RU2271049C2 - Transformer unit - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical and power engineering; power stations using transformer substations.

SUBSTANCE: proposed transformer unit has three-phase group of single-phase transformers. Each single-phase transformer has minimum two windings. Each of mentioned windings is built of two parts disposed on magnetic circuits of different single-phase transformers and connected in series opposition to form three-phase windings. Parts of three-phase winding phases can be connected in parallel with current-correction units whose input leads can be placed at certain potential. Transformer incorporates provision for reducing current through shorted circuits of winding and through circuit responsible for this short, as well as for reducing electrodynamic forces on these circuits and local heat.

EFFECT: enhanced operating reliability of transformer unit.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и может найти применение на электростанциях и подстанциях с трансформаторами.The invention relates to the electric power industry and may find application in power plants and substations with transformers.

На электростанциях и подстанциях устанавливают силовые трансформаторы, одними из самых опасных повреждений которых являются витковые короткие замыкания, которые сопровождаются недопустимыми значениями токов в закороченных витках, при этом ток от источника питания практически не изменяется, что делает невозможным создание быстродействующих защит по принципу контролирования значений электрических координат режима.Power transformers are installed at power plants and substations, one of the most dangerous damages of which are coil short circuits, which are accompanied by unacceptable current values in shorted circuits, while the current from the power source remains almost unchanged, which makes it impossible to create high-speed protections according to the principle of monitoring the values of electrical coordinates mode.

Известен трансформаторный агрегат, который содержит трехфазную группу однофазных трансформаторов [Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. - 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с., с.243, 247].Known transformer unit, which contains a three-phase group of single-phase transformers [A. Voldek Electric cars. Textbook for students of higher. tech. training institutions. - 3rd ed., Revised. - L .: Energy, 1978. - 832 p., P. 243, 247].

Однако во время витковых коротких замыканий в обмотках такого трансформаторного агрегата значения тока в закороченных витках и в ветви, которая создала такое замыкание, может в десятки и сотни раз превышать номинальные значения токов обмоток, при этом возникают большие электродинамические усилия на закороченные витки и недопустимый местный нагрев, вследствие чего происходит разрушение трансформаторов и выход их из строя, что уменьшает надежность работы трансформаторного агрегата.However, during winding short circuits in the windings of such a transformer unit, the current values in the shorted turns and in the branch that created such a short circuit can be tens or hundreds of times higher than the rated values of the currents of the windings, with this, large electrodynamic forces on shorted turns and unacceptable local heating as a result of which there is a destruction of transformers and their failure, which reduces the reliability of the transformer unit.

В основу изобретения поставлена задача создать трансформаторный агрегат, в котором введение новых элементов, новое исполнение элементов и связей между ними позволило бы уменьшить значения токов в закороченных витках и в ветви, которая создала витковое короткое замыкание, и тем самым повысить надежность работы трансформаторного агрегата.The basis of the invention is the task of creating a transformer unit, in which the introduction of new elements, a new version of the elements and the connections between them would reduce the current values in shorted turns and in the branch that created a coil short circuit, and thereby increase the reliability of the transformer unit.

Поставленная задача достигается тем, что в трансформаторном агрегате, который содержит трехфазную группу однофазных трансформаторов, согласно изобретению трехфазные обмотки соединены по схемах зигзага.The problem is achieved in that in a transformer unit, which contains a three-phase group of single-phase transformers, according to the invention, the three-phase windings are connected according to zigzag circuits.

Такое исполнение трансформаторного агрегата позволяет путем параметрического увеличения его сопротивления относительно места виткового короткого замыкания обеспечить уменьшение значения тока в закороченных витках обмотки и в ветви, которая создала такое замыкание, электродинамических усилий на закороченные витки и местного нагрева, и тем самым повысить надежность работы трансформаторного агрегата.This embodiment of the transformer unit allows, by parametrically increasing its resistance to the location of the coil short circuit, to reduce the current value in the shorted turns of the winding and in the branch that created such a short circuit, the electrodynamic forces on the shorted turns and local heating, and thereby increase the reliability of the transformer unit.

Поставленная задача достигается также тем, что в трансформаторном агрегате часть фазы трехфазной обмотки соединена параллельно с тококомпенсирующим блоком.The task is also achieved by the fact that in the transformer unit part of the phase of the three-phase winding is connected in parallel with the current-compensating unit.

