О влиянии схем соединения обмоток силовых трансформаторов с высшим напряжением 6-10 кВ на эксплуатационные параметры сельских электрических сетей
Автор: Виноградов Александр Владимирович, Волчков Юрий Дмитриевич, Лансберг Александр Александрович, Сорокин Николай Сергеевич
Журнал: Агротехника и энергообеспечение @agrotech-orel
Рубрика: Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве
Статья в выпуске: 1 (34), 2022 года.
Бесплатный доступ
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Работа направлена на выявление влияния схем и групп соединения обмоток силовых трансформаторов на эксплуатационные параметры сельских электрических сетей 0,4 кВ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Влияние оценивалось по величине токов короткого замыкания, определенных в соответствии с ГОСТ 28249-93, потерям мощности в обмотках силовых трансформаторов и величине токов, протекающих на стороне 10 кВ силового трансформатора при замыканиях в сети 0,4 кВ, рассчитанных по методу симметричных составляющих с учетом трансформации токов. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В ходе исследования было выявлено, что при использовании трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Zн токи однофазного короткого замыкания в сети наибольшие. При этом трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн характеризуются меньшими потерями мощности. При использовании трансформаторов со схемой соединения D/Yн токи при замыканиях в сети 0,4 кВ на стороне 10 кВ больше, чем при использовании других схем. ВЫВОДЫ. Выбор Трансформаторы со схемой Y/Yн рациональны при небольших длинах линий 0,4 кВ, Y/Zн при больших длинах линий и несимметричной нагрузке, D/Yн при больших длинах линий и относительно симметричной нагрузке.
Силовой трансформатор, схемы соединения, ток короткого замыкания, потери мощности и электроэнергии, звезда с нулём, треугольник, зигзаг с нулём
Короткий адрес: https://sciup.org/147237615
IDR: 147237615 | УДК: 621.314.212:621.314.222.6
On the influence of the connection scheme of windings of power transformers with a higher voltage of 6-10 kV on the operational parameters of rural electric networks
THE PURPOSE OF THE STUDY. The work is aimed at identifying the influence of circuits and groups of connection of windings of power transformers on the operational parameters of rural electrical networks of 0.4 kV. RESEARCH METHODS. The influence was estimated by the magnitude of short-circuit currents determined in accordance with GOST 28249-93, power losses in the windings of power transformers and the magnitude of currents flowing on the 10 kV side of the power transformer during 0.4 kV network short circuits calculated by the method of symmetrical components taking into account the transformation of currents. THE RESULTS OF THE STUDY. In the course of the study, it was revealed that when using transformers with a Y/Zn winding connection scheme, the single-phase short-circuit currents in the network are the greatest. At the same time, transformers with a Y/Yn winding connection scheme are characterized by lower power losses. When using transformers with a D/Yn connection circuit, the currents in the 0.4 kV mains on the 10 kV side are greater than when using other circuits. CONCLUSIONS. The choice of transformers with the Y/Yn scheme is rational for small line lengths of 0.4 kV, Y/Zn for large line lengths and asymmetric load, D/Yn for large line lengths and relatively symmetrical load.
Текст научной статьи О влиянии схем соединения обмоток силовых трансформаторов с высшим напряжением 6-10 кВ на эксплуатационные параметры сельских электрических сетей
Введение.
Следует отметить, что направления совершенствования эксплуатационных характеристик трансформаторов связаны с применением современных материалов с высокой электрической прочностью [2], разработки систем текущего мониторинга с использованием датчи ков и микроконтроллерных и микропроцессорных блоков управления [3, 4]. Пример 16 Агротехника и энергообеспечение. – 2022. – № 1 (34)
данной системы мониторинга трансформаторов в простейшем виде может представлять собой датчик температуры, обеспечивающий контроль температуры верхних слоев масла трансформатора, и микроконтроллер, реализующий обработку информации и контроль превышения допустимых значений, что в работе [5] реализовано на базе датчика температуры TMP36 с диапазоном контролируемых температур -40◦С - +125◦С и микроконтроллерной платы на базе Atmel.
Актуальным вопросом является и оценка технического состояния трансформаторов в разрезе энергосистемы, длительно находящихся в эксплуатации, анализ их надежности и определение частоты отказов и времени восстановления при повреждениях, что было реализовано в работе на примере электроустановок энергосистемы Косово [6]. Подобный анализ произведен и в работе [7], в ходе которого было выявлено состояние силовых трансформаторов, установленных на понижающих подстанциях с высшим напряжением 110 кВ. При этом нормативный срок службы в 25 лет не превысили только 2 трансформатора, а 77 единиц оборудования – находятся в эксплуатации от 25 до 50 лет.
Значение для эксплуатации электрических сетей имеют характеристики не только силовых трансформаторов, установленных на районных понижающих подстанциях, но и трансформаторов с высшим напряжением 6-10 кВ, непосредственно питающих сельские электрические сети 0,4 кВ. Так, в работе [8] было выявлено, что среди 6206 силовых трансформаторов 6-10 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» нормативный срок службы в 25 лет не превысили 1942 трансформатора, а срок службы 25-50 лет имеют 3479 единиц оборудования. При этом только 180 трансформаторов имеют номинальное напряжение высшей обмотки 6 кВ, а остальные 6026 – 10 кВ. На номинальное напряжение 0,23 кВ выполнены 255 трансформаторов, а 0,4 кВ – 5951. Важное значение с точки зрения эксплуатации имеет схема и группа соединения обмоток трансформатора, которые влияют на эффективность защиты их от коротких замыканий на стороне 0,4 кВ предохранителями 10 кВ, значения токов короткого замыкания в сети 0,4 кВ и другие параметры [9]. Так, в парке силовых трансформаторов 6-10 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» 73% имеют схему соединения обмоток звезда-звезда с нулевым проводом и нулевой группой соединения обмоток Y/Yн, трансформаторы со схемой соединения звезда – зигзаг с нулевым проводом и 11-й группой Y/Zн составляют 17% парка, а схемы соединения треугольник – звезда с нулевым проводом D/Yн и звезда – треугольник Y/D с 11 группой соединения обмоток используются, соответственно, в 290-а и 251-м трансформаторах, составляющих 5% и 4% от общего количества. При этом у 112 устаревших трансформаторов отсутствовали данные о схеме и группе соединения обмоток. Также следует отметить, что наибольшее количество трансформаторов характеризуются номинальными мощностями 100 кВА, 160 кВА, 63 кВА, 250 кВА, соответственно, это 1454, 1252, 853 и 802 единицы, а также среди всех находящихся в эксплуатации трансформаторов класса напряжения 6-10 кВ лишь 268 соответствуют современным требованиям по энергосбережению и имеют класс энергоэффективности выше Х2К2 согласно «СТО 34.01-3.2-011-2017. Стандарт организации ПАО «Россети». Трансформаторы силовые распределительные 6-10 кВ мощностью 63-2500 кВА. Требования к уровню потерь холостого хода и короткого замыкания. Дата введения: 12.04.2017». Среди 6206 трансформаторов «Орелэнерго» 5156 – типа ТМ, остальные – устаревшие типы трансформаторов с алюминиевыми обмотками и современные герметичные трансформаторы серий ТМГ.
Большой объём проводимых в последние годы исследований, направленных в том числе на цифровизацию электрических сетей, позволил обосновать ряд мер по совершенствованию распределительных сетей 0,4 кВ, снижению потерь электроэнергии, в том числе в силовых трансформаторах. Много внимания посвящено разработке трансформаторов новых конструкций. Однако, на наш взгляд, вопросы влияния схем соединения обмоток потребительских силовых трансформаторов на эксплуатационные параметры в литературе представлены недостаточно. Это приводит к нерациональным затратам электросетевых компаний при закупках силовых трансформаторов, росту потерь электроэнергии, необоснованному снижению электробезопасности. Поэтому актуальной задачей является оценка влияния схем соединения трансформаторов на эксплуатационные параметры электрических сетей 0,4-10 кВ.
Цель работы оценить влияние схем и групп соединения обмоток силовых трансформаторов с высшим напряжением 6-10 кВ на эксплуатационные параметры сельских электрических сетей.
Материалы и методы исследования.
В соответствии с ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические условия» силовые трансформаторы сельских электрических сетей с высшим напряжением 610 кВ изготавливаются со следующими схемами и группами соединения обмоток:
-
- звезда-звезда с нулевым проводом и 0-ой группой соединения обмоток- Y/Yh;
-
- треугольник- звезда с нулевым проводом и 11-ой группой соединения обмоток- D/Yh;
-
- звезда-зигзаг с нулевым проводом и 11-ой группой соединения обмоток - Y/Zh.
При этом, согласно [8], схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов влияют на следующие эксплуатационные параметры:
-
1) потери мощности и электроэнергии при протекании токов нагрузки (данный вопрос является особенно актуальным в настоящее время, так как электросетевые организации при транспорте электроэнергии по электрических сетям обеспечивают внедрение энергоэффективных технологий и ежегодно осуществляют разработку планов потерь, с целью оптимизации работы организации и получения большей прибыли);
-
2) величину токов короткого замыкания в электрической сети 0,4 кВ (данный параметр влияет на возможность эффективной защиты электрической сети 0,4 кВ защитными коммутационными аппаратами от аварийных режимов работы. Так при завышенной протяженности линии электропередачи (ЛЭП), в совокупности с малым сечением используемых проводников, сопротивление до наиболее удаленной точки линии оказывается высоким, что приводит к низким значениям токов однофазного короткого замыкания (ОКЗ). Так, на примере Дмитровского участка Кромского района электрических сетей филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» было выявлено, что токи (ОКЗ) имеют значения меньшие, чем номинальный ток трансформатора, питающего электрическую сеть, и защитного коммутационного аппарата (ЗКА) [10]. В свою очередь, это приводит к тому, что [11] даже при условии регулирования уставок электромагнитного расцепителя защитного коммутационного аппарата сети 0,4 кВ, часто не обеспечивается отключение линии в течение требуемого согласно ПУЭ интервала времени 0,4 с, отключение тока ОКЗ тепловым расцепителем в течение 5 с);
-
3) величину токов на стороне 6-10 кВ (данный параметр влияет на возможность отключения аварийного режима работы сельской электрической сети 0,4 кВ предохранителями на стороне 10 кВ. Так, в случае несрабатывания ЗКА 0,4 кВ через трансформатор будет протекать мощность установившегося короткого замыкания. Это будет отрицательно сказываться на магнитопроводе и обмотках трансформатора ввиду
несимметричных значений токов и наводимых ими магнитных потоков).
Оценка указанных эксплуатационных параметров в работе будет произведена на примере трансформаторов типа ТМГ-11 единичной мощностью 160 кВА, производимых ОАО «МЭТЗ им. В.И. Козлова». Технические характеристики, указанных трансформаторов согласно данных, предоставленных заводом, приведены в таблице 1. Указанные трансформаторы были выбраны в связи с тем, что в настоящее время завод выпускает только энергоэффективные трансформаторы со схемами ∆/Yн, Y/Zн, при этом устаревшие трансформаторы типа ТМ имеют схему соединения обмоток Y/Yн. Единичная мощность 160 кВА была выбрана в связи с тем, что среднеарифметическое значение мощности трансформаторов 6-10 кВ «Орелэнерго» - 153 кВА.
Оценить потери мощности в трансформаторах указанных групп и схем соединения обмоток при протекании мощности можно по формуле (1) [12]:
^р = S-R , (1)
ин где S – мощность, протекающая через трансформатор, кВА;
U н – номинальное напряжение сети в точке установки элемента, кВА;
Z – сопротивление трансформатора, Ом.
Полное сопротивление трансформатора можно определить по данным таблицы 1 по формуле (2):
Z = ^R 2 + Х 2 , (2)
R – активное сопротивление трансформатора, Ом;
X – индуктивное сопротивление трансформатора, Ом.
Таблица 1 – Технические характеристики трансформаторов серии ТМГ-11, произведенных ОАО «МЭТЗ им. В.И. Козлова», со схемами соединения ∆/Yн, Y/Yн, Y/Zн.
|
Модель |
Uвн/ Uнн, кВ |
Схема обмоток |
Число фаз |
Мощность, кВА |
R1, мОм |
X1, мОм |
R0, мОм |
X0, мОм |
|
ТМГ-11 |
10/ 0,4 кВ |
∆/Yн |
3 |
160 |
17,5 |
41,8 |
11,04 |
44,14 |
|
Y/Yн |
16,3 |
40,6 |
256,12 |
1024,47 |
||||
|
Y/Zн |
18,5 |
42 |
2,25 |
9 |
Расчет токов однофазного короткого замыкания в электрических сетях 0,4 кВ необходимо осуществлять в соответствии с «ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до
1 кВ. Дата введения 1995-01-01». Согласно ГОСТ, ток однофазного короткого замыкания определяется по методу симметричных составляющих по формуле (3):
кз
_______ УЗ'^ ср.НН _______
7(2Г 1 +Г о )2+(2Х1+Х о )2
, кА
-
где Uср.НН – среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло замыкание. Для сельских электрических сетей - 400 В;
r1, x1 – соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, Ом. Эти сопротивления определяются по формулам (4, 5):
Г = FT + Г р + Г та + ГК в + Г ш + Г + Г 1кб + Г вд + Г д , мОм (4)
х 1 = хс + хт + х р + хТА + хкв + хш + хк + х1кб + хВЛ , мОм (5)
-
где r т и х т – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора, мОм. Приведены в таблице №1;
-
r та и x та – активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока, мОм;
-
x c – эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения;
-
r р и x р – активное и индуктивное сопротивление реакторов, мОм;
-
r кв и x кв – активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей, мОм;
-
r ш и x ш – активное и индуктивное сопротивления шинопроводов, мОм;
-
r 1кб , r вл и x 1кб , х вл – активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности кабельных и воздушных линий электропередачи, мОм;
-
r к – суммарное активное сопротивление различных контактов, мОм;
-
r д – активное сопротивление дуги в месте КЗ, мОм. Зависит от условий возникновения КЗ;
r 0 , x 0 – соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления нулевой последовательности цепи КЗ, Ом. Эти сопротивления определяются по формулам (6), (7):
Г о = Г от + Г р + Г та + Г кв + Г ош + Г к + Г окб + Г овл + Г д , мОм
Х о
= х0т + х р + ХТА + х
кв
+ х ош + х к + х окб + х овл , мОм
-
r 0т и х 0т – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности понижающего трансформатора, мОм;
-
r 0ш и x 0ш – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности шинопроводов, мОм;
-
r 0кб и x 0кб – активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности кабельных линий электропередачи, мОм;
-
r 0вл и х 0вл – активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности
воздушных линий электропередачи, мОм.
