- •III. Основное электрооборудование электрических станций
- •III.1. Синхронные генераторы
- •III.1.1. Особенности конструкции генераторов
- •III.1.2. Номинальные параметры синхронного генератора
- •III.1.3. Системы охлаждения генераторов
- •III.1.4. Маркировка генераторов
- •III.1.5. Система возбуждения (св).
- •III.1.6. Автоматическое гашение поля
- •III.1.7. Автоматическая регулировка возбуждения и форсировка возбуждения.
- •III.1.8. Режимы работы турбогенераторов
- •Іii.2. Силовые трансформаторы
- •III.2.2. Типы трансформаторов. Схемы соединения обмоток.
- •III.2.3. Основные параметры трансформаторов
- •III.2.4. Системы охлаждения
- •III.2.5. Маркировка трансформаторов
- •IV. Короткие замыкания в электрических системах
- •IV.1. Виды кз
- •IV.2. Причины возникновения кз
- •IV.3. Последствия протекания токов кз по проводникам аппарата
- •IV.4. Координация (методы ограничения) токов кз
- •IV.5. Переходные процессы при кз. Начальное значение периодической составляющей тока кз. Ударный ток кз. Ударный коэффициент кз
- •V. Основные процессы и явления , определяющие конструкцию аппаратов и проводников
- •V.1. Нагрев аппаратов (а) и проводников (п) токами длительного режима.
- •V.2 Нагрев п и а токами кз. Термическая стойкость а и п.
- •V.3. Электродинамические усилия возникающие в п при протекании в них токов кз
- •V.3.1.Общие замечания.
- •V.3.2. Электродинамическая стойкость
- •VI. Токоведущие части, контактные соединения и электрические аппараты
- •VI.1. Токоведущие части (твч).
- •VI.1.1. Классификация (рис. VI.1)
- •VI.1.2. Конструкции твч
- •V.1.3. Область применения твч
- •VI.2. Контактные соединения.
- •VI.2.1. Классификация:
- •VI.3. Коммутационной аппаратуры выше 1 кВ
- •1. Типы коммутационной аппаратуры, применяемой на электростанциях:
- •2. Разъединители.
- •2.1. Разъединители предназначены для:
- •2.2. Классификация и конструкция.
- •2.3. Область применения.
- •3. Плавкие предохранители.
- •3.2. Классификация и конструкция.
- •4. Высоковольтные выключатели.
- •4.2. Классификация.
- •4.3. Конструкция.
- •5. Токоограничивающие реакторы.
- •6. Измерительные трансформаторы тока и напряжения (данная тема изучается на лабораторных работах).
- •VII.2. Основные требования к схемам ру.
- •VII.3. Типы и область применения схем ру.
- •VII.3.1. Блочные схемы
- •VII.3.2. Мостиковые схемы
- •VI.3.2. Схемы со сборными шинами (сш)
- •VI.3.3. Ру кольцевого типа
- •VI.3.4. Цепочечные схемы. (ру с двумя системами сш и числовым выключателей на одно присоединение 2, 3/2, 4/3).
Іii.2. Силовые трансформаторы
ІII.2.1.Назначение и принцип работы
Предназначены для преобразования одного уровня напряжения в другой. На рис. III.18 приведены основные элементы однофазного двухобмоточного трансформатора.
Рис.III.18. Основные элементы трансформатора: 1 – обмотка высшего напряжения (ВН); 2 – обмотка низшего напряжения (НН); 3 – магнитопровод (сталь). |
Обмотки ВН и НН связаны между собой магнитным путем через магнитный поток Ф. Коэффициент трансформации равен,
где , – номинальные напряжения обмоток ВН и НН; , – число витков обмоток ВН и НН.
III.2.2. Типы трансформаторов. Схемы соединения обмоток.
Классификация типов трансформаторов показана на рис. III.23.
Рис. III.23. Классификация типов силовых трансформаторов
Схемы соединения обмоток трансформаторов различных типов показаны на рис.III.24-III.28.
а) Однофазный двухобмоточный (см. рис. III.24).
Рис.III.24. Схемы соединения однофазного трансформатора |
б) Трехфазный двухобмоточный (см. рис. III.25).
Рис.III.25. Схемы соединения трехфазного двухобмоточного трансформатора |
в) Трехфазная группа однофазных двухобмоточных трансформаторов (см. рис. III.26).
Рис.III.26. Соединение однофазных трансформаторов в трехфазную группу |
г) Однофазный трехобмоточный трансформатор (см. рис. III.27).
Рис.III.27. . Схемы соединения однофазного трехобмоточного трансформатора |
д) Однофазный двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН (см. рис. III.28).
Рис.III.28. . Схемы соединения однофазного двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН |
В энергосистемах преимущественно применяются двух- и трех- обмоточные трансформаторы. Установка трехфазных трансформаторов (см. рис. III.25) по сравнению с однофазными (см. рис. III.26) предпочтительна по экономическим причинам, т.к. их стоимость, расход активных материалов (меди, стали) на 20÷25%, а потери энергии при эксплуатации на 12÷15% меньше, чем в группе однофазных трансформаторов равной мощности.
Группа однофазных трансформаторов может применяться когда:
-
транспортировка трехфазного трансформатора такой же мощности затруднительна;
-
когда нет трехфазных трансформаторов данной мощности.
В некоторых случаях обмотка низшего напряжения одного и того же трансформатора состоит из двух или нескольких параллельных, изолированных друг от друга ветвей. Эти трансформаторы с так называемыми расщепленными обмотками (см. рис. III.28) обладают большим сопротивлением, чем идентичные двух обмоточные трансформаторы обычного исполнения, но имеют более сложную конструкцию и большую стоимость.
