Трансформаторы межсистемные (до 800 кВ)
Системные межсетевые трансформаторы подключают высоковольтные (EHV) системы передачи с разным напряжением до 800 кВ вместе с целью обмена активной и реактивной мощностью между системами.
Подключение систем передачи с системными межсетевыми трансформаторами (на фото: трансформаторы АББ 500 МВА, поставленные на подстанцию Ольтаржев в Польше)
Мощность таких трансформаторов может быть довольно высокой, например, 1000 МВА, и иногда они автоматически соединяются, чтобы облегчить транспортировку с завода на участок с меньшим весом и физическими размерами. Кроме того, стоимость изготовления будет ниже по сравнению с трансформатором с отдельными обмотками.
Коэффициент поворота таких трансформаторов иногда фиксируется, тогда как в других случаях могут быть предусмотрены отводы.
Различные отводы могут не оказывать заметного влияния на напряжение по обеим сторонам трансформатора. Однако отводы обеспечивают способность влиять на обмен реактивной мощностью между системами.
Изоляция обмоток обычно градуирована. В отдельных витках трансформаторы расположены в нейтральном конце одной из обмоток. В автоподключенных трансформаторах отводы am обычно расположены в фазах стороны низкого напряжения. См. Рис. 1.
Рисунок 1 - Подсоединение трансформаторов с автоматическим подключением
Отрезы иногда расположены в нейтральной точке автоматических подключенных трансформаторов, где уровень напряжения на землю и разности напряжений между фазами ниже, чем когда выступы расположены в автоматическом кране. Затем можно использовать более простой и дешевый ответвитель.
С другой стороны, отрезки в нейтрали потребуют большего количества витков в диапазоне отвода, чтобы добиться такого же изменения коэффициента поворота, как при отводах на автоматическом отводе или на высоковольтной клемме.
Две основные обмотки в автоматическом подключенном трансформаторе (или просто автотрансформатор) называются общими обмотками и обмоткой серии.
- Общая обмотка подключена к нейтрали, и, как видно из названия, витки этой обмотки являются общими для обеих сторон трансформатора.
- Последовательная обмотка соединена на одном конце с общей обмоткой, а на другом конце с клеммой высокого напряжения.
Высоковольтный ток протекает через обмотку серии. Ток, протекающий в общей обмотке, представляет собой разницу между низким напряжением и током высокого напряжения. Ток в общей обмотке протекает в противоположном направлении к току в обмотке серии.
Общая обмотка и обмотка серии расположены в виде концентрических цилиндрических оболочек, а ампер-витки в двух обмотках равны по величине и противоположны по направлению.
Преимущество автотрансформатора по сравнению с трансформатором с отдельными обмотками заключается в том, что автотрансформатор требует меньше материала и, следовательно, имеет меньшие общие размеры, меньшую массу, более низкие производственные затраты и более низкие потери.
Эквивалентная отдельная номинальная мощность обмотки автотрансформатора указывает величину экономии и определяется следующим уравнением:
Термины в этом уравнении следующие:
- S e - эквивалентная отдельная номинальная мощность обмотки трансформатора
- S r - номинальная мощность трансформатора
- U rHV - номинальное высокое напряжение трансформатора
- U rLV - номинальное низкое напряжение трансформатора
Уравнение выше утверждает, что эквивалентная отдельная номинальная мощность обмотки пропорциональна разнице между номинальным высоким напряжением и номинальным низким напряжением трансформатора.
Масса трансформатора, общие размеры, стоимость производства и потери не прямо пропорциональны эквивалентной отдельной номинальной мощности намотки, но все эти свойства показывают тенденцию к снижению с уменьшением эквивалентной отдельной номинальной мощности обмотки.
Чем меньше разность между высоким и низким напряжением, тем меньше будет Se, и чем больше экономия при трансформации трансформатора, а не отдельного обмоточного трансформатора.
Кроме того, импеданс короткого замыкания трансформатора показывает снижение тенденции с уменьшением разницы между высоким и низким напряжением. Когда эта разность напряжений очень мала, импеданс короткого замыкания трансформатора также становится небольшим, что снижает падение напряжения в трансформаторе. Это преимущество.
С другой стороны, низкий импеданс короткого замыкания в трансформаторе может привести к тому, что ток цепи контура системы будет настолько высок, что механические силы в трансформаторе превысят его противостоящую способность. Решением этой проблемы может быть установка последовательно работающих токоограничивающих реакторов с автоматическим подключением трансформатора.
Другим недостатком автотрансформаторов является то, что из-за металлической связи между цепями с обеих сторон трансформатора возмущение в одной из цепей также связано с другой схемой.
Если, например, однофазное замыкание на землю происходит в одной из цепей, в обеих цепях будет использоваться напряжение на земле на здоровых фазах. Если в цепи, имеющей наивысшее напряжение, возникает замыкание на землю, повышение напряжения на землю на здоровых фазах схемы низкого напряжения может стать очень высоким, в зависимости от разности системного напряжения двух цепей.
Прямое заземление нейтрали смягчит это явление.
Одним из наиболее распространенных применений автоматического соединения является большое количество высоковольтных трансформаторов, где нейтраль системы напрямую заземлена. Эти трансформаторы часто представляют собой очень большие единицы с сердечниками из 5 лимбов. Третичная d-подключенная обмотка обычно включается для обеспечения импеданса с низкой нулевой последовательностью и тройных гармонических намагничивающих токов во избежание тройных гармоник в магнитном потоке и индуцированных напряжениях.
Если третичная обмотка не предназначена для подключения к любой силовой установке, один угол обмотки должен быть прочно заземлен, чтобы зафиксировать потенциал обмотки.
Важно, чтобы такие автотрансформаторы были защищены от переходных перенапряжений с обеих сторон с помощью ограничителей перенапряжений между фазами и землей.
В определенных географических областях могут существовать напряжения системы на нескольких разных уровнях напряжения, часто в основном по историческим причинам, и часто необходимо подключать эти системы вместе с помощью трансформаторов.
Из-за большой зависимости от электроэнергии в современном обществе необходимы запасные трансформаторы для этих точек подключения к системе.
Чтобы избежать большого количества запасных трансформаторов, каждый из которых имеет одно удельное отношение напряжения, подходящее для использования в конкретной точке подключения в энергосистеме, может быть изготовлен запасной трансформатор с несколькими различными коэффициентами напряжения. Такой трансформатор будет применяться в нескольких разных точках соединения.
Пример схемы подключения для такого трансформатора показан на рисунке 2.
Рисунок 2 - Запасной трансформатор с несколькими различными коэффициентами напряжения
Трансформатор YN-автоподключен с помощью переключателя РПН на нейтрали. Низковольтная клемма может быть подключена к одному из нескольких отводов в режиме отключения. Таким образом достигаются следующие отношения напряжения: от 400 до 230 кВ, от 400 до 132 кВ, от 400 до 110 кВ, от 230 кВ до 132 кВ и от 230 кВ до 107 кВ.
С помощью переключателя ответвлений на нагрузке коэффициент поворота может быть отрегулирован на несколько процентов вверх или вниз, несколько изменяясь с конкретными напряжениями в системе, для которых используется трансформатор. Максимальная мощность составляет 450 МВА при напряжении 400/230 кВ.
При других коэффициентах напряжения номинальная мощность находится в диапазоне от 325 до 200 МВА, в зависимости от используемого отношения напряжения.
Рисунок 3 - Автоматический инерционный трансформатор с напряжением 450 МВА
Трансформатор также имеет дельта-подключенную третичную обмотку, которая ограничивает импеданс нулевой последовательности трансформатора до достаточно низкого значения. Напряжение и мощность третичной обмотки зависят от напряжения, приложенного к высоковольтной клемме 400 или 230 кВ.
Ссылка // Руководство по трансформаторам от ABB