Трансформаторы для преобразовательных установок

   Назначение и области применения

 
   Преобразовательная техника используется для выпрямления токов переменного в постоянный, инвертирования постоянного в переменный, преобразования частоты, числа фаз, одной величины напряжения постоянного тока в другую. В табл. 29.1 приведены обобщенные характеристики трансформаторов для преобразовательных установок различного назначения.1 В скобках указаны трансформаторы редко изготовляемых исполнений. Из таблицы вид но, что преобразовательные трансформаторы применяются во многих отраслях народного хозяйства, типовые мощности масляных трансформаторов достигли 160 тысяч кВ-А, сухих трансформаторов — 6300 кВ-А, выпрямленные токи — 100000 А в единице, сетевые напряжения — 110—220 кВ. Диапазон выпрямленных напряжений составляет 12—20000 В.

                              
             В таблице указаны следующие способы регулирования: ПБВ — переключение без возбуждения, РПН — регулирование под нагрузкой переключающим устройством, УР — регулирование управляемым реактором с подмагничиванием постоянным током.
 

      2. Режимы работы и особенности технических требований
      2.1. Функции преобразовательных трансформаторов

  Производство и распределение электрической энергии осуществляется на переменном трехфазном токе, но, вместе с тем, большому числу потребителей необходим постоянный ток. Для преобразования тока одного рода в другой в настоящее время почти исключительно применяются статические преобразователи электрической энергии.
  Статический преобразователь состоит из специального силового трансформатора (ПТ), полупроводниковых вентилей, уравнительных и сглаживающих реакторов, нагрузки, устройства управления вентилями или трансформатором, вспомогательных устройств для включения, отключения, охлаждения и защиты. Специальный силовой трансформатор служит для изменения значения напряжения сети и его согласования с входным напряжением преобразователя. С помощью ПТ сеть постоянного тока изолируется от сети переменного тока, увеличивается число фаз вентильных обмоток для уменьшения величины пульсации выпрямленного напряжения и тока, улучшения формы сетевого тока.
  Конструкция магнитопровода ПТ может иметь: магнито-разделенную систему (совокупность магнитопроводов трех однофазных трансформаторов), магнито-связанную (состоит из одного трехстержневого магнитопровода трехфазного трансформатора) и смешанную магнитную систему (образуется из двух и более трехфазных магнитопроводов).
  На магнитонроводе преобразовательного трансформатора размещаются электрически не связанные обмотки сетевые (СО) и вентильные (ВО). СО — обмотка, присоединяемая к сети переменного тока, ВО — обмотка, присоединяемая к вентильным преобразователям. В трёхфазных трансформаторах применяются две основные схемы соединения сетевых обмоток: звезда и треугольник. Схемы вентильных обмоток делятся на простые и сложные. Различают следующие простые схемы вентильных обмоток: разомкнутые или лучевые — простая звезда, двойная звезда, простой зигзаг, двойной зигзаг и дважды двойной зигзаг; замкнутые — треугольник, шестиугольник.
  В преобразователях со сложными схемами выпрямления вентильные обмотки одного или нескольких трансформаторов расщепляются на отдельные части. Каждая часть вентильных обмоток с включенными вентилями образует простой преобразователь. Последние соединяются между собой последовательно или параллельно и составляют сложный преобразователь. Сложные схемы преобразования применяются в тех случаях, когда необходимо уменьшить пульсации выпрямленного напряжения и тока и улучшить использование полупроводниковых вентилей. Трансформатор оказывает существенное влияние на размеры и массу, стоимость, коэффициент мощности и коэффициент полезного действия преобразователя.
  Уравнительные реакторы служат для равномерного деления тока между параллельно работающими простыми выпрямителями. Сглаживающие реакторы предназначаются для уменьшения пульсации выпрямленного тока в цепи нагрузки. Если преобразователь выполнен с регулированием напряжения иод нагрузкой, в схему входит система автоматического управления трансформатором или преобразователем.
Физические свойства и технические характеристики преобразователей зависят от схемы соединения вентилей между собой и с трансформатором, типа вентилей, схемы соединения обмоток и конструкции магнитопровода трансформатора. Наиболее важным из указанных признаков является первый, по которому обычно проводится классификация преобразователей. В большинстве случаев преобразователи средней и большой мощности питаются от сети трехфазного тока промышленной частоты, что позволяет получить трех-, шести-, двенадцати-, и кратное двенадцати преобразование.

