4.СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

4.1.Основные определения

Вэлектроэнергетических системах Российской Федерации применяются электрические сети переменного тока следующих классов напряжения:

0,4 кВ; 0,6 кВ; 1кВ; 6 кВ; 10 кВ; 35 кВ;110 кВ; 150 кВ; 220 кВ; 330 кВ; 500 кВ; 750 кВ и 1150 кВ.

Широкий набор классов напряжений сети обусловлен многообразием потребителей электроэнергии, а также необходимостью передачи электроэнергии от источников к потребителям на разные, нередко довольно большие расстояния.

Так для передачи мощности порядка 20 30 МВт на расстояние порядка 20 30 км технически и экономически целесообразно применение линий напряжением 110 кВ. На напряжении 220 кВ целесообразно передавать мощность 135 МВт на расстояние в среднем 200 – 300 км; на напряжении 500 кВ мощность до 1000 МВт на расстояние до 800 км. Имеющиеся промежутки между указанными значениями заполняются удвоением, утроением и даже учетверением линий одного класса напряжения (пять линий одного класса напряжения применяют очень редко). Уместно отметить, что многократные линии одного класса напряжения в одном направлении передачи мощности имеют и положительную сторону повышается надежность передачи мощности (при повреждении одной линии остальные могут принять на себя нагрузку отключенной).

На станциях, в том числе и на АЭС, всегда сооружается несколько распределительных устройств разного класса напряжений, поскольку выдача мощности станции всегда осуществляется в нескольких направлениях.

Для связи сетей разных классов напряжения применяют силовые трансформаторы и автотрансформаторы. Когда говорят о трансформаторе (автотрансформаторе) определенного класса напряжения, имеют в виду класс напряжения обмотки высшего напряжения.

На электрических станциях для питания потребителей собственных нужд и связи генераторов с системой устанавливаются понижающие и повышающие трансформаторы. Преимущественно применяются трехфазные трансформаторы, поскольку они обладают повышенной компактностью и экономичностью (потери электроэнергии на намагничивание у них почти в три раза меньше, чем потери на намагничивание в группе трех однофазных трансформаторов соответствующей мощности). Однако особо мощные трансформаторы выполнить в трехфазном исполнении не удается из-за габаритных ограничений (невозможности транспортировки железнодорожным транспортом).

В энергосистемах применяются двухобмоточные и трехобмоточные трансформаторы. Двухобмоточные трансформаторы имеют в каждой фазе две обмотки: обмотку высшего и низшего напряжений. Трехобмоточные трансформаторы в каждой фазе имеют три обмотки: обмотку высшего, среднего и низшего напряжений.

Двухобмоточные трансформаторы соединяют сети или электроустановки двух напряжений (например, 110 кВ и 10 кВ); трехобмоточные сети или элек-

троустановки трех напряжений (например, 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ). Трехобмоточные трансформаторы позволяют формировать сложные разветвления в электрической сети, объединять электроустановки трех разных номинальных напряжений, существенно экономить трансформаторные мощности (альтернатива трехобмоточному трансформатору – два двухобмоточных: 110/35 кВ и

110/10 кВ).

Нередко бывает удобно в двухобмоточном трансформаторе обмотку одного напряжения (низшего) выполнить из двух или нескольких параллельных ветвей, изолированных друг от друга. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленной обмоткой. Их применяют для создания укрупненных блоков, когда к одному повышающему трансформатору подключаются два генератора. Трансформаторы с расщепленной обмоткой применяются и для питания нагрузок, как альтернатива их питания от двух понижающих трансформаторов, что опять также экономить трансформаторные мощности. Расщепление обмотки низшего напряжения трансформаторов является эффективной мерой снижения токи короткого замыкания на стороне низшего напряжения трансформатора.

Таким образом, трансформатор, выполняя функцию преобразования напряжения, одновременно позволяет формировать и сложные схемы объединения сетей разных номинальных напряжений и координировать мощности генераторов, нагрузок и уровни токов короткого замыкания.

Автотрансформатор отличается от трансформатора тем, что его обмотки соединяются гальванически, соответственно ток обмотки высшего напряжения непосредственно перетекает в обмотку среднего напряжения и передача мощности из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения осуществляется как через магнитное поле, так и электрически. Это оказывается выгодно в тех случаях, когда высшее и среднее напряжения близки, например: 220 и 110 кВ; 500 и 220 кВ; 750 и 330 кВ и т.п. и невыгодно при больших коэффициентах трансформации, например, 110/10 кВ. Поэтому для соединения сетей близких по значению напряжений осуществляются с помощью автотрансформаторов.

