Трансформаторний агрегат

1 Трансформаторний агрегат, який містить два трансформатори, одні обмотки яких з'єднані послідовно між собою, який відрізняється тим, що трансформатори виконані з однаковою КІЛЬКІСТЮ других обмоток та з однаковими коефіцієнтами трансформації при цьому другі обмови трансформаторів з'єднані тж собою послідосно 2 Трансформаторний агрегат за п 1, який відрізняється тим, що трансформатори виконані з пристроями зміни кількості витків обмоток 3 Трансформаторний агрегат за пп 1, 2, ячий відріїняється тим, що обмотка трансформатора з'єднана паралельно з вихідними вуводами струмокомпенсувального блока 4 Трансформаторний агрегат за п 3, який Відрізняється тим, що струмо ком пенсуваль ний блок виконаний з вхідними виводами Винахід відноситься до електроенергетики та може знайти застосування на електростанціях і підстанціях з трансформаторами На електростанціях і підстанціях встановлюють трансформатори, які складаються з магнітопровода, первинних і вторинних обмоток В цих трансформаторах, незважаючи на простоту та надійність їх конструкції, під час тривалої експлуатації можуть виникати різні пошкодження Параметр потоку відмов для потужних трансформаторів становить біля 0,05 [Неклепаев Б Н , Крючков И П Электрическая часть электростанций и подстанций Справочные материалы дпя курсового и дипломного проектирования Учеб пособие для вузов • 4-е изд , перераб и доп - М Энергоатомиздат, 1989 - 680 с , с 448] Одними з найнебезпечнїших пошкоджень трансформаторів є виткові короткі замикання, ПІД час виникнення яких струм від джерепа живлення практично не змінюється, що унеможливлює створення швидкодійних захистів, основаних на принципах контролювання значень електричних координат режиму Основним захистом від виткових коротких замикань є газовий захист При цьому підвищення надійності роботи трансформаторів досягається правильним розрахунком ізоляції, високим технологічним різнем заводувиробника й дотриманням правил технічної експлуатації трансформаторів (Копылов И П Электрические машины Учебник для вузов - М Энергоатомиздат, 1986. - 360 с , с 133-134] Відомий трансформаторний агрегат, який містить два трансформатори, одні обмотки яких з'єднані послідовно між собою [Электрическая часть станций и подстанций Учеб цґя вузов/ А А Васильев И П Крючков Е Ф Наяшшва и др , Под ред А А Васильева - 2-е изд , перераб л доп - М Энергоатоы-издат 1990 -576 с , с 322 323, 325-326] Однак під час виткових коротких замикань в такому агрегаті струм у закорсыених витках моясе в десятки і сотні разів перевищувати номінальне значення струму обмотки, виникають недопусти мий місцевий магр'в і велик електродинамічні зусилля на ці витки, відбувається руйнування трансформаторів і вихід їх з ладу що зменшує надійність роботи трансформаторного агрегата 8 основу винаходу поставлено завдання створити трансформаторний агрегат, у якому нове виконання елементів і зв'язне між ними дозволило б зменшити значення струмів під час виткових коротких замикань в обмотках, \ тим самим, лідзищити надійність роботи трансформаторного агрегата Поставлене завдання досягається тим, що у трансформаторному агрегаті який містить два трансформатори одні обмотки яких з'єднані послідовно між собою, згідно винаходу трансформатори виконані з однаковою кількістю других обмоток та з однаковими коефіцієнтами трансформації, при цьому другі обмотки трансформаторів з'єднані між собою послідовно 39639 Таке виконання трансформаторного агрегата дозволяє шляхом параметричного збільшення його опору відносно місця виткового короткого замикання забезпечити зменшення значення струму в закорочених витках обмотки та у вітці, яка утворила таке замикання, місцевого нагріву та електродинамічних зусиль на ці витки, і тим самим, підвищити надійність роботи трансформаторного агрегата Поставлене завдання досягається також