      2.2. Схемы и фазность преобразования
 В преобразовательных установках выпрямленное напряжения имеет пульсирующий характер и содержит составляющую Ud и переменную ud. Соотношение между постоянной и переменной составляющими в различных установках различно зависит от фаз-ности выпрямления. Фазностью, или пуль-сностью, преобразования называют число пульсаций (т) выпрямленного напряжения за период переменного напряжения сети. Понятие фазности дает представление о качестве преобразования. Чем выше фазность, тем выше качество преобразования, оценить которое можно с помощью коэффициента преобразования (с) или коэффициент пульсации (q). Коэффициентом преобразования называется отношение постоянной составляющей выпрямленного напряжения холостого хода Udo к его амплитуде Um\ с ростом фазности коэффициент преобразования приближается к единице. Коэффициент пульсации равен отношению амплитуды v-ой гармоники переменной составляющей к среднему значению выпрямленного напряжения холостого хода преобразователя; с ростом фазности коэффициент пульсации стремится к нулю.
  Коэффициенты преобразования (с) и пульсации по первой, основной гармонической состав;- пощей в зависимости от фазности, приведены в табл. 29.2.
Фазность преобразования зависит от числа фаз питающей преобразователь сети и схемы преобразования. Наиболее распространёнными схемами используемыми в преобразователях средней и большой мощности, являются нулевые и мостовые. Фазность преобразования простого двухполупе-риодного преобразователя, питающегося от сети переменного тока, равна двум. Шести-фазная пульсация достигается, например, включением простого трёхфазного мостового выпрямителя в трёхфазную сеть. Для увеличения фазности выпрямленного напряжения свыше шести используются сложные схемы выпрямления с несколькими или одним трансформатором, вентильные обмотки которого расщепляются на отдельные части. Каждая часть вентильной обмотки такого трансформатора питает простой преобразователь. Соединяя последовательно или параллельно простые преобразователи, получают сложные многофазные схемы выпрямления.

                                                        

     2.3. Схемы и группы соединения обмоток
  Силовые преобразовательные трансформаторы выполняются с самыми различными схемами соединения обмоток, количество которых значительно больше, чем в силовых трансформаторах общего назначения. Применение той или иной схемы соединения преобразовательного трансформатора обусловливается схемой и фазностью выпрямления, мощностью и классом напряжения, а также специфическими требованиями к ограничению аварийных токов, регулированию напряжения и коэффициенту мощности преобразователя.
  Самые простые по исполнению схемы соединения обмоток трансформатора получаются тогда, когда его вентильная обмотка состоит из одной части. Схемы и группа соединения обмоток однофазных и трёхфаз-
ных трансформаторов с такими ВО приведены в табл. 29.3. Схемы / и 2 предназначены для преобразователей по однофазной полупроводниковой схеме со средней точкой и однофазной мостовой схеме соответственно. Для трёхфазной нулевой схемы, применяемой в преобразователях мощностью до 250 кВт, используются трансформаторы сосхемами соединения J, 4 и 5; для трёхфазной мостовой — трансформаторы со схемами соединения обмоток 6—9. Соединение ВО в звезду или треугольник зависит от её мощности и класса напряжения. Для преобразователей с относительно большим выпрямленным током и малым выпрямленным напряжением вентильная обмотка чаще соединяется в треугольник, обеспечивающий лучшую технологичность обмотки. Сетевую обмотку трёхфазных трансформаторов соединяют, как правило, в звезду. Допускается выполнение СО с соединением в треугольник для трансформаторов с междуфазным напряжением 0,38 кВ, а также 6 и 10 кВ при мощности сетевой обмотки 800 кВ • А и выше, 35 кВ — при 4000 кВ • А и выше, 110 кВ — при 6300 кВ • А и выше, 220 кВ — при 16000 кВ • А и выше. Иногда преобразовательные трансформаторы изготавливаются с переключением обмоток с одной схемы на другую. Так, например, в трансформаторах для электролизных производств изменения напряжения в больших пределах обеспечивается переключением сетевой обмотки с треугольника на звезду. При выпрямленных напряжениях 450 В и менее и шестифазном режиме преобразования часто используют нулевую схему «две обратные звезды с уравнительным реактором» и кольцевую схему. Схемы и группы соединения трансформаторов для этих преобразователей представлены в табл. 29.4. В табл. 29.3 и 29.4 индекс «н» обозначает выведенную нулевую точку, а индекс «нр» выведенную нулевую точку трансформатора со встроенным уравнительным реактором. Для схем 10—13 табл. 29.4 и схем 5 и 6 табл. 29.5 группы соединения обмоток трансформатора определяются при соединении обмотки с разобщенным нулем в «звезду». Эти схемы используются в преобразовательных установках со специфическими требованиями.
  Для преобразователей мощностью свыше 4000 кВ-А часто применяют сложные схемы преобразования, обеспечивающие двенадцати- и двадцатичетырёхфазный режим выпрямления. Эти схемы осуществляются с помощью нескольких трансформаторов с разными простыми схемами соединения обмоток, либо с помощью одного трансформатора с ВО, расщеплённой на несколько частей, каждая из которых питает одну преобразовательную секцию. В табл. 29.5 приведены схемы соединения обмоток трансформаторов, с расщеплённой ВО для двенадцати- и двадцатичетырёхфазных преобразователей, в которых каждая преобразовательная секция, питаемая от одной части ВО, соединена по трёхфазной мостовой схеме. Для этого используются сочетания следующих схем соединения обмоток: звезда, треугольник и треугольники с продолженными сторонами. Схемы / и 2 обеспечивают двенадцатифаз-ный режим, а схемы 3—6 — двадцатичетырёхфазный режим преобразования.

