Двухобмоточные трансформаторы с расщеплёнными обмотками

На электростанциях и крупных подстанциях районных электрических сетей и систем электроснабжения промышленных предприятий устанавли­вают трансформаторы или трехфазные группы с расщепленными на две (или более) обмотки низшего напряжения, что позволяет присоединять к одному трансформатору два и более генераторов или независимых нагрузок одного или разных классов напряжений.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН являются разновидно­стью двухобмоточного трансформатора. В таком трансформаторе обмотка НН выполнена из двух (или более) обмоток, расположенных симметрично по отношению к обмотке ВН (рис. 7.1). Номинальные напряжения ветвей оди­наковые, а мощности их составляют часть номинальной мощности транс­форматора и в сумме равны мощности обмотки ВН. В этом состоит отличие трансформаторов с расщепленными обмотками от трехобмоточных транс­форматоров, у которых суммарная мощность обмоток СН и НН всегда боль­ше мощности обмоток ВН.

На рис. 7.2, а, представлена схема соединений обмоток для одной фазы трехфазного двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН на две ветви. Схема его замещения имеет вид трехлучевой звезды (рис. 7.2, б), где R_нн1, R_нн2 Х_нн1, Х_нн2 - активные и индуктивные сопротивления расщепленных обмоток НН, приведенные к напряжению обмотки ВН.

С достаточной для практических расчетов точностью такой трансфор­матор можно рассматривать как два независимых трансформатора, питаю­щихся от общей сети ВН. Мощность каждой обмотки НН равна половине мощности обмотки ВН, т. е. половине номинальной мощности трансформа­тора. Соответственно представлены соотношения для сопротивления

(7.1)

При параллельном соединении обмоток НН трансформатор с расщеп­ленными обмотками будет работать как обычный двухобмоточный. При этом сопротивления трансформатора между выводами обмотки ВН и общим вы­водом НН-1 и НН-2 будут равны сопротивлениям R_общ и Х_общ, отнесенным к номинальной мощности трансформатора:

(7.2)

именуемым общими или сквозными сопротивлениями трансформатора. С учетом (7.1) имеем:

(7.3)

Индуктивное сопротивление обмотки ВН принимают равным нулю, т.е. можно считать Х_общ целиком сосредоточенным в обмотках НН, включенным параллельно. Учитывая при этом, что Х_нн1 = Х_нн2, из (7.2) получим

(7.4)

Приведенные соотношения действительны только для групп однофаз­ных трансформаторов, расщепленные обмотки которых можно рассматри­вать как обмотки отдельных трансформаторов. Коэффициент расщепления (отношение сопротивлений короткого замыкания между расщепленными об­мотками к сопротивлению короткого замыкания между обмоткой ВН и па­раллельно соединенными расщепленными обмотками) для однофазных трансформаторов равен 4. В то же время в трехфазных трансформаторах сте­пень магнитной связи между расщепленными обмотками отличается от од­нофазных и зависит от расположения обмоток на стержне магнитопровода. При расположении расщепленных обмоток одной над другой коэффициент расщепления равен 3,5, и индуктивные сопротивления обмоток трехфазных трансформаторов составляют:

(7.5)

Связь напряжений обмоток высшего и низшего напряжения учитывает­ся идеальными трансформаторами с коэффициентами трансформации (рис. 7.2, б)

(7.6)

Проводимости трансформаторов с расщепленными обмотками опреде­ляются так же, как и двухобмоточных.

Применение трансформаторов с расщепленными обмотками НН, обла­дающими повышенными значениями индуктивных сопротивлений, и способствует снижению мощности короткого замыкания на шинах НН почти вдвое, что позволяет во многих случаях обойтись без токоограничивающих реакторов.

В настоящее время трехфазные двухобмоточные трансформаторы с расщепленными обмотками НН являются основным типом трансформаторов мощных приемных подстанций напряжением 110-220 кВ.

Электропромышленность выпускает большое число типоразмеров си­ловых трёхфазных и однофазных трансформаторов, различаемых по мощно­сти, номинальному напряжению, числу обмоток и способу охлаждения. Тип трансформатора имеет условное обозначение, по которому можно опреде­лить количество фаз, систему охлаждения, число обмоток, наличие регули­ровочного устройства, грозоупорность изоляции трансформатора, номиналь­ную мощность и класс напряжения обмотки ВН.