Это позволяет путем компенсации токов намагничивания трансформаторов обеспечить добавочное уменьшение тока в закороченных витках другой части фазы обмотки и в ветви, которая создала такое замыкание, и тем самым повысить надежность работы.This allows, by compensating the magnetizing currents of the transformers, to provide an additional decrease in current in the shorted turns of another part of the winding phase and in the branch that created such a short circuit, and thereby increase the reliability of operation.

Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства объясняются фиг.1 и 2. На фиг.1 показан трансформаторный агрегат, который содержит трехфазную группу однофазных трансформаторов; на фиг.2 - трансформаторный агрегат с тококомпенсирующими блоками.The technical essence and principle of operation of the proposed device are explained in figures 1 and 2. Figure 1 shows a transformer unit, which contains a three-phase group of single-phase transformers; figure 2 - transformer unit with current-compensating blocks.

Однофазные трансформаторы трансформаторного агрегата могут быть выполнены с двумя и более обмотками каждый. На фиг.1 показан вариант трансформаторного агрегата, в котором однофазные трансформаторы 1, 2, 3 выполнены двухобмоточными с одними 4, 5, 6 и другими 7, 8, 9 обмотками соответственно. Фазы А, В, С одной трехфазной обмотки 10 состоят из частей 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16 одних обмоток 4, 5, 6 соответственно. Эти части 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16 размещены на магнитопроводах разных однофазных трансформаторов 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1 соответственно и соединены последовательно встречно по схеме зигзага. Фазы а, b, с другой трехфазной обмотки 17 состоят из частей 18 и 19, 20 и 21, 22 и 23 других обмоток 7, 8, 9 соответственно. Эти части 18 и 19, 20 и 21, 22 и 23 размещены на магнитопроводах разных однофазных трансформаторов 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1 соответственно и соединены последовательно встречно по схеме зигзага.Single-phase transformers of a transformer unit can be made with two or more windings each. Figure 1 shows a variant of a transformer unit in which single-phase transformers 1, 2, 3 are double-wound with one 4, 5, 6 and other 7, 8, 9 windings, respectively. Phases A, B, C of one three-phase winding 10 consist of parts 11 and 12, 13 and 14, 15 and 16 of the same windings 4, 5, 6, respectively. These parts 11 and 12, 13 and 14, 15 and 16 are placed on the magnetic circuits of different single-phase transformers 1 and 2, 2 and 3, 3 and 1, respectively, and are connected in series in the opposite direction according to the zigzag circuit. Phases a, b, with another three-phase winding 17 consist of parts 18 and 19, 20 and 21, 22 and 23 of other windings 7, 8, 9, respectively. These parts 18 and 19, 20 and 21, 22 and 23 are located on the magnetic circuits of different single-phase transformers 1 and 2, 2 and 3, 3 and 1, respectively, and are connected in series in the opposite direction according to the zigzag circuit.

Части фаз трехфазных обмоток трансформаторного агрегата могут быть соединены параллельно с тококомпенсирующими блоками. На фиг.2 показан вариант такого трансформаторного агрегата, в котором в отличие от трансформаторного агрегата на фиг.1 части 11, 13, 15 и 19, 21, 23 соединены соответственно параллельно с выходными выводами 24 и 25, 26 и 27, 28 и 29, а также 30 и 31, 32 и 33, 34 и 35 тококомпенсирующих блоков 36, 37, 38, а также 39, 40, 41, которые выполнены с входными выводами 42 и 43, 44 и 45, 46 и 47, а также 48 и 49, 50 и 51, 52 и 53 соответственно. Тококомпенсирующие блоки 36÷41 могут содержать резистивные и реактивные элементы, управляемые и неуправляемые коммутационные аппараты и защитные устройства. К входным выводам тококомпенсирующих блоков может быть приложено напряжение.Parts of the phases of the three-phase windings of the transformer unit can be connected in parallel with current-compensating units. Figure 2 shows a variant of such a transformer unit, in which, unlike the transformer unit in figure 1, the parts 11, 13, 15 and 19, 21, 23 are connected in parallel with the output terminals 24 and 25, 26 and 27, 28 and 29, respectively as well as 30 and 31, 32 and 33, 34 and 35 of the current-compensating blocks 36, 37, 38, as well as 39, 40, 41, which are made with input terminals 42 and 43, 44 and 45, 46 and 47, as well as 48 and 49, 50 and 51, 52 and 53, respectively. Current-compensating blocks 36 ÷ 41 may contain resistive and reactive elements, controlled and uncontrolled switching devices and protective devices. Voltage can be applied to the input terminals of the current-compensating blocks.

