Файбисович - Справочник по проектированию электрических сетей

ловиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Силовые трансформаторы специального назначения, предназначены для непосредственного питания сетей и приемников электроэнергии, если эти сети и приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей

иприемников электроэнергии относятся, например, подземные рудничные и шахтные сети и установки, выпрямительные установки, электрические печи и т. п. Ниже приводятся номинальные данные по силовым трансформаторам общего назначения (мощность, напряжение обмоток и т. д.), соответствующие условиям их работы, установленным нормативными документами.

Номинальной мощностью двухобмоточного трансформатора является номинальная мощность каждой из его обмоток, в трехобмоточном трансформаторе – наибольшая из номинальных мощностей трех его обмоток.

За номинальное напряжение обмотки принимается напряжение между соответствующими зажимами, связанными с данной обмоткой при холостом ходе трансформатора.

По исполнению трансформаторы могут быть трехфазными и однофазными. В трехфазном трансформаторе под обмоткой обычно понимают совокупность соединенных между собой обмоток одного напряжения разных фаз. В двухобмоточном трансформаторе различают обмотку ВН, присоединяемую к сети высокого напряжения,

иобмотку НН, присоединяемую к сети низкого напряжения. Обмотку трансформатора, к которой подводится электрическая энергия, называют первичной, а обмотку, от которой энергия отводится, – вторичной. В трехобмоточном трансформаторе различают обмотки ВН, СН1 и НН.

По виду охлаждающей среды различают сухие и масляные трансформаторы. Трансформаторы с естественным воздушным охлаждением (сухие трансформаторы) обычно не имеют специальной системы охлаждения. В масляных трансформаторах в систему охлаждения входят: бак трансформатора, заливаемый маслом, для мощных трансформаторов – охладители, вентиляторы, масляные насосы, теплообменники и т. д.

Ряды номинальных мощностей, на которые разрабатываются трансформаторы по ГОСТ 9680–77, приведены ниже, кВ А:

10	–	16	–	25
100	–	160	–	250
1000	–	1600	–	2500
10 000	–	16 000	–	25 000

1 В п. 5.3 СН – среднее напряжение.

231

100 000	125 000	160 000	200 000	250 000
1000 000	1250 000	1600 000	2000 000	2500 000
–	40	–	63	–
–	400	–	630	–
3200	4000	–	6300	–
32 000	40 000	–	63 000	80 000
–	400 000	500 000	630 000	800 000
3150 000	4000 000	5000 000	6300 000	8000 000

5.3.2. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов

Схемы соединения обмоток трехфазного трансформатора обозначают в виде дроби, в числителе которой ставят обозначение схемы соединения обмотки ВН, а в знаменателе – обмотки НН. При наличии третьей обмотки СН обозначение схемы соединения обмотки СН располагают между обозначениями схем соединения обмоток ВН и НН.

Обозначения типов силовых и регулировочных трансформаторов приведены ниже.

В названии новых трансформаторов буква Г опускается, так как все они исполняются грозоупорными. Некоторые трансформаторы 35 кВ в обозначении имеют букву А, означающую изготовление обмотки из алюминия.

Обозначения типов трансформаторов
Автотрансформатор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	А
Трехфазный (однофазный) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	Т(О)
С расщепленной обмоткой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	Р
Системы охлаждения:	О
естественная циркуляция воздуха и масла . . . . . . . . . . .	М
принудительная циркуляция воздуха и
естественная циркуляция масла . . . . . . . . . . . . . . . . .	Д
естественная циркуляция воздуха и принудительная
циркуляция масла с ненаправленным (направленным)
потоком масла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	МЦ(НМЦ)
принудительная циркуляция воздуха и масла
с ненаправленным (направленным) потоком масла . . . . .	ДЦ(НДЦ)
принудительная циркуляция воды и масла
с ненаправленным (направленным) потоком масла	Ц(НЦ)