     
                                                     
                                                          
    2.4. Классификация напряжений и сопротивлений короткого замыкания
                                 
  Силовые ПТ отличаются от силовых трансформаторов общепромышленного назначения в первую очередь более сложными схемами соединения обмоток. Вентильные обмотки часто выполняются расщеплёнными, и ПТ осуществляют функции делителя мощности между преобразовательными блоками (секциями). Величина аварийных токов в преобразователях ограничивается в определенных пределах за счет выбора схем расщепления ВО и секционирования СО, а также регулировочной обмотки (РО). Схема и группа соединения обмоток, схема их расщепления и секционирования существенно влияют также на коэффициент мощности преобразователя, на его внешнюю характеристику, определяют уровень взаимного влияния режимов в преобразовательных блоках, соединениях с разными частями ВО.
В рабочих и аварийных режимах преобразователя мгновенные значения токов в частях обмоток существенно различны. Соответственно, различны магнитные поля рассеяния и связанные с ними индуктивные сопротивления рассеяния трансформаторов. Это оказывает большое влияние на токораспределение между параллельными ветвями и проводниками обмоток, величину добавочных потерь, в том числе от высших гармонических составляющих. Характеристики преобразователей в каждом из рабочих и аварийных режимов зависят от определённых индуктивных и активных сопротивлений обмоток трансформатора. Для анализа этих характеристик и режимов уже недостаточно понятия напряжения короткого замыкания и, соответственно, сопротивления короткого замыкания трансформатора, по ГОСТ 16110—82. В связи с этим, для напряжений короткого замыкания преобразовательных трансформаторов ГОСТ 16772—77 введены дополнительно понятия и термины:
  а) сквозное напряжение короткого замыкания (ик) — напряжение КЗ пары обмоток (сетевой и вентильной) при замкнутых накоротко всех частях вентильной обмотки, рис. 29.1, а\ 
  б) напряжение частичного короткого замыкания (икг) — которое должно быть приложено к выводам СО трансформатора, чтобы в ней установился номинальный ток при замкнутой накоротко одной из гальванически не связанных частей ВО и разомкнутых остальных частях, рис. 29.1, в\ 
  в) напряжение короткого замыкания коммутации (и^к) — междуфазное напряжение, которое должно быть приложено к выводам СО трансформатора, чтобы в ней установился номинальный ток при замкнутых накоротко частях ВО с одинаковой схемой и группой соединения, одновременно участвующих в коммутации в номинальном режиме и разомкнутых остальных частях, рис. 29.1, г; 
         
                                                                        
                                                                                   

     г) напряжение короткого замыкания расщепления (и^р) (рис. 29.1, д) — напряжение, которое нужно подвести к одной из гальванически не связанных частей ВО, чтобы в ней установился ток, соответствующий номинальной мощности СО, при замкнутой накоротко другой части той же обмотки и разомкнутых СО и остальных частей ВО. 
    Напряжения короткого замыкания позволяют определить соответствующие полные, индуктивные и активные сопротивления трансформаторов. Классификация и обозначение индуктивных сопротивлений рассеяния ПТ приведены в табл. 29.6, которые аналогичны и для активных составляющих сопротивлений короткого замыкания трансформаторов. В таблице даны ссылки на схемы опытов короткого замыкания, в которых может быть определен данный вид сопротивления и характерные области их использования. В любом из опытов короткого замыкания питаемая и замкнутая накоротко обмотки (части обмотки) могут меняться местами.
Расчет реактансов, представляющий собой сложную задачу, выполняется обычно но методике, которая учитывает неравномерность распределения магнитодвижущих сил, отключение регулировочных витков в трансформаторах с ПБВ и ре1улировочных ветвей в трансформаторах с РПН, наличие циркулирующих токов.