Трансформаторный агрегат работает так.The transformer unit works like this.

Во время симметричных нормальных режимов трансформаторного агрегата (фиг.1) при одинаковом количестве витков W₁ частей 11÷16 и W₂ частей 18÷23 соответственно условия работы однофазных трансформаторов 1÷3, фаз А, В, С и а, b, с трехфазных обмоток 10 и 17 и их частей 11÷16 и 18÷23 одинаковы, так как значения модулей симметричных координат режима фаз являются соответственно одинаковыми, а отличие состоит лишь во взаимном сдвиге фаз координат режима соответствующих фаз и их частей на ±120 эл. град. При этом значения модулей напряжения на частях 11÷16 и 18÷23 фаз А, В, С и а, b, с равны

от значений модулей напряжения соответствующих фаз; приведенные к количеству витков, например W₁, токи

намагничивания магнитопроводов однофазных трансформаторов 1÷3 равны суммам приведенных к этому же количеству витков токов соответствующих фаз с учетом их направлений, при этом их номинальное значение

раз больше номинального значения I_н.х.ном тока нерабочего хода трансформаторного агрегата.During the symmetric normal modes of the transformer unit (figure 1) with the same number of turns W ₁ parts 11 ÷ 16 and W ₂ parts 18 ÷ 23, respectively, the operating conditions of single-phase transformers 1 ÷ 3, phases A, B, C and a, b, s the three-phase windings 10 and 17 and their parts 11 ÷ 16 and 18 ÷ 23 are the same, since the values of the modules of the symmetric coordinates of the phase mode are respectively the same, and the difference is only in the mutual phase shift of the coordinate of the mode of the corresponding phases and their parts by ± 120 e. hail. In this case, the values of the voltage modules on parts 11 ÷ 16 and 18 ÷ 23 of phases A, B, C and a, b, s are equal

from the values of the voltage modules of the corresponding phases; reduced to the number of turns, for example W ₁ , currents

Magnetization of magnetic cores of single-phase transformers 1 ÷ 3 are equal to the sums of the currents of the corresponding phases reduced to the same number of turns taking into account their directions, while their nominal value

times greater than the rated value of I _n.h.nom of the idle current of the transformer unit.

Во время продольного короткого замыкания всех витков одной из частей 11÷16, 18÷23 возможно продолжение работы трансформаторного агрегата. Для упрощения в дальнейшем описании его работы пренебрежем резистансами и реактансами рассеивания всех частей 11÷16, 18÷23, что мало повлияет на результаты. Допустим, что возникло продольное короткое замыкание части 11 фазы А, которая размещена на трансформаторе 1. В этом случае напряжение на этой части 11 станет равным нулю, а также станут равными нулю напряжения на частях 16, 18, 23 фаз С, а, с трансформатора 1 соответственно и ток намагничивания

этого же трансформатора 1. Вследствие этого модули напряжений на частях 12÷15, 19÷22 станут равными значениям фазных напряжений соответствующих фаз, то есть увеличатся в

раз, а значения модулей токов намагничивания

трансформаторов 2, 3 также увеличатся в

раз по сравнению с их значениями для симметричного нормального режима трансформаторного агрегата. Поэтому магнитные системы каждого из трансформаторов 1÷3 должны быть рассчитаны именно на такие значения напряжения и тока намагничивания, что обеспечит ненасыщенное состояние магнитных систем во время рассматриваемых коротких замыканий и как следствие линейность их параметров. При этом напряжения фаз А, В, С, а, b, с трансформаторного агрегата не изменятся, то есть и в дальнейшем останутся симметричными.During the longitudinal short circuit of all turns of one of the parts 11 ÷ 16, 18 ÷ 23, the operation of the transformer unit may continue. To simplify the further description of his work, we neglect the resistances and reactances of the dispersion of all parts 11–16, 18–23, which will have little effect on the results. Suppose that there is a longitudinal short circuit of the phase A part 11, which is located on the transformer 1. In this case, the voltage on this part 11 will become zero, and also the voltage on the phases 16, 18, 23 of the phases C, a, c of the transformer will become zero 1, respectively, and the magnetization current

of the same transformer 1. As a result, the voltage modules on parts 12 ÷ 15, 19 ÷ 22 will become equal to the phase voltage values of the corresponding phases, that is, increase in

times, and the magnitudes of the magnetization currents

transformers 2, 3 will also increase in

times compared with their values for the symmetric normal mode of the transformer unit. Therefore, the magnetic systems of each of the transformers 1 ÷ 3 should be designed specifically for such values of the voltage and magnetization current, which will ensure the unsaturated state of the magnetic systems during the considered short circuits and, as a consequence, the linearity of their parameters. In this case, the voltages of phases A, B, C, a, b, from the transformer unit will not change, that is, they will remain symmetrical in the future.