Буквенные обозначения трансформаторов: ТМ, ТС, ТСЗ, ТД, ТДЦ, ТМН, ТДН, ТЦ, ТДГ, ТДЦГ, ОЦ, ОДГ, ОДЦГ, АТДЦТНГ, АОТДЦН и т. д. Первая буква обозначает число фаз (Т - трёхфазный, О - однофазный); далее следует обозначение системы охлаждения: М - естественное масляное, т. е. естественная циркуляция масла; С - сухой трансформатор с естественным воздушным охлаждением открытого исполнения; Д - масляное с дутьём, т. е. с обдуванием бака при помощи вентилятора; Ц - принудительная циркуля­ция масла через водяной охладитель; ДЦ - принудительная циркуляция мас­ла с дутьём. Буква Р после числа фаз в обозначении указывает, что обмотка низшего напряжения представлена двумя (тремя) обмотками (расщеплена). Наличие второй буквы Т означает, что трансформатор трёхобмоточный, двухобмоточный специального обозначения не имеет. Следующие буквы указывают: Н - регулирование напряжения под нагрузкой (РПН), отсутствие-наличие переключения без возбуждения (ПБВ); Г - грозоупорный. А - авто­трансформатор (в начале условного обозначения). За буквенными обозначе­ниями идут номинальная мощность трансформатора (кВА) и через дробь -класс номинального напряжения обмотки ВН (кВ). В автотрансформаторах добавляют в виде дроби класс напряжения обмотки СН. Иногда указывают год начала выпуска трансформаторов данной конструкции.

Шкала номинальных мощностей трёхфазных силовых трансформато­ров и автотрансформаторов (действующие государственные стандарты 1967­1974 гг.) высоковольтных сетей построена так, чтобы существовали значения

мощности, кратные десяти: 20, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000,

1600 кВА и т. д. Некоторое исключение составляют мощности 32000, 80000, 125000, 200000, 500000 кВА.

Нормативный срок службы отечественных трансформаторов составля­ет 50 лет, поэтому в сетях энергосистем промышленных и сельскохозяйст­венных предприятий могут также эксплуатироваться трансформаторы, вы­пущенные до 1967 г. и обновлённые вследствие капитального ремонта. Шка­ла номинальных мощностей этих трансформаторов: 5, 10, 20, 30, 50, 100, 180, 320, 560, 750, 1000, 1800, 3200, 5600,..., 31500, 40500, кВА и т. д.

Примеры обозначения типов трансформаторов.

ТМ-250/10 - трёхфазный двухобмоточный с естественным масляным охлаждением, изменение напряжения с помощью устройства ПБВ, номи­нальная мощность 250 кВА, класс напряжения обмотки ВН 10 кВ.

ТДТН-25000/110 - трёхфазный трёхобмоточный понижающий транс­форматор, масляное охлаждение с дутьём, с устройством РПН, номинальная мощность 25000 кВА, класс напряжения обмотки ВН 110 кВ.

ОЦ-533000/500 - однофазный двухобмоточный повышающий транс­форматор, охлаждение масляное с принудительной циркуляцией масла, мощностью 533000 кВА, включается в сеть напряжением 500 кВ (номиналь­ное фазное напряжение трансформатора 525/ √3

АТДЦТН-250000/500/110-85 - автотрансформатор трёхфазный трёхоб-моточный, охлаждение масляное с дутьём и циркуляцией, с РПН, номиналь­ная мощность 250 МВА, понижающий, работающий по автотрансформатор­ной схеме между сетями 500 кВ и 110 кВ (трансформация ВН-СН, обмотка НН является вспомогательной), конструкция 1985 г.

ТДЦТГА-120000/220/110-60 - трёхфазный трёхобмоточный трансфор­матор, основной режим которого является повышающим (А), с трансформа­циями НН-ВН и НН-СН, конструкция 1960 г.

Возможность регулирования и изменения напряжения определяется параметрами РПН и ПБВ. Их характеристики задаются в виде максимально­го числа положительных и отрицательных по отношению к основному выво­ду обмотки ВН или СН регулировочных ответвлений с указанием шага ко­эффициента трансформации Лк_т в виде ± n х Лк_т. Например, для РПН:

± 6 х 1,5%, ± 8 х 1,5%, ± 10 х 1,5%, ± 9 х1,78%, ± 12 х 1%; для ПБВ: ± 2 х2,5%.

Номинальный коэффициент трансформации - отношение номинальных напряжений обмоток трансформатора:

Изменение коэффициента трансформации достигается изменением чис­ла отпаек (витков) на одной из обмоток. Для трансформаторов с регулирова­нием напряжения, в частности РПН, коэффициент трансформации должен со­ответствовать реальному положению переключателя для его n-го ответвления:

Например, при U₁ = и_вн = 115 кВ, U₂ = и_нн = 11 кВ и РПН с параметрами ±10х1,5 % число витков изменяется на стороне ВН от W_min до W_max, при этом к_т изменяется от k_min до k_max.

Коэффициент трансформации в общем случае определяется комплекс­ным числом:

(7.7)

где m - номер группы соединений обмоток трансформатора, определяющий сдвиг по фазе низкого напряжения в режиме холостого хода.