При параллельной работе двух или нескольких трансформаторов должны быть выполнены следующие условия:
Номинальные напряжения на высокой и низкой стороне должны быть одинаковы. Допускается разность коэффициентов трансформации не более 0,5 %.
Группы соединения обмоток должны быть одинаковы.
Напряжения короткого замыкания должны быть одинаковы. Допускается отклонение от среднего значения ик не более чем на ±10 %.
Не рекомендуется параллельная работа трансформаторов с отношением номинальных мощностей, большим трех.
Группа соединений обмоток определяется фазовым сдвигом векторов линейных и фазных напряжений первичных и вторичных обмоток. Исходной является векторная диаграмма напряжений на первичной стороне.
Наиболее распространенные группы соединений первичной и вторичных обмоток двухобмоточных трансформаторов приведены в табл. 1-19.
Наиболее распространенные группы соединений обмоток трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов — следующие:
четные группы Д/Д/Д-0-0
нечетные группы У0/Д/Д-11-11; Уо/Уо/Д-0-11
Группа соединений обмоток обозначается на щитке трансформатора и в проверке не нуждается. Группы соединений, отличные от стандартных, могут быть получены при соединении однофазных трансформаторов в трехфазную группу.
Примечание. Наиболее часто применяются группы соединений 1, 3 и 5.
При включении на параллельную работу трансформаторов с разными группами соединений в лучшем случае возникает расхождение векторов напряжений на 30°, что вызывает уравнительные токи, в 3—5 раз превышающие номинальные токи трансформаторов. Трансформаторы с четными группами соединений включаться на параллельную работу с трансформаторами и нечетными группами соединений не могут; недопустимо включение групп 12, 4 и 8 с группами 6, 10 и 2.
Неравенство коэффициентов трансформации у параллельно работающих трансформаторов тоже повлечет за собой уравнительные токи. Если, например, включаются на параллельную работу два трансформатора с коэффициентами трансформации, то на вторичной стороне появится разность напряжений
(1-86)
(1-87)
При этом уравнительный ток
где zjpi, zTpn — полные сопротивления обмоток трансформаторов, Ом.
Эти сопротивления можно определить по известным напряжениям к. з. по формуле:
(1-88)
где Iн, UH — номинальный ток и напряжение во вторичных обмотках трансформатора.
Уравнительный ток является индуктивным током, и хотя в некоторых случаях он может оказаться выше номинального тока трансформатора, но с учетом того, что он находится с током основной нагрузки почти в квадратуре, допускается кратковременное включение таких трансформаторов на параллельную работу, на время перехода с одного трансформатора на другой.
Неравенство напряжений короткого замыкания вызовет распределение нагрузки между параллельно включенными трансформаторами, непропорциональное их номинальным мощностям. Такое же распределение нагрузок возникает и при неодинаковых коэффициентах, трансформации включаемых на параллельную работу трансформаторов. Коэффициент трансформации может быть при необходимости изменен, если эксплуатационные условия потребуют этого. Для изменения коэффициента трансформации предусматриваются ответвления у трансформаторных обмоток.
Переход от одного ответвления к другому может осуществляться одним из двух видов переключателей: ПБВ, работающим при снятом напряжении (без возбуждения), и РПН, осуществляющим регулирование под нагрузкой.
Переключатель, работающий при снятом напряжении, обычно имеет три ответвления: среднее и ±5 %. У трансформаторов, выпускаемых в последние годы, при тех же пределах регулирования предусматривается пять ответвлений со ступенью 2,5 %. ПБВ не может переключать ответвления под нагрузкой.
Рис. 1-55. Схемы включения регулирующих ступеней обмотки трансформатора: а — тонкая регулировка; б — грубая и тонкая регулировка; в — реверс грубой регулировки и тонкая регулировка П — переключатель; Р — регулирующие ступени
При наличии напряжения хотя бы на одной из обмоток возможно тяжелое повреждение трансформатора, так как дугой могут быть замкнуты два ответвления, что равнозначно витковому замыканию. ПБВ используется преимущественно при сезонных изменениях нагрузки, когда изменяются потери напряжения в сети и для поддержания его требуется изменить коэффициент трансформации.
