Принципы трансформаторов в параллельном соединении

Автор: Селезнев Владимир [email protected].

Публикация: 2025-03-03 20:32.

Последние изменения: 2025-03-03 20:32

Введение

Для подачи нагрузки, превышающей номинал существующего трансформатора, два или более трансформатора могут быть подключены параллельно с существующим трансформатором. Трансформаторы подключаются параллельно, когда нагрузка на один из трансформаторов больше, чем его емкость.

Принципы трансформаторов в параллельном соединении (часть 1)

Надежность увеличивается при параллельной работе, а не на одном большом блоке.

Стоимость, связанная с поддержанием запасных частей, меньше, когда два трансформатора соединены параллельно. Обычно экономично устанавливать другой трансформатор параллельно вместо замены существующего трансформатора на один большой блок.

Стоимость запасного устройства в случае двух параллельных трансформаторов (одинакового номинала) также ниже стоимости одного большого трансформатора. Кроме того, предпочтительнее иметь параллельный трансформатор по причине надежности.

При этом по меньшей мере половина нагрузки может быть поставлена с отключенным одним трансформатором.

Условие параллельной работы трансформатора

Для параллельного подключения трансформаторов первичные обмотки трансформаторов подключаются к шинам источника, а вторичные обмотки подключаются к шинам нагрузки.

Различные условия, которые должны быть выполнены для успешной параллельной работы трансформаторов:

То же напряжение и коэффициент поворота (как первичное, так и вторичное напряжение одинаково)
То же процентное сопротивление и отношение X / R
Идентичное положение переключателя
Те же рейтинги KVA
Такой же сдвиг угла фазы (группа векторов одинакова)
Точная частота
Одинаковая полярность
Одинарная фазовая последовательность

Некоторые из этих условий являются удобными, а некоторые являются обязательными.

Удобными условиями являются: одинаковое отношение напряжения и коэффициент поворота, одинаковый процентный импеданс, одинаковый рейтинг KVA, одинаковое положение переключателя переплета.

Условиями обязательных условий являются: одинаковый сдвиг по углу фазы, одна и та же полярность, одна и та же фазовая последовательность и одинаковая частота. Когда удобные условия не выполняются, возможна параллельная работа, но не оптимальная.

1. То же соотношение между коэффициентом пропорциональности и коэффициентом поворота (на каждом кране)

Если параллельно подключенные трансформаторы имеют несколько разные отношения напряжения, то из-за неравенства индуцированных э.д.с. во вторичных обмотках циркулирующий ток будет протекать в контуре, образованном вторичными обмотками в состоянии без нагрузки, что может быть намного больше чем нормальный ток холостого хода.

Ток будет довольно высоким, так как импеданс утечки низкий. Когда загружаются вторичные обмотки, этот циркулирующий ток будет иметь тенденцию приводить к неравномерной нагрузке на два трансформатора, и может быть невозможно взять полную нагрузку от этой группы из двух параллельных трансформаторов (один из трансформаторов может перегрузить).

Если два трансформатора с разным отношением напряжения соединены параллельно с одним и тем же основным напряжением питания, будет разница во вторичных напряжениях.

Теперь, когда вторичный из этих трансформаторов подключен к одной шине, будет циркулирующий ток между вторичными и, следовательно, между праймериями. Поскольку внутренний импеданс трансформатора мал, небольшая разность напряжений может вызвать достаточно высокий циркулирующий ток, вызывая ненужную дополнительную потерю I ² R.

Оценки как первичных, так и вторичных должны быть одинаковыми. Другими словами, трансформаторы должны иметь одинаковый коэффициент поворота, т. Е. Коэффициент трансформации.

2. То же процентное сопротивление и отношение X / R

Если два трансформатора соединены параллельно с одинаковыми импедансами на единицу, они будут в основном разделять нагрузку в рационе своих рейтингов KVA. Здесь Нагрузка в основном равна, потому что возможно иметь два трансформатора с равными импедансами на единицу измерения, но разные отношения X / R. В этом случае ток линии будет меньше суммы токов трансформатора, и объединенная мощность будет соответственно уменьшена.