тим, що у трансформаторному агрегаті трансформатори виконані з пристроями зміни кількості еитків обмоток Це дозволяє додатково забезпечити регулювання напруги між виводами трансформаторного агрегата І тим самим підвищити надійність роботи. Поставлене завдання досягається також тим, що у трансформаторному агреіаті обмотка трансформатора з'єднана паралельно з вихідними виводами струмокомпенсувального блоку Це дозволяє шляхом компенсації реактивних складових струмів намагнічення трансформаторів забезпечити додаткове зменшення значення струму в закорочених витках іншої обмотки та у вітці, яка утворила таке замикання і тим самим підвищити надійність роботи. Поставлене завдання досягається також тим, що у трансформаторному агрегаті струмокомпенсувальний блок виконаний з вхідними виводами Це дозволяє шляхом компенсації активних схладозмх струмів намагнічення трансформаторів забезпечити додаткове-зменшення значення струму в закорочених витках іншої обмотки та у вітці, яка утворила таке замикання і тим самим підвищити надійність роботи. Технічна суть і принцип дії запропонованого пристрою пояснюються фіг. 1-5 На фіг. 1 зображений трансформаторний агрегат з двома двообмотковими трансформаторами, на фіг. 2 - трансформаторний агрегат з двома триобмотковими трансформаторами; на фіг. З - трансформаторний агрегат з двома двообмотковими трансформаторами, виконаними з пристроями зміни кількості витків обмоток; на фіг 4 - трансформаторний агрегат з двома двообмотковими трансформаюрами, обмотки яких з'єднані ВІДПОВІДНО паралельно з вихідними виводами струмокомленсувапьних блоків; на фіг. 5 -трансформаторний агрегат з двома двообмотковиї^и трансформаторами та струмокомпенсувальними блоками з вхідними виводами, до яких прикладені напруги Трансформаторний агрегат (фіг 1, 2) містить даа трансформатори 1 і 2 э однаковими коефіцієнтами трансформації У варіанті, зображеному на фіг 1, трансформатори 1 і 2 виконані двообмо-коаими з одними З І 4 та другими 5 і 6 обмотками, з'єднаними відповідно послідовно між собою та з одними 7 18 та другими 9110 виводами трансформаторного агрегата. У варіанті, зображеному на фіг. 2, трансформатори виконані триобмоткозими з додатковими другими обмогками 11 І 12, з'єднаними відповідно послідовно між собою та додатковими другими виводами 13 і 14 трансформаторного агрегата. Кількість додаткових других обмоток може бути довільною. Трансформаторний агрегат може містити трансформатори, виконані з пристроями зміни чільності витків обмоток На фіг 3 зображений варіант такого трансформаторного агрегата, який додатково до елементів трансформаторного агрегата на фіг 1 містить пристрої 15 і 16 зміни кількості витків обмоток З і 4 трансформаторів 1 і 2 Трансформаторний агрегат може містити один і більше струмокомпенсувальних блоків з вихідними виводами, які приєднані паралельно до обмоток трансформаторів На фіг 4 зображений варіант такого трансформаторного агрегата, який додатково до елементів трансформаторного агрегата на фіг 1 містить струмокомпенсувальні блоки 17-20, вихідні виводи 21-28 яких приєднані паралельно відповідно до обмоток 3-6 трансформаторів 1 і 2. Струмокомпенсуаапьні блоки 17-20 можуть містити резистивиі та реактивні елементи, керовані та некеровані комутаційні апарати і захисні пристрої Трансформаторний агрегат може містити струмокомпенсувальні блоки, виконані з вхідними аиводами, до яких прикладена напруга На фіг. 5 зображений варіант такого транссЬорматорного агрегата, який містить всі елементи трансформаторного агрегата на фіг 4, при цьому струмокомпечсувальні блоки 17-20 виконані ВІДПОВІДНО З ВХІДНИМИ виводами 29-36, до яких прикладені напруги, Трансформаторний агрегат працює так. Під час нормальних режимів трансформаторного агрегата (фіг 1), за умови відсутності виткових коротких замикань в обмотках 3-6 трансформаторів 1 і 2, має