Выбор параметров трансформаторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра энергообеспечения предприятий

ОТЧЕТ

по дисциплине:

«Трансформаторное оборудование

на тему:

«Выбор параметров трансформаторов»

рансформатор силовой обмотка расщепленный

Выполнил: студент гр. ТТм-11

Хафизов Р.И.

Проверил: канд. техн. наук, доц.

Осташенков А.П.

г. Йошкар-Ола-2021

Содержание

Введение

1. Назначение и особенности конструкции трансформаторного оборудования

1.1 Классификация трансформаторов

1.2 Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

1.3 Элементы конструкции трансформаторов

1.4 Системы охлаждения силовых трансформаторов

2 Расчет параметров Г-образной схемы замещения трансформатора с расщепленной обмоткой НН

2.1 Вывод

3 Выбор номинальной мощности и типа трансформатора для однотрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ

3.1 Расшифровка трансформатора типа ТДН-40000/110

3.2 Расчет параметров схемы замещения двухобмоточного трансформатора с высшим напряжением 110 кВ

3.3 Вывод

4 Выбор номинальной мощности и типа трансформатора для двухтрансформаторной понижающей подстанции 110/35/10 кВ

4.1 Расшифровка трансформатора типа ТДТН-40000/110-У1

4.2 Расчет параметров схемы замещения трехобмоточного трансформатора с высшим напряжением 110 кВ

4.3 Вывод

Заключение

Список литературы

Приложения



Введение

Трансформаторное оборудование (и силовые, и измерительные трансформаторы) используется на электростанциях, в питающих и распределительных электрических сетях, в системах электроснабжения промышленных предприятий, в сельском хозяйстве и на других хозяйствующих объектах. Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, действующими на оптовом рынке электроэнергии, на территориальном уровне и объектах распределенной генерации, до уровня стандартных напряжений, действующих в энергосистеме.

Целью курсового проекта является углубление теоретических знаний и приобретение практических навыков выбора и расчета трансформаторов на основе заданных параметров.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

– изучить классификацию силовых и измерительных трансформаторов и их основных параметров;

– изучить систематические нагрузки и аварийные перегрузки силовых трансформаторов,

– рассчитать параметры схем замещения трансформаторов;

– произвести проверку нагрузочной способности силовых трансформаторов;

– произвести выбор номинальной мощности и типа трансформатора для однотрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ;

– произвести выбор номинальной мощности и типа трансформатора для двухтрансформаторной понижающей подстанции 110/35/10 кВ.

1. Назначение и особенности конструкции трансформаторного оборудования

1.1 Классификация трансформаторов

Трансформатором называется статическое (т. е. без движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное чаще всего для преобразования одного переменного напряжения в другое напряжение той же частоты. Трансформатор имеет не менее двух обмоток с общим магнитным потоком, которые электрически изолированы друг от друга (за исключением автотрансформаторов).

Для усиления индуктивной связи и снижения влияния вихревых токов первичные и вторичные обмотки трансформаторов размещаются на магнитопроводе, собранном из листовой электротехнической стали. Магнитопровод отсутствует только в воздушных трансформаторах, которые применяются на частотах свыше 20 кГц, при которых магнитопровод практически не намагничивается из-за значительного увеличения вихревых токов.

На электрических станциях (в месте производства электрической энергии) выгодно повышать напряжение до десятков, сотен тысяч вольт и выше (35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ и выше), так как чем выше напряжение, тем меньше ток при той же передаваемой мощности, следовательно, требуется меньшее сечение проводов линии передачи. Далее электрическую энергию передают по проводам к расположенным в районах потребления понижающим подстанциям, где напряжение понижается до 6; 10 кВ. Эти напряжения используются для питания мощных электродвигателей и приемников, а также трансформаторов, понижающих напряжение до 380; 220 В.

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии. К силовым относятся трансформаторы: трехфазные и многофазные мощностью 6,3 кВА и более, однофазные мощностью 5 кВА и более.

Силовые трансформаторы классифицируют по следующим признакам:

– по условиям работы - на трансформаторы, предназначенные для работы в нормальных и особых условиях;

– по назначению и основному конструктивному исполнению (однофазные, трехфазные, двухобмоточные, трехобмоточные, с устройством регулирования, предназначенным для регулирования напряжения без перерыва нагрузки и без отключения обмоток трансформатора от сети (РПН), с устройством, предназначенным для изменения соединений ответвлений обмоток при невозбужденном трансформаторе (ПБВ), по виду охлаждения и т.д.);

– по мощности (ряд номинальных мощностей трансформаторов представлен в таблице 1.1).

– по виду изолирующей и охлаждающей среды трансформаторы классифицируют на масляные (масло минеральное или синтетическое, включая жидкий негорючий диэлектрик) и сухие, в том числе трансформаторы с твердой изоляцией.