Начальное значение периодической составляющей токов двухфазного и трехфазного
КЗ рассчитывается по формулам (8), (9):
2 кз
^ ср.нн 2Я+ !
^ ср.нн 2Z 2
^ZT • 1 3з , кА.
г 3 ^ср.нн __ ^ср.нн кз=;г^:;|=^3^’
Для оценки влияния схемы и группы соединения обмоток трансформатора на величину токов короткого замыкания в сети 0,4 кВ основными параметрами, оказывающими влияние на расчетные значения, являются сопротивления трансформатора и проводника сети, которые непосредственно использовались в расчете токов КЗ. Другие параметры позволяют в практической эксплуатации рассчитать на примере реального электроэнергетического объекта более точные значения токов КЗ. Расчет токов КЗ был осуществлён для линии, выполненной проводом СИП-2 3х35+1х54,6. При этом расчетная длина линии была принята равной 1 км (такие случаи имеются на практике). Согласно ТУ 16-705.500-2006 «Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередач» для провода СИП-2 3х35+1х54,6 активное сопротивление фазного провода – 1,111 Ом/км, нейтрального – 0,822 Ом/км; индуктивное сопротивление фазного провода 0,0802 Ом/км, нейтрального – 0,0691 Ом/км.
В свою очередь, значения токов, протекающих на стороне 10 кВ, при замыканиях в сети 0,4 кВ определяются по методу симметричных составляющих с использованием теории переходных процессов и преобразования векторных диаграмм токов с учетом коэффициента трансформации силового трансформатора и фазового сдвига, вызванного различными группами соединения обмоток трансформатора. Так, при однофазном коротком замыкании в фазе А, являющейся особой, согласно теории переходных процессов, фазой, т.е. фазой, в которой электрические параметры в данном режиме работы сети будут отличаться от двух других, токи на стороне 10 кВ можно определить с использованием расчетных коэффициентов, представленных в работах [13-15], определенных с использованием указанных методов.
Результаты и обсуждение.
Результаты расчетов токов симметричного и несимметричных коротких замыканий в электрической сети 0,4 кВ, выполненной проводом СИП-2 3х35+1х54,6 при использовании силовых трансформаторов 10/0,4 кВ типа ТМГ-11 с разными схемами и группами соединения обмоток представлены в таблице 2, при этом значения токов однофазных коротких замыканий отдельно представлены на рисунке 1.
Таблица 2 – Значения токов симметричного и несимметричных коротких замыканий при разных схемах и группах соединения обмоток трансформатора ТМГ-11/10/0,4 кВ 160 кВА в электрической сети 0,4 кВ, выполненной проводом СИП-2 3х35+1х54,6
|
Длина участка до точки КЗ |
1-фазное КЗ, А |
2-фазное КЗ, А |
3-фазное КЗ, А |
||||||
|
Y/Y 0 |
D/Y 0 |
Y/Z 0 |
Y/Y 0 |
D/Y 0 |
Y/Z 0 |
Y/Y 0 |
D/Y 0 |
Y/Z 0 |
|
|
L, м |
Iп(0), А |
||||||||
|
0 |
594 |
4353 |
5587 |
3612 |
3516 |
3485 |
4171 |
4060 |
4025 |
|
25 |
573 |
3043 |
3483 |
2995 |
2922 |
2890 |
3458 |
3374 |
3337 |
|
50 |
549 |
2150 |
2319 |
2425 |
2376 |
2352 |
2800 |
2743 |
2715 |
|
75 |
524 |
1627 |
1708 |
1990 |
1958 |
1940 |
2298 |
2260 |
2240 |
|
100 |
499 |
1299 |
1346 |
1670 |
1647 |
1634 |
1928 |
1902 |
1887 |
|
125 |
475 |
1078 |
1108 |
1431 |
1415 |
1405 |
1652 |
1633 |
1622 |
|
150 |
451 |
920 |
940 |
1248 |
1236 |
1228 |
1441 |
1427 |
1418 |
|
175 |
428 |
802 |
816 |
1105 |
1095 |
1089 |
1276 |
1265 |
1258 |
|
200 |
407 |
710 |
721 |
990 |
982 |
978 |
1143 |
1134 |
1129 |
|
225 |
387 |
637 |
646 |
896 |
890 |
886 |
1035 |
1028 |
1023 |
|
250 |
368 |
578 |
585 |
818 |
813 |
810 |
945 |
939 |
935 |
|
275 |
351 |
528 |
534 |
752 |
748 |
745 |
869 |
864 |
861 |
|
300 |
335 |
487 |
491 |
696 |
693 |
690 |
804 |
800 |
797 |
|
325 |
320 |
451 |
455 |
648 |
645 |
643 |
748 |
745 |
742 |
|
350 |
306 |
420 |
424 |
606 |
603 |
601 |
699 |
696 |
694 |
|
375 |
293 |
394 |
396 |
569 |
566 |
565 |
657 |
654 |
652 |
|
400 |
281 |
370 |
372 |
536 |
534 |
532 |
619 |
616 |
615 |
|
425 |
270 |
349 |
351 |
506 |
505 |
503 |
585 |
583 |
581 |
|
450 |
260 |
330 |
332 |
480 |
479 |
477 |
554 |
553 |
551 |
|
475 |
250 |
313 |
315 |
456 |
455 |
454 |
527 |
525 |
524 |
|
500 |
241 |
298 |
300 |
435 |
434 |
433 |
502 |
501 |
500 |
|
525 |
233 |
284 |
286 |
415 |
414 |
413 |
480 |
478 |
477 |
|
550 |
225 |
272 |
273 |
398 |
396 |
396 |
459 |
458 |
457 |
|
575 |
217 |
260 |
261 |
381 |
380 |
379 |
440 |
439 |
438 |
|
600 |
210 |
250 |
251 |
366 |
365 |
364 |
423 |
421 |
421 |
|
625 |
204 |
240 |
241 |
352 |
351 |
350 |
406 |
405 |
405 |
|
650 |
197 |
231 |
232 |
339 |
338 |
338 |
391 |
391 |
390 |
|
675 |
192 |
223 |
223 |
327 |
326 |
326 |
378 |
377 |
376 |
|
700 |
186 |
215 |
216 |
316 |
315 |
315 |
365 |
364 |
363 |
|
725 |
181 |
208 |
208 |
305 |
305 |
304 |
353 |
352 |
351 |
|
750 |
176 |
201 |
201 |
296 |
295 |
294 |
341 |
341 |
340 |
|
775 |
171 |
194 |
195 |
286 |
286 |
285 |
331 |
330 |
329 |
|
800 |
167 |
188 |
189 |
278 |
277 |
277 |
321 |
320 |
320 |
|
825 |
162 |
183 |
183 |
270 |
269 |
269 |
311 |
311 |
310 |
|
850 |
158 |
178 |
178 |
262 |
261 |
261 |
302 |
302 |
301 |
|
875 |
154 |
173 |
173 |
255 |
254 |
254 |
294 |
293 |
293 |
|
900 |
151 |
168 |
168 |
248 |
247 |
247 |
286 |
286 |
285 |
|
925 |
147 |
163 |
164 |
241 |
241 |
241 |
279 |
278 |
278 |
|
950 |
144 |
159 |
160 |
235 |
235 |
234 |
271 |
271 |
271 |
|
975 |
141 |
155 |
156 |
229 |
229 |
229 |
265 |
264 |
264 |
|
1000 |
138 |
151 |
152 |
224 |
223 |
223 |
258 |
258 |
258 |
Исходя из результатов исследования следует, что токи однофазного КЗ при схеме и группе соединения обмоток Y/Yн-0 значительно меньше, чем токи двухфазного и трехфазного КЗ. Так, согласно расчетам, при использовании трансформатора ТМГ-11 единичной мощностью 160 кВА ток ОКЗ на шинах ТП 10/0,4 кВ равен 594 А.
^^^^^■. Y/Yн г D/Yн Y/Zн
Рисунок 1 – Значения токов однофазного короткого замыкания в сети 0,4 кВ при разных схемах и группах соединения обмоток трансформатора ТМГ-11/10/0,4 кВ 160 кВА в электрической сети 0,4 кВ, выполненной проводом СИП-2 3х35+1х54,6.
В свою очередь, токи двухфазного и трехфазного КЗ равны 3612 А и 4171 А. При этом для схем и групп соединения обмоток D/Yн-11 и Y/Zн-11 токи однофазного КЗ на шинах ТП 10/0,4 кВ имеют значения большие, чем токи двухфазного и трехфазного КЗ. Так, для схемы D/Yн-11 ток однофазного КЗ составляет 4353 А, а двухфазного и трехфазного КЗ, соответственно, 3516 А и 4060 А. Следует отметить, что для схемы и группы соединения обмоток Y/Zн-11 ток однофазного КЗ имеет наибольшее значение среди рассматриваемых и составляет – 5587 А, при значениях токов двухфазного и трехфазного КЗ – 3485 А и 4025 А. Подобные зависимости наблюдаются для рассматриваемых схем и групп соединения обмоток не только на шинах ТП 10/0,4 кВ, но и по всей протяженности сети 0,4 кВ.
При этом значения токов двухфазного и трехфазного КЗ в рассматриваемой сети 0,4 кВ отличаются не значительно, а наибольшие отличия имеют токи однофазного КЗ. При этом уже при замыкании в точке сети 0,4 кВ, находящейся в 75 метрах от ТП 10/0,4 кВ, токи однофазного КЗ для схем D/Yн и Y/Zн отличаются менее, чем на 5% и имеют значения 1627 А и 1708 А. В свою очередь, при замыкании на расстоянии 1 км от ТП 10/0,4 кВ, значения токов однофазного КЗ для рассматриваемых схем и групп соединения обмоток Y/Yн, D/Yн, Y/Zн различаются менее, чем на 10%, и составляют 138 А, 151 А и 152 А.
Исходя из результатов расчетов следует, что токи однофазного КЗ для схемы и группы соединения обмоток Y/Zн имеют наибольшие значения, чем для других схем и групп соединения.
Как ранее было отмечено, второй эксплуатационный параметр заключается в величине потерь мощности и электроэнергии в силовых трансформаторах. В таблице 3 представлены результаты расчета потерь мощности в рассматриваемых с илов ых 23
трансформаторах ТМГ-11 мощностью 160 кВА при разных схемах и группах соединения обмоток. Расчет был проведен по формуле (1) с использованием фактических значений сопротивления, приведенных в таблице 1, и разных коэффициентах загрузки силовых трансформаторов. Так, было выявлено, что трансформатор со схемой соединения обмоток Y/Zн характеризуется наивысшим значением фактических потерь. При полной загрузке трансформатора данное значение составляет 2,96 кВт. В свою очередь, трансформаторы со схемой и группой соединения обмоток Y/Yн имеют наименьшие потери среди рассматриваемых схем соединения обмоток. Так, при полной загрузке трансформатора значение потерь составит 2,608 кВт.
Таблица 3 – Потери активной мощности в силовых трансформаторах 10/0,4 кВ типа ТМГ-11 единичной мощностью 160 кВА при разных схемах соединения обмоток и коэффициенте загрузки
|
Коэффициент загрузки, Кз, % |
Мощность, протекающая через трансформатор, кВА |
Потери мощности при разных схемах соединения обмоток трансформатора ТМГ-160, ∆P, Вт |
||
|
Y/Yн |
D/Yн |
Y/Zн |
||
|
10 |
16 |
26,1 |
28 |
29,6 |
|
20 |
32 |
104,3 |
112 |
118,4 |
|
30 |
48 |
234,7 |
252 |
266,4 |
|
40 |
64 |
417,3 |
448 |
473,6 |
|
50 |
80 |
652 |
700 |
740 |
|
60 |
96 |
938,9 |
1008 |
1065,6 |
|
70 |
112 |
1277,9 |
1372 |
1450,4 |
|
80 |
128 |
1669,1 |
1792 |
1894,4 |
|
90 |
144 |
2112,5 |
2268 |
2397,6 |
|
100 |
160 |
2608 |
2800 |
2960 |
Так, если бы рассматриваемые трансформаторы со схемами соединения обмоток Y/Yн и Y/Zн в течение года работали с неизменным коэффициентом загрузки 100%, то годовые потери электроэнергии в них бы составили 22846 кВт∙ч и 25930 кВт∙ч, при этом разница стоимости потерь составит 7185 рубля в год при тарифе на потери 2,33 руб/кВт·ч. При значительной несимметрии нагрузки потери в трансформаторах со схемой Y/Zн становятся меньше, чем в трансформаторах со схемой Y/Yн и D/Yн за счёт снижения несимметрии токов и напряжений по фазам [16, 17].
Как ранее было указано, среди 6206 трансформаторов 6-10 кВ филиала «Орелэнерго» 73% имеют схему и группу соединения обмоток Y/Yн. Таким образом, с учетом проведенных технико-экономических расчетов, можно предположить, что построение энергосистемы Орловской области с использованием преимущественно силовых трансформаторов 6-10 кВ со схемой Y/Yн обусловлено меньшими потерями электроэнергии и ущербом от сокращения передаваемой мощности ввиду потерь.
В таблице 4 представлены результаты расчетов токов на стороне 10 кВ при устойчивом однофазном коротком замыкании в фазе А в сети 0,4 кВ при разных схемах и группах соединения обмоток трансформатора ТМГ-11/10/0,4 кВ 160 кВА в электрической сети 0,4 кВ, выполненной проводом СИП-2 3х35+1х54,6.
Расчёт значения токов КЗ на стороне 10 кВ позволяет оценить возможность защиты транс форматора предохранителями 10 кВ при замыканиях на стороне 0,4 кВ, а также 24 Агротехника и энергообеспечение. – 2022. – № 1 (34)
возможность защиты ими сети 0,4 кВ при отказе защитного коммутационного аппарата 0,4 кВ. Трансформатор единичной мощностью 160 кВА характеризуется номинальным током 9,25 А на стороне высокого напряжения 10 кВ. Таким образом, для его защиты с учетом возможной перегрузки целесообразно использовать плавкие вставки с номинальным током 10 А. При замыкании на шинах ТП 10/0,4 кВ плавкий предохранитель со стороны 10 кВ своевременно перегорит и отключит трансформатор от сети 10 кВ при всех рассматриваемых схемах соединения обмоток. При этом максимальные значения токов на стороне 10 кВ для схемы Y/Yн будет в фазе А иметь значение 15,84 А, D/Yн – в фазах А и В с одинаковыми значениями 100,99 А, а для схемы Y/Zн - 129, 62 А.
Таблица 4 – Значения токов на стороне 10 кВ при несимметричном однофазном коротком замыкании Iк(1) при разных схемах и группах соединения обмоток трансформатора ТМГ-11/10/0,4 кВ 160 кВА в электрической сети 0,4 кВ, выполненной проводом СИП-2 3х35+1х54,6.
|
Длина до точки КЗ |
Y/Y 0 |
D/Y 0 |
Y/Z 0 |
|||||||||
|
L, м |
0,4 кВ |
10 кВ |
0,4 кВ |
10 кВ |
0,4 кВ |
10 кВ |
||||||
|
Ia, A |
Ia, A |
Ib, A |
Ic, A |
Ia, A |
Ia, A |
Ib, A |
Ic, A |
Ia, A |
Ia, A |
Ib, A |
Ic, A |
|
|
0 |
594 |
15,84 |
7,92 |
7,92 |
4353 |
100,99 |
100,99 |
- |
5587 |
129,62 |
129,62 |
- |
|
25 |
573 |
15,28 |
7,64 |
7,64 |
3043 |
70,60 |
70,60 |
- |
3483 |
80,81 |
80,81 |
- |
|
50 |
549 |
14,64 |
7,32 |
7,32 |
2150 |
49,88 |
49,88 |
- |
2319 |
53,80 |
53,80 |
- |
|
75 |
524 |
13,97 |
6,99 |
6,99 |
1627 |
37,75 |
37,75 |
- |
1708 |
39,63 |
39,63 |
- |
|
100 |
499 |
13,31 |
6,65 |
6,65 |
1299 |
30,14 |
30,14 |
- |
1346 |
31,23 |
31,23 |
- |
|
125 |
475 |
12,67 |
6,33 |
6,33 |
1078 |
25,01 |
25,01 |
- |
1108 |
25,71 |
25,71 |
- |
|
150 |
451 |
12,03 |
6,01 |
6,01 |
920 |
21,34 |
21,34 |
- |
940 |
21,81 |
21,81 |
- |
|
175 |
428 |
11,41 |
5,71 |
5,71 |
802 |
18,61 |
18,61 |
- |
816 |
18,93 |
18,93 |
- |
|
200 |
407 |
10,85 |
5,43 |
5,43 |
710 |
16,47 |
16,47 |
- |
721 |
16,73 |
16,73 |
- |
|
225 |
387 |
10,32 |
5,16 |
5,16 |
637 |
14,78 |
14,78 |
- |
646 |
14,99 |
14,99 |
- |
|
250 |
368 |
9,81 |
4,91 |
4,91 |
578 |
13,41 |
13,41 |
- |
585 |
13,57 |
13,57 |
- |
|
275 |
351 |
9,36 |
4,68 |
4,68 |
528 |
12,25 |
12,25 |
- |
534 |
12,39 |
12,39 |
- |
|
300 |
335 |
8,93 |
4,47 |
4,47 |
487 |
11,30 |
11,30 |
- |
491 |
11,39 |
11,39 |
- |
|
325 |
320 |
8,53 |
4,27 |
4,27 |
451 |
10,46 |
10,46 |
- |
455 |
10,56 |
10,56 |
- |
|
350 |
306 |
8,16 |
4,08 |
4,08 |
420 |
9,74 |
9,74 |
- |
424 |
9,84 |
9,84 |
- |
|
375 |
293 |
7,81 |
3,91 |
3,91 |
394 |
9,14 |
9,14 |
- |
396 |
9,19 |
9,19 |
- |
|
400 |
281 |
7,49 |
3,75 |
3,75 |
370 |
8,58 |
8,58 |
- |
372 |
8,63 |
8,63 |
- |
|
425 |
270 |
7,20 |
3,60 |
3,60 |
349 |
8,10 |
8,10 |
- |
351 |
8,14 |
8,14 |
- |
|
450 |
260 |
6,93 |
3,47 |
3,47 |
330 |
7,66 |
7,66 |
- |
332 |
7,70 |
7,70 |
- |
|
475 |
250 |
6,67 |
3,33 |
3,33 |
313 |
7,26 |
7,26 |
- |
315 |
7,31 |
7,31 |
- |
|
500 |
241 |
6,43 |
3,21 |
3,21 |
298 |
6,91 |
6,91 |
- |
300 |
6,96 |
6,96 |
- |
|
525 |
233 |
6,21 |
3,11 |
3,11 |
284 |
6,59 |
6,59 |
- |
286 |
6,64 |
6,64 |
- |
|
550 |
225 |
6,00 |
3,00 |
3,00 |
272 |
6,31 |
6,31 |
- |
273 |
6,33 |
6,33 |
- |
|
575 |
217 |
5,79 |
2,89 |
2,89 |
260 |
6,03 |
6,03 |
- |
261 |
6,06 |
6,06 |
- |
|
600 |
210 |
5,60 |
2,80 |
2,80 |
250 |
5,80 |
5,80 |
- |
251 |
5,82 |
5,82 |
- |
|
625 |
204 |
5,44 |
2,72 |
2,72 |
240 |
5,57 |
5,57 |
- |
241 |
5,59 |
5,59 |
- |
|
650 |
197 |
5,25 |
2,63 |
2,63 |
231 |
5,36 |
5,36 |
- |
232 |
5,38 |
5,38 |
- |
|
675 |
192 |
5,12 |
2,56 |
2,56 |
223 |
5,17 |
5,17 |
- |
223 |
5,17 |
5,17 |
- |
|
700 |
186 |
4,96 |
2,48 |
2,48 |
215 |
4,99 |
4,99 |
- |
216 |
5,01 |
5,01 |
- |
|
725 |
181 |
4,83 |
2,41 |
2,41 |
208 |
4,83 |
4,83 |
- |
208 |
4,83 |
4,83 |
- |
|
750 |
176 |
4,69 |
2,35 |
2,35 |
201 |
4,66 |
4,66 |
- |
201 |
4,66 |
4,66 |
- |
|
775 |
171 |
4,56 |
2,28 |
2,28 |
194 |
4,50 |
4,50 |
- |
195 |
4,52 |
4,52 |
- |
|
800 |
167 |
4,45 |
2,23 |
2,23 |
188 |
4,36 |
4,36 |
- |
189 |
4,38 |
4,38 |
- |
|
825 |
162 |
4,32 |
2,16 |
2,16 |
183 |
4,25 |
4,25 |
- |
183 |
4,25 |
4,25 |
- |
|
850 |
158 |
4,21 |
2,11 |
2,11 |
178 |
4,13 |
4,13 |
- |
178 |
4,13 |
4,13 |
- |
|
875 |
154 |
4,11 |
2,05 |
2,05 |
173 |
4,01 |
4,01 |
- |
173 |
4,01 |
4,01 |
- |
|
900 |
151 |
4,03 |
2,01 |
2,01 |
168 |
3,90 |
3,90 |
- |
168 |
3,90 |
3,90 |
- |
|
925 |
147 |
3,92 |
1,96 |
1,96 |
163 |
3,78 |
3,78 |
- |
164 |
3,80 |
3,80 |
- |
|
950 |
144 |
3,84 |
1,92 |
1,92 |
159 |
3,69 |
3,69 |
- |
160 |
3,71 |
3,71 |
- |
|
975 |
141 |
3,76 |
1,88 |
1,88 |
155 |
3,60 |
3,60 |
- |
156 |
3,62 |
3,62 |
- |
|
1000 |
138 |
3,68 |
1,84 |
1,84 |
151 |
3,50 |
3,50 |
- |
152 |
3,53 |
3,53 |
- |
В случае отказа защитного коммутационного аппарата линии 0,4 кВ для схемы Y/Yн при однофазном замыкании на стороне 0,4 кВ при удалении от ТП 10/0,4 кВ на 225 метров ток н а стороне 10 кВ в фазе А будет составлять 10,32 А, что больше номинального тока
-
26 Агротехника и энергообеспечение. – 2022. – № 1 (34)
плавкой вставки. Это позволяет сделать вывод о том, что при установившемся однофазном КЗ в сети 0,4 кВ плавкий предохранитель в фазе А по истечении времени может перегореть и обеспечить резервирование ЗКА 0,4 кВ. При этом токи в фазах B и С по стороне 10 кВ для трансформатора Y/Yн меньше номинального тока плавкого предохранителя и при однофазном КЗ на ТП 10/0,4 кВ имеют значения 7,92 А.
Аналогичные выводы можно сделать и для трансформаторов со схемами соединения D/Yн и Y/Zн. При однофазных замыканиях на удалении 325 м от ТП 10/0,4 кВ на стороне 10 кВ в фазах A и В будут протекать токи большие, чем номинальный ток 10 А плавкой вставки предохранителя, и для трансформаторов со схемами соединения D/Yн и Y/Zн будут составлять 10,46 А и 10,56 А, при этом однофазное КЗ для данных трансформаторов будет сопровождаться отсутствием тока в фазе С.
В таблице 5 представлены результаты расчета токов на стороне 10 кВ при устойчивом двухфазном коротком замыкании в фазе А в сети 0,4 кВ при разных схемах и группах соединения обмоток трансформатора ТМГ-11/10/0,4 кВ 160 кВА в электрической сети 0,4 кВ, выполненной проводом СИП-2 3х35+1х54,6.
Таблица 5 – Значения токов на стороне 10 кВ при двухфазном коротком замыкании Iк(2) при разных схемах и группах соединения обмоток трансформатора ТМГ-11/10/0,4 кВ 160 кВА в электрической сети 0,4 кВ, выполненной проводом СИП-2 3х35+1х54,6.
|
Длина до точки КЗ |
Y/Y 0 |
D/Y 0 |
Y/Z 0 |
|||||||||
|
L, м |
0,4 кВ |
10 кВ |
0,4 кВ |
10 кВ |
0,4 кВ |
10 кВ |
||||||
|
Ib-c, A |
Ia, A |
Ib, A |
Ic, A |
Ib-c, A |
Ia, A |
Ib, A |
Ic, A |
Ib-c, A |
Ia, A |
Ib, A |
Ic, A |
|
|
0 |
3612 |
- |
125,12 |
125,12 |
3516 |
70,32 |
162,40 |
70,32 |
3485 |
69,70 |
160,97 |
69,70 |
|
25 |
2995 |
- |
103,75 |
103,75 |
2922 |
58,44 |
134,96 |
58,44 |
2890 |
57,80 |
133,48 |
57,80 |
|
50 |
2425 |
- |
84,00 |
84,00 |
2376 |
47,52 |
109,74 |
47,52 |
2352 |
47,04 |
108,63 |
47,04 |
|
75 |
1990 |
- |
68,93 |
68,93 |
1958 |
39,16 |
90,44 |
39,16 |
1940 |
38,80 |
89,60 |
38,80 |
|
100 |
1670 |
- |
57,85 |
57,85 |
1647 |
32,94 |
76,07 |
32,94 |
1634 |
32,68 |
75,47 |
32,68 |
|
125 |
1431 |
- |
49,57 |
49,57 |
1415 |
28,30 |
65,36 |
28,3 |
1405 |
28,10 |
64,89 |
28,10 |
|
150 |
1248 |
- |
43,23 |
43,23 |
1236 |
24,72 |
57,09 |
24,72 |
1228 |
24,56 |
56,72 |
24,56 |
|
175 |
1105 |
- |
38,28 |
38,28 |
1095 |
21,90 |
50,58 |
21,9 |
1089 |
21,78 |
50,30 |
21,78 |
|
200 |
990 |
- |
34,29 |
34,29 |
982 |
19,64 |
45,36 |
19,64 |
978 |
19,56 |
45,17 |
19,56 |
|
225 |
896 |
- |
31,04 |
31,04 |
890 |
17,80 |
41,11 |
17,8 |
886 |
17,72 |
40,92 |
17,72 |
|
250 |
818 |
- |
28,34 |
28,34 |
813 |
16,26 |
37,55 |
16,26 |
810 |
16,20 |
37,41 |
16,20 |
|
275 |
752 |
- |
26,05 |
26,05 |
748 |
14,96 |
34,55 |
14,96 |
745 |
14,90 |
34,41 |
14,90 |
|
300 |
696 |
- |
24,11 |
24,11 |
693 |
13,86 |
32,01 |
13,86 |
690 |
13,80 |
31,87 |
13,80 |
|
325 |
648 |
- |
22,45 |
22,45 |
645 |
12,90 |
29,79 |
12,9 |
643 |
12,86 |
29,70 |
12,86 |
|
350 |
606 |
- |
20,99 |
20,99 |
603 |
12,06 |
27,85 |
12,06 |
601 |
12,02 |
27,76 |
12,02 |
|
375 |
569 |
- |
19,71 |
19,71 |
566 |
11,32 |
26,14 |
11,32 |
565 |
11,30 |
26,10 |
11,30 |
|
400 |
536 |
- |
18,57 |
18,57 |
534 |
10,68 |
24,66 |
10,68 |
532 |
10,64 |
24,57 |
10,64 |
|
425 |
506 |
- |
17,53 |
17,53 |
505 |
10,10 |
23,32 |
10,1 |
503 |
10,06 |
23,23 |
10,06 |
|
450 |
480 |
- |
16,63 |
16,63 |
479 |
9,58 |
22,12 |
9,58 |
477 |
9,54 |
22,03 |
9,54 |
|
475 |
456 |
- |
15,80 |
15,80 |
455 |
9,10 |
21,02 |
9,1 |
454 |
9,08 |
20,97 |
9,08 |
|
500 |
435 |
- |
15,07 |
15,07 |
434 |
8,68 |
20,05 |
8,68 |
433 |
8,66 |
20,00 |
8,66 |
|
525 |
415 |
- |
14,38 |
14,38 |
414 |
8,28 |
19,12 |
8,28 |
413 |
8,26 |
19,08 |
8,26 |
|
550 |
398 |
- |
13,79 |
13,79 |
396 |
7,92 |
18,29 |
7,92 |
396 |
7,92 |
18,29 |
7,92 |
|
575 |
381 |
- |
13,20 |
13,20 |
380 |
7,60 |
17,55 |
7,6 |
379 |
7,58 |
17,51 |
7,58 |
|
600 |
366 |
- |
12,68 |
12,68 |
365 |
7,30 |
16,86 |
7,3 |
364 |
7,28 |
16,81 |
7,28 |
|
625 |
352 |
- |
12,19 |
12,19 |
351 |
7,02 |
16,21 |
7,02 |
350 |
7,00 |
16,17 |
7,00 |
|
650 |
339 |
- |
11,74 |
11,74 |
338 |
6,76 |
15,61 |
6,76 |
338 |
6,76 |
15,61 |
6,76 |
|
675 |
327 |
- |
11,33 |
11,33 |
326 |
6,52 |
15,06 |
6,52 |
326 |
6,52 |
15,06 |
6,52 |
|
700 |
316 |
- |
10,95 |
10,95 |
315 |
6,30 |
14,55 |
6,3 |
315 |
6,30 |
14,55 |
6,3 |
|
725 |
305 |
- |
10,57 |
10,57 |
305 |
6,10 |
14,09 |
6,1 |
304 |
6,08 |
14,04 |
6,08 |
|
750 |
296 |
- |
10,25 |
10,25 |
295 |
5,90 |
13,63 |
5,9 |
294 |
5,88 |
13,58 |
5,88 |
|
775 |
286 |
- |
9,91 |
9,91 |
286 |
5,72 |
13,21 |
5,72 |
285 |
5,70 |
13,16 |
5,70 |
|
800 |
278 |
- |
9,63 |
9,63 |
277 |
5,54 |
12,79 |
5,54 |
277 |
5,54 |
12,79 |
5,54 |
|
825 |
270 |
- |
9,35 |
9,35 |