Разница в соотношении величины реактивного сопротивления с сопротивлением на единицу полного сопротивления приводит к другому фазовому углу токов, переносимых двумя параллельными трансформаторами; один трансформатор будет работать с более высоким коэффициентом мощности, а другой с более низким коэффициентом мощности, чем у комбинированного выхода. Следовательно, реальная мощность не будет пропорционально распределена трансформаторами.

Ток, совместно используемый двумя трансформаторами, работающими параллельно, должен быть пропорционален их рейтингам MVA.

Ток, переносимый этими трансформаторами, обратно пропорционален их внутреннему импедансу.

Из приведенных выше двух утверждений можно сказать, что импеданс параллельных трансформаторов обратно пропорционален их рейтингам MVA. Другими словами, процентное сопротивление или единичные значения импеданса должны быть одинаковыми для всех трансформаторов, работающих параллельно.

При подключении однофазных трансформаторов в трехфазных банках правильное согласование импеданса становится еще более критичным. В дополнение к следующему трем правилам для параллельной работы, также является хорошей практикой попытаться сопоставить отношения X / R трех импедансов трех уровней, чтобы сбалансировать трехфазные выходные напряжения.

Когда однофазные трансформаторы с одинаковыми значениями KVA подключены в банке Y-Δ, несоответствия импеданса могут вызвать значительный дисбаланс нагрузки между трансформаторами

Давайте рассмотрим различные типы корпусов между импедансом, коэффициентом и KVA.

Если однофазные трансформаторы подключены в YY-блоке с изолированной нейтралью, то импеданс намагничивания также должен быть равен омическому основанию.

В противном случае трансформатор, имеющий наибольший импеданс намагничивания, будет иметь самый высокий процент возбуждающего напряжения, увеличивая потери в сердечнике этого трансформатора и, возможно, приводя его в насыщение.

Случай 1: равный импеданс, коэффициенты и одинаковый кВА

Стандартный метод параллельного подключения трансформаторов должен иметь одинаковые коэффициенты поворота, проценты импедансов и значения кВА. Соединительные трансформаторы параллельно с одними и теми же параметрами приводят к равному распределению нагрузки и не имеют циркуляционных токов в обмотках трансформатора.

Пример Подключение параллельных двухпортовых трансформаторов 2000 кВА, 5.75%, каждый с одинаковыми коэффициентами поворота до нагрузки 4000 кВА.

Загрузка на трансформаторы-1 = KVA1 = ((KVA1 /% Z) / ((KVA1 /% Z1) + (KVA2 /% Z2))) X KVAl
кВA1 = 348 / (348 + 348) x 4000 кВА = 2000 кВА.
Загрузка на трансформаторы-2 = KVA1 = ((KVA2 /% Z) / ((KVA1 /% Z1) + (KVA2 /% Z2))) X KVAl
kVA2 = 348 / (348 + 348) x 4000 кВА = 2000 кВА
Следовательно, KVA1 = KVA2 = 2000KVA

Случай 2: равные импедансы, коэффициенты и разные кВА

Этот параметр не является общепринятой практикой для новых установок, иногда к одной общей шине подключаются два трансформатора с разными КВА и те же процентные сопротивления. В этой ситуации текущее деление заставляет каждый трансформатор нести свою номинальную нагрузку. Токов циркуляции не будет, потому что напряжения (коэффициенты поворота) одинаковы.

Пример: Подключение трансформаторов 3000 кВА и 1000 кВА параллельно, каждый с сопротивлением 5, 75%, каждый с одинаковыми коэффициентами поворота, подключенный к общей нагрузке 4000 кВА.

Загрузка на трансформатор-1 = kVA1 = 522 / (522 + 174) x 4000 = 3000 кВА
Погрузка на трансформатор-1 = kVA2 = 174 / (522 + 174) x 4000 = 1000 кВА

Из приведенного выше расчета видно, что разные значения КВА на трансформаторах, соединенных с одной общей нагрузкой, что токовое деление заставляет каждый трансформатор загружаться только до его значения кВА. Ключ здесь в том, что процентное сопротивление одинаково.

Случай 3: Неравный импеданс, но одинаковые коэффициенты и кВА

В основном используется этот параметр для повышения мощности мощности установки путем параллельного подключения существующих трансформаторов, имеющих одинаковый рейтинг кВА, но с разным процентным сопротивлением.

Это обычное явление, когда бюджетные ограничения ограничивают покупку нового трансформатора с теми же параметрами.