В нормативных документах на конкретные силовые трансформаторы указываются следующие основные параметры:

– номинальная мощность трансформатора (если предусмотрены разные значения мощности обмоток, то за номинальную мощность принимают наибольшую из них), кВА;

– номинальная частота питающей сети, Гц;

– номинальные напряжения основных обмоток на всех ответвлениях, В;

– условное обозначение схемы и группы соединений обмоток;

– вид переключения ответвлений (РПН, ПБВ), диапазон и число ступеней регулирования напряжения;

– наибольший допустимый ток общей обмотки автотрансформатора, А;

– потери холостого хода и короткого замыкания на основном ответвлении;

– напряжение короткого замыкания (для пар обмоток трехобмоточных трансформаторов приводят к наибольшей из номинальных мощностей трех обмоток, автотрансформаторов - к номинальной проходной мощности пары сторон ВН-СН), %;

– ток холостого хода;

– установленная мощность двигателей системы охлаждения;

– полная масса;

– масса масла;

– габаритные размеры.

Таблица 1.1 - Номинальные мощности трехфазных трансформаторов (кВА)

Примечание. Указанные в скобках номинальные мощности принимаются для специальных трехфазных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для экспорта.

Условное обозначение силовых трансформаторов представлено на рисунке 1.1.

Рис. 1.1 - Условное обозначение силового трансформатора

Буквенная часть соответствует следующему порядку обозначений:

А - автотрансформатор (при классах напряжения стороны СН или НН 110 кВ и выше после класса напряжения стороны ВН через черту дроби указывают класс напряжения стороны СН или НН);

О или Т - однофазный или трехфазный трансформатор;

Р - расщепленная обмотка НН;

буквы условного обозначения видов охлаждения представлены в таблице 1.2;

З - трансформатор с естественным масляным охлаждением или с охлаждением негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки без расширителя;

Л - трансформатор с литой изоляцией;

Т - трехобмоточный трансформатор (для двухобмоточного трансформатора букву не указывают);

Н - трансформатор с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН);

С - трансформатор собственных нужд электростанций.

Класс напряжения трансформатора устанавливают по классу напряжения его обмотки ВН.

1.2 Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Совокупность трехфазной системы ЭДС, трехфазной нагрузки (нагрузок) и соединительных проводов называют трехфазной цепью. Токи, протекающие по отдельным участкам трехфазных цепей, сдвинуты относительно друг друга по фазе. Под фазой трехфазной цепи понимают участок трехфазной цепи, по которому протекает одинаковый ток.

Существуют различные способы соединения обмоток генератора с нагрузкой. Самым неэкономичным способом явилось бы соединение каждой обмотки генератора с нагрузкой двумя проводами, на что потребовалось бы шесть соединительных проводов. В целях экономии обмотки трехфазного генератора соединяют в звезду или треугольник. На электрической схеме трехфазный генератор принято изображать в виде трех обмоток (начала обмоток обозначаются ??, ??, ??, концы обмоток - х, у, ??), расположенных друг к другу под углом 120°. При соединении звездой одноименные зажимы (например, концы х, у, ??) трех обмоток объединяют в одну точку (рис. 1.2), которую называют нейтральной точкой генератора ??. Обмотки генератора обозначают буквами ??, ??, ??; буквы ставят: ?? - у начала первой, ?? - у начала второй и ?? - у начала третьей фазы.

Рис. 1.2 - Соединение обмоток в звезду

При соединении обмоток генератора треугольником (рис. 1.3) конец первой обмотки генератора (х) соединяют с началом второй (??), конец второй (у) - с началом третьей (??), конец третьей (??) - с началом первой (??). Геометрическая сумма ЭДС в замкнутом треугольнике равна нулю. Поэтому если к зажимам ??, ??, ?? не присоединена нагрузка, то по обмоткам генератора не будет протекать ток.

Рис. 1.3 Соединение обмоток в треугольник

Точку, в которой объединены три конца трехфазной нагрузки при соединении ее звездой, называют нейтральной точкой нагрузки и обозначают ??'. Нейтральным проводом называют провод, соединяющий нейтральные точки генератора и нагрузки. Ток нейтрального провода назовем ????. Положительное направление тока, протекающего по нейтральному проводу, возьмем от точки ??' к точке ??. Провода, соединяющие точки ??, ??, ?? генератора с нагрузкой (провода, соединяющие точки ?? и ??, ??и ??, ?? и ??), называют линейными проводами. Текущие по линейным проводам токи называют линейными (???? ?, ???? ?, ???? ?). За положительное направление токов примем направление от генератора к нагрузке. Модули линейных токов часто обозначают ??Л, (особенно когда все линейные токи по модулю одинаковы). Напряжение между линейными проводами называют линейным и часто снабжают двумя индексами, например,???????, (линейное напряжение между точками ?? и ??); модуль линейного напряжения обозначают ??Л. Каждую из трех обмоток генератора называют фазой генератора; каждую из трех нагрузок - фазой нагрузки; протекающие по ним токи - соответственно фазовыми токами генератора ??Ф и нагрузки, а напряжения на них - фазовыми напряжениями ??Ф.

Широкое распространение трехфазных систем объясняется главным образом тремя основными причинами:

1) передача энергии на дальние расстояния трехфазным током экономически более выгодна, чем переменным током с иным числом фаз;

2) элементы системы - трехфазный синхронный генератор, трехфазный асинхронный двигатель и трехфазный трансформатор - просты в производстве, экономичны и надежны в работе;

3) система обладает свойствами неизменности значения мгновенной мощности за период синусоидального тока, если нагрузка во всех трех фазах трехфазного генератора одинакова.