місце наступне1 в обмотках З І 4 та 5 і 6 протікають відповідно однакові струми, тому ці обмотки повинні бути розраховані на відповідно однакові номінальні значення струмів; струми обмоток 3 і 5 трансформатора 1, приведені до числа витків ОДНІЄЇ З ЦИХ обмоток, відрізняються між собою на приведене до цього ж числа витків значення струму намагнічення трансформатора 1; струми обмоток 4 16 трансформатора 2, приведені до числа витків однієї з цих обмоток, відрізняються між собою на приведене до цього ж числа витків значення струму намагнічення трансформатора 2; струми намагнічення трансформаторів 1 і 2 мають активні та реактивні складові; напруги між виводами 7 і 8 та 9 і 10 розподіляються відповідно м*ж обмотками 3 і 4 та 5 і 6 в залежності від характеристик намагнічування відповідно трансформаторів 1 \ 2, а приведені значення напруг між цими виводами відрізняються між собою на приведені значення спадів напруг чз активних опорах І реактансах розсіювання обмоток 3-6 трансформаторів 1 і 2. Під час поздовжнього короткого замикання всіх витків однієї з обмоток 3-8 одного з трансформаторів 1 і 2 можливе продовження роботи трансформаторного агрегата. Припустимо, що виникло поздовжнє коротке замикання обмотки 4 трансформатора 2. У цьому випадку напруга на обмотці 4 трансформатора 2 стане рівною нулю, а напруга на обмотці 3 трансформатора 1 зросте й стане рівною напрузі між виводами 7 і 8 трансформаторного агрегата, при цьому напруга на обмотці 6 трансформатора 2 також зменшиться практично до нуПЙ, а напруга на обмотці 5 трансформатора 1 зросте і стане практично рівною напрузі між виводами 9110, значення якої1 практично не зміниться, внаслідок чого забезпечується можливість продовження роботи трансформаторного агрегата. Тому маг 39639 нітні системи кожного з трансформаторів 1 І 2 повинні бути розраховані на дію повної напруги мок виводами 7 і 8 та 9 ) 10 трансформаторного аїре гата протягом розрахункового часу існування поздовжнього короткого замикання обмоски 4 При цьому з виразів для обчислення магніторушійних сил кожного з трансформаторів 1 і 2 випливає що через еітку яка утворила поздовжнє коротке за микання обмотки 4 тр а н с форматора 2, протікатиме різниця струмів намагнічення трансформаторів 1 і 2 значення ЙКИА приведені ВІДПОВІДНО до числа витнв обмотки 3 трансформатора 1 та обмотки 4 трансформатора 2 Аналогічно під час поздовжнього короткого замикання обмотки 6 трансформатора 2 через вітку, що утворила таке замикання, протікатиме також різниця струміо намзґн-чення трансформаторів 1 і 2 але значення яких приведені вже відповідно до чиспа ви т ків обмотуй 5 трансформатора 1 та обмотки 6 трансформатора 2 В обох розгля нутих випадках значення цих різниць струмів намагнічення трансформаторів у сотні разів менші за номінальні значення струмів відповідних обмоток трансформаторів тобто має місце параметричне збільшення опору трансформаторного агрегата відносно вітки яка утворила поздовжнє коротке замикання обмотки Отже режим поздовжнього короткого замикання ОДНІЄЇ з обмоток З-б одно'о з трансформаторів 1 2 трансформаторного агрегата принципово відрізняється від режиму поздовжнього короткого замикання обмотки типового випадку окремо працюючого трансформатора, під час якого у вітці що утворила таке коротка замикання, протікатиме струм у декілька разів більший за номінальне значення crpvwy qiet обмотки Режим короткого замикання частини витків однієї з обмоток 3-6 одного з трансформаторів 1, 2 трансформаторного агрегата також принципово Відрізнятиметься від режиму короткого замикання аналогічної частини витків обмотки окремо працюючого трансформатора Припустимо, що виникло коротке замикання частини витків обмотки 4 трансформатора 2 Тоді у вітці, яка утворила коротке замикання, протікатиме струм, значення якого пропорційне відношенню різним? ВІДПОВІДНО приведених