Основные параметры силовых трансформаторов

СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР И ЕГО ПАРАМЕТРЫ

Силовой трансформатор — стационарный прибор с двумя или более обмотками, который посредством электромагнитной индукции преобразует систему переменного напряжения и тока в другую систему переменного напряжения и тока, как правило, различных значений при той же частоте в целях передачи электроэнергии без изменения её передаваемой мощности.

Силовые трансформаторы, установленные на электростанциях и подстанциях, предназначены для преобразования электроэнергии с одного напряжения на другое. Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12—15% ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20—25% меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности.

Трехфазные трансформаторы на напряжение ……………………………………………….. 220 кВ изготовляют мощностью до 1000 MBА, на 330 кВ - 1250 МВА, на 500 кВ - 1000 МВА, 750 кВ - 3 * 417 МВА, 1150 кВ - 3 * 667 MBA. Удельная единичная мощность трансформаторов ограничивается массой, размерами, условиями транспортировки.

Однофазные трансформаторы применяются, если невозможно изготовление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруднена их транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов напряжением 500 кВ — 3 * 533 МВА, напряжением 750 кВ - 3 * 417 МВА, напряжением 1150 кВ - 3 * 667 MBA.

По количеству обмоток различного напряжения на каждую фазу трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные. Кроме того, обмотки одного и того же напряжения, обычно низшего, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленными обмотками. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения принято сокращенно обозначать соответственно ВН, СН, НН.
Трансформаторы с расщепленными обмотками НН обеспечивают возможность присоединения нескольких генераторов к одному повышающему трансформатору. Такие укрупненные энергоблоки позволяют упростить схему РУ 330—500 кВ. Широкое распространение трансформаторы с расщепленной обмоткой НН получили в схемах питания собственных нужд крупных ТЭС с блоками 200-1200 МВт, а также на понижающих подстанциях с целью ограничения токов КЗ.

Основные параметры силовых трансформаторов

К основным параметрам трансформатора относятся: номинальная мощность; напряжение; ток; напряжение короткого замыкания (КЗ); ток холостого хода (хх); потери хх и потери КЗ.

Номинальная мощность для двухобмоточного трансформатора — это мощность каждой из его обмоток. Трехобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с обмотками как одной, так и разной мощности. В последнем случае за номинальную принимается большая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора.

За номинальную мощность автотрансформатора принимается номинальная мощность каждой из сторон, имеющих меж собой автотрансформаторную связь («проходная мощность»).

Номинальные напряжения обмоток — это напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора. Для однофазового трансформатора — это его линейное (междуфазное) напряжение. Для однофазового трансформатора, созданного для включения в трехфазную группу, соединенную в звезду, это U/З. При работе трансформатора под нагрузкой и подведении к его зажимам первичной обмотки номинального напряжения напряжение на вторичной обмотке меньше номинального на величину падения напряжения в трансформаторе.

Коэффициент трансформации трансформатора – отношение номинальных напряжений обмоток высшего и низшего напряжений.

В трехобмоточных трансформаторах определяется коэффициент трансформации каждой пары обмоток ВН и НН, ВН и СН, СН и НН.

Номинальными токами трансформатора именуются обозначенные в заводском паспорте значения токов в обмотках, при которых допускается длительная работа трансформатора. Номинальный ток каждой обмотки трансформатора определяется ее номинальной мощностью и номинальным напряжением.

Напряжение короткого замыкания Uк — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному. Напряжение КЗ определяет падение напряжения в трансформаторе и характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

В трехобмоточном трансформаторе напряжение КЗ определяется для любой пары его обмоток при разомкнутой третьей обмотке. Таким образом, трехобмоточный трансформатор имеет три значения Uк.

Для всех трансформаторов напряжение КЗ в % от номинального, вычисляется по следующей формуле

Uк =√(Ua²+Up²),

где Ua — активная составляющая напряжения КЗ, зависящая от активного сопротивления трансформатора; Up — реактивная составляющая напряжения КЗ, зависящая от реактивного (индуктивного) сопротивления трансформатора.

Увеличивая значение Uкз, можно уменьшить токи КЗ на вторичной стороне трансформатора, но при всем этом существенно возрастает потребляемая реактивная мощность и возрастает цена трансформаторов. Если трансформатор 110 кВ, 25 МВА выполнить с Uкз=20% вместо 10%, то расчетные издержки на него вырастут на 15.7%, а потребляемая реактивная мощность вырастет в два раза (с 2.5 до 5.0 МВАр).

Ток холостого хода характеризует активные и реактивные потери в стали и находится в зависимости от магнитных параметров стали, конструкции и свойства сборки магнитопровода и от магнитной индукции. Ток холостого хода выражается в процентах от номинального тока трансформатора.

Потери холостого хода и короткого замыкания определяют экономичность работы трансформатора.

Потери КЗ состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и дополнительных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора. Дополнительные потери вызваны магнитными полями рассеяния, создающими вихревые токи в крайних витках обмотки и конструкциях трансформатора (стенки бака, ярмовые балки и др.). Для их уменьшения обмотки, выполняются многожильным транспонированным проводом, а стенки бака экранируются. В современных конструкциях трансформаторов потери существенно снижены. Чем меньше мощность трансформатора, тем больше относительные потери в нем. В сетях энергосистем установлено огромное количество трансформаторов малой и средней мощности, потому общие потери электроэнергии во всех трансформаторах страны значительны.