Новини електротехніки - 2 (56) - новини
СИЛОВІ ТРАНСФОРМАТОРИ в енергосистемі
Використання штучно створених зрівняльних струмів
Відомо, що в обмотках силових трансформаторів при їх паралельній роботі з різними коефіцієнтами трансформації протікають зрівняльні струми. Інструкція по експлуатації трансформаторів допускає паралельну роботу трансформаторів з різними коефіцієнтами трансформації в межах здатності навантаження обмоток кожного трансформатора і їх (трансформаторів) допустимого перезбудження.
Віктор Дмитрович Ластовкін в своєму матеріалі описує деякі приклади використання створюваних штучним способом зрівняльних струмів в електроустановках Магаданської енергосистеми для різних цілей.
ВИРІВНЮЮЧІ ТОКИ В релейного ЗАХИСТУ
Неконтрольовані зрівняльні струми, що виникають в елементах електричної мережі і генераторах електростанцій в різних аварійних режимах, представляють серйозну небезпеку для проводів ліній електропередачі та електрообладнання енергосистеми, тому що при тривалому протіканні вони можуть привести до пережогу проводів ЛЕП і втрати ними механічних властивостей, до порушення термічної, а в окремих випадках і електродинамічної стійкості високовольтного електроустаткування.
Навпаки, штучно створювані (контрольовані) зрівняльні струми можуть корисно використовуватися в енергосистемі, наприклад, в релейного захисту або для регулювання режимів вузлів навантаження по напрузі.
В релейного захисту відома практика використання зрівняльних струмів між паралельно включеними силовими трансформаторами з різними коефіцієнтами трансформації для перевірки поздовжнього диференціального захисту трансформаторів (ДЗТ) первинним струмом [1] на заключному етапі перевірки (налагодження).
У ВАТ «Магаданенерго» цей спосіб використовується в основному на підстанціях з невеликими навантаженнями сезонного характеру (гірничо-рудні підприємства) при позапланових (післяаварійних) перевірках диференційного захисту трансформаторів у випадках її неселективной (зайвої) роботи при зовнішніх КЗ (відмови неспрацьовування), а також на підстанціях, на яких встановлені досить потужні трьохобмоткові автотрансформатори зв'язку зі слабо навантаженої третинної обмоткою і т.д.
Зрівняльний струм створюється двома паралельно включеними трансформаторами, перемикачі (РПН) яких встановлюються на різні відгалуження регулювальної обмотки (РО) трансформаторів, тобто різні коефіцієнти трансформації. В [1] наведена формула для розрахунку значень зрівняльного струму і дані інші рекомендації по реалізації даного способу перевірки ДЗТ первинним струмом, тому немає необхідності в їх детальному описі. Зупинимося більш детально на оцінці отриманих результатів вимірювання напруги небалансу (Uнб) на затискачах виконавчого органу реле типу ДЗТ-11 або РНТ-565 і ін. При перевірці захисту зрівняльним струмом.
У нормативній літературі [2] з релейного захисту трансформаторів і автотрансформаторів вирівнювання вторинних струмів (МДС) при розрахунку і виборі уставок (витків) поздовжнього диференціального захисту для реле типу РНТ-565 і ДЗТ-11 виконується для середнього положення перемикальних пристроїв (РПН) регулювальних обмоток трансформаторів. Отже, при включенні трансформаторів на зрівняльні струми хоча б в одному з них положення РПН буде відрізнятися від середнього, що призведе до появи значної складової струму небалансу I 'нб. обумовленої ке напруги (струму) небалансу в виконавчому органі реле, розрахункове значення складової напруги (струму) небалансу, обумовленого регулюванням напруги на трансформаторі, повинний відніматися з виміряного значення напруги небалансу.
При цьому зрівняльний струмі Іср між трансформаторами виміряна напруга небалансу Uнб (1). приведене до номінального струму Iном трансформатора, визначається з виразу:
Примітка. Вимірювання виконуються на стороні включення РВ трансформатора.
Замість зрівняльного струму Іср у формулі (2) може фігурувати струм навантаження Iн в разі, якщо перевірка виконується струмом навантаження на трансформаторі, РПН якого встановлений в положення, відмінне від середнього, і є складова небалансу, обумовлена регулюванням, для її виключення з результату вимірювання.