232

Трехобмоточный . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	Т
Вид переключения ответвлений:
выполнение одной из обмоток с устройством регулирования
под нагрузкой (РПН) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	Н
то же с автоматическим РПН . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	АН
Особенность исполнения:
грозоупорное. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	Г
защищенное . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	З
усовершенствованное . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	У
Для электрификации железных дорог . . . . . . . . . . . . . . .	Ж (Э)
Для собственных нужд электростанций . . . . . . . . . . . . . .	С
Номинальная мощность, кВ А
Класс напряжения обмоток ВН (для АТ с обмоткой СН 110 кВ
и выше – класс напряжения обмотки СН), кВ
Обозначения типов регулировочных трансформаторов
Последовательный регулировочный трансформатор (трансформа-
торный агрегат) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . ВР
Линейный регулировочный . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . Л
Трехфазный . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . Т
Охлаждение масляное с дутьем и естественной циркуляцией
масла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. Д
Регулирование под нагрузкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . Н
Поперечное регулирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . П
Исполнение грозоупорное . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . Г
с усиленным вводом (для новых конструкций) . . . . . . . . .	. . У
Номинальная мощность, кВ А
Класс напряжения, кВ

5.3.3. Параллельная работа трансформаторов

Параллельной работой двух или нескольких трансформаторов называется работа при параллельном соединении не менее чем двух основных обмоток одного из них с таким же числом основных обмоток другого трансформатора (других трансформаторов).

В целях правильного распределения нагрузки между параллельно работающими трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям параллельная работа двухобмоточных трансформаторов рекомендуется для случаев:

равенства номинальных первичных и вторичных напряжений (допускается разность коэффициентов трансформации не более ±0,5%);

233

тождественности групп соединения обмоток; равенства напряжений КЗ (допускается отклонение не более

чем на ± 10% средней величины).

При несоблюдении первого и второго условий в обмотках трансформаторов возникают уравнительные токи, которые в отдельных случаях, особенно при несовпадении групп, могут достигнуть и даже превысить значения тока КЗ. Несоблюдение третьего условия приводит к тому, что общая нагрузка распределяется между трансформаторами непропорционально их номинальным мощностям. Рекомендуется, чтобы отношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов не превышало 3:1.

5.3.4. Режим работы автотрансформаторов

Для АТ характерны следующие основные режимы работы:

1.Режимы ВН–СН и СН–ВН являются чисто автотрансформаторными режимами. В этих режимах может быть передана полная номинальная мощность АТ.

2.Режимы ВН–НН и НН–ВН являются чисто трансформаторными и позволяют осуществлять передачу мощности, равной мощности обмотки НН.

3.Режимы СН–НН и НН–СН являются чисто трансформаторными и позволяют осуществлять передачу мощности, равной мощности обмотки НН.

4.Комбинированные трансформаторные и автотрансформаторные режимы ВН–СН и одновременно ВН–НН, а также СН–ВН

иодновременно НН-ВН. Если нагрузка на стороне НН отсутствует, то эти режимы переходят в автотрансформаторные ВН–СН и СН– ВН. При возрастании нагрузки в обмотке НН должна соответственно снижаться мощность на стороне СН, чтобы последовательная обмотка не перегружалась.

Нагрузка (перегрузка) АТ в трехобмоточном режиме определяется по току наиболее нагруженной обмотки, причем контролируются как линейные токи, так и ток общей обмотки.

Загрузка общей обмотки определяется как отношение фактического тока к ее наибольшему длительно допустимому току, указанному в паспорте.

Ниже приводятся значения наибольшего допустимого тока в общей обмотке АТ нового поколения.

	Тип автотрансформатора	Наибольший допустимый
		ток в общей обмотке, А
	АОДЦТН-167000/500/220	750
	АОДЦТН-167000/500/330	345

234

АОДЦТН-267000/500/220	1195
АТДЦТН-500000/500/220 (ПС Западная)	750
АТДЦТН-250000/500/110	983
АТДЦТН-125000/330/110	494
АТДЦТН-200000/330/110	800
АО ДЦТН-133000/330/220	408
АТДЦТН-200000/220/110	585
АТДЦТН-250000/220/110	690

5.3.5. Трансформаторы с расщепленными обмотками

Трансформаторы с расщепленными обмотками – трансформаторы, у которых одна из обмоток разделяется на две или большее число гальванически не связанных частей. Суммарная номинальная мощность этих трансформаторов равна номинальной мощности трансформатора, а напряжения КЗ относительно другой обмотки практически равны, так что эти части допускают независимую нагрузку или питание. Такие обмотки, обычно обмотки НН, называются расщепленными. При КЗ в цепи одной из частей расщепленной обмотки в других обмотках трансформатора возникают токи и напряжения существенно меньшие, чем в таком же трансформаторе с нерасщепленной обмоткой НН.

Преобразование переменного напряжения и тока, его повышение или понижение более экономично может быть осуществлено путем применения АТ. В отличие от трансформатора в АТ для преобразования напряжения используется не только магнитная связь обмоток, но и их прямое или встречное соединение.

На преобразование напряжения при помощи АТ затрачивается меньше активных материалов, чем на преобразование, осуществляемое при помощи трансформаторов. Это снижает также потери мощности и электроэнергии.

5.3.6. Регулирование напряжения трансформаторов

В соответствии с ГОСТ 11677–85 и стандартами на трансформаторы различных классов напряжений и диапазонов мощностей большинство силовых трансформаторов выполняются с регулированием напряжения, которое может осуществляться либо без возбуждения, т. е. при отключенном трансформаторе (ПБВ), либо под нагрузкой без перерыва электроснабжения потребителя (РПН).

235

ПБВ не может обеспечить встроенное регулирование напряжения, так как нагрузка и, следовательно, напряжение могут меняться в течение суток, а осуществлять переключения с такой частотой заведомо невозможно.

ПБВ применяется в трансформаторах малой и средней мощности на напряжения 6, 10 и реже 20 и 35 кВ, а также для переключения на стороне СН мощных трансформаторов, у которых обмотки ВН переключаются под напряжением.

Регулировочные ответвления размещаются, как правило, у трансформаторов на стороне ВН (в нейтрали ВН), а у АТ – на стороне СН (в линии СН) или в общей части гальванически связанных обмоток (в «нуле»).

Выбор схемы регулирования напряжения определяется рядом факторов: классом напряжения, числом фаз, коэффициентом трансформации и др.

Так, все трехфазные АТ 220/110 кВ, 330/110–150 кВ и однофазные АТ 500/220 кВ выполняются с регулированием напряжения в линии СН 110–150–220 кВ. Эта схема регулирования в линии СН имеет очевидные преимущества по расходу материала, потерям и качеству регулирования.

Схемы регулирования в нейтрали применяются в том случае, когда применение схем регулирования напряжения в линии СН технически невыполнимо или значительно усложнено. В трехфазном АТ 250000/500/110, в однофазных АТ 417000/750/500 и АТ 333000/750/330 применяется схема регулирования в нейтрали.

Преимуществом схемы регулирования в нейтрали является существенное упрощение конструкции АТ и повышение его надежности. Однако вследствие «связанного» регулирования обмоток ВН

иСН при изменении напряжения на ВН имеют место изменения напряжения на обмотке НН.

Все блочные трансформаторы выполняются без регулирования

напряжения, кроме трансформаторов 220 кВ мощностью 80–200 МВ А, где предусматривается ПБВ ±2×2,5%. В трансформаторах, работающих в блоке с генераторами, напряжение регулируется изменением возбуждения генератора.

Из соображения надежности АТ 1150 кВ АОДЦТ–667/1150/500 выполняются без встроенного РПН.

Для принудительного перераспределения потоков мощности между параллельно работающими линиями электропередачи 750

и330 кВ в АТ АОДЦТН–333000/750/330 было внедрено поперечное регулирование напряжений, т. е. изменение фазового угла между фазными напряжениями обмоток ВН и СН. Поперечное регулирование в АТ осуществляется за счет подключения в нейтрали регулировочной обмотки трансформатора поперечного регулирования (табл. 5.28).