По количеству обмоток различного напряжения на каждую фазу трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные (рис. 4, а, б). Кроме того, обмотки одного и того же напряжения, обычно низшего, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называют трансформаторами с расщепленными обмоткам и (рис. 4, в). Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения принято сокращенно обозначать соответственно ВН, СН, НН.

Рис. 1.4 - Принципиальные схемы соединения обмоток трансформаторов:

а - двухобмоточного; б - трехобмоточного; в - с расщепленной обмоткой НН

Трансформаторы с расщепленными обмотками НН применяют в электрических сетях для ограничения тока короткого замыкания, на электростанциях - в схемах укрупненных блоков, когда два генератора присоединяются к одному блочному трансформатору, для упрощения схем распределительных устройств.

Как первичные, так и вторичные обмотки трёхфазного трансформатора могут объединяться звездой (Х) или треугольником (?). Соединение обмоток трехфазного трансформатора звездой конструктивно проще, изоляция обмоток при заземленной нейтральной точке должна рассчитываться на фазное напряжение, сечение проводов обмоток - на линейный ток. Поэтому соединение обмоток звездой предпочтительно в трехфазных цепях с большим линейным напряжением, которое в v3 раз больше фазного, и малым линейным током. Соединение обмоток в звезду с выведенной нулевой точкой применяется в том случае, когда нейтраль обмотки должна быть заземлена. Нейтраль заземляется на вторичных обмотках трансформаторов, питающих четырехпроводные сети 380/220 и 220/127 В. Нейтрали обмоток при напряжении 10 - 35 кВ не заземляются или заземляются через дугогасящий реактор для компенсации емкостных токов.

Соединение обмоток трехфазного трансформатора треугольником предпочтительно в трехфазных цепях с малым линейным напряжением и большим линейным током. При таком соединении изоляция обмоток должна быть рассчитана на линейное напряжение, а сечение проводов - на фазный ток, который в v3 раз меньше линейного.

При одинаковом соединении обмоток Х / Х или ? / ? отношение линейных напряжений (высшего к низшему) равно коэффициенту трансформации одной фазы трехфазного трансформатора (фазному коэффициенту трансформации). При соединении обмоток высшего и низшего напряжений по схеме Х /? (? / Х) отношение соответствующих линейных напряжений будет больше (меньше) фазного коэффициента трансформации в v3 раз.

От способа соединения обмоток высшего и низшего напряжений в трехфазном трансформаторе зависит угол сдвига фаз между его одноименными линейными высшим и низшим напряжениями. По этому признаку трехфазные трансформаторы разделяют на группы. Обозначение группы соединения обмоток основано на сравнении векторной диаграммы линейных напряжений с положением минутной и часовой стрелок часов. Минутная стрелка (установлена на цифре 12) совмещается с вектором линейного высшего напряжения, например ??????? , а часовая стрелка - с вектором одноименного линейного низшего напряжения, например ??????? . В трехфазном трансформаторе применением разных способов соединений обмоток можно образовать двенадцать различных групп соединений, причем при схемах соединения обмоток звезда - звезда мы можем получить любую четную группу (2, 4, 6, 8, 10, 0), а при схеме звезда - треугольник или треугольник - звезда - любую нечетную группу (1, 3, 5, 7, 9, 11).

В нормативных документах на конкретные силовые трансформаторы указываются следующие основные параметры:

– номинальная мощность трансформатора (если предусмотрены разные значения мощности обмоток, то за номинальную мощность принимают наибольшую из них), кВА;

– номинальная частота питающей сети, Гц;

– номинальные напряжения основных обмоток на всех ответвлениях, В;

– условное обозначение схемы и группы соединений обмоток;

– вид переключения ответвлений (РПН, ПБВ), диапазон и число ступеней регулирования напряжения;

– наибольший допустимый ток общей обмотки автотрансформатора, А;

– потери холостого хода и короткого замыкания на основном ответвлении;

– напряжение короткого замыкания (для пар обмоток трехобмоточных трансформаторов приводят к наибольшей из номинальных мощностей трех обмоток, автотрансформаторов - к номинальной проходной мощности пары сторон ВН-СН), %;

– ток холостого хода;

– установленная мощность двигателей системы охлаждения;

– полная масса;

– масса масла;

– габаритные размеры.

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении. Номинальная мощность для двухобмоточного трансформатора - это мощность каждой из его обмоток. Трехобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с обмотками как одинаковой, так и разной мощности. В последнем случае за номинальную мощность принимается наибольшая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора.

1.3 Элементы конструкции трансформаторов

Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, вводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка. В магнитной системе проходит магнитный поток трансформатора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга. Первоначально применялась бумажная изоляция - листы оклеивались с одной стороны тонким слоем специальной бумаги. Бумага создает полную электрическую изоляцию между листами, но легко повреждается при сборке и увеличивает размеры магнитопровода. Широко применяется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке. Последнее время все шире применяется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства магнитной системы. Стяжка стержней осуществляется стеклобандажами, ярма стягиваются стальными полубандажами или бандажами.

Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов трансформатора. На остове устанавливают обмотки и крепят проводники, соединяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рис. 1.5, а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис. 1.5, б). В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных трансформаторов или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Рис. 1.5 - Обмотки трансформатора:

а - концентрическая; б - чередующаяся

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдерживать электродинамические усилия, которые появляются при протекании токов короткого замыкания. Необходимо предусмотреть надежную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции. Для проводников обмотки используется медь и алюминий. Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечивает широкое применение меди для обмоток трансформаторов. Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением, требует новой технологии выполнения обмоток.

Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции. В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электро-картоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция). Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев. В сухих трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения помещают в бак. Основные части бака - стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, предохранительной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства - радиаторы. В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку трансформатора, а затем поднять активную часть из бака. Если масса активной части более 25 т, то она устанавливается на донную часть бака, а затем накрывается колоколообразной верхней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не нуждаются в тяжелых грузоподъемных устройствах для выемки активной части, так как при ремонтах после слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются с внутренней стороны пакетами из электротехнической стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикогелевый воздухоосушитель. Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Чтобы избежать это, применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), поступающим из специальных емкостей. Возможно применение специальной пленки-мембраны на границе масло - воздух. Осушение воздуха в расширителе осуществляют термовымораживателями.

К баку трансформатора крепится термосифонный фильтр, заполненный силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит его непрерывная регенерация.

Для контроля за работой трансформатора предусматриваются контрольно-измерительные и защитные устройства. К контрольным устройствам относят маслоуказатель и термометры. Маслоуказатель устанавливается на расширителе, термометр - на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле.

На мощных трансформаторах 330 - 750 кВ дополнительно применяются устройства контроля изоляции вводов и манометры, контролирующие давление масла в герметичных вводах ВН. Основные конструктивные узлы трансформаторов показаны на рисунке 1.6 [4].

Рис.1.6 - Трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН-16000/110-80У1

1 - бак; 2 - шкаф автоматического управления дутьем; 3 - термосифонный фильтр; 4 - ввод ВН; 5 - ввод НН; 6 - ввод СН; 7 - установка трансформаторов тока 110 кВ; 8 - установка трансформаторов тока 35 кВ; 9 - ввод ВН; 10 - ввод СН; 11 - расширитель; 12 - маслоуказатель стрелочный; 13 - клапан предохранительный; 14 - привод регулятора напряжения; 15 - вентилятор системы охлаждения; 16 - радиатор; 17 - каретка с катками.

1.4 Системы охлаждения силовых трансформаторов

При работе трансформатора происходит нагрев обмоток и магнитопровода за счет потерь энергии в них. Предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность трансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения. Виды систем охлаждения трансформаторов представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Виды систем охлаждения трансформаторов

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется путем естественной конвекции воздуха и частично - лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих». Условно принято обозначать естественное воздушное охлаждение при открытом исполнении С, при защищенном исполнении СЗ, при герметичном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха СД. Допустимое превышение температуры отдельных элементов сухого трансформатора над температурой охлаждающей среды при испытаниях на нагрев зависит от класса нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677-85 должно быть не больше: 60 °С (класс А); 75 °С (класс Е); 80 °С (класс В); 100 °С (класс F); 125 °С (класс Н). Естественное масляное охлаждение (М) (рис. 1.7, а).

Рис. 1.7 - Системы охлаждения трансформаторов:

а - типа М, б - типа Д, в - типа ДЦ; 1 - бак, 2 - выемная часть, 3 - охлаждающая поверхность, 4 - коллектор, 5 -трубчатый радиатор, 6 - электронасос, 7 - охладители, 8 - вентиляторы

В таких трансформаторах теплота, выделенная в обмотках и магнитопроводе 2 (выемная часть), передается окружающему маслу, которое, циркулируя по баку 1 и радиаторным трубам 3 (охлаждающая поверхность), передает его окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать 95°С. Для лучшей отдачи теплоты в окружающую среду бак трансформатора снабжается ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) (рис. 1.7, б). В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб 5 помещаются вентиляторы 8. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов могут осуществляться автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% номинальной, а температура верхних слоев масла не более 55 °С, а также при минусовых температурах окружающего воздуха и 10 температуре масла не выше 45 °С независимо от нагрузки. Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе с номинальной нагрузкой составляет 95 °С. Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а, следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора.

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) (рис. 1.7, в). Охладители 7 состоят из системы тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором 8. Электронасосы 6, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Благодаря большой скорости циркуляции масла, развитой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Переход к такой системе охлаждения позволяет значительно уменьшить габариты трансформаторов. Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.



2 Расчет параметров Г-образной схемы замещения трансформатора с расщепленной обмоткой НН

Трансформатор с расщепленной обмоткой НН является разновидностью двухобмоточного трансформатора. В таком трансформаторе обмотка НН выполнена из двух (или более) обмоток, расположенных симметрично по отношению к обмотке ВН. Трансформаторы с расщепленной обмоткой применяют в электрических сетях для ограничения тока короткого замыкания, на электростанциях - в схемах укрупненных блоков, когда два генератора присоединяются к одному блочному трансформатору, для упрощения схем распределительных устройств [4].

Схема замещения трансформатора с расщепленной обмоткой НН представлена на рисунке 2.1.

Рис. 2.1 - Схема замещения трансформатора с расщепленной обмоткой НН

Задание: Определить параметры Г-образной схемы замещения трансформатора (рис. 2.1), установленного на подстанции, со следующими паспортными данными:

Решение:

Проведем расчет параметров схемы замещения, приведенные к высшему напряжению.