Схема перевірки диференційного захисту трансформаторів створенням зрівняльного струму між паралельно включеними трансформаторами приведена на рис. 1. Регульований трансформатор на ній позначено стрілкою. Діапазон регулювання напруги (коефіцієнта трансформації) Т2 дан в відносних одиницях (в.о.) номінальної напруги (коефіцієнта трансформації) середнього відгалуження регульованою обмотки. Схема ланцюгів диференційного захисту умовна, без вирівнювання вторинних струмів. Прийнято допущення, що розрахункові струми плечей диференційного захисту приблизно рівні I12 = I22 при знаходженні РПН в середньому положенні.
При перевірці справності кіл струму диференціального захисту одного з паралельно включених трансформаторів (Т1) зрівняльним струмом регулювання напруги (коефіцієнта трансформації) слід виконувати на іншому трансформаторі (Т2). Це виключає появу в диференціальному реле складової струму небалансу від регулювання напруги і спрощує процедуру оцінки результатів вимірювання напруги небалансу Uнб на затискачах виконавчого реле. Регулятор напруги на одному з трансформаторів (Т1), диференційний захист якого перевіряється, встановлюється в середнє положення, на іншому (Т2) положення РПН вибирається виходячи з необхідного значення зрівняльного струму (0,15 - 0,2 Iном т) за умовою отримання достовірних результатів вимірювань в ланцюгах захисту.
Зрівняльний струм можна отримати при відхиленні регулятора напруги від середнього значення в бік збільшення напруги регульованої обмотки, що дозволить виконати тренбованіе безпечної роботи трансформатора по напрузі.
ВИРІВНЮЮЧІ ТОКИ МІЖ трансформаторів
В живлять електричних мережах 110-220 кВ з некомпенсованою зарядної потужністю ЛЕП в режимі мінімальних навантажень спостерігаються випадки неприпустимого підвищення напруги в окремих вузлах навантаження, небезпечного в першу чергу через перезбудження трансформаторів, які не мають регулювальної обмотки або мають недостатній діапазон регулювання напруги δU,% та ін. Баланс реактивної потужності електричної мережі в цілому характеризується рівністю сумарною генерується σQг і споживаної σQп реактивної потужності і призначає Він деякий з редную рівень напруги в мережі [3]: σQг = σQп.
Напруга в вузлі навантаження може значно відрізнятися від середнього, і регулювати його можна зміною умов балансу Q електричного вузла, зокрема, збільшуючи споживання реактивної потужності.
У рівняння балансу реактивної потужності вузла навантаження входить складова σQт втрат потужності в трансформаторах:
де Qг - реактивна потужність, що виробляється генераторами електростанцій, синхронними компенсаторами і шунтовимі конденсаторними батареями, зарядна потужність ліній електропередачі;
Qн - реактивна (індуктивна) потужність, споживана навантаженням;
Qр - потужність, споживана шунтирующими реакторами;
δQт - втрати реактивної потужності в понижуючих трансформаторах вузла навантаження.
У тих випадках, коли Qг окремого вузла навантаження визначається в основному надлишкової зарядної потужністю ліній електропередачі Qз. приєднаних до вузла, встановлена потужність шунтуючих реакторів в вузлі Qр = 0 і впливати на зменшення генерації ліній (компенсацію) Qз шляхом перекладу в режим недозбудження турбогенераторів районної електростанції практично неможливо, залишається єдина можливість знизити напругу в вузлі навантаження за рахунок збільшення втрат δQт в трансформаторах вузла .
Втрати δQт в понижуючих трансформаторах при невеликому споживанні активної і реактивної потужності у вузлі можна збільшити за рахунок створення штучної циркуляції зрівняльних струмів в обмотках трансформаторів, при цьому втрати реактивної потужності в трансформаторах δQт при їх паралельній роботі з різними коефіцієнтами трансформації на стороні СН і НН і номінальному струмі в обмотці ВН будуть визначатися за формулою:
де Uк. вн *. Uк. сн * - відповідно напруги короткого замикання обмоток ВН-НН і ВН-СН в о.е .;
Sном.т - номінальна повна потужність трансформатора;
Iном. вн - номінальний струм обмотки ВН;
I 'н. нн. I 'н. сн - відповідно струми навантаження (зрівняльні струми) обмоток НН і СН, наведені до сторони ВН трансформатора.
Примітка. На рис. 2а і 2б цифрами біля символу трансформатора показані: числом в дужках - положення РПН; числом за дужками - напруга (коефіцієнт трансформації) використовуваного відгалуження регульованою обмотки, в даному випадку ВН, у в.о. номінальної напруги (коефіцієнта трансформації) середнього відгалуження, U * ном ср = 1.
Даний спосіб зниження напруги до безпечних меж шляхом зміщення балансу Q електричного вузла в бік додаткового споживання реактивної потужності за рахунок збільшення втрат δQт в трансформаторах підстанції в режимах мінімальних навантажень можна застосовувати у випадках, коли всі інші способи - включення шунтуючих реакторів, зміна конфігурації (топології) мережі 110-220 кВ, переклад генераторів і синхронних компенсаторів в режим недозбудження (споживання реактивної потужності) - вичерпані як резервні, а також при неиспр авності або виведення в плановий ремонт шунтуючих реакторів або їх комутаційної апаратури.
Спосіб особливо ефективний в режимах мінімальних навантажень підстанції, коли силові трансформатори мало завантажені активною потужністю і частка реактивної потужності, обумовленої зрівняльними струмами в трансформаторах, може досягати в межі номінальної потужності трансформатора. Сумарні втрати реактивної потужності δQт при цьому можуть доходити в середньому до 10% сумарної номінальної потужності паралельно працюючих трансформаторів, з урахуванням їх типових характеристик (Uк).
ШТУЧНИЙ шунтуючий реактор
Пристрій з двох трансформаторів на підстанції, включених на зрівняльні струми шляхом установки РПН трансформаторів на різні коефіцієнти трансформації, можна розглядати як штучний шунтирующий реактор (ІШР) з точки зору компенсації зарядної потужності і зниження напруги в вузлі. ІШР як пристрій компенсації Q має певні переваги:- регульоване споживання реактивної потужності;
- невеликі втрати активної потужності, рівні сумарним втрат в трансформаторах;
- мобільність (топологічна) і відсутність витрат на впровадження.
Даний спосіб регулювання напруги неодноразово застосовувався в нерському вузлі навантаження Магаданської енергосистеми з урахуванням топології її мереж 110-220 кВ і режимів генеруючого обладнання по реактивної потужності, тобто
- велика зарядна потужність ліній 220 кВ і в окремих випадках ПЛ 110 кВ;
- робота генераторів гідроелектростанції в ємнісному квадранті з ОМВ;
- наявність так званих підстанцій глибокого вводу, наприклад, ПС 110 кВ «Нера-Нова» та ПС 220 кВ «Омсукчан».
З рис. 2б видно, що при даних положеннях РПН параметри режиму трансформаторів (ІШР) мають таке значення:
- струм навантаження Iн одного з трансформаторів дорівнює номінальному Iном. тобто критерій безпечної роботи по здатності навантаження обмоток трансформатора не перевищено;
- глибина регулювання напруги на шинах 110 кВ склала майже 10 кВ;
- втрати реактивної потужності в трансформаторах (споживання реактивної потужності ІШР) складають δQт = 4,5 Мвар, або 9% сумарної номінальної потужності 2х25 МВА;
- втрати активної потужності в трансформаторах незначні і складають δРт = 0,2 МВт при практично граничному режимі по навантажувальної здатності одного з трансформаторів;
- критерій безпечної роботи по напрузі для трансформатора з відносним коефіцієнтом трансформації Кт = 0,91 безумовно виконується.
- тривала робота трансформаторів допускається при напружених в мережі живлення, що не перевищують номінальну напругу відгалуження обмотки трансформатора більш ніж на 10% Uном. відп .. але не вище найбільшого робочої напруги Uраб 1,1 Uном. відп;
- струми Iн в обмотках ВН, СН, НН трансформаторів з урахуванням циркуляції зрівняльних складових не повинні перевищувати навантажувальну здатність трансформаторів Iн 1,05 Iном;
- відхилення напруги у споживача повинні бути в допустимих межах.
1. Контрольований зрівняльний струм між трансформаторами можна використовувати для перевірки диференційного захисту трансформаторів і об'єктивно оцінювати небаланси в реле.
2. Контрольовані зрівняльні струми в трансформаторах можна використовувати для зниження напруги в вузлах електричної мережі до безпечних меж за умовою забезпечення нормальної роботи магнітної системи трансформаторів і виконання вимог до якості напруги у споживачів, коли всі інші способи вичерпані. Альтернативний спосіб регулювання (зниження) напруги спрямований на забезпечення збереження обладнання.