струмів намагнічення трансформаторів 1 і 2 до відносного числа закорочених витків обмотки 4 У граничному випадку короткого замикання одного витка обмотки 4 значення цього струму дорівнюватиме річниці ВІДПОВІДНО приведених струмів намагнічення трансформаторів 1 і 2 помноженій на число витків обмотки 4 і може у декілька разів перевищувати номінальне значення струму цієї обмотки У той же час, під час аналогічного режиму типового випадку окремо працюючого трансформатора значення струму у ВІТЦІ яка утво рила коротке замикання одного витка обмотки, перевищуватиме номінальне значення струму цієї обмотки у десятки та сотні разів Отже відносно мале значення струмів під час виткових коротких замикань у запропонованому трансформаторному агрегаті забезпечуватиме зменшення місцевого нагріву та електродинамічних зусиль на закорочені витки й сприятиме погасанню дути та самоліквідації пошкодження в середовищі трансформаторної олії, особливо для малопотужних трансформа торів, що підвищить надійність роботи трансформаторного агрегата Для варіанта трансформаторного агрегата (фіг 2) трансформатори 1 і 2 ячого виконані відповідно з додатковими другими обмотками 11 і 12, ^'єднаними ВІДПОВІДНО послідовно м и со5ою та з додатковими виводами 13 і 14 особливості режимів під мас виткових коротких замикань обмоток повністю аиапппчні описаним вище для трансфер мзторного агрегата на фіг 1, що також забезпечує підвищеннч НАДІЙНОСТІ роботи трансформчторного агрегата трансформатори якого виконані о додатковими другими обметками У трансформаторному агрегаті ^фіг 3) трансформатори 1 і 2 якого виконані ВІДПОВІДНО З пристроями 11 і 1? зміни кількості еитків відповідно обмоток 3 і 4, забезпечується можливість регулювання напруги між виводами 7 і 8 чбо 3 і 10 трансформаторного агрегата при цьому за умови, що після зміни кількості витків обмоток 3 і 4 коефіцієнти трансформації трансформаторів 1 і 2 будуть рівними між собою особливості режимів лід час виткових коротких вмикань обмоток повністю аналогічні описаним вище дня трансформаторного агрегата на фіг 1 що забезпечує підвищення надійності роботи У трансформаторному агрегаті (фіг 4), кожна з обмоток 3-6 трансформаторів 1 і 2 якого з'єднана відповідно паралельно з відповідними вихідними виводами 17-24 відповідних струм око мпенсуоальних блоків 25-28, під час виткових коротких замикань через вітку, що /творила таке замикання, протікатиме струм значення якого дорівнюватиме різниці відповідно приведених струмів мамагнічєння трансформаторів 1 і 2 та cipywu струмокомпенсуеальних блоків 25 28 які забе^ечувйтивлуть необхідну компенсацію реактивних складових струмів намагнічення трансформаторів 1 і Z і, тим самим зменшечня значення струму у ВІТЦІ , и\о утворила БИТХОВЄ коротке замикання, порівняно з трансформаторним агрегатом на фіг 1 Окрім того, струмокомпенсувяльні блоки 25-28 можуть зменшувати діяння імпульсних перенапруг на виткову »золяц.ю оомоток 3-6 трансформатора 1 і 2, що також підвищує надійність роботи трансформаторного агрегата Таке паралельне з'єднання обмоток трансформаторів з відповідними вихідними виводами відповідних ст румокомпен^вальних блоків може виконуватися також у трансформаторних агрегатах зображених на фіг 2,3 У трансформаторному агрегат» (фт Ь), у якому струмокомпенсувальні блоки 25-28 виконані з ВІДПОВІДНИМИ вхідними виводами 29-36 до яких прикладені ВІДПОВІДНІ напруги, підчас режимів виткових коротких замикань струмоюмпенсувальні блоки 25-28 забезпечуватимуть додатково необхідну компенсацію активних складових струмів намагнічення трансформаторів 1 12 і тим самим додаткове, порівняно з трансформаторним агрегатом на фіг 4 зменшення значення струму у вітці, що утворила виткове коротке замикання, що підвищить надійність роботи трансформаторного агрегата Запропонований трансформаторний агрегат реалізується з використанням