Переключатели для регулирования под нагрузкой значительно сложнее, чем ПБВ. РПН выполняются либо в виде выносных вольтодобавочных автотрансформаторов, либо в виде встроенных в бак трансформатора регулировочных устройств.
При встроенном РПН переключатель ответвлений размещается в самом баке трансформатора или автотрансформатора. Устройства РПН выполняются на значительно больший диапазон регулирования (до ±20 %), чем ПБВ, и на большее число ступеней. Увеличение числа ступеней повышает плавность регулирования и облегчает работу контакторов, коммутирующих ток нагрузки. Возможные схемы включения регулирующей части обмотки РПН приведены на рис. 1-55.
Главной схемой называют порядок соединения основного оборудования станции (генераторов и трансформаторов) между собой и с отходящими линиями. Существует большое разнообразие главных схем, однако их можно разбить на две большие группы; схемы, имеющие поперечные связи (шины), и блочные схемы, в которых связь генераторов между собой осуществляется либо на шинах высшего напряжения станции, либо в случае «чистых»
блоков генератор—трансформатор—линия на шинах удаленных подстанций (в сети).
Надежность станции и ее маневренные свойства во многом определяются ее главной схемой, и поэтому выбор схемы при проектировании электростанции, а также составление эксплуатационных схем действующей станции принадлежат к числу важнейших проектных и эксплуатационных задач.
Главная схема должна обеспечивать безотказную выдачу мощности электростанции, другими словами, быть надежной. Надежность является одним из основных требований, предъявляемых к схемам электрических соединений станций и подстанций.
Здесь, как и в [59], под надежностью понимается свойство системы, аппарата, схемы выполнять свои функции в разнообразных условиях эксплуатации при сохранении заданных параметров процесса. Надежность относится к категории фундаментальных понятий, характеризующих поведение технических устройств в эксплуатации. К сожалению, пока не существует универсального критерия или метода, позволяющего оценить надежность энергетических устройств с учетом всего разнообразия влияющих на работу факторов (технологических, конструктивных, схемных, оперативных). Вследствие этого количественная оценка надежности, иапример, главных схем, которая может быть получена в настоящее время, является неполной. Поэтому при выборе главной схемы совершенно необходим предварительный отбор вариантов на основе качественного анализа надежности и пригодности схемы в заданных условиях. Отобранные варианты сравниваются затем по количественным показателям, определенным через вероятностные характеристики и параметры.
Вторым важным требованием, предъявляемым к главным схемам, является их экономичность, т. е. требование минимальных затрат материальных ресурсов и времени при сооружении распределительного устройства (РУ) в соответствии с выбранной электрической схемой электростанции и минимальных ежегодных расходов на его эксплуатацию.
При оценке экономичности главных схем исходят из принятой методики анализа экономической эффективности технических решений, сравнивая так называемые расчетные затраты на выполнение различных вариантов схем, учитывающие и капитальные вложения и ежегодные эксплуатационные расходы.
За критерий выбора варианта главной схемы принимают простое условие наименьших ежегодных расчетных затрат. Приближенно экономичность схемы может быть оценена также по числу содержащихся в ней выключателей, так как в укрупненных показателях стоимости ячейки РУ учитывается не только стоимость оборудования (выключатель, трансформаторы тока и напряжения), но и затраты на ее строительную часть и монтажные работы.
Наконец, весьма существенным является требование маневренности главной схемы, под которой понимают возможность легкого приспособления схемы к изменяющимся условиям работы как в эксплуатации, так и при расширении станции, а также возможность ремонтов оборудования РУ без нарушения нормальной работы присоединений (ремонтопригодность). Маневренность схемы не может быть просто определена количественными показателями и оценивается обычно на основании общего анализа схемы, формализация которого встречает большие затруднения. В последнее время наметились пути такой формализации с помощью теории графов, однако надежной методики пока не существует.
Особняком стоит важное требование безопасности обслуживания РУ; в числе прочих факторов, от которых она зависит, — простота и наглядность главной схемы. Наглядность схемы и ее хорошая обзорность в натуре значительно повышают оперативную надежность, уменьшая вероятность ошибочных действий персонала.
Схемы электрических соединений станции или подстанции в однолинейном или трехлинейном изображении являются основными техническими документами при проектировании, монтаже и эксплуатации электрических установок.
Однолинейные схемы, в которых все соединения показаны только для одной фазы, используются наиболее широко при проектировании, расчетах режимов, разработке схем релейной защиты и автоматики. В процессе эксплуатации применяются упрощенные однолинейные схемы, называемые оперативными. В них для наглядности показано только основное оборудование, а положение выключателей и разъединителей соответствует действительному в момент составления схемы.
Трехлинейные схемы составляются для всех трех фаз с указанием на них также всех соединений вторичных цепей. Ввиду их громоздкости эти схемы имеют ограниченное применение: преимущественно при монтажных работах, эксплуатационных проверках и ремонтах отдельных фаз.
Элементы главкой схемы
К элементам главной схемы, кроме основного электрооборудования (генераторы и трансформаторы), относится шины, разъединители, выключатели, реакторы и измерительные трансформаторы, а также провода, соединяющие аппараты одного присоединения и фидера (ошиновка).
В зависимости от назначения различают сборные, обходные, рабочие, резервные шины. Как показывает само название, сборные шины предназначены для приема электрической энергии от генераторов и последующего распределения ее между присоединениями. Обходные шины позволяют проводить ремонты оборудования без перерыва нормальной работы присоединений, получающих во время ремонта питание «в обход» своего выключателя от этой вспомогательной системы шин. Резервные шины делают возможным ремонт сборных шин без перерыва работы станции и нарушения электроснабжения потребителей. В большинстве схем с двумя системами шин любая из них может выполнять функции или рабочей или резервной.
Следующим важным элементом всякой схемы является выключатель. Выключатели различаются по выполняемым функциям. Выключатель, при помощи которого осуществляются включения и отключения генераторов, трансформаторов и линий в нормальных и аварийных условиях, называется выключателем присоединения. Соединение сборных шин между собой производится междушинным выключателем (МШВ), а секций шин — секционным выключателем. Обходной выключатель связан с обходной системой шин и заменяет основные выключатели присоединений при их ремонте.
Разъединители используют в основном при ремонтах, создавая между ремонтируемым оборудованием и элементами РУ, находящимися под напряжением, безопасный воздушный промежуток и обеспечивая между ними видимый разрыв.
Часто разъединители выполняют оперативные функции, служа для выбора системы шин при подключении к ним присоединений. Существуют также заземляющие разъединители для надежного заземления отключенной для ремонта установки и специальные разъединители с быстродействующим автоматическим приводом, используемые для включения на землю одной или нескольких фаз, находящихся под напряжением, и называемые короткозамыкателями.
Специальным типом разъединителя является также отделитель, назначение которого состоит в быстром отключении цепи в бестоковую паузу АПВ для образования изоляционного промежутка. В сочетании с короткозамыкателями отделители иногда заменяют выключатели в неответственных установках.
Ограничение токов короткого замыкания и облегчение коммутационной аппаратуры и шин достигается установкой реакторов между отдельными секциями шин (секционные реакторы) и в отходящих питающих линиях (фидерные реакторы). Обычно реактирование шин и отходящих линий производят только на генераторном напряжении.
Трансформаторы тока и напряжения предназначены для преобразования тока и напряжения первичных цепей в величины, удобные для непосредственного измерения стандартными измерительными приборами и безопасные для обслуживающего персонала.
Измерительные и коммутационные аппараты, относящиеся к одному определенному элементу основного оборудования станции (генератору, трансформатору, линии), вместе с соединительными проводниками и шинами образуют укрупненный элемент главной схемы, который принято называть электрическим присоединением. Генераторы имеют одно присоединение, трансформаторы в зависимости от числа обмоток — два или три, линии — два присоединения (по одному на каждом конце).