269 |
5,38 |
12,42 |
5,38 |
269 |
5,38 |
12,42 |
5,38 |
|
850 |
262 |
- |
9,08 |
9,08 |
261 |
5,22 |
12,06 |
5,22 |
261 |
5,22 |
12,06 |
5,22 |
|
875 |
255 |
- |
8,83 |
8,83 |
254 |
5,08 |
11,73 |
5,08 |
254 |
5,08 |
11,73 |
5,08 |
|
900 |
248 |
- |
8,59 |
8,59 |
247 |
4,94 |
11,41 |
4,94 |
247 |
4,94 |
11,41 |
4,94 |
|
925 |
241 |
- |
8,35 |
8,35 |
241 |
4,82 |
11,13 |
4,82 |
241 |
4,82 |
11,13 |
4,82 |
|
950 |
235 |
- |
8,14 |
8,14 |
235 |
4,70 |
10,85 |
4,7 |
234 |
4,68 |
10,81 |
4,68 |
|
975 |
229 |
- |
7,93 |
7,93 |
229 |
4,58 |
10,58 |
4,58 |
229 |
4,58 |
10,58 |
4,58 |
|
1000 |
224 |
- |
7,76 |
7,76 |
223 |
4,46 |
10,30 |
4,46 |
223 |
4,46 |
10,30 |
4,46 |
Следует отметить, что при схеме соединения Y/Yh плавкие вставки при установившемся двухфазном КЗ в сети 0,4 кВ могут обеспечить резервирование ЗКА 0,4 кВ при КЗ на удалении до 750 м от ТП 10/0,4 кВ. В случае использования трансформаторов со схемами соединения D/Yh и Y/Zh значения токов на стороне 10 кВ в фазе В будут больше номинального тока плавкой вставки по всей протяженности сети в 1 км, а в фазах А и С при двухфазном КЗ на 425 м от ТП 10/0,4 кВ для схем D/Yh и Y/Zh значения токов будут составлять, соответственно, 10,1 и 10,06 А. При установившемся симметричном трехфазном коротком замыкании в электрической сети 0,4 кВ токи в фазах А, В и С на стороне 10 кВ определяются отношением тока трехфазного КЗ к коэффициенту трансформации силового трансформатора и будут равны как по стороне 0,4 кВ, так и по стороне 10 кВ.
Трехфазное короткое замыкание характеризуется наибольшими значениями токов КЗ, в связи с чем, целесообразность оценки эффективности защиты плавкими предохранителями 10 кВ трансформатора и возможности защиты линии 0,4 кВ при отказе ЗКА 0,4 кВ отсутствует.
Заключение.
В ходе работы было выявлено, что характеристики, в частности схемы соединения силовых трансформаторов с высшим напряжением 6-10 кВ, влияют на следующие эксплуатационные параметры: значения токов симметричного и несимметричных коротких замыканий в сети 0,4 кВ; потери электроэнергии и мощности; значения токов на стороне 10 кВ при установившихся коротких замыканиях в сети 0,4 кВ.
Было выявлено, что трансформаторы со схемой и группой соединения Y/Yh-0 характеризуются наименьшими потерями, позволяющими снизить издержки электросетевых организаций от ущербов, связанных с потерями электроэнергии в трансформаторах. При этом ввиду больших сопротивлений нулевой последовательности данные трансформаторы имеют меньшие значения токов однофазного КЗ в сети 0,4 кВ по сравнению с трансформаторами с другими схемами и группами соединения обмоток. В отдельных случаях это может привести к несрабатыванию ЗКА 0,4 кВ при ОКЗ в сети 0,4 кВ, что требует проведения мероприятий по повышению чувствительности ЗКА 0,4 кВ путем регулирования его уставок или замены на другой ЗКА 0,4 кВ, применения средств секционирования сети [18, 19, 20, 21]. Также трансформаторы со схемой и группой соединения Y/Yh-0 характеризуются меньшими значениями токов, протекающих на стороне 10 кВ при несимметричных замыканиях в сети 0,4 кВ, что может привести к невозможности отключения трансформатора предохранителями 10 кВ при КЗ в сети 0,4 кВ.
Использование трансформаторов со схемой и группой соединения D/Yh-11 характеризуется большими значениями токов ОКЗ в сети 0,4 кВ, а также большими потерями, по сравнению с трансформаторами Y/Yh-0. При этом данные трансформаторы при несимметричных замыканиях в сети 0,4 кВ характеризуются наибольшими значениями токов, протекающих в фазах на стороне 10 кВ. Это обуславливает широкую область применения данных трансформаторов в качестве трансформаторов собственных нужд электростанций и подстанций, которые позволят обеспечить защиту трансформатора со стороны 10 кВ при замыканиях на стороне 0,4 кВ ввиду использования малых сечений медных и алюминиевых проводов, используемых для питания цепей оперативного тока, которые согласно «СТО 56947007-29.240.10.248-2017. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ (НТП ПС). Стандарт организации ПАО «ФСК ЕЭС». Дата введения: 25.08.2017.» выполняются сечениями 2,5-4 мм2. При этом трансформаторы D/Yh-11, согласно теории электротехники, должны иметь больший уровень прочности фазной изоляции на стороне высокого напряжения 10 кВ ввиду использования схемы соединения треугольник.
