Довольно часто в энергетических системах возникают ситуации, когда вместо одного трансформаторного устройства требуется параллельная работа трансформаторов, в количестве от двух и выше. Их суммарная мощность способна обеспечить бесперебойное электроснабжение при поломке или аварии одного из агрегатов или в случае отключения его для ремонтных работ. Подобная система работы является наиболее оптимальной для трансформаторных подстанций, у которых график нагрузок подразумевает существенное изменение мощности в разное время суток.
Когда используется параллельное включение
Самое простое объяснение необходимости параллельного включения трансформаторов связано с регулярно изменяющейся мощностью. При ее уменьшении один или несколько агрегатов можно отключить. В результате, нагрузка на остальные трансформаторы, которые продолжают работать, будет максимально приближена к номинальной. Их эксплуатационные показатели – КПД и cosφ остаются на достаточно высоком уровне.
На техническом языке параллельная работа двух и более трансформаторов представляет собой параллельное соединение как минимум двух основных обмоток одного устройства с таким же количеством обмоток других устройств.
Для того чтобы нагрузки между каждым работающим трансформатором были распределены правильно, в соответствии с номинальной мощностью каждого из них, параллельное подключение трансформаторов с двумя обмотками рекомендуется в следующих случаях:
- Номинальные первичные и вторичные напряжения должны быть равными. Различие коэффициентов трансформации допускается не более чем на 0,5%.
- Группы соединенных обмоток тождественны между собой.
- Напряжения коротких замыканий примерно одинаковы, с допустимым отклонением не более чем на 10% среднего значения.
- Не рекомендуется включать параллельно трансформаторы, номинальные мощности которых имеют соотношение, превышающее 1:3.
Если не соблюдается первое и второе условия, в этом случае в трансформаторных обмотках могут возникнуть уравнительные токи, в отдельных случаях даже превышающие значения токов коротких замыканий. Чаще всего это случается при несовпадении групп. При невыполнении третьего условия, общая нагрузка между трансформаторами будет распределяться непропорционально их номинальным мощностям.
Влияние отрицательных факторов
Группы обмоточных соединений определяются сдвигом фаз, характерным для каждого вектора фазного и линейного напряжения в первичных и вторичных обмотках. Все расчеты выполняются исходя из векторной диаграммы напряжений, затрагивающей первичную сторону. Маркировка группы соединений обмоток наносится на щиток трансформатора и не требует какой-либо проверки. Существуют отдельные, нестандартные группы соединений, когда однофазные трансформаторы соединяются в трехфазную группу.
При параллельном включении трансформаторов с различными группами соединений возникает расхождение векторов напряжений примерно на 30 градусов. Это приводит к возникновению уравнительных токов, в несколько раз превышающих номинальные токи трансформаторов.
Трансформаторы имеющие четные группы соединений, не должны параллельно подключаться к агрегатам с нечетными группами. Кроме того, группы 4, 8 и 12 не включаются с группами 2, 6 и 10. Следует учитывать, что различные коэффициенты трансформации у агрегатов, работающих параллельно, могут также вызвать появление уравнительных токов. При таком включении, на вторичной стороне будет заметна разность напряжений.
Сами уравнительные токи по своей сути являются индуктивными. Несмотря на то что иногда они превышают номинальные токи трансформаторов, допускается включение на очень короткое время, в момент переключения с одного устройства на другое.
Когда напряжения коротких замыканий не равны между собой, нагрузка между трансформаторами, включенными параллельно, также будет распределяться непропорционально с их номинальными мощностями. Точно такое же неравенство возникает при разных коэффициентах трансформации агрегатов, подключенных таким же образом. При необходимости коэффициент трансформации может быть изменен, если этого требуют эксплуатационные условия. Для практического осуществления таких изменений, в трансформаторных обмотках предусмотрены специальные ответвления.
Для переключений между этими ответвлениями используется два типа переключателей. Один из них – ПБВ, который может работать без возбуждения при отключенном напряжении. Другое переключающее устройство – РПН, осуществляющий коммутацию под нагрузкой. Переключения между агрегатами с различной мощностью следует выполнять таким образом, чтобы вторичное напряжение у недогруженных трансформаторов на холостом ходу было выше по сравнению с трансформаторами, работающими с перегрузкой.