236

Необходимые уровни напряжения в сети не всегда можно обеспечить с помощью только одних трансформаторов и АТ со встроенным регулированием напряжения. В тех случаях, когда электроснабжение осуществляется одновременно от обмоток АТ СН и НН, бывает необходимо осуществлять регулирование напряжения в сетях обоих напряжений. Для этой цели служат линейные регулировочные агрегаты. Их установка также позволяет осуществить регулирование без замены ранее установленных нерегулируемых трансформаторов (см. табл. 5.29).

5.3.7. Нагрузочная способность трансформаторов

Нагрузочной способностью трансформаторов называется совокупность допустимых нагрузок и перегрузок трансформатора. Исходным режимом для определения нагрузочной способности является номинальный режим работы трансформатора на основном ответвлении при номинальных условиях места установки и охлаждающей среды, определяемых соответствующим стандартом или техническими условиями.

Допустимым режимом нагрузки называется режим продолжительной нагрузки трансформатора, при котором расчетный износ изоляции обмоток от нагрева не превышает износа, соответствующего номинальному режиму работы. Перегрузочным считается такой режим, при котором расчетный износ изоляции превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы.

Стандартами установлены предельно допустимые температуры трансформаторов. Они основаны на длительном опыте эксплуатации трансформаторов и предусматривают непрерывную работу трансформатора при его номинальной мощности и предписанных окружающих условиях в течение установленного срока службы (20– 25 лет).

Основанием для ограниченных во времени нагрузок работы трансформатора, в том числе и выше номинальной, является неполная нагрузка трансформатора в период, предшествующий допустимой нагрузке, и пониженная температура охлаждающей среды (воздуха или воды).

ГОСТ 14209–97 (МЭК 354–91) «Нагрузочная способность трансформаторов (и автотрансформаторов)» (далее – стандарт) и технические условия (ТУ) на трансформаторы и АТ содержат рекомендации о предельных допустимых нагрузках.

Так, в указанном стандарте приведены допустимые аварийные перегрузки для трансформаторов классов напряжения до 110 кВ включительно в зависимости от предшествующей нагрузки и температуры охлаждающего воздуха во время перегрузки. Для пред-

237

шествующей нагрузки не более 0,8 номинального значения мощности трансформатора и температуры охлаждающего воздуха во время перегрузки t = 0 и 20 °С для трансформаторов классов напряжения до 110 кВ включительно допустимые аварийные перегрузки трансформаторов характеризуются данными табл. 5.12.

Т а б л и ц а 5.12

Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при выборе их номинальной мощности при предшествующей нагрузке,

не превышающей 0,8 номинальной

	Продолжитель-	Перегрузки в долях номинального тока в зависимости
		от температуры охлаждающего воздуха во время перегрузки
	ность перегрузки
			0 °С			20 °С
	в течение суток, ч
		М, Д		ДЦ	М, Д		ДЦ
	1,0	2		1,7	2,0		1,5
	2,0	1,9		1,6	1,7		1,4
	4,0	1,7		1,5	1,4		1,4

В соответствии с ТУ № 3411-001-498-90-270–2005, согласованными с ФСК ЕЭС России, АТ в зависимости от предшествующей нагрузки 0,7 номинального значения мощности и температуры охлаждающего воздуха во время перегрузки t = 25 °С допускают следующие кратности и длительности аварийных перегрузок:

1,0 ч	– 1,4;
2,0 ч	– 1,3;
4,0 ч	– 1,2.

5.3.8. Технические данные трансформаторов

Классификация трансформаторов отечественного производства по габаритам приведена в табл. 5.13.

			Т а б л и ц а 5.13
		Габариты трансформаторов
Габарит	Группа	Диапазон мощностей, кВ А	Класс напряжения, кВ
I	1	До 20
	2	25–100
	3	160–250
II	4	400–630
	5	1000	До 35 включительно
III	6	1600–2500
	7	4000–6300
IV	8	10000–32 000
	9	Свыше 32 000

238

О к о н ч а н и е т а б л . 5.13

	Габарит	Группа	Диапазон мощностей, кВ А	Класс напряжения, кВ
	V	10	До 16 000	110 и 150
		11	25000–32 000
	VI	12	40000–63 000	110 и 150
		13	До 63 000	220 и 330
	VII	14	80000–200 000	110 и 150
		15	80000–200 000	220 и 330
		16	Свыше 200 000	До 330 включительно
	VIII	17	Независимо от мощности	Свыше 330
		18	Для электропередач постоянного	Независимо
			тока независимо от мощности	от напряжения

П р и м е ч а н и е .

Трансформаторы, имеющие мощность или напряжение, не соответствующие стандартной шкале, относятся к габариту и группе ближайшей стандартной мощности или напряжения.

5.3.9. Мощности и напряжения КЗ трансформаторов

Мощности и напряжения КЗ трансформаторов и АТ 220–750 кВ установлены в ГОСТ 17544–85 и отражают сложившуюся в 60–70 гг. прошлого столетия ситуацию с развитием энергетики СССР и потребности в силовых трансформаторах в условиях централизованного планирования.

Следует отметить, что в зарубежных стандартах эти параметры устанавливаются непосредственно заказчиком исходя из конкретных условий использования трансформаторов.

В последнее десятилетие в энергетике и трансформаторостроении за рубежом наметилась тенденция снижения максимальных мощностей блочных трансформаторов в трехфазном исполнении. Это обусловлено экономическими соображениями ввиду необходимости иметь на электростанции резервные трансформаторы (фазы) для обеспечения надежного электроснабжения.

Указанная тенденция получает в последние годы практическое применение в отечественной энергетике, в частности при расширении действующих ТЭЦ с установкой на них крупных ПГУ мощностью 400–800 МВт. В табл. 5.14 приведены значения мощностей и напряжений КЗ блочных трансформаторов мощностью более 400 МВ А по ГОСТ 17544–85 и рекомендуемые для повышения надежности энергетических блоков.

239

							Т а б л и ц а 5.14
	Мощности и напряжения КЗ блочных трансформаторов
	для энергетических блоков 300 МВт и выше
Мощ-		Мощности блочных транс-					Напряжение КЗ, %
	Номинальные		форматоров, МВ А
ность
	напряжения
энергети-
	обмоток ВН	ГОСТ 17544–85		Рекомендуемые
ческого								Реко-
	блочных транс-						ГОСТ
блока,								менду-
	форматоров, кВ	3-фаз-	1-фаз-	3-фаз-		1-фаз-	17544–85
МВт								емые
		ные	ные	ные		ные
300	110, 220, 330,	400	–	400		–	11–13	14–15
	500
500	220, 330, 500	630	–	600		–	11,5–14	15–16
	220	1000	–
	330	1000	–			3×333	11,5–
800				–				15–16
	500	1000	3×333				14,5
	750	–	–
	330	1250	–				14,5	–
1000	500	–	3×417	–		3×417
							14	15–16
	750	–	3×417
1500*	500, 750	–	–	–		3×630	–	15–16

* Намечаемые блоки АЭС.

Увеличение напряжения КЗ помимо повышения электродинамической стойкости обмоток при КЗ приводит к улучшению техни- ко-экономических характеристик трансформаторов – снижению массы и потерь холостого хода. Поэтому при разработке новых мощных блочных трансформаторов в последнее время по согласованию с заказчиком и проектными организациями принимаются более высокие значения Uк.

В табл. 5.15 даны рекомендуемые значения Uк для силовых трансформаторов мощностью 400 МВ А и выше.

Расчеты показывают, что указанное увеличение Uк в блочных трансформаторах практически не влияет на пропускную способность сети, так как Uк трансформаторов примерно в 2 раза меньше Uк генераторов.

240