Трансформаторы со схемой и группой соединения Y/Zн-11 характеризуются наибольшими потерями и наибольшими значениями токов однофазного КЗ в сети 0,4 кВ среди рассмотренных схем и групп соединения обмоток силовых трансформаторов 6-10 кВ. Они также позволяют обеспечить эффективность защиты трансформатора предохранителями на стороне 10 кВ от замыканий в сети 0,4 кВ. Важным преимуществом трансформатора со схемой и группой соединения Y/Zн-11 является возможность снижения несимметрии фазных напряжений в сельских сетях 0,4 кВ с однофазными потребителями ввиду его конструкционных особенностей, заключающихся в намотке обмотке фазы на 2 стержня магнитопровода, что позволяет в отдельных случаях обеспечить качество электроэнергии у потребителей.
При сооружении, реконструкции и техперевооружении сельских электрических сетей 0,4 кВ можно рекомендовать применение трансформаторов с разными схемами:
-
Y/Yн-0 – при небольших длинах ЛЭП 0,4 кВ и относительно симметричной нагрузке;
D/Yн-11 – при завышенных длинах ЛЭП 0,4 кВ, для собственных нужд ПС, ЭС;
-
Y/Zн-11 – при завышенных длинах ЛЭП 0,4 кВ и несимметричной нагрузке.
Список литературы О влиянии схем соединения обмоток силовых трансформаторов с высшим напряжением 6-10 кВ на эксплуатационные параметры сельских электрических сетей
- Tamas Orosz. Evolution and Modern Approaches of the Power Transformer Cost Optimization Methods. Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science, 63 (1), pp. 37-50, 2019. https://doi.org/10.3311/PPee.13000.
- Yuan Yuan, Ruijin Liao, A Novel Nanomodified Cellulose Insulation Paper for Power Transformer, Journal of Nanomaterials, 2014. https://doi.org/10.1155/2014/510864.
- Meng, Junhong, Singh, Maninder, Sharma, Manish, Singh, Daljeet, Kaur, Preet and Kumar, Rajeev. «Online Monitoring Technology of Power Transformer based on Vibration Analysis»: «Journal of Intelligent Systems», vol. 30, no. 1, 2021, pp. 554-563. https://doi.org/10.1515/jisys-2020-0112.
- Zou L. (2013) Real-Time Monitoring System for Transformer Based on GSM. In: Yang Y., Ma M., Liu B. (eds) Information Computing and Applications. ICICA 2013. Communications in Computer and Information Science, vol 391. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-53932-9 31.
- Shreyansh Likhar. Power Transformer Monitoring System. Columbia undergraduate science journal. Vol. 11 (2017). https://doi.org/10.7916/cusj.v11i0.5697.
- Vezir Rexhepi. An Analysis of Power Transformer Outages and Reliability Monitoring. Energy Procedia. Volume 141, December 2017, Pages 418-422. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.11.053.
- Лансберг А.А. Анализ технического состояния и сроков службы силовых трансформаторов, установленных на подстанциях с высшим напряжением 110 кВ филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» /А.А. Лансберг // Научный журнал молодых ученых. -2021. - № 2 (23). - С. 50-59.
- Лансберг А.А., Виноградов А.В., Виноградова А.В. Структура парка силовых трансформаторов с высшим напряжением 6-10 кВ на примере электросетевой организации филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго», обслуживающей сельские электрические сети/А.А. Лансберг// Известия высших учебных заведений. - Проблемы энергетики. - 2021. - Т. 23. - № 5. - С. 34-45.
- Алевтина Федоровская, Владимир Фишман. Силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ. Особенности применения различных схем соединения обмоток / Федоровская Алевтина, Фишман Владимир // Новости ЭлектроТехники. - №1 (127). - 2021. -Информационно-справочное издание. Доступно по: http://news.elteh.ru/arh/2009/60/07.php. (дата обращения: 24.10.2021).
- Сорокин Н.С., Виноградова А.В. Расчет трёхфазных и однофазных коротких замыканий в электрических сетях 0,4 кВ для проверки чувствительности защитных аппаратов / Н.С. Сорокин, А.В. Виноградова // Агротехника и энергообеспечение. - 2020. - № 4 (29). - С. 25-34.
- Лансберг А.А. Метод оценки чувствительности защитного коммутационного аппарата, установленного на трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ сельской электрической сети 0,4 кВ / А.А. Лансберг // Научный журнал молодых ученых. - 2021. - № 3 (24). - С. 51-60.
- Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ / под ред. И.Т. Горюнова и А.А. Любимова. - М.: Папирус ПРО, 2003-2005.
- Голубев М.Л. Расчет токов короткого замыкания в электросетях 0,4-35 кВ. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 88 с. ил. - (Б-ка электромонтера. Вып. 505.).
- Шабад М.А. Защита трансформаторов 10 кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -144 с.: ил. (Биб-ка электромонтера; Вып. 623.).
- Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1985 - 296 с., ил.
- Симметрирующее устройство для трансформаторов. Средство стабилизации напряжения и снижения потерь в сетях 0,4 кВ. Электронный ресурс. Заголовок с экрана. Режим доступа: Новости Электротехники №1 (31) Симметрирующее устройство для трансформаторов Средство стабилизации напряжения и снижения потерь в сетях 0,4 кВ (elteh.ru) (дата обращения 25.02.2022г.)
- Сулеев М. А., Валиуллин К. Р. Преимущества применения трансформаторов со схемой соединения «Звезда-Зигзаг». Электронный ресурс. Заголовок с экрана. Режим доступа: Преимущества применения трансформаторов со схемой соединения «звезда-зигзаг» (urfu.ru) (дата обращения 25.02.2022г.)
- Виноградов А.В. Принципы управления конфигурацией сельских электрических сетей и технические средства их реализации. Монография. — Орёл: изд-во «Картуш», 2022. — 392 с.
- Vinogradov, A.V., Vinogradova, A.V., Bolshev, V.E., Psarev, A. I. Sectionalizing and Redundancy of the 0.38 kV Ring Electrical Network: Mathematical Modeling Schematic Solutions //International Journal of Energy Optimization and Engineering (IJEOE). - 2019. - Т. 8. -№. 4. - С. 15-38. DOI: 10.4018/IJE0E.2019100102.
- Vinogradova, A., Vinogradov, A., Vasilyev, A. N., Dorokhov, A., Bolshev, V., & Psaryov, A. (2021). Place Selection of Sectionalizing Units in 0.38 kV Power Networks: A Methodology for Protection Against Short Circuits. International Journal of Energy Optimization and Engineering (IJEOE), 10(4), 35-52.
- Vinogradova, A., Vinogradov, A., Bolshev, V., Izmailov, A., Dorokhov, A., &Bukreev, A. Allocation of 0.4 kV PTL Sectionalizing Units under Criteria of Sensitivity Limits and Power Supply Reliability//Applied Sciences. - 2021. - T. 11. - №. 24. - C. 11608. https://doi.org/10.3390/app112411608.