При параллельном соединении обмоток НН трансформатор с расщепленными обмотками будет работать как обычный двухобмоточный. При этом сопротивления трансформатора между выводами обмотки ВН и общим выводом НН₁ и НН₂ будут равны общим (сквозным) сопротивлениям ??_ОБЩ и ??_ОБЩ, отнесенным к номинальной мощности трансформатора:

Определим сопротивления трансформатора. Общие (сквозные) сопротивления:

Мощность каждой обмотки НН равна половине мощности обмотки ВН, т.е. половине номинальной мощности трансформатора. Отсюда следует:

;

Индуктивное сопротивление обмотки ВН принимают равным нулю, т.е. можно считать ??_ОБЩ целиком сосредоточенным в обмотках НН, включенных параллельно.

Приведенные соотношения действительны для групп однофазных трансформаторов, расщепленные обмотки которых можно рассматривать как обмотки отдельных трансформаторов. При расположении расщепленных обмоток одной над другой индуктивные сопротивления обмоток трехфазных трансформаторов составляют:

;

Проводимости трансформаторов с расщепленными обмотками определяются так же, как и двухобмоточных (по опыту холостого хода).

Активная проводимость, См:

где - потери холостого хода, Вт;

- напряжение в первичной обмотке, В.

Реактивная проводимость, См:

где - ток холостого хода, %;

- напряжение в первичной обмотке, В;

- номинальная мощность трансформатора, ВА.

Полная проводимость трансформатора:

где - активная проводимость, См

- реактивная проводимость, См.

Намагничивающая мощность трансформатора, ВАр:

Номинальные коэффициенты трансформации:

где - напряжение во вторичной обмотке, кВ;

- напряжение во вторичной обмотке, кВ.



2.1 Вывод

В данном разделе был выполнен расчет следующих параметров Г-образной схемы замещения трансформатора с расщепленной обмоткой, приведенных к высшему напряжению: общие и индуктивные сопротивления обмоток трехфазного трансформатора, полная проводимость, намагничивающая мощность трансформатора, номинальные коэффициенты трансформации.



3 Выбор номинальной мощности и типа трансформатора для однотрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ

Выбор номинальной мощности силового масляного трансформатора проводится с учетом характера графика нагрузки трансформатора, представляющего собой зависимость полной мощности от времени, и допустимых по ГОСТ 14209-85[2] систематических нагрузок и аварийных перегрузок. Первые могут иметь место при неравномерном суточном графике нагрузки трансформатора или в условиях изменяющейся температуры охлаждающей среды при постоянной нагрузке.

Допустимые систематические нагрузки не вызывают сокращения нормируемого срока службы трансформатора, поскольку продолжительность графика нагрузки обеспечивается нормальным или пониженным расчетным износом изоляции, т.е. циклы со скоростью относительного износа изоляции больше и меньше единицы компенсируются.

Аварийные перегрузки допускаются при аварийных ситуациях, когда требуется обеспечить электроснабжение потребителей (например, при отказе одного из двух трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции). Допустимые аварийные перегрузки вызывают повышенный по сравнению с нормальным расчетным износом витковой изоляции, что может привести к сокращению нормированного срока службы трансформатора, если повышенный износ впоследствии не компенсирован нагрузками с износом витковой изоляции ниже нормального.

При неравномерной нагрузке трансформатора по фазам допустимые нагрузки и перегрузки следует определять для наиболее нагруженной фазы обмотки. Для трехобмоточных трансформаторов допустимые нагрузки и перегрузки следует определять для наиболее нагруженной обмотки.

Задание: Требуется выбрать номинальную мощность и тип трансформатора для однотрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ. Суточные графики нагрузки в зимний и летний периоды года представлены на рисунке 3.1. Температура охлаждающей среды зимой , летом .

Суточные графики нагрузки в зимний и летний периоды представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Суточный график нагрузок

Часы	11 вариант
	Сеть НН	Сеть СН
	НГ зима, %	НГ лето, %	НГ зима, %	НГ лето, %
2	80	40	50	40
4	60	50	70	40
6	60	30	60	30
8	100	20	60	70
10	100	50	70	70
12	100	70	70	70
14	50	70	100	50
16	60	70	100	40
18	60	30	50	40
20	70	40	70	30
22	50	30	70	30
24	60	20	60	40

Решение:

На основе заданных значений нагрузок строим суточный график нагрузок однотрансформаторной подстанции для зимнего и летнего времени (рисунок 3.1).

Рис.3.1 - Суточные графики нагрузки

Максимальное значение полной мощности, передаваемой через трансформатор подстанции составляет 50 МВА. С учетом возможных систематических перегрузок целесообразно наметить к выбору трансформатор типа ТДН-40000/110 номинальной мощностью 40 МВА. Проведем проверку трансформатора на нагрузочную способность в зимний период.

1. На исходном графике проведем линию номинальной нагрузки трансформатора (рис. 3.2).

Рис. 3.2- Суточный график нагрузки (зима)

2. Пересечением линии номинальной нагрузки с исходным графиком выделим участок наибольшей перегрузки продолжительностью .