Из выражений для описания состояния магнитных цепей трансформаторов 1÷3 следует, что через ветвь, которая создала продольное короткое замыкание части 11 фазы А трансформатора 1, будет протекать ток

,который будет равен сумме токов намагничивания

трансформаторов 1-3, значения которых приведены к количеству витков W₁. Учитывая, что согласно принятому ранее допущению, имеем

значение модуля тока

в ветви, которая создала продольное короткое замыкание части 11, будет только в 3 раза больше номинального значения

тока намагничивания, то есть в

раз больше номинального значения I_н.х.ном тока нерабочего хода трансформаторного агрегата. При этом ток в закороченных витках части 11 не будет превышать его доаварийного значения, а токи фаз также практически не будут отличаться от их доаварийных значений.From the expressions for describing the state of the magnetic circuits of transformers 1 ÷ 3 it follows that through the branch that created a longitudinal short circuit of part 11 of phase A of transformer 1, current will flow

which will be equal to the sum of the magnetization currents

transformers 1-3, the values of which are given to the number of turns W ₁ . Given that according to the assumption made earlier, we have

current module value

in the branch that created the longitudinal short circuit of part 11, it will be only 3 times the nominal value

magnetization current, i.e. in

times greater than the rated value of I _n.h.nom of the idle current of the transformer unit. In this case, the current in the shorted turns of part 11 will not exceed its pre-emergency value, and the phase currents will also practically not differ from their pre-emergency values.

Во время продольного короткого замыкания некоторого количества витков W_К одной из частей 11÷16 (при (0<W_К<W₁) или 18÷23 (при 0<W_К<W₂) также возможно продолжение работы трансформаторного агрегата. Допустим, что возникло продольное короткое замыкание W_K витков части 11 фазы А трансформатора 1. В этом случае в отличие от описанного для режима замыкания всей части 11 в ветви, которая создала продольное короткое замыкание W_k витков части 11, будет протекать ток

значение которого прямо пропорционально сумме токов намагничивания

трансформаторов 1÷3 и обратно пропорционально относительному количеству закороченных витков

Максимальное значение этого тока

будет иметь место во время короткого замыкания одного витка, то есть при W_К=1, и может в несколько раз превышать номинальное значение тока обмотки трансформатора.During the longitudinal short circuit of a certain number of turns W _To one of the parts 11 ÷ 16 (at (0 <W _K <W ₁ ) or 18 ÷ 23 (at 0 <W _K <W ₂ ), the operation of the transformer unit can also be continued. that a longitudinal short circuit W _{K of the} turns of part 11 of phase A of the transformer 1 occurred. In this case, unlike the one described for the circuit of the entire part 11 in the branch that created the longitudinal short circuit of W _{k of the} turns of part 11, a current will flow

the value of which is directly proportional to the sum of the magnetization currents

transformers 1 ÷ 3 and inversely proportional to the relative number of shorted turns

The maximum value of this current

will take place during a short circuit of one coil, that is, at W _K = 1, and can several times exceed the rated value of the current of the transformer winding.

Вместе с тем во время аналогичных режимов известной трехфазной группы однофазных трансформаторов значение тока в ветви, которая создала короткое замыкание некоторого количества витков обмотки, может превышать номинальное значение тока обмотки в десятки и сотни раз.At the same time, during similar modes of the well-known three-phase group of single-phase transformers, the current value in the branch that created a short circuit of a certain number of turns of the winding can exceed the rated value of the winding current by tens or hundreds of times.

Таким образом, существенно меньший уровень токов во время витковых коротких замыканий в предложенном трансформаторном агрегате приведет к уменьшению электродинамических усилий на закороченные витки и местного нагрева, что повысит надежность работы трансформаторного агрегата.Thus, a significantly lower level of currents during coil short circuits in the proposed transformer unit will lead to a decrease in electrodynamic forces on shorted turns and local heating, which will increase the reliability of the transformer unit.

В варианте трансформаторного агрегата (фиг.2), части 11, 13, 15 и 19, 21, 23 которого соединены соответственно параллельно с выходными выводами 24 и 25, 26 и 27, 28 и 29, а также 30 и 31, 32 и 33, 34 и 35 тококомпенсирующих блоков 36, 37, 38, а также 39, 40, 41, во время витковых коротких замыканий в отличие от аналогичных режимов трансформаторного агрегата на фиг.1 значение тока

_К в ветви, которая создала такое замыкание, будет зависеть также от значений токов тококомпенсирующих блоков 36-41, что обеспечит компенсацию токов намагничивания

трансформаторов 1÷3, в результате чего значение тока

_К существенно уменьшится по сравнению с трансформаторным агрегатом на фиг.1, что повысит надежность работы трансформаторного агрегата. Так, для случая, когда к входным выводам 42÷53 тококомпенсирующих блоков 36÷41 не приложены напряжения, происходит компенсация реактивных составляющих токов намагничивания

трансформаторов 1÷3 и ток

будет определяться только активными составляющими этих токов намагничивания. Если же к входным выводам 42÷53 тококомпенсирующих блоков 36÷41 приложены соответствующие напряжения, то происходит также компенсация активных составляющих токов намагничивания

трансформаторов 1÷3, вследствие чего произойдет добавочное уменьшение практически до нуля значения тока

_К в ветви, которая создала витковое замыкание.In the embodiment of the transformer unit (figure 2), parts 11, 13, 15 and 19, 21, 23 of which are connected in parallel with the output terminals 24 and 25, 26 and 27, 28 and 29, as well as 30 and 31, 32 and 33 , 34 and 35 of the current-compensating blocks 36, 37, 38, as well as 39, 40, 41, during turn short circuits, in contrast to the similar modes of the transformer unit in Fig. 1, the current value

_K in the branch that created such a closure will also depend on the current values of the current-compensating blocks 36-41, which will provide compensation for the magnetization currents

transformers 1 ÷ 3, resulting in a current value

_To significantly decrease in comparison with the transformer unit in figure 1, which will increase the reliability of the transformer unit. So, for the case when no voltage is applied to the input terminals 42 ÷ 53 of the current-compensating blocks 36 ÷ 41, the reactive components of the magnetization currents are compensated

transformers 1 ÷ 3 and current

will be determined only by the active components of these magnetization currents. If the corresponding voltages are applied to the input terminals 42 ÷ 53 of the current-compensating blocks 36 ÷ 41, then the active components of the magnetization currents are also compensated

transformers 1 ÷ 3, as a result of which an additional decrease in current value to almost zero occurs

_K in the branch that created the coil closure.

Кроме этого, тококомпенсирующие блоки могут дополнительно уменьшить действие импульсных перенапряжений на витковую изоляцию обмоток трансформаторов, что также повышает надежность работы трансформаторного агрегата.In addition, current-compensating units can further reduce the effect of surge overvoltage on the coil insulation of transformer windings, which also increases the reliability of the transformer unit.

Предложенный трансформаторный агрегат позволяет путем уменьшения значений токов во время витковых коротких замыканий существенно улучшить условия работы трансформаторов, ограничить объем разрушений и ремонтов или даже полностью устранить их и тем самым повысить надежность работы электростанций и подстанций.The proposed transformer unit allows, by reducing currents during turn-by-turn short circuits, to significantly improve the working conditions of transformers, to limit the amount of damage and repairs, or even completely eliminate them and thereby increase the reliability of power plants and substations.

Источники информацииInformation sources

ВОЛЬДЕК А.И., Электрические машины, Ленинград, Энергия, 1978, с.243, 247.VOLDEK A.I., Electric machines, Leningrad, Energy, 1978, p. 243, 247.

SU 943873 А, 15.07.1982SU 943873 A, 07/15/1982

SU 970494 А, 05.11.1982.SU 970494 A, 11/05/1982.

US 3323039 А, 30.05.1967US 3323039 A, 05/30/1967

ВЕНИКОВ В.А. и др., Регулирование напряжения в электроэнергетических системах, Москва, Энергоатомиздат, 1985, с.86-88, рис.3.5.Venikov V.A. