Электрическая часть электростанций - Типы трансформаторов и их параметры

На электрических станциях и подстанциях устанавливаются повышающие и понижающие трансформаторы для питания потребителей и для связи с энергосистемой. Ввиду того что в сетях энергосистем существует несколько ступеней трансформации, число трансформаторов и их мощность в несколько раз превосходят число и установленную мощность

Высшее напряжение, кВ не более

Доля в общем парке, % по числу

Средняя мощность. кВ. А

генераторов. В настоящее время на каждый установленный киловатт генераторной мощности приходится 7—8 кВ-А трансформаторной мощности. В ближайшие годы этот удельный показатель возрастет до 9—10 кВ-А/кВт в связи со все расширяющимися масштабами электрификации нашей страны, ростом сетей и увеличением числа ступеней трансформации. Единичные мощности и напряжение трансформаторов непрерывно повышаются. Уже выпущены трехфазные трансформаторы 1000 MB - А для работы в блоке 800 МВт и ведется подготовка к изготовлению трансформаторов еще больших мощностей. Максимальная мощность группы однофазных трансформаторов 500 кВ равна 1,6 ГВ-А, а напряжением 750 кВ — 1,25 ГВ - А. Осваиваются трансформаторы напряжением 1150 кВ. В табл. 1-13 приведены данные, характеризующие трансформаторный парк нашей страны (на 1.1.1969 г.). Как видно из таблицы, 99 % всех трансформаторов имеют относительно небольшие мощности и напряжение до 110 кВ. Число трансформаторов, установленных на электростанциях, сравнительно невелико, однако они оказывают существенное влияние на работу энергосистемы. В энергетических системах преимущественно применяются двух- и трехобмоточные трехфазные трансформаторы *. Трехобмоточные трансформаторы устанавливаются в тех случаях, когда на электростанции (подстанции) питание потребителей и выдача мощности производится на двух напряжениях: среднем и высоком (СН и ВН) или среднем и низком (СН и НН). Установка трехобмоточных трансформаторов взамен двух двухобмоточных экономит площади, материалы и капитальные вложения, а также сокращает потерн энергии при эксплуатации. Два двухобмоточных трансформатора в таких случаях устанавливают только при отсутствии перспективы развития нагрузки на втором напряжении и при общем ее значении, меньшем 10—15 % мощности трансформатора.

* На отдельных крупных подстанциях иногда применяются нестандартные четырехобмоточные трансформаторы, изготавливаемые по специальному заказу.

По экономическим причинам также предпочтительна установка трехфазных трансформаторов. Их стоимость, расход активных материалов (меди и стали) на 20—25 %, а потери энергии при эксплуатации на 12—15% меньше, чем в группе однофазных трансформаторов равной мощности. В некоторых случаях обмотка одного и того же напряжения двухобмоточного трансформатора состоит из двух или нескольких параллельных, изолированных друг от друга ветвей. Эти трансформаторы с так называемыми расщепленными обмотками применяют для укрупнения блоков мощных ТЭС или ГЭС, когда с целью упрощения главной схемы и уменьшения токов короткого замыкания к одному трансформатору присоединяют несколько генераторов, а также на понижающих подстанциях и в схемах собственных нужд электростанций для уменьшения токов короткого замыкания и облегчения шин и аппаратуры. На современных крупных электростанциях часто применяют для связи двух высших напряжений автотрансформаторы, обладающие существенными технико-экономическими преимуществами по сравнению с обычными трансформаторами. Их стоимость, расход активных материалов (меди и стали) и потери энергии при эксплуатации значительно ниже, чем у обычных трансформаторов с той же номинальной мощностью. Предельная мощность автотрансформаторов тоже может быть значительно больше, чем у обычных, так как их масса и габариты меньше. К числу недостатков автотрансформаторов относят некоторое усложнение релейной защиты и регулирования напряжения из-за наличия в них не только электромагнитной, но и гальванической связи между обмотками разных напряжений, а также необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов к. з., и большую опасность атмосферных перенапряжений из-за электрической связи обмоток ВН и СН. В настоящее время у нас в стране выпускаются только трехобмоточные автотрансформаторы, причем автотрансформаторная связь осуществлена в них между обмотками ВН и СН, а третья обмотка (НН) связана с ними только электромагнитно. Третья обмотка предназначается для компенсации токов третьей гармоники и используется для питания потребителей, присоединения синхронного компенсатора или даже генератора. Минимальная мощность трехобмоточных автотрансформаторов 220, 330 и 500 кВ равна соответственно 32; 63 и 125 MB-А. К основным параметрам трансформатора принадлежат полная мощность, частота, напряжение, ток, потерн активной и реактивной мощности, к. п. д. Если эти параметры относятся к условиям, установленным ГОСТ, они называются номинальными. Номинальными называются условия, при которых высота установки трансформатора над уровнем моря не превосходит 1000 м, температура воды при входе в маслоохладитель не выше +25 °С, естественно изменяющаяся температура охлаждающего воздуха не более +40 °С при среднесуточной температуре не более+30 °С и среднегодовой не более +20 °С; температура окружающего воздуха не ниже —45 °С.

Полная мощность S, кВ-А, трехфазного двухобмоточного трансформатора выражается формулой:

(1-78) В трехобмоточных трансформаторах номинальной называют мощность наиболее мощной обмотки. В автотрансформаторах номинальной называется полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную. Эта мощность называется также проходной. Она складывается из электрической мощности, передаваемой из первичной обмотки во вторичную без трансформации посредством электрической связи между ними, и так называемой трансформаторной мощности передаваемой во вторичную обмотку электромагнитным путем, как в обычных трансформаторах (рис. 1-51):

(1-79) Трансформаторная мощность (в кВ-А) в номинальном режиме автотрансформатора называется типовой мощностью STIin, так как габариты и масса автотрансформатора с номинальной проходной мощностью 5Н соответствуют габаритам и массе обычного двухобмоточного трансформатора с мощностью STP, помещенной в шкале типовых мощностей трансформаторов по ГОСТ 9680—77Е (в киловольтамперах) и составляющей лишь часть полной мощности S (табл. 1-14). Отношение типовой мощности к полной номинальной называют коэффициентом выгодности квыг, так как из выражения для этого коэффициента видно, что применение автотрансформатора тем выгоднее, чем ближе UBH к UCH и, следовательно, чем меньше Таблица 1-14