Нам нужно понять, что ток делит обратные пропорции на импедансы, а больший ток течет через меньший импеданс. Таким образом, трансформатор с более низким процентом импеданса может быть перегружен при большой нагрузке, в то время как другой более высокопроцентный импедансный трансформатор будет слегка загружен.

Пример Два трансформатора 2000 кВА параллельно, один с сопротивлением 5, 75%, а другой с импедансом 4%, каждый с одинаковыми коэффициентами поворота, подключенный к общей нагрузке 3500 кВА.

Загрузка на трансформатор-1 = kVA1 = 348 / (348 + 500) x 3500 = 1436 кВА
Загрузка на трансформатор-2 = кВА2 = 500 / (348 + 500) x 3500 = 2064 кВА

Можно видеть, что, поскольку импедансы трансформатора не совпадают, они не могут быть загружены в их комбинированный рейтинг кВА. Разделение нагрузки между трансформаторами не равно. При нагрузке ниже номинальной нагрузки кВА 4% -ный импедансный трансформатор перегружен на 3, 2%, а трансформатор импеданса 5, 75% - на 72%.

Случай 4: Неравный импеданс и одинаковые коэффициенты KVA

Эта особенность трансформаторов редко использовалась в промышленных и коммерческих объектах, соединенных с одной общей шиной с разным кВА и неравномерным сопротивлением. Однако может быть, что одна ситуация, когда две односторонние подстанции могут быть связаны друг с другом посредством шины или кабелей, чтобы обеспечить лучшую поддержку напряжения при запуске большой нагрузки.

Если процентное сопротивление и значения kVA различны, следует соблюдать осторожность при загрузке этих трансформаторов.

Пример Два трансформатора параллельно с одним 3000 кВА (кВА1) с импедансом 5, 75%, а другой 1000 кВА (кВА2) с импедансом 4%, каждый с одинаковыми коэффициентами поворота, соединенный с общей нагрузкой 3500 кВА.

Загрузка на трансформатор-1 = kVA1 = 522 / (522 + 250) x 3500 = 2366 кВА
Погрузка на трансформатор-2 = kVA2 = 250 / (522 + 250) x 3500 = 1134 кВА

Поскольку процентное сопротивление меньше в трансформаторе 1000 кВА, оно перегружено с меньшей суммой номинальной нагрузки.

Случай 5: равный импеданс и неодинаковые коэффициенты KVA

Небольшие различия в напряжении вызывают большое количество тока для циркуляции. Важно отметить, что параллельные трансформаторы всегда должны находиться на одном и том же контакте. Циркуляционный ток полностью не зависит от нагрузки и нагрузки. Если трансформаторы будут полностью загружены, произойдет значительный перегрев из-за циркулирующих токов.

Точка, которая должна быть Помните, что циркулирующие токи не текут на линии, они не могут быть измерены, если оборудование мониторинга находится выше или ниже по течению от общих точек соединения.

Пример Два трансформатора мощностью 2000 кВА, соединенные параллельно, каждый с сопротивлением 5, 75%, одно и то же отношение X / R (8), трансформатор 1 с отводом регулируется на 2, 5% от номинала, а трансформатор 2 - с номинальным. Каков процентный циркулирующий ток (% IC)

% Z1 = 5, 75, поэтому% R '=% Z1 / √ ((X / R) 2 + 1)) = 5, 75 / √ ((8) 2 + 1) = 0, 713
% R1 =% R2 = 0, 713
% X1 =% R x (X / R) =% X1 =% X2 = 0, 713 x 8 = 5, 7
Пусть% e = разность в отношении напряжения, выраженная в процентах от нормали и k = kVA1 / kVA2
Циркулирующий ток% IC =% eX100 / √ (% R1 + k% R2) 2 + (% Z1 + k% Z2) 2.
% IC = 2, 5X100 / √ (0, 713 + (2000/2000) X0, 713) 2 + (5, 7 + (2000/2000) X5, 7) 2
% IC = 250 / 11, 7 = 21, 7

Ток циркуляции составляет 21, 7% от тока полной нагрузки.

Случай 6: Неравный импеданс, KVA и различные коэффициенты

Этот тип параметров вряд ли будет практически осуществим. Если оба отношения и импеданс различны, то циркулирующий ток (из-за неравного отношения) должен сочетаться с долей каждого трансформатора тока нагрузки для получения фактического общего тока в каждом блоке.