     2.5. Требования к сопротивлениям и напряжениям короткого замыкания
 
Представленные в табл. 29.6 сопротивления короткого замыкания являются одними из основных параметров трансформатора, существенно влияют на его конструкцию и массо-габаритные показатели, а также параметры преобразователя. В двухобмоточ-ном преобразовательном трансформаторе, ВО которого состоит из одной части и питает одну преобразовательную секцию, используется понятие сквозного короткого замыкания, которое определяет уровень аварийных токов, значение коэффициента мощности, а также изменение выпрямленного напряжения преобразователя в рабочих режимах. Требования к напряжениям короткого замыкания трансформаторов, имеющих ВО, расщепленную на две и более части, каждая из которых предназначена для питания отдельной преобразовательной секции, такие же, что и для трансформаторов с одной частью ВО и вытекают из необходимости ограничивать аварийный ток в трансформаторе и преобразовательной секции при коротком замыкании на шинах преобразователя, так как от его величины зависит электродинамическая и термическая стойкость трансформатора и преобразователя. Значение сквозного напряжения КЗ определяет также выбор уставок защиты электрооборудования. Если ВО трансформатора состоит из нескольких частей с одинаковой схемой соединения, увеличение сквозного сопротивления КЗ, вызванное требованием ограничения тока, приводит к росту потребления реактивной мощности и ухудшению коэффициента мощности преобразовательного агрегата. Если же ВО содержит несколько частей с разными схемами соединения, указанной зависимости может и не быть, так как потребление реактивной мощности зависит от сопротивления КЗ трансформатора в режиме коммутации. В наиболее распространенных сложных схемах преобразования, каковыми являются двенадцатифаз-ные, одновременно коммутируют вентили половины преобразовательных секций, питаемые от частей ВО с одинаковой схемой соединения (при угле коммутации не более 30 эл. град.). Так как индуктивное падение напряжения преобразователя зависит от индуктивной составляющей напряжения КЗ коммутации, в значительной мере определяющего величины выпрямленного напряжения и коэффициента мощности агрегата, то требования к данному виду сопротивления КЗ трансформатора сводится к его минимизации. Из понятия напряжения КЗ коммутации следует, что в преобразовательном трансформаторе столько сопротивлений коммутации, сколько групп соединений обмоток имеет трансформатор. Как правило, существует требование к определенному соотношению этих сопротивлений коммутации, что связано с требованием обеспечить заданное деление тока между параллельными преобразовательными секциями, питающимися от частей с разными семами соединения. Для выравнивания тока между запарал-леленными преобразовательными секциями, питающимися от частей ВО с одинаковой схемой соединения, должно выполняться требование равенства сопротивлений коммутации частей. Выполнение заданного соотношения между сопротивлениями коммутации частей позволяет трансформатору, питающему преобразователь с любой сложной схемой преобразования, осуществлять функцию делителя тока между преобразовательными секциями, обеспечить высокую нагрузочную способность агрегата, снизить потери от неравномерного деления тока. 

       
                                            
    Наиболее часто встречающимся аварийным режимом короткого замыкания преобразовательного трансформатора в эксплуатации является короткое замыкание одной части ВО, развивающееся из «пробоя» вентиля преобразовательной секции. В этом случае аварийный ток короткого замыкания ограничивается сопротивлением частичного КЗ. Следовательно, величина напряжения частичного КЗ определяется необходимостью обеспечить электродинамическую стойкость трансформатора и необходимостью осуществить при пробое вентиля надёжную защиту преобразователя с помощью предохранителя, включенного последовательно с вентилем, либо другими защитными аппаратами.
    И, наконец, последним видом напряжения короткого замыкания, к которому предъявляются нормированные требования, является напряжение КЗ расщепления, что объясняется двумя причинами. Первая из них обусловлена случаем, когда преобразователь питается от трансформатора, ВО которого расщеплена на несколько частей с разными схемами соединения, питающих преобразовательные секции, каждая из которых работает на свою нагрузку. Вторая — когда такие её преобразовательные секции запараллелены и работают на общую нагрузку. В первом случае независимая работа каждой преобразовательной секции от нагрузки любой другой может быть обеспечена при минимальном взаимном влиянии между частями ВО. Последнее приводит к требованию выполнения трансформатора с максимально возможными величинами индуктивных сопротивлений расщепления. Во втором случае, в агрегатах со сложными схемами преобразования (12-фазное и выше), когда преобразовательные секции за-параллелены на одну общую нагрузку, сопротивление расщепления играет роль ограничителя уравнительного тока между преобразовательными секциями. Этот уравнительный ток возникает из-за разности мгновенных значений выпрямленных напряжений преобразовательных секций, присоединенных частям вентильной обмотки, имеющим разные схемы соединения. Следует отметить, что в ограничении уравнительного тока между преобразовательными секциями кроме сопротивления расщепления участвует и сопротивление коммутации.
   Таким образом, для ограничения уравнительного тока и уменьшения потерь от высших гармоник целесообразно увеличивать сопротивления расщепления и коммутации.

                                                                                               сопротивление кз
        2.6. Внешняя характеристика преобразователя   
  Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока называют внешней характеристикой преобразователя, рис. 29.2. С увеличением тока нагрузки возрастают падения напряжения на элементах схемы и выпрямленное напряжение уменьшается. Падения напряжения делят условно на три составляющие: индуктивное падение напряжение цепи коммутации AUх, активное падение напряжения AUnпадение напряжения в вентилях выпрямителя AUe. Падение напряжения в вентилях считают не зависящим от тока нагрузки и принимают равными сумме падений напряжений всех последовательно включенных вентилей при протекании через них номинального тока. В общем случае внешняя характеристика преобразователя описывается уравнением:
                
                                                                           
     
 где — AUd значение выпрямленного напряжения в режиме холостою хода преобразователя. 
 Индуктивное и активное падения напряжений зависят от тока нагрузки Id и сопротивлений х, R. Эти сопротивления, приведенные к вторичной стороне определяются формулами:

                                                                         
где  хс — индуктивное сопротивление питающей сети; хк — индуктивное сопротивление сквозного КЗ трансформатора; хш — индуктивное сопротивление ошиновки; хр — индуктивное сопротивление реакторов, включенных в цепь выпрямленного тока.

                                                                                                                                
 где RK — активное сопротивление сквозного RP трансформатора; RUI — активное сопротивление ошиновки; Rp — активное сопротивление реакторов в цепи выпрямленного тока.
На основании этих выражений определяют, в зависимости от схемы преобразования, напряжение ВО.
 
                                                                                            

        2.7. Регулирование выпрямленного напряжения и стабилизация выпрямленного тока

  Преобразователи, в зависимости от их назначения, работают в весьма разнообразных режимах. Во всех случаях, отклонение напряжения от номинального значения существенно влияет на технико-экономические показатели электрических установок. В условиях эксплуатации возникает необходимость поддерживать выпрямленное напряжение постоянным или меняющимся по определенному закону, а также стабилизировать в ряде случаев выпрямленный ток.

       2.8. Схемы регулирования напряжения и стабилизации тока    

  
Изменение напряжения по заданному закону осуществляется с помощью регулируемых трансформаторов и автотрансформаторов, различных устройств, позволяющих раздельно или cobmcciho изменять величину и знак добавляемого напряжения, специальных схем с использованием нерегулируемых и регулируемых полупроводниковых выпрямителей. Так как преобразовательный трансформа!ор может иметь несколько вентильных обмоток на большие токи, переключающие и рейдирующие устройства в подавляющем большинстве случаев располакног на сюроне сетевой обмотки. В усiроистнах, позволяющих раздельно или совместно изменять величину и знак добавляемого напряжения, peiулирование напряжения осуществляется вольтодобавочными трансформаторами и автотрансформаторами со ступенчатым, плавным и комбинированным РПН. Регулирование напряжения может также осуществляться с помощью управляемых тирисгорных преобразователей, а в схемах с неуправляемыми полупроводниковыми выпрямителями с помощью управляемых реакторов, включаемых последовательно с полупроводниковыми вентилями.
  Ступенчатое регулирование напряжения под нагрузкой даёт возможность регулирования напряжения без перерыва питания и отключения обмоток от сети, что позволяет также автоматизировать процесс регулирования. По ГОСТ 16772—77 регулирование под нагрузкой предусматривается для трансформаторов с междуфазным напряжением 6 и 10 кВ при мощности сетевой обмотки 800 кВ • А и более, 20 и 35 кВ — при 4000 кВ • А и более, ПО кВ — при 10 000 кВ • А и более и 220 кВ — при мощности сетевой обмотки 16 000 кВ-А и более. Во многих установках регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) осуществляется автотрансформаторами, включенными перед трансформаторами. Это значительно увеличивает мощность трансформаторного оборудования в преобразовательных установках. Более экономным является применение регулирования непосредственно на трансформаторе. Анализ показал, что для мостовой схемы выпрямления и схемы две обратные звезды с уравнительными реакторами при глубине ре1улирования до 50%, типовая мощность трансформатора с встроенным РПН меньше суммы типовых мощностей регулировочного автофансформатора и трансформатора без РПН. В трансформаторах с напряжением 6 и 10 кВ встроенное РПН выгоднее при мостовой схеме выпрямления до глубины регулирования 68 %, а для схемы две обратные звезды с уравнительным реактором — до 73%.
   В отечественных преобразовательных трансформаторах применяют в основном переключающие устройства быстродействующие с токоограничивающим резистором (РНТА).
   В таких производствах, как электролиз алюминия, необходимо производить 25—80 переключений в сутки, при электролизе меди и магния — 25—50. а цинка — до 50—100. Поэтому требования к условиям работы с РПН во многих преобразовательных трансформа юрах значительно жестче, чем для трансформаторов общего назначения. Поэтому в настоящее время они илотавливают-ся с устройствами для ступенчатого РПН, допускающими не менее одного миллиона переключений механизмов устройства и его конiактов, не разрывающих ток, а также не менее 80—100 тысяч переключения контактов устройств РПН, разрывающих ток. В переключающих устройствах типа РНТА, удовлетворяющих перечисленным требованиям, для разрыва электрической дуги применяются контакторы с вакуумными дуговыми камерами (ВДК), эти устройства выполняются погруженными в масло и устанавливаются непосредственно в баках трансформаторов.
    Глубина регулирования напряжения в электролизных производствах как цветной металлургии, так и в химической промышленности до 80—85 % номинального выпрямленного напряжения осуществляется в преобразовательных трансформаторах в основном применением глубоко встроенного РПН непосредственно в сетевой обмотке преобразовательного трансформатора. Использование переключающего устройства с 12 или 24 ступенями обеспечивает диапазон регулирования напряжения 50% от номинального с величиной ступени (в близких к номинальному режиму положениях) около 4,5—5%. При этом, как правило, применяется схема с «грубой» ступенью, как схема, обеспечивающая по сравнению со схемой с реверсом более высокий КПД в положениях, близких к номинальному.