стандартного обладнання й може знайти застосування під час спорудження нових і реконструкції діючих електрос 39639 танцій і підстанцій. Він дозволяє шляхом зменшення значень струмів під час виткових коротких замикань обмоток суттєво покращити умови роботи трансформаторів, обмежити обсяг руйнувань та ремонтів, або навіть повністю усунути їх, і тим самим підвищити надійність роботи електростанцій і підстанцій. Для прикладу були виконані розрахунки режимів короткого замикання одного витка обмотки нижчої напруги (номінальна напруга - 10,5 кВ, кількість витків обмотки - 360) силового трансформатора ТМ-6300/35 як для стандартного випадку його окремої роботи, так І для випадку роботи двох таких трансформаторів у складі запропонованого трансформаторного агрегата. Такі режими короткого замикання одного витка характеризуються найбільшими значеннями струмів у вітці, яка утворила коротке замикання Для стандартного випадку окремої' роботи трансформатора значення струму короткого замикання одного витка становить 217 7І„ом, а для випадку роботи трансформатора у складі трансформаторного агрегата (фіг. 1) -всього 2,3 Іном- Компенсація реактивних складових струмів намагнічення трансформаторів трансформаторного агрегата за допомогою струмокомпенсувальних блоків (фіг. 4) призвела до додаткового зменшення значення струму виткового короткого замикання у 5,3 рази, тобто до рівня 0.43 !«,„. Застосування трансформаторного агрегата у схемах основних електричних з'єднань електростанцій І підстанцій вимагає встановлення двох трансформаторів з такими ж параметрами, які має один трансформатор в типових схемах Тому теплові втрати активної потужності в обмотках кожного з трансформаторів трансформаторного агрегата будуть такими ж, а в сталі - у чотири рази меншими, порівняно з відповідними втратами типового випадку окремо працюючого трансформатора Знехтувавши в першому наближенні втратами активної потужності в сталі трансформаторів трансформаторного агрегата та прийнявши для потужних трансформаторів відношення втрат ак тивної потужності холостого ходу ЛР* до втрат "короткого замикання" ДРк рівним АРУДР* = 0,37, одержимо, що збільшення втрат активної потужності у трансформаторному агрегаті під час режиму завантаження номінальним струмом становитиме. ДРт а/ДРт = 2ДРк/(ДРх + ДР*)= = 2ДРк/(1,37ДР к )=1,46. Для характерного графіка навантаження з Т„б - 5000 год, cosip нем = 0,85 одержимо час максимальних втрат т = 3500 год За таких умов сумарні річні втрати енергії у трансформаторному агрегаті становитимуть 104%, а у кожному з його трансформаторів - 52% від втрат енергії' для типового випадку в окремо працюючому трансформаторі За прийнятого вище співвідношення ДРК/ДРІ, таке зменшення втрат активної потужності й енергії в кожному з трансформаторів трансформаторного агрегата приведе до зменшення в усталених режимах температури верхніх шарів олії на 10,8вС, що збільшує строк роботи цих трансформаторів у 2 10В /б=3,5 разів і, відповідно, зменшує в 3,5 разів параметр потоку відмов кожного з цих трансформаторів Отже, параметр потоку відмов трансформаторного агрегата, що складається з двох послідовно з'єднаних трансформаторів, параметр потоку відмов яких під час їх роботи у типових схемах дорівнював 0,05, становитиме 2 0,05/3,5 = 0,029, тобто зменшиться в 1,75 разів Збільшення строку служби трансформаторів трансформаторного агрегата у 3,5 разів, а також зменшення обсягу руйнувань під чдс виткових коротких замикань дозволяє зменшити складові амортизаційних відрахувань на реновацію та капітальний ремонт. Застосування трансформаторного агрегата доцільно, якщо збільшення розрахункових затрат окупається зменшенням збитків від аварійних вимкнень за рахунок вищої" його надійності. 0 24 ФІГ. 1 Фіг. 2 39639 Фіг. З 33 ід 34 35 20 36 Фіг 5 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03