Силові трансформатори електричних станцій і підстанцій

Трансформатори. Основні визначення і принцип

Силові трансформатори призначені для перетворення електроенергії змінного струму з одного напруги на інше. Найбільшого поширення набули трифазні трансформатори, так як втрати в них на 12-15% нижче, а витрата активних матеріалів і вартість на 20 - 25% менше, ніж в групі трьох однофазних трансформаторів такою ж сумарною потужністю.

Гранична одинична потужність трансформаторів обмежується масою, розмірами, умовами транспортування.

Трифазні трансформатори на напругу 220 кВ виготовляють потужністю до 1000 МВА, на 330 кВ - 1250 МВА, на 500 кВ - 1000 МВА.

Однофазні трансформатори застосовуються, якщо неможливо виготовлення трифазних трансформаторів необхідної потужності або утруднена їх транспортування. Найбільша потужність групи однофазних трансформаторів напругою 500 кВ становить 3 × 533 МВА, напругою 750 кВ - 3 × 417 МВА, напругою 1150 кВ - 3 × 667 МВА.

За кількістю обмоток різної напруги на кожну фазу трансформатори поділяються на двохобмотувальні й трьохобмотувальні. Крім того, обмотки одного і того ж напруги, зазвичай нижчого, можуть складатися з двох і більше паралельних гілок, ізольованих один від одного і від заземлених частин. Такі трансформатори називають трансформаторами з розщепленими обмотками. Обмотки вищої, середньої та нижчої напруги прийнято скорочено позначати відповідно ВН, СН, НН.

Трансформатори з розщепленими обмотками НН забезпечують можливість приєднання декількох генераторів до одного що підвищує трансформатора. Такі укрупнені енергоблоки дозволяють спростити схему розподільного пристрою (РУ) 330-500 кВ. Трансформатори з розщепленої обмоткою НН набули широкого поширення в схемах живлення власних потреб великих ТЕС з блоками 200-1200 МВт, а також на понижуючих підстанціях з метою обмеження струмів КЗ.

До основних параметрів трансформатора відносяться: номінальні потужність, напруга, струм; напруга КЗ: струм холостого ходу; втрати холостого ходу і КЗ.

Номінальною потужністю трансформатора називається вказане в заводському паспорті значення повної потужності, на яку безперервно може бути навантажений трансформатор в номінальних умовах місця установки і охолоджуючої середовища при номінальних частоті і напрузі.

Для трансформаторів загального призначення, встановлених на відкритому повітрі і мають природне масляне охолодження без обдування і з обдувом, за номінальні умови охолодження приймають природно мінливу температуру зовнішнього повітря (для кліматичного виконання У: середньодобова не більше 30 ° С, середньорічна не більше 20 ° С) , а для трансформаторів з олійно-водяним охолодженням температура води біля входу в охолоджувач приймається не більше 25 ° с (ГОСТ 11677-85).

Номінальна потужність для двохобмотувальні трансформатора - це потужність кожної з його обмоток.

Трьохобмотувальні трансформатори можуть бути виконані з обмотками як однакової, так і різної потужності. В останньому випадку за номінальну приймається найбільша з номінальних потужностей окремих обмоток трансформатора.

За номінальну потужність автотрансформатора приймається номінальна потужність кожної зі сторін, що мають між собою АВТОТРАНСФОРМАТОРНЕ зв'язок ( «прохідна потужність»).

Трансформатори встановлюють не тільки на відкритому повітрі, але і в закритих неопалюваних приміщеннях з природною вентиляцією. В цьому випадку трансформатори можуть бути безперервно навантажені на номінальну потужність, але при цьому термін служби трансформатора дещо знижується через гірших умов охолодження.

Номінальні напруги обмоток - це напруги первинної і вторинної обмоток при холостому ході трансформатора.

Для трифазного трансформатора - це його лінійне (міжфазова) напруга. Для однофазного трансформатора, призначеного для включення в трифазну групу, з'єднану в зірку, - це

.

При роботі трансформатора під навантаженням і підведенні до затискачів його первинної обмотки номінальної напруги на вторинній обмотці напруга менше номінального на величину втрати напруги в трансформаторі. Коефіцієнт трансформації трансформатора n визначається відношенням номінальних напруг обмоток вищої і нижчої напруги

.

У триобмоткових трансформаторах визначається коефіцієнт трансформації кожної пари обмоток: ВН і НН; ВН і СН; СН і НН.

Номінальними струмами трансформатора називаються зазначені в заводському паспорті значення струмів в обмотках, при яких допускається тривала нормальна робота трансформатора.

Номінальний струм будь обмотки трансформатора визначають за його номінальної потужності і номінальній напрузі.

Напруга короткого замикання Uк - це напруга, при підведенні якого до однієї з обмоток трансформатора при замкнутої накоротко інший обмотці в ній проходить струм, який дорівнює номінальному.

Напруга КЗ визначають по падінню напруги в трансформаторі, воно характеризує повне опір обмоток трансформатора.

У триобмоткових трансформаторах і автотрансформаторах напруга КЗ визначається для будь-якої пари його обмоток при розімкнутої третьої обмотці. Таким чином, в каталогах наводяться три значення напруги КЗ: Uк ВН-НН, Uк ВН-СН, Uк СН-ПН.

Оскільки індуктивний опір обмоток значно вище активного (у невеликих трансформаторів в 2-3 рази, а у великих в 15 - 20 разів), то Uк в основному залежить від реактивного опору, тобто взаємного розташування обмоток, ширини каналу між ними, висоти обмоток.

Величина Uк регламентується ГОСТ залежно від напруги і потужності трансформаторів. Чим більше вища напруга і потужність трансформатора, тим більша напруга КЗ. Так, трансформатор потужністю 630 кВА з вищою напругою 10 кВ має Uк = 5,5%, з вищою напругою 35 кВ - Uк = 6,5%; трансформатор потужністю 80000 кВА з вищою напругою 35 кВ має Uк = 9%, а з вищою напругою 110 кВ - Uк = 10,5%.

Збільшуючи значення Uк, можна зменшити струми КЗ на вторинній стороні трансформатора, але при цьому значно збільшується споживана реактивна потужність і збільшується вартість трансформаторів. Якщо трансформатор 110 кВ потужністю 25 MBА виконати з Uк = 20% замість 10%, то розрахункові витрати на нього зростуть на 15,7%, а споживана реактивна потужність зросте вдвічі (з 2,5 до 5,0 Мвар).

Трьохобмотувальні трансформатори можуть мати два виконання за значенням Uк в залежності від взаємного розташування обмоток.

Якщо обмотка НН розташована у стрижня муздрамтеатру, обмотка ВН - зовні, а обмотка СН - між ними, то найбільше значення має Uк ВН-НН, а менше значення - Uк ВН-СН. У цьому випадку втрати напруги по відношенню до висновків СН зменшаться, а струм КЗ в мережі НН буде обмежений завдяки підвищеному значенням Uк ВН-НН

Якщо обмотка СН розташована у стрижня муздрамтеатру, обмотка ВН - зовні, а обмотка НН - між ними, то найбільше значення має Uк ВН-СН, а менша - Uк ВН-НН.

Значення Uк СН-ПН залишиться однаковим в обох виконаннях.

Струм холостого ходу Iх характеризує активні і реактивні втрати в сталі і залежить від магнітних властивостей стали, конструкції і якості збірки муздрамтеатру і від магнітної індукції. Струм холостого ходу виражається у відсотках номінального струму трансформатора. У сучасних трансформаторах з холоднокатаної сталлю струми холостого ходу мають невеликі значення.

Втрати холостого ходу Pх і короткого замикання Pк визначають економічність роботи трансформатора.

Втрати холостого ходу складаються з втрат стали на перемагнічування і вихрові струми. Для їх зменшення застосовуються електротехнічна сталь з малим вмістом вуглецю і спеціальними присадками, холоднокатана сталь товщиною 0,3 мм марок 3405, 3406 та інших з жаростійким ізоляційним покриттям. У довідниках і каталогах наводяться значення Pх для рівнів А і Б. Рівень А відноситься до трансформаторів, виготовленим з електротехнічної сталі з питомими втратами не більше 0,9 Вт / кг, рівень Б - з питомими втратами не більше 1,1 Вт / кг ( при B = 1,5 Тл, f = 50 Гц).

Втрати короткого замикання складаються з втрат в обмотках при протіканні по ним струмів навантаження і додаткових втрат в обмотках і конструкціях трансформатора. Додаткові втрати викликані магнітними полями розсіювання, що створюють вихрові струми в крайніх витках обмотки і конструкціях трансформатора (стінки бака, ярмова балки і ін.). Для їх зниження обмотки виконуються багатожильним транспоновану проводом, а стінки бака екрануються магнітними шунтами.

У сучасних конструкціях трансформаторів втрати значно знижені. Наприклад, в трансформаторі потужністю 250000 кВА при U = 110 кВ
(Pх = 200 кВт, Pк = 790 кВт), що працює цілий рік (Tmax = 6300 год), втрати електроенергії складуть 0,43% електроенергії, пропущеної через трансформатор. Чим менше потужність трансформатора, тим більше відносні втрати в ньому.

У мережах енергосистем встановлено велику кількість трансформаторів малої та середньої потужності, тому загальні втрати електроенергії у всіх трансформаторах країни значні і дуже важливо для економії електроенергії удосконалювати конструкції трансформаторів з метою подальшого зменшення значень Pх і Pк.

джерело: Л. Д. Рожкова, Л. К. Карнеева, Т. В. Чиркова. Електрообладнання електричних станцій і підстанцій

Силові трансформатори ТМ-СЕЩ, ТМН-СЕЩ Електрощит-Самара