В России автотрансформаторы всегда выполняются трехобмоточными с третичными обмотками класса напряжения 35, 24, 10 или 6 кВ. Целесообразность третичной обмотки в автотрансформаторе определятся необходимостью компенсации в нем токов высших гармоник, кратных трем, возникающих из-за нелинейности магнитной цепи автотрансформатора. Расщепление обмоток в автотрансформаторах не применяют.

Автотрансформаторы производятся как в трехфазном, так и в однофазном исполнении.

На электрических станциях автотрансформаторы находят широкое применение для связи распределительных устройств разного класса напряжения. Это стандартное решение очень эффективно, оно существенно повышает маневренность станции, надежность выдачи мощности станции по разным направлениям.

Кроме того, автотрансформаторы иногда применяются для подключения к их третичной обмотке низшего напряжения генераторов, при этом с помощью одного автотрансформатора можно от генератора одновременно выдавать мощность в сеть высшего и среднего напряжений.

Косновным техническим параметрам трансформаторов относятся:

–номинальная полная мощность;

–частота;

–номинальное напряжение обмотки высшего напряжения (ВН);

–номинальное напряжение обмотки среднего напряжения(СН);

–номинальное напряжение обмотки низшего напряжения (НН).

В зависимости от номинальной мощности и класса напряжения силовые трансформаторы подразделяются на группы (габариты), приведенные в табл. 4.1.

Выпускаются трансформаторы для работы в районах с умеренным, холодным и тропическим климатом, для установки в помещении и на открытом воздухе. В зависимости от вида охлаждения различают сухие, масляные и трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком.

Условное обозначение различных типов трансформаторов составляется по следующей строке:

Х - Х/Х-ХХ___климатическое исполнение и категория размещения;

_____год разработки конструкции;

_______класс напряжения, кВ;

________номинальная мощность трансформатора, кВ А;

___________ буквенная часть обозначения типа трансформатора.

В буквенную часть обозначения типа трансформатора общего назначения могут входить следующие буквы:

А – автотрансформатор; О или Т – однофазный или трехфазный трансформатор;

М – вид охлаждения с естественной циркуляцией воздуха и масла; ДЦ – принудительная циркуляция воздуха и масла; Ц – принудительная циркуляция воды и масла;

НДЦ и НЦ – направленный поток масла в системах ДЦ и Ц;

Т (после обозначения вида охлаждения) – трехобмоточный трансформатор; Н – трансформатор с устройством регулирования напряжения под на-

грузкой (РПН); С – исполнение трансформатора собственных нужд электростанций.

Для автотрансформаторов класса напряжения стороны среднего или низшего выше 35 кВ после класса напряжения стороны высшего напряжения через косую черту указывают класс напряжения стороны среднего или низшего напряжения.

После буквенного обозначения через дефис в виде дроби указываются номинальная мощность и класс напряжения трансформатора (числитель – номинальная мощность, кВ А, знаменатель – класс напряжения, кВ).

Следует отметить, что не всегда номинальные напряжения обмоток высшего, среднего и низшего напряжений совпадают с классом напряжения сети соответствующего напряжения. Это продиктовано целесообразностью компенсации потерь напряжения в сети и в самом трансформаторе. Так у повышающих трансформаторов обмотки высшего напряжения выполняют на 5-10% выше класса напряжения трансформатора, чтобы в номинальных режимах работы

вначале линии электропередачи, подключенной с трансформатору, напряжение было выше номинального на 5-10%, что обеспечивает уровень напряжения

вконце линии электропередачи, близкий к номинальному. Тем самым компенсируются потери напряжения в линии. У понижающих же трансформаторов обмотки высшего напряжения выполняют совпадающими с номинальным напряжением сети. Это не дает возможность полностью отказаться от регулирования коэффициента трансформации трансформаторов, но существенно облегчает задачи, возлагаемые на устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Такой подход дает возможность учитывать условия работы аппаратов в электрической системе и повышать управляемость и качество работы системы в целом.

Примеры условных обозначений:

ТМ-1000/10-74У1 трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, номинальной мощностью 1000 кВ А, класса напряжения 10 кВ, конструкция 1974 года, для района с умеренным климатом, для наружной установки.

АОДЦТН-417000/750/500-73У1 – автотрансформатор однофазный трехобмоточный с принудительной циркуляцией воздуха и масла, номинальной (проходной) мощностью 417 МВ А, класса напряжения обмотки высшего напряжения 750 кВ, класса напряжения обмотки среднего напряжения 500 кВ, конструкция 1973 года, для района с умеренным климатом при наружной установки.

Основные данные трансформатора указываются на заводском щитке, который прикрепляется к баку трансформатора. На нем указаны: тип трансформатора, число фаз, частота, род установки (наружная или внутренняя); номинальная мощность (для трехобмоточных трансформаторов мощность каждой