    Для электролизных установок в отдельных случаях применяется также схема с двумя «грубыми» ступенями, позволяющая снизить величину напряжения ступени до 2 % от ном и нал ьного при сохранении общей глубины регулирования. Это достигается путем уменьшения числа витков в ступени при сохранении общего количества регулировочных витков за счет второй «грубой» ступени регулирования, включаемой в схему без нагрузки с помощью дополнительного переключателя диапазонов. Однако, обладая преимуществами в обеспечении достаточно малой величины напряжения ступени при относительно небольших дополнительных затратах она несколько усложняет эксплуатацию, в частности в режимах пуска, так как имеет 6 диапазонов.
    Глубина регулирования напряжения в ряде типов трансформаторов увеличивается (до 80—85 %) переключением сетевой обмотки с треугольника на звезду или параллельно-последовательным переключением её частей.
    Преобразовательные трансформаторы со ступенчатым РПН имеют высокие КПД и коэффициент мощности. Однако, например, на электрифицированном на постоянном токе железнодорожном транспорте и в электрометаллургии, где требуется очень большое число переключений при автоматическом регулировании, а также для установок, где технология требует плавного регулирования напряжения, используются трансформаторы с плавным бесконтактным РПН. Такие трансформаторные устройства повышают надежность работы установок, сокращают эксплуатационные расходы и облегчают автоматизацию производственных процессов.
    Трансформаторы с бесконтактным РПН весьма надежны в работе, удобны в эксплуатации, облегчают автоматизацию регулирования напряжения и позволяют получить требуемые внешние характеристики агрегата. Однако, с увеличением диапазона регулирования возрастают массы, размеры и стоимость таких регулирующих устройств. Поэтому в ряде случаев применяют комбинированное, т. е. плавно-ступенчатое регулирование под нагрузкой. Комбинированное РПН обеспечивает плавное регулирование напряжения в широких пределах и имеет достаточно хорошие технико-экономические показатели. Сущность способа заключается в одновременном использовании переключающего устройства, осуществляющего ступенчатое переключение ответвления регулировочной обмотки, и управляемых реакторов или тиристоров, рассчитанных на напряжение регулировочной ступени и позволяющих плавно регулировать напряжение внутри каждой ступени.
   В некоторых случаях необходимо регулировать напряжение ступенями 1 — 1,5 % от номинального напряжения. При глубине регулирования 50 % такое регулирование можно было бы осуществить ступенчатым изменением числа витков, если принять 40— 50 регулировочных ответвлений РО и контактов переключающего устройства. Такое большое число ответвлений и контактов переключающего устройства резко усложняет конструкцию и увеличивает размеры не только устройства, но и трансформатора, а также ухудшает технико-экономические показатели. 
   Уменьшения напряжения ступени регулирования при ограниченном количестве ответвлений можно достичь пофазным регулированием, позволяющим снизить напряжение ступени примерно в три раза. Для по-фазного регулирования используется схема ABC, осуществляющая поочередное переключение ответвлений фаз трехфазного трансформатора. Сначала переключается одна, например, фаза А, затем другая — В и далее третья — С. Если положение переключающих устройств на всех фазах, при котором число включенных витков в фазах СО одинаково назвать симметричным, то при пофазном регулировании осуществляется поочередный переход подвижных контактов переключателя с одного симметричного на другое симметричное положение. Такой переход называют циклом переключения. Схема переключения фаз ABC неизменна во всех циклах на всем диапазоне регулирования. Положения переключающего устройства в цикле переключения, при которых числа включенных витков в фазах неодинаковы, называют несимметричными.
   При неравных числах витков фаз СО и симметричном напряжении питающей сети в трансформаторе несколько искажаются магнитные потоки, напряжение, токи по амплитуде и фазе. В схеме соединения СО в треугольник появляются поток и ток нулевой последовательности, влияние которых может быть снижено встраиванием в части ВО индуктивных устройств, а также встраиванием тепловых нагрузок всех фаз обмоток в процессе эксплуатации. В трансформаторах для 12-фазной схемы преобразования с соединением СО в треугольник экономически целесообразно использовать пофаз-ное регулирование напряжения с коэффициентом несимметрии 0,9—1,1. В этом случае нет необходимости принимать меры для подавлением тока нулевой последовательности в обмотках, соединенных в треугольник.
   
