Параллельная работа трансформаторов

Параллельной работой называется совместная работа двух или нескольких трансформаторов, питающихся от одной и той же сети, на общую нагрузку. Например, практически на каждой современной оконечной понизительной подстанции 10/0,4 кВ, обеспечивающей питание жилых комплексов или цехов предприятий, устанавливают два параллельно работа­ющих трансформатора. Наличие второго трансформатора уве­личивает надежность электроснабжения, повышает его беспе­ребойность. Параллельно работают трансформаторы на по­вышающих подстанциях генерирующих электрических станций, на районных и главных понизительных подстанциях. Кроме увеличения надежности применение двух или нескольких трансформаторов позволяет лучше учитывать неизбежное раз­витие нагрузки в последующем.

Недостатком применения вместо одного мощного транс­форматора двух или нескольких меньшей мощности является очевидное увеличение расхода материалов и увеличение сум­марных потерь.

Основная проблема, возникающая при параллельной рабо­те трансформаторов, заключается в обеспечении равномерно­го распределения нагрузки между ними. Рассмотрим условия параллельной работы трансформаторов, используя их эквива­лентную схему замещения (рис. 2.23,а и б).

Рис. 2.23. Схема включения трансформаторов при параллельной работе (а) и их схема замещения (б)

Чтобы трансформаторы TpI и ТрII, включенные на парал­лельную работу, работали успешно, необходимо, чтобы при холостом ходе в их обмотках не возникали уравнитель­ные токи и чтобы нагрузка распределялась между обоими трансформаторами в соответствии с их номинальной мощностью. Рассмотрим условия параллельной работы транс­форматоров.

Если ЭДС вторичных обмоток Ē_20I и Е̄_20II параллельно работающих трансформаторов при холостом ходе не равны, то под воздействием разности ЭДС ∆E в контуре обмоток возникает уравнительный ток, ограничиваемый лишь их сопро­тивлениями (рис. 2.24,a), тем больший, чем больше разность ЭДС. Это вызывает перетек мощности от одного трансформа­тора к другому, а следовательно, неравномерную нагрузку трансформаторов, сопровождающуюся увеличением потерь и нагрева.

Рис. 2.24. Возможные векторные диаграммы вторичных ЭДС при параллельной работе трансформаторов

Величина уравнительного тока

Ī_УР = (Ē_20I - Ē_20II) / (Z_KI + Z_KII). (2.46)

Из изложенного следует, что первым необходимым ус­ловием для включения трансформаторов на параллельную ра­боту является равенство их вторичных ЭДС, т. е. вторич­ных напряжений холостого. При этом трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации. На практике допускается параллельная работа силовых транс­форматоров, имеющих различие в коэффициентах трансфор­мации не более 0,5%, а для трансформаторов с k > 3 — не более 1%.

Вторым необходимым условием является совпадение по фазе ЭДС вторичных обмоток Ē_20I и Ē_20II чтобы их векторная разность была равна нулю. При невыполнении этого условия между одноименными зажимами вторичных обмоток возника­ет разность ЭДС ∆Е (рис. 2.24), вызывающая появление урав­нительного тока. Это условие выполняется лишь тогда, когда параллельно работающие трансформаторы принадлежат к одной группе соединений.

Из схемы замещения (рис. 2.23,б) видно, что токи транс­форматоров пропорциональны сопротивлениям короткого за­мыкания:

I_IZK_I = I_II Z_KII или I_I / I_II = (1 / Z_KI)/(l / Z_KII).

Умножив и разделив левую часть на номинальные значения токов трансформаторов и приравняв и , получим:

,

откуда, с учетом коэффициентов загрузки β₁ = I₁ / I_1Н, = I_II / I _IIH, имеем:

. (2.47)

Поскольку = I_I / I_IH= S_I / S_IH = S*_I , = I_II / I_IIH,=S_II / S_IIH = S*_II, то:

. (2.48)

Из выражения (2.48) следует, что при равенстве напряже­ний коротких замыканий каждый из параллельно работающих трансформаторов будет нагружен до номинальной мощности. Если они не равны, то перегружен будет трансформатор с мень­шим значением u_K. Тогда приходится уменьшать общую нагрузку трансформаторов, которые в результате будут недогру­жены, а их установленная мощность будет недоиспользована. Выражения (2.47) и (2.48) справедливы для любого числа трансформаторов.

Следует также иметь в виду, что реактивная составляющая напряжения короткого замыкания мощных трансформаторов больше, а активная меньше, чем у трансформаторов меньшей мощности, что даже при равенстве u_K вызывает появление урав­нительных токов. Поэтому для параллельной работы исполь­зуют трансформаторы, мощность которых может отличаться не более, чем в три раза.