3. Определим начальную нагрузку эквивалентного графика:

4. Определим предварительное значение нагрузки (перегрузки) эквивалентного графика:

5. Определим максимальное значение нагрузки эквивалентного графика нагрузки:

6. Сравним полученное значение c:

Тогда и часов.

7. Для систематической нагрузки при системе охлаждения Д (принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла) и значениях , часов и по таблице 2ГОСТ 14209-85 определим допустимую систематическую нагрузку (табл. 3.2).

Выбранная мощность трансформатора должна быть такова, чтобы значение = .

Таблица 3.2 - Значения

	0,8	0,9
14	1,28	1,29

Определим линейной интерполяцией:

Таким образом

Определим допустимую аварийную нагрузку (табл. 3.3) для аварийной нагрузки при системе охлаждения Д (принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла) и значениях , часов и по таблице 9 ГОСТ 14209-85 Выбранная мощность трансформатора должна быть такова, чтобы значение = .

Таблица 3.3 - Значения

	0,5	0,6
8	1,26	1,25

Определим линейной интерполяцией:

Таким образом

8. Аналогично проведем проверку трансформатора на систематическую перегрузочную способностьв летний период. На исходном графике проведем линию номинальной нагрузки трансформатора (рис. 3.3).

Рис. 3.3 - Суточный график нагрузки (лето)

Участок наибольшей перегрузки продолжительностью .

Начальная нагрузка эквивалентного графика:

Предварительное значение нагрузки (перегрузки) эквивалентного графика:

Максимальное значение нагрузки эквивалентного графика нагрузки:

Сравним полученное значение c:

Тогда и часов.

Для систематической нагрузки при системе охлаждения Д и значениях , часов и по таблице 5 ГОСТ 14209-85 определим допустимую систематическую нагрузку (табл. 3.4).

Таблица 3.4 - Значения

	0,5	0,6
8	1,26	1,25

Определим линейной интерполяцией:

Таким образом Трансформатор типа ТДН-40000/110 с номинальной мощностью 40 МВА удовлетворяет расчетным условиям.



3.1 Расшифровка трансформатора типа ТДН-40000/110

Трансформатор ТДН-40000/110-У1расшифровывается следующим образом: трансформатор трехфазный масляный с охлаждением вида «Д» (с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха), двухобмоточный, с устройством регулирования напряжения под нагрузкой, мощностью 40000 кВА, класс напряжения 110 кВ, исполнение У, категория размещения 1.

3.2 Расчет параметров схемы замещения двухобмоточного трансформатора с высшим напряжением 110 кВ

Данные трансформатора ТДН - 40000/110 согласно Тольяттинскому каталогу[5]:

U_вн = 115 кВ, U_нн = 10,5кВ, U_к% = 10,5%, P_к = 170 кВт, P_х = 22 кВт,I_x% = 0,28 %.

Схема замещения двухобмоточного трансформатора приведена на рисунке 3.4. Продольная часть схемы замещения содержит и - активное и реактивное сопротивления трансформатора. Эти сопротивления равны сумме соответственно активных и реактивных сопротивлений первичной и приведенной к ней вторичной обмоток.

Рис. 3.4 - Схема замещения двухобмоточного трансформатора

Сопротивления трансформатора и определяются по результатам опыта короткого замыкания (КЗ). В этом опыте замыкается накоротко вторичная обмотка, а к первичной обмотке подводится такое напряжение, при котором ток в обмотке равен номинальному току. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания (U_к).

Определим сопротивление трансформатора по параметрам опыта короткого замыкания.

Активное сопротивление трансформатора:

где - потери короткого замыкания, Вт; - напряжение в первичной обмотке, кВ; - номинальная мощность тансформатора, кВА.

Индуктивное сопротивление трансформатора:

где - напряжение короткого замыкания, %; -номинальное напряжение, кВ;

- номинальная мощность тансформатора, кВА.

Определим полное сопротивление:

где - активное сопротивление трансформатора, Ом; - индуктивное сопротивление трансформатора, Ом.

Поперечная ветвь схемы (ветвь намагничивания) состоит из активной и реактивной проводимостей. Активная проводимость соответствует потерям активной мощности в стали трансформатора от тока намагничивания. Реактивная проводимость определяется магнитным потоком взаимоиндукции в обмотках трансформатора.

Проводимости ветви намагничивания определяются результатами опыта холостого хода (ХХ). В этом опыте размыкается вторичная обмотка, а к первичной подводится номинальное напряжение. Ток в продольной части схемы замещения равен нулю, а к поперечной приложено номинальное напряжение. Трансформатор потребляет в этом режиме только мощность, равную потерям холостого хода.

Определим проводимости по опыту холостого хода.

Активная проводимость:

где - потери холостого хода, Вт; -номинальное напряжение, кВ.

Намагничивающая мощность трансформатора, ВАр:

Реактивная проводимость, См:

Определим полную проводимость:

где - активная проводимость, См; - реактивная проводимость, См.

Определим номинальный коэффициент трансформации:

где - напряжение в первичной обмотке, кВ; - напряжение во вторичной обмотке, кВ.

Со стороны низшего напряжения параметры схемы замещения можно определить по вышеприведенным выражениям с использованием номинального напряжения обмотки низшего напряжения или путем пересчета с использованием коэффициента трансформации.

3.3 Вывод

В данном разделе был произведен выбор типа и мощности трансформатора для однотрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ по графику нагрузки из условий нагрузочной способности трансформатора. К установке был выбран трансформатор ТДН-40000/110-У1. Так же был выполнен расчет параметров двухобмоточного трансформатора с высшим напряжением 110 кВ, определены номинальный коэффициент трансформации, полные проводимости, сопротивление и проводимость, приведенные к стороне ВН.Схема замещения двухобмоточного трансформатораТДН-40000/110-У1 с рассчитанными параметрами приведена в приложении 1.



4. Выбор номинальной мощности и типа трансформатора для двухтрансформаторной понижающей подстанции 110/35/10 кВ

Требуется выбрать номинальную мощность и тип трансформатора для двухтрансформаторной понижающей подстанции 110/35/10 кВ. Суточные графики нагрузки для зимнего и летнего замерных дней представлены в таблице 4.1. Температура охлаждающей среды зимой , летом .

Максимальная мощность нагрузки по сети среднего (СН) напряжения - 24 МВт, .

Максимальная мощность нагрузки по сети низшего (НН) напряжения - 20 МВт, .

Таблица 4.1 - Суточные графики нагрузки зимнего и летнего замерных дней по СН и НН

Часы	11 вариант
	Сеть НН	Сеть СН
	НГ зима, %	НГ лето, %	НГ зима, %	НГ лето, %
2	80	40	50	40
4	60	50	70	40
6	60	30	60	30
8	100	20	60	70
10	100	50	70	70
12	100	70	70	70
14	50	70	100	50
16	60	70	100	40
18	60	30	50	40
20	70	40	70	30
22	50	30	70	30
24	60	20	60	40



Решение

Для выбора мощности силового трансформатора необходимо провести расчет нагрузки для обмотки ВН (наиболее нагруженной обмотки, поскольку питание подстанции - со стороны ВН).

Мощность ступени графика нагрузки трансформатора по ВН определяется исходя из мощностей ступеней графиков по СН и НН:

где - мощности ступеней графиков нагрузки по СН и НН соответственно.

Полная мощность каждой ступени определяется по формуле:

где - нагрузка i-ой ступени графика в % от максимальной;

- максимальная мощность, МВт;

- коэффициент мощности.

Определим полную мощность 0-2 ч для графика нагрузки по НН для зимнего замерного дня:

Аналогично проведем расчет для графиков нагрузки по СН и НН для зимнего и летнего замерных дней. Затем проведем расчет мощностей ступеней графика нагрузки трансформатора для обмотки ВН. Результаты расчетов приведены в таблице 4.2 и на рисунке 4.1.

Таблица 4.2 - Результаты расчета нагрузки для обмотки ВН

Часы	НН	СН	ВН
	зима, МВА	лето, МВА	зима, МВА	лето, МВА	зима, МВА	лето, МВА
2	17,978	8,989	13,793	11,034	31,771	20,023
4	13,483	11,236	19,310	11,034	32,793	22,270
6	13,483	6,742	16,552	8,276	30,035	15,017
8	22,472	4,494	16,552	19,310	39,024	23,805
10	22,472	11,236	19,310	19,310	41,782	30,546
12	22,472	15,730	19,310	19,310	41,782	35,041
14	11,236	15,730	27,586	13,793	38,822	29,523
16	13,483	15,730	27,586	11,034	41,069	26,765
18	13,483	6,742	13,793	11,034	27,276	17,776
20	15,730	8,989	19,310	8,276	35,041	17,265
22	11,236	6,742	19,310	8,276	30,546	15,017
24	13,483	4,494	16,552	11,034	30,035	15,529

Рис. 4.1 - Графики нагрузки для обмотки ВН

Предварительно мощность трансформатора для двухтрансформаторной подстанции можно определить по формуле:

где - наибольшая нагрузка, МВА.

Предварительно наметим к установке трансформатор ТДТН-40000/110-У1. Проведем проверку трансформатора на перегрузочную способность для зимнего замерного дня.

1. На исходном графике проведем линию номинальной нагрузки трансформатора .

2. Пересечением линии номинальной нагрузки с исходным графиком выделим участок наибольшей перегрузки продолжительностью .

3. Определим начальную нагрузку эквивалентного графика:

4. Определим предварительное значение нагрузки эквивалентного графика:

5. Определим максимальное значение нагрузки эквивалентного графика нагрузки:

6. Сравним полученное значение c:

Тогда и часов.

7. Для аварийной перегрузки при системе охлаждения Д (принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла) и значениях , часов и по таблице 9 из ГОСТ 14209-85 определим допустимую аварийную перегрузку (таблица 4.3).



Таблица 4.3 - Значения

	0,7	0,8
6	1,6	1,6

Таким образом

8. Поскольку номинальная мощность трансформатора больше, чем максимальная нагрузка по летнему графику, и все значения допустимой систематической нагрузки для температуры охлаждающей среды летом больше или равны единице, то трансформатор ТДТН-40000/110-У1 пройдет проверку на систематическую нагрузку.

Таким образом, трансформатор ТДТН-40000/110-У1 с номинальной мощностью 40 МВА удовлетворяет расчетным условиям.

