмотках трансформатора индуктируются э. д. е., отличающиеся друг от друга по фазе на 120°.

Рис 5.
Магнитные потоки в ярмах и в двух крайних стержнях магнитопровода, как известно, будут в v 3 раз меньше магнитного потока в основных стержнях, а потому площадь их поперечного сечения достаточно иметь равной 58% от площади двух центральных стержней, на которых находятся обмотки.
Для мощных и высоковольтных однофазных трансформаторов, когда необходимость соблюдения определенной  высоты последнего по условиям транспортирования вынуждает применять четырехстержневые магнитопроводы, двухфазные трансформаторы могут оказаться такими же экономичными, как три однофазных четырех- стержневых трансформатора. На подстанции Шийода компании «Токио электрик пауэр К°» (Япония) работают две трехфазные понижающие трансформаторные группы, состоящие из трех двухфазных трансформаторов со следующими данными:
Номинальная мощность группы, МВА           100
Частота, Гц           50
Номинальные напряжения обмоток, кВ        154/66+10%
Схема соединений обмоток   *   Y/Y-12
Напряжение короткого замыкания, %                   10,0
Ток холостого хода группы, %           0,503
Потери холостого хода трехфазной группы, кВт    148,0
Потери короткого замыкания трехфазной группы, кВт    459,0
Суммарные потери трехфазной группы, кВт          607,0
Коэффициент полезного действия при нагрузке 75%
и cos φ = 0,8, %             99,33
Размеры трехфазной группы, мм
ширина                 5 570
длина          10 760
высота                  4 950
Вес трехфазной группы, т
общий          ...    260,0
выемной части                         3X45,8
масла          74,0

*Кроме того, имеется встроенная третичная обмотка, соединенная в треугольник, служащая для подавления высших гармонических, которая внешней нагрузки не имеет, а потому в схеме соединения обмоток не указывается.

Охлаждение трансформаторов — масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла и воды.
Сравнивая данные двухфазных трансформаторов с аналогичными показателями для однофазных трансформаторов, широко применяемых в настоящее время в энергетике, можно сделать вывод, что двухфазные трансформаторы могут в ряде случаев найти свое применение.
Иногда в условиях эксплуатации из-за отсутствия в наличии резервной фазы, недостатка трансформаторной мощности или по другим причинам прибегают к работе трансформаторной группы на двух фазах. Такие случаи не единичны. Можно в качестве примера указать на случай, имевший место на подстанции Донбассэнерго, работы трансформаторной группы по схеме «двухлучевая звезда — открытый треугольник» (Л. 53].
Трансформаторную группу, состоящую из трех однофазных трансформаторов типа ОДТГ-40000/220 с напряжениями 220/110/35 кВ и группой соединения Yo/A/A-11-11, было решено переделать на месте в автотрансформаторную группу (АОДТГ-87000/220). Так как не было резервной фазы, то переделка трансформаторов производилась по одной фазе, а две другие работали и тем самым не нарушали нормальной работы подстанции. Эксплуатация этой неполнофазной группы велась длительное время и состояла из трех периодов:
первый период работали два трансформатора ОДТГ-40000/220, а один находился в переделке;
второй период работал один трансформатор ОДТГ-40000/220 и один автотрансформатор
АОДТТ-87000/220, второй трансформатор находился в переделке;
третий период работали два автотрансформатора АОДТТ-87000/220, третий (последний) находился в переделке.
Каждый период соответствовал времени переделки однофазного трансформатора в автотрансформатор.
Во всех трех периодах времени двухфазная группа работала в режиме понижающего трансформатора 220/35 кВ с отключенным выключателем на стороне 110 кВ. Схема параллельной работы трех трансформаторных групп с указанием второй группы (на схеме средняя), работающей по схеме Y /V— «неполная звезда — открытый треугольник», дана на рис. 6.

Рис.  б.
Длительная эксплуатация показала, что трансформаторная группа, состоящая из двух фаз, может работать как изолированно на специально выделенную нагрузку, так и параллельно с другими трансформаторами.