На электростанциях их применяют для укрупнения блоков мощных ТЭС и ГЭС, когда с целью упрощения главной схемы и уменьшения токов КЗ к одному трансформатору присоединяют несколько генераторов, а также в схемах собственных нужд электростанций для уменьшения токов КЗ и облегчения шин и аппаратуры (см. рис. III.29).
Рис.III.29. . Примеры применения трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения на электростанциях: ТСН1, ТСН2 – трансформаторы собственных нужд с расщепленной обмоткой и обычного исполнения; ШСН – шины собственных нужд |
Примечание: трансформаторы собственных нужд электростанций с номинальной полной мощностью 25 МВА и более и трансформаторы на подстанциях мощностью 40 МВт и более выполняются с расщепленными обмотками.
На современных крупных электростанциях и мощных узловых подстанциях часто применяют для связи двух высших напряжений автотрансформаторы (АТ). Автотрансформаторы представляют собой многообмоточный трансформатор, у которого две обмотки связаны электрически. В энергосистемах применение получили трехобмоточные автотрансформаторы – трехфазные и группы из однофазных.
Отличия в работе автотрансформатора от трансформаторов обычного исполнения показаны на рис. III.26 и III.27.
Схема однофазного автотрансформатора и принцип его работы (рис. III.26):
Рис.III.26. Схема однофазного автотрансформатора и принцип его работы |
В автотрансформаторе можно выделить последовательную (она расположена между точками АB) и общую (располагается между точками BC) обмотки. Общая обмотка является также обмоткой среднего напряжения с количеством витков W2. Последовательная и общие обмотки образуют обмотку высокого напряжения (располагается между точками А и C) с количеством витков W1.
В отличие от трансформатора, где вся мощность с первичной стороны передается на вторичную сторону магнитным полем, в автотрансформаторе часть мощности передается электрическим путем через контактную связь между последовательной и общей обмоткой (точка B).
Полная мощность, передаваемая с первичной стороны автотрансформатора на вторичную, называется проходной, а мощность, передаваемая магнитным путем – трансформаторной. Проходная мощность для схемы на рис. III.26 равна
где – электрическая мощность, передаваемая из обмотки высокого напряжения (ВН) в обмотку среднего напряжения (СН) с помощью гальванической связи этих обмоток;
– трансформаторная мощность, передаваемая из обмотки высокого напряжения в обмотку среднего напряжения через магнитопровд.
Знак «≈» обозначает, что потери не учитываются.
Номинальная мощность автотрансформатора (Sном.АТ) – это проходная мопри номинальных условиях.
Типовая мощность автотрансформатора (Sтип.АТ)– это трансформаторная мощность при номинальных условиях.
Экономический эффект применения автотрансформаторов можно показать, если сравнить автотрансформатор с двухобмоточным трансформатором, которые имеют одинаковые конструктивные параметры: количество витков последовательной обмотки равно количеству витков обмотки высокого напряжения двухобмоточного трансформатора; количество витков общей обмотки (она же обмотка среднего напряжения автотрансформатора) равно количеству витков обмотки среднего напряжения двухобмоточного трансформатора; сечение провода последовательной обмотки равно сечению провода обмотки высокого напряжения двухобмоточного трансформатора; сечение провода общей обмотки равно сечению провода обмотки среднего напряжения двухобмоточного трансформатора; сечения магнитопроводов обоих трансформаторов одинаковы (см. рис. III.27).
Рис.III.27. Схема двухобмоточного трансформатора, проходная мощность которого равно трансформаторной мощности автотрансформатора на рис. III.26 |
Из рис. III.26 и III.27 следует, что при одинаковых размерах магнитопровода и количестве витков обмоток и их сечений проходная мощность автотрансформатора больше, чем двухобмоточного трансформатора за счет передачи в нагрузочную сеть электрической мощности .
Из этого следует, что автотрансформаторы обладают существенными технико-экономическими преимуществами по сравнению с обычными трансформаторами той же проходной мощности.
Преимущества АТ:
-
стоимость АТ меньше, т.к. для его изготовления требуется меньше меди, стали и изоляционных материалов;
-
габариты автотрансформаторов меньше, что позволяет строить его с большей проходной мощностью и облегчает транспортировку;
-
потери мощности АТ меньше, а его КПД выше.
Перечисленные преимущества АТ тем заметнее, чем меньше разность номинальных напряжений на обмотках высшего и среднего напряжений. Количественно эти преимущества определяются коэффициентом выгодности.
,
- коэффициент трансформации.
Несмотря на все свои преимущества, автотрансформаторы имеют и ряд недостатков:
-
Изменение напряжений проводов относительно земли в сети среднего напряжения при замыкании на землю в сети высшего напряжений (вектор АСm на рис. III.32), которое тем больше, чем больше КТ. В незаземленной системе эти напряжения достигают недопустимых значений, поэтому АТ всегда работает с глухозаземленной нейтралью;
Рис. III.32. Векторная диаграмма напряжений участка сети, питающегося от автотрансформатора с разземленной нейтралью, при замыкании фазы на землю
-
низкие напряжения КЗ (вызванные глухим заземлением нейтрали АТ) и связанные с этим большие токи однофазного КЗ и электродинамические усилия в обмотках при данных КЗ;
-
перенапряжения, возникающие в сети ВН, вызывают из-за наличия гальванической связи обмоток ВН и СН на выводах СН автотрансформатора более значительные перенапряжения, чем у трансформатора обычного исполнения.
Автотрансформаторы могут иметь третью обмотку на стороне НН, которая связана с обмоткой ВН и СН только электромагнитным путем. Она предназначена для компенсации токов третьей гармоники, а также используется для питания потребителей, присоединения синхронного компенсатора и генераторов.