4.1 Расшифровка трансформатора типа ТДТН-40000/110-У1

Трансформатор ТДТН-40000/110-У1ТМН-2500/110- У1 расшифровывается следующим образом: трансформатор трехфазный масляный с охлаждением вида «Д» (с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха), трехобмоточный, с устройством регулирования напряжения под нагрузкой, мощностью 40000 кВА, класс напряжения 110 кВ, исполнение У, категория размещения 1.

4.2 Расчет параметров схемы замещения трехобмоточного трансформатора с высшим напряжением 110 кВ

Определим параметры Г-образных схем замещения трехобмоточных трансформаторов ТДТН-40000/110-У1, имеющих соотношения мощностей обмоток (??_????/??_????/??_????) 100/100/100% приведенные к высшему напряжению. Паспортные данные трансформаторов приведены в таблице 4.4 [3].

Таблица 4.4 - Паспортные данные трансформаторов

Номинальное напряжение обмоток, кВ	????, %	???К, кВт	?????, кВт	????, %
ВН	СН	НН	В-С	В-Н	С-Н	В-С	В-Н	С-Н
115	38,5	11	11	17	6	200	-	-	43	0,6

Параметры трансформатора:

– мощность трансформатора: S_ном = 40000 кВА;

– высокое номинальное напряжение: U_вн= 115 кВ;

– среднее номинальное напряжение: U_сн= 38,5 кВ;

– низкое номинальное напряжение: U_нн= 11 кВ;

– напряжение короткого замыкания на высокой-низкой обмотке: U_квн= 17%;

– напряжение короткого замыкания на высокой-средней обмотке: U_квс= 11%;

– напряжение короткого замыкания на средней-нижней обмотке: U_ксн= 6% = 0,06;

– потери холостого хода: P_x=43 кВт;

– потери короткого замыкания: P_k= 200 кВт;

– ток короткого замыкания: I_х=0,6%=0,0036.

Рис.4.2 - Схема замещения трехобмоточного трансформатора

Проведем расчет параметров схемы замещения трансформатора с соотношением мощностей обмоток 100/100/100%. Поскольку в паспортных данных дано одно значение потерь активной мощности короткого замыкания, то активные сопротивления обмоток определяются по формуле:

Напряжения короткого замыкания определяются по следующим формулам:

Реактивные сопротивления обмоток трёхобмоточного трансформатора:

Полное сопротивление трансформатора, Ом:

??_??=??_??+????_??;??_??=??_??+????_??;??_??=??_??+????_??;

??_??=+?? * 36,37)Ом;

??_??=Ом;

??_??=(826 +?? * 19,84) Ом.

Активная проводимость, См:

Намагничивающая мощность трансформатора, ВАр:

Реактивная проводимость, См:

Эквивалентнаякомплекснаяпроводимостьтрансформатора:

??_Т=??_??- ????_??,

??_Т=(3,25-?? * 18,15)·10^-6См.

Коэффициентытрансформацииравны:

4.1 Вывод

В даном разделе был произведен выбор номинальной мощности и типа трансформатора для двухтрансформаторной понижающей подстанции 110/35/10 кВ.Была произведена проверка выбранного трансформатора на перегрузочную способность, определены параметры схемы замещения. К установке был принят трансформатор ТДТН - 40000/110 - У1.Схема замещения трехобмоточногоданного трансформаторас рассчитанными параметрами приведена в приложении 2.



Заключение

В первом разделе курсового проекта были рассмотрены назначение и особенности конструкции трансформаторного оборудования: классификация трансформаторов, схемы и группы соединений их обмоток, а также элементы конструкции, системы охлаждения силовых трансформаторов.

Во втором разделе был выполнен расчет параметров Г-образной схемы замещения трансформатора с расщепленной обмоткой, приведенных к высшему напряжению: общие и индуктивные сопротивления обмоток трехфазного трансформатора, полная проводимость, намагничивающая мощность трансформатора, номинальные коэффициенты трансформации.

В третьем разделе был произведен выбор типа и мощности трансформатора для однотрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ по графику нагрузки из условий нагрузочной способности трансформатора, произведена проверка трансформатора на перегрузочную способность. К установке был выбран трансформатор ТДН-40000/110-У1. Так же был выполнен расчет параметров двухобмоточного трансформатора с высшим напряжением 110 кВ, определены номинальный коэффициент трансформации, полные проводимости, сопротивление и проводимость, приведенные к стороне ВН.

В четвертом разделе был произведен выбор номинальной мощности и типа трансформаторов для двухтрансформаторной понижающей подстанции 110/35/10 кВ по графикам нагрузки из условий нагрузочной способности трансформаторов. К установке был выбран трансформатор ТДТН-40000/110-У1. Так же были определены параметры схемы замещения.

В четвертом разделе был произведен выбор номинальной мощности и типа трансформаторов для двухтрансформаторной понижающей подстанции 110/35/10 кВ. Была произведена проверка выбранного трансформатора на перегрузочную способность, определены параметры схемы замещения, приведенные к высшему напряжению. К установке был принят трансформатор ТДТН - 40000/110 - У1.



Список литературы

1) ГОСТ Р 52719-2007. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. Москва: Стандартинформ, 2007. - 45 с.

2) ГОСТ 142...