        2.9. Испытательные напряжения
   Особенности схем преобразовательных установок, режимов работы преобразователей существенно влияют на условия, в которых работает изоляция ТРО. Изоляция сетевых обмоток ПТ прежде всего должна быть рассчитана на воздействия, связанные с обычными режимами работы электрических сетей, т. е. на такие же воздействия, которые определяют требования к изоляции силовых трансформаторов общего назначения, нормируемые ГОСТ 1516.3—96 «Электрооборудование переменного тока на напряжение от 1 до 750 кВ. Требование к электрической прочности изоляции». Масляные трансформаторы с большой глубиной встроенного регулирования (40% и более), предназначенные для изменения выпрямленного напряжения (тока) в установках электролиза, электропривода, а также различных электропечных установках на постоянном токе, присоединяются к кабельной сети, либо через кабель или закрытый шинопровод достаточной длины (не менее 80—100 м) к шинам понижающей подстанции или электростанции предприятия. Такое подсоединение трансформаторов исключает прямое воздействие на них атмосферных перенапряжений. В то же время, в трансформаторах с глубоким встроенным регулированием при импульсных внешних воздействиях значительно возрастают потенциалы на свободных концах регулировочной обмотки класса напряжения 3—35 кВ. Поэтому для ответственных установок с повышенными требованиями к надёжности, испытания грозовыми импульсами проводятся по нормам ГОСТ для ПТ с РПН при глубине регулирования до 40—50%. В непосредственной близости к таким трансформаторам целесообразно устанавливать вентильные разрядники, ограничивающие амплитуду возможных перенапряжений.
    Сетевые обмотки сухих трансформаторов выполняются с облегченной изоляцией и предназначаются для работы в установках, не подверженных атмосферным перенапряжениям. Испытательные напряжения промышленной частоты, коммутационной и импульсной волнами приведены в табл. 29.7.
Испытание приложенным напряжением нормировано стандартом, испытания коммутационным импульсом и полным грозовым импульсом являются факультативными. Изоляция ВО определяется процессами возникающими непосредственно в преобразователях (коммутация вентилей, пробой вентилей, обрывы в цепях), коммутационными перенапряжениями при включении и отключении трансформаторов или преобразователей, а также перенапряжениями, трансформирующимися в СО.
    Наиболее опасными можно считать перенапряжения, возникающие при отключении вакуумными выключателями нарастающего тока холостого тока ПТ.
Испытательные напряжения вентильных обмоток ПТ, нормируются ГОСТ 16722—77 и приведены в табл. 29.8 (для преобразователей с полупроводниковыми вентилями).
С учетом особенностей режимов работы трансформаторов для отдельных потребителей приняты следующие исключения от норм, приведенных в табл. 29.7:
♦ испытательные напряжения ВО и частей расщепленной обмотки ВО, по отношению друг к другу, трансформаторов, предназначенных для электрифицированного железнодорожного транспорта, принимаются равными 3Ud0 + 5000 для нулевых схем и 1,56^0 + 5000 для мостовых схем;
♦ испытательное напряжение ВО трансформаторов для преобразователей, предназначенных для электролиза цветных металлов и химической промышленности, составляет не менее 6500 В. 
     Изоляция витков обмоток, межслоевая
и междукатушечная изоляция, а также междуфазная изоляция должны быть рассчитаны на испытание двойным номинальным напряжением, индуктированном в самом трансформаторе частотой 100—400 Гц, длительностью, соответственно, от 1 мин до 15 сек.

                                                                                             
                                                                                             испытательные напряжения
    Трансформаторы с повышенными требованиями к надежности или трансформаторы для установок, в которых технологические процессы требуют частых включений и отключений, сопровождаемых коммутационными перенапряжениями, выполняются с изоляцией, рассчитанной на испытание индуктированным напряжением, равным 2,5—3-кратному номинальному.

Испытательные напряжения реакторов приведены в табл. 29.9.

    2.10 Классификация преобразовательных трансформаторов

  По типовой мощности и классу напряжения обмоток, ПТ подразделяются на габариты: I габарит — 10—100 кВ • А; II габарит — 125-1000 кВ-А; III габарит — 1250-6300 кВ-А; IV габарит — 8000 кВ-А; и более напряжением до 35 кВ включительно; V габарит — до 32 000 кВ — А включительно, напряжением свыше 35 до 110 кВ включительно; VI габарит — 40000-80000 кВ-А напряжением свыше 35 кВ до 110 кВ включительно и мощностью до 80000 кВ-А включительно, напряжением свыше 110 до 330 кВ включительно; VII габарит — мощностью свыше 80 000 до 220 000 кВ • А включительно, напряжением до 330 кВ включительно.
  По виду охлаждения ПТ можно разделить на три основные группы: масляные трансформаторы, с заполнением негорючими изоляционными жидкостями, сухие трансформаторы.
  Масляные преобразовательные трансформаторы изготавливаются мощностью 2500 кВ • А и более. При мощностях до 6300—8000 кВ-А используется система охлаждения М с естественной конвекцией масла и воздуха. Большие мощности требуют применения систем охлаждения: Д —с естественной циркуляцией масла и с принудительным обдувом охлаждающих радиаторов; Ц — с принудительной циркуляцией масла через охлаждаемые водой охладители; ДЦ — с принудительной циркуляцией масла и воздуха. Сухие преобразовательные трансформаторы выпускаются типовой мощности до 10000 кВ • А, причем при мощности, приблизительно, до 6300 кВ • А достаточна естественная конвекция воздуха. За последние годы нашли распространение конструкции сухих трансформаторов, в которых основные изоляционные функции осуществляет не воздушная среда, а твердая изоляция, в частности, термореактивного типа, а охлаждение обеспечивается принудительными системами водяного или воздушного охлаждения.
   В зависимости от способа регулирования, ПТ подразделяются на переключаемые без возбуждения (ПБВ); регулируемые под нагрузкой (РПН).
   По роду установки, ПТ относят к двум группам: наружной и внутренней установкам, т. е. на открытом воздухе или в помещении. Род установки регламентируется климатическим исполнением и категорией размещения трансформаторов. ПТ имеют исполнения для работы в умеренном (У), холодном (УХЛ), тропическом (Т) климате. Масляные трансформаторы могут устанавливаться на открытом воздухе — категория размещения /, под навесом или в специальных камерах — категория размещения 2. Трансформаторы с заполнением негорючей жидкостью — совтолом, устанавливаются в отапливаемых помещениях — категория размещения 4, с заполнением гексолом — в неотапливаемых помещениях — категория 2. Сухие трансформаторы, как правило, предназначены для работы в закрытых помещениях — категория размещения 3 и 4. В последние годы разработаны сухие трансформаторы с повышенной стойкостью к воздействию факторов внешней среды — ка-1егория размещения 2.
    По назначению различают преобразовательные трансформаторы для: выпрямителей электролизных установок в цветной металлургии и химической промышленности; тиристорного электропривода с двигателями постоянного юка: электрифицированного железнодорожного транспорта (индекс Ж); инвер горных афегатов тяговых подстанций железных дорог (И); тяговых подстанций городского транспорта — трамвая, троллейбуса; питания электропечных установок (П); возбуждения синхронных машин (В): гальванических установок (Г); тиристорного электропривода экскаваторов (ЭК); буровых установок (Б); частотно-регулируем о го синхронного электропривода (С); частотно-регулируемого асинхронного электропривода (А). Указанные в скобках индексы регламентируются стандартом или техническими условиями. К дополнительным конструктивным признакам, классифицирующим ПТ, следует отнести способ выполнения вентильных обмоток (ВО): нерасщепленными, расщепленными на части в пределах одного концентра, занимаемого этой обмоткой (индекс Р), расщепленными на части, расположенные на разных концентрах по отношению к сетевой обмотке, так называемое трехобмоточное исполнение (индекс Т). В ПТ по схеме соединения ВО «две обратные звезды» с уравнительным реактором в некоторых конструктивных исполнениях уравнительные реакторы встраивают в общий бак с масляным трансформатором или в общий кожух (шкаф) с сухим трансформатором, что учитывается в обозначении индексом У.

      2.11. Классификация реакторов
 В выпрямительных и инверторных установках применяются различные преобразовательные реакторы: уравнительные, сглаживающие, ограничивающие и токо-ограничиваюшие постоянного тока, токо-ограничивающие переменного тока, а также управляемые, в том числе дроссели насыщения.
 По виду охлаждения, типовой мощности, по роду установки, климатическому исполнению и категории размещения реакторы классифицируются также как и трансформаторы.

К списку статей

Заказать трансформаторы

Всего комментариев: 2

  • Бошняга Валерий Анатольевич
    Автор: Бошняга Валерий Анатольевич Добавлено Сентябрь 25, 2018 в 11:27

    Здравствуйте,
    пишет вам научный сотрудник Института энергетики Академии наук Молдовы Бошняга Валерий Анатольевич,

    нами разработана модель многообмоточного трансформатора, в том числе и для трехстержневого трехфазного исполнения, результаты ее использования для расчетов несимметричных режимов опубликованы (можно найти наши работы на сайте института, модель описана в http://journal.ie.asm.md/ru/contents/electronni-jurnal-237-2018,
    там же в архиве журнала есть и другие публикации, посвященные расчетам установившихся несимметричных режимов работы фазоповоротных трансформаторов с различными схемами соединений обмоток — номера журналов 2(25) 2014, 1(27) 2015, 2 (28), 2015, и др. )

    В связи с этим, мы рассматриваем возможность использования данной модели и для расчета несимметричных режимов преобразовательных трансформаторов, отличающихся (также как и фазоповоротные трансформаторы для управления режимами электрических сетей) большим разнообразием применяемых схем (естественно, нас интересуют наиболее сложные из них, типа двойного зигзага, треугольника с продолженными сторонами ).

    На вашем сайте указано, что параметры короткого замыкания преобразовательных трансформаторов имеют приблизительно такие же значения, как и обычные силовые трансформаторы. Нам бы хотелось получить у вас более подробную информацию относительно параметров трансформаторов, если вы ей располагаете. Предлагаем сотрудничество в этом плане. На основе предоставленной вами информации мы могли бы провести соответствующие расчеты и результаты опубликовать в совместных статьях. Если вас в каком-то плане заинтересовало наше предложение, можно обсудить детали, ждем ваше мнение по данному вопросу,

    С уважением, Бошняга Валерий Анатольевич, к.т.н., с.н.с.

    Ответить
    • leader
      Автор: leader Добавлено Сентябрь 30, 2018 в 21:55

      Добрый день! Ваше предложение интересно давайте сотрудничать!

      Ответить

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню