Работа трехфазной группы трансформаторов с различными значениями напряжения КЗ - Допущения и условия при расчете, исходные данные

Принято, что для составления рекомендации о необходимости ограничения мощности автотрансформаторов, различающихся напряжениями КЗ и работающих в одной трехфазной группе, следует учитывать случаи, когда при расчетах получены токи в основных обмотках автотрансформаторов, превышающие номинальные более чем на 5%.
При расчетах рассматривались два основных варианта:
1) в одной фазе (А) установлен новый автотрансформатор (разработка ХК “Электрозавод”, 1996 г.), а в двух других фазах (В и С) - старые автотрансформаторы (разработка ЗТЗ, 1965 г.);
2) в двух фазах (А и В ) установлены новые автотрансформаторы, в третьей фазе (С) - старый автотрансформатор.
Кроме того, для контроля (для сравнения) рассчитаны варианты, когда во всех трех фазах установлены старые автотрансформаторы.
При расчетах токов в обмотках автотрансформатора необходимо рассмотреть все возможные режимы его работы. В общем случае все три обмотки НН, СН и ВН могут быть подключены к сетям, где есть и генерирующие мощности, и нагрузка, и взаимная индуктивность между параллельными цепями сети.
В качестве расчетного режима выбран режим нагрузки автотрансформаторов с передачей основной мощности из сети ВН в сеть СН при номинальной нагрузке на стороне СН и дополнительной нагрузке на стороне НН.
В этом режиме в соответствии с конкретными условиями работы автотрансформатора на подстанции при номинальном напряжении 11 кВ на стороне НН максимальный рабочий ток ее нагрузки составляет до 600 А, поэтому в расчете сопротивления нагрузки на стороне НН линейный ток принят равным 600 А. Характер нагрузки на стороне НН принят соответствующим коэффициенту мощности cos φ = 0,8. Для сравнения укажем, что номинальная мощность обмотки НН, соединенной в треугольник, составляет 50 MB-А, номинальный фазный ток в обмотке 4545 А, номинальный линейный ток на стороне НН 7873 А, т.е. расчетный ток 600 А существенно ниже.
Принято, что на стороне СН подключена нагрузка, которая при номинальном напряжении 230 кВ соответствует номинальному линейному току и cos φ = 0,8. Принято, что на стороне ВН подключена сеть 500 кВ, которая имеет индуктивное сопротивление, соответствующее значению мощности КЗ сети 10ГВ-А. По ГОСТ 11677-85 значение мощности КЗ сети при расчете тока КЗ нормируется величиной 50 ГВА, однако эту предельную завышенную мощность использовать для расчета нагрузочных режимов ВоГЭС нецелесообразно, так как реально она существенно меньше.
В данном случае сниженное значение мощности КЗ сети взято для получения результатов расчета с запасом, так как влияние неравномерной нагрузки фаз из-за разных значений индуктивных сопротивлений проявляется сильнее при большем падении напряжения в сети.
Кроме описанного расчетного режима нагрузки можно было бы рассчитывать и другие режимы, например, с передачей мощности не от ВН к СН, а наоборот, от СН к ВН. Можно было бы рассчитывать двухобмоточные режимы ВН - СН, ВН - НН, СН - НН. Можно было бы рассчитать и режимы с генерирующими сетями на всех сторонах автотрансформатора. Представляется, что выбранный трехобмоточный расчетный режим для автотрансформаторов по сравнению со всеми другими является самым напряженным и именно в этом режиме в наибольшей мере проявляется отличие токов в обмотках автотрансформатора, вызываемое различием между собой напряжений КЗ трех фаз. Кстати говоря, этот режим вызывает самые большие технические трудности при расчете.
Все расчеты были проведены для трех положений регулирования на стороне СН: минимальное, номинальное, максимальное. При всех расчетах использована программа РАСТОК [2], разработанная в ВИТ (Запорожье).
Следует сделать еще одно важное замечание. Данная работа проделана специалистами по трансформаторам и для разработчиков трансформаторов. Это значит, что основной целью было рассмотреть допустимость работы автотрансформаторов в непривычной и не описанной в литературе несимметричной схеме. Основной вопрос был связан с необходимостью разработки четкой рекомендации разработчику автотрансформаторов, допустима ли их работа в этой несимметричной схеме без ограничения предельной мощности трехфазной группы.
Для рассматриваемой несимметричной (по напряжениям КЗ автотрансформаторов) трехфазной группы может возникнуть и ряд других важных вопросов, касающихся специалистов по электрическим сетям, например, вопросы отладки релейной защиты, допустимости несимметрии напряжений фаз в сетях и т.д.
Представляется, что эти вопросы должны быть при необходимости поставлены и решены специалистами в этой области с другими допущениями, с другим, более детальным отображением в расчетной схеме особенностей примыкающих к автотрансформатору сетей, с привлечением других методов расчета.
Высказанные соображения возникли после полезных замечаний канд. техн. наук С. С. Ананянца, видного специалиста по расчетам сетей, которому авторы статьи выражают свою искреннюю благодарность.
Необходимо сказать несколько слов о конструкции автотрансформаторов.
Рассматриваемые автотрансформаторы разработки 1965 г. (старые) и 1996 г. (новые) имеют аналогичные конструкции. Магнитная система имеет главный стержень, боковой стержень и боковое ярмо. На главном стержне расположены обмотки НН, ОО и ПО, на боковом - КО и РО. В старых и новых автотрансформаторах обмотка РО выполнена в виде двухслойной многозаходной спирали. Однако схема соединения заходов дает одинаковую схему соединения обмоток только для максимального и минимального положений РПН (рис. 3).
Для других положений РПН заходы регулировочной обмотки новой конструкции соединены таким образом, что обмотка РО представляет собой чередование (разное для разных положений РПН) большого числа рассеивающих групп обмоток по высоте. В старой конструкции такого чередования нет.
Точный расчет токов во всех обмотках таких сложных автотрансформаторов, какими являются автотрансформаторы АОДЦТН-167000/500/220, даже с использованием имеющихся программ представляет существенные трудности. Для расчетов токов новой конструкции автотрансформатора в номинальном режиме были проведены дополнительные расчетные исследования (они здесь не приводятся), в результате которых при некоторых обоснованных допущениях оказалось возможным применить при сохранении необходимой точности расчетов упрощенную схему соединения обмоток (рис. 3, а).
За исходные данные для расчетов приняты численные значения параметров рассматриваемых вариантов автотрансформатора по заводским расчетным запискам (геометрические размеры, числа витков обмоток и их активные сопротивления). Значение диаметра бокового стержня, имеющего овальное сечение, принято равным где Sбок.ст - площадь активного сечения, кзап - коэффициент заполнения.

Рис. 3. Расположение обмоток на стержнях магнитной системы автотрансформатора и схема их соединения в режиме ВН - СН для номинального (а), максимального (б) и минимального (в) положений РПН
Таблица 1
Расчетные токи в обмотках и линейные токи автотрансформаторов АОДЦТН-167000/500/220 производства ЗТЗ (1965 г.) и ХК “Электрозавод” (МЭЗ, 1996 г.) для вариантов сочетания фаз при поэтапной замене их на Волжской ГЭС

Применения: 1. В скобках приведены значения токов в процентах базового значения. За базовые приняты токи в симметричных режимах, когда во всех трех фазах включены автотрансформаторы производства ЗТЗ (1965 г.).
2. Данные приведены для номинального положения РПН, Iпo = Iвн = Iро1, Ioo = Iро2.
3. Полужирным выделены наибольшие отклонения.