Для единичного коэффициента мощности 10% оборотов (из-за неравных коэффициентов поворота) приводит к полному проценту от общего тока. При меньших коэффициентах мощности циркулирующий ток резко изменится.

Пример Два трансформатора, подключенных параллельно, 2000 кВА с импедансом 5, 75%, отношение X / R 8, 1000 кВА2 с импедансом 4%, отношение X / R 5, 2000 кВА1 с отводом, отрегулированным на 2, 5% от номинала и 1000 кВА2,,

% Z1 = 5, 75, поэтому% R '=% Z1 / √ ((X / R) 2 + 1)) = 5, 75 / √ ((8) 2 + 1) = 0, 713
% X1 =% R x (X / R) = 0, 713 x 8 = 5, 7
% Z2 = 4, поэтому% R2 =% Z2 / √ ((X / R) 2 + 1)) = 4 / √ ((5) 2 + 1) = 0, 784
% X2 =% R x (X / R) = 0, 784 x 5 = 3, 92
Пусть% e = разность в отношении напряжения, выраженная в процентах от нормали и k = kVA1 / kVA2
Циркулирующий ток% IC =% eX100 / √ (% R1 + k% R2) 2 + (% Z1 + k% Z2) 2.
% IC = 2, 5X100 / √ (0, 713 + (2000/2000) X0, 713) 2 + (5, 7 + (2000/2000) X5, 7) 2
% IC = 250 / 13, 73 = 18, 21.

Циркуляционный ток составляет 18, 21% от тока полной нагрузки.

3. Одинаковая полярность

Полярность трансформатора означает мгновенное направление индуцированной э.д.с. вторичной. Если мгновенные направления индуцированной вторичной э.д.с. в двух трансформаторах противоположны друг другу, когда одна и та же входная мощность подается на оба трансформатора, считается, что трансформаторы находятся в противоположной полярности.

Трансформаторы должны быть надлежащим образом связаны с их полярностью. Если они связаны с неправильной полярностью, то два ЭДС, вызванные во вторичных обмотках, которые находятся параллельно, будут действовать вместе в локальной вторичной цепи и создавать короткое замыкание.

Полярность всех трансформаторов, работающих параллельно, должна быть одинаковой, в противном случае, огромным потоком циркулирующего тока в трансформаторе, но от этих трансформаторов не будет загружаться никакая нагрузка.

Если мгновенные направления индуцированной вторичной ЭДС в двух трансформаторах одинаковы, когда одна и та же входная мощность подается на оба трансформатора, считается, что трансформаторы имеют одинаковую полярность.

4. Одинаковая последовательность фаз

Последовательность фаз линейных напряжений обоих трансформаторов должна быть одинаковой для параллельной работы трехфазных трансформаторов. Если последовательность фаз неверна, в каждом цикле каждая пара фаз будет закорочена.

Это условие должно строго соблюдаться для параллельной работы трансформаторов.

5. Такой же сдвиг фазового угла (нулевое смещение по фазе между напряжениями вторичной линии)

Обмотки трансформатора могут быть соединены различными способами, которые создают разные величины и фазовые смещения вторичного напряжения. Все трансформаторные соединения могут быть разделены на отдельные группы векторов.

Группа 1: смещение нулевой фазы (Yy0, Dd0, Dz0)

Группа 2: смещение фазы на 180 ° (Yy6, Dd6, Dz6)

Группа 3: фазовое смещение -30 ° (Yd1, Dy1, Yz1)

Группа 4: фазовое смещение + 30 ° (Yd11, Dy11, Yz11)

Для того чтобы иметь нулевое относительное смещение фаз вторичных напряжений боковой линии, трансформаторы, принадлежащие к одной и той же группе, могут быть параллельны. Например, два трансформатора с соединениями Yd1 и Dy1 могут быть параллельны.

Трансформаторы групп 1 и 2 могут быть соединены только с трансформаторами собственной группы. Однако трансформаторы групп 3 и 4 могут быть параллельны обращением фазовой последовательности одного из них. Например, трансформатор с соединением Yd1 1 (группа 4) может быть параллелен тому, что имеет соединение Dy1 (группа 3) путем изменения последовательности фаз как первичных, так и вторичных клемм трансформатора Dy1.

Мы можем только параллельны Dy1 и Dy11, пересекая две входящие фазы и те же две исходящие фазы на одном из трансформаторов, поэтому, если у нас есть трансформатор DY11, мы можем пересечь фазы B & C на первичной и вторичной основе, чтобы изменить фазовый сдвиг +30 градусов в сдвиг -30 градусов, который будет параллелен Dy1, при условии, что все остальные точки выше выполнены.

6. Те же рейтинги KVA

Если два или более трансформатора подключены параллельно, то распределение нагрузки% между ними соответствует их рейтингу. Если все имеют одинаковый рейтинг, они будут иметь равные нагрузки

Трансформаторы с неравными значениями кВА будут обладать нагрузкой практически (но не точно) пропорционально их номинальным значениям, при условии, что отношения напряжения идентичны, а процентные импедансы (по их собственному значению кВА) идентичны или почти в этом случае обычно доступно 90% от суммы двух рейтингов.

Рекомендуется, чтобы трансформаторы, номинальные кВА которых отличаются более чем на 2: 1, не должны работать постоянно параллельно.

Трансформаторы, имеющие разные номиналы kva, могут работать параллельно, с распределением нагрузки, так что каждый трансформатор несет пропорциональную долю от общей нагрузки. Для достижения точного разделения нагрузки необходимо, чтобы трансформаторы были намотаны с одинаковым коэффициентом поворота и что процентное сопротивление всех трансформаторов равны, когда каждый процент выражается на основании kva соответствующего трансформатора. Также необходимо, чтобы отношение сопротивления к реагенту во всех трансформаторах было равным.

Для удовлетворительной работы оборотный ток для любых комбинаций отношений и импеданса, вероятно, не должен превышать десяти процентов от номинального тока полной нагрузки меньшего блока.

7. Идентичный переключатель и его работа

Единственный важный момент, который следует помнить, это переключатели смены переключателей, которые должны быть в одинаковом положении для всех трех трансформаторов, и должны проверить и подтвердить, что вторичные напряжения одинаковы.

Когда необходимо заменить напряжение, все три переключателя переключения должны работать одинаково для всех трансформаторов. Настройки OL SF6 также должны быть идентичными. Если подстанция работает в режиме полной нагрузки, отключение одного трансформатора может вызвать каскадное отключение всех трех трансформаторов.

В трансформаторах Выходное напряжение может управляться либо с помощью переключателя отключения цепи (ручное изменение направления), либо с помощью переключателя Tap-переключателя нагрузки (OLTC) (автоматическое изменение).

В трансформаторе с OLTC это замкнутая система со следующими компонентами:

1. AVR (автоматический регулятор напряжения) - электронное программируемое устройство). С помощью этого AVR мы можем установить выходное напряжение трансформаторов. Выходное напряжение трансформатора подается в AVR через панель LT. AVR сравнивает напряжение SET и выходное напряжение и подает сигналы ошибки, если они есть, в OLTC через панель RTCC для переключения контактов. Этот AVR монтируется в RTCC.

2. RTCC (Remote Tap Changing Cubicle) - это панель, состоящая из AVR, дисплея для позиции Tap, напряжения и светодиодов для реле Raise и Lower of Taps, селекторных переключателей для автоматического выбора вручную

В AUTO MODE напряжение контролируется AVR. В ручном режиме оператор может увеличивать / уменьшать напряжение, вручную изменяя краны через кнопку в RTCC.

3. OLTC монтируется на трансформаторе. Он состоит из двигателя, управляемого RTCC, который изменяет краны в трансформаторах.

Оба трансформатора должны иметь одинаковое соотношение напряжения на всех кранах, и когда вы параллельно управляете трансформаторами, он должен работать как одно и то же положение крана. Если у нас есть OLTC с панелью RTCC, один RTCC должен работать как главный, а другой должен работать как последователь, чтобы поддерживать одинаковые позиции крана трансформатора.

Тем не менее, циркулирующий ток может проходить между этими двумя резервуарами, если импедансы двух трансформаторов различны или если краны устройства переключения РПН (OLTC) временно не согласованы из-за механической задержки. Ток циркуляции может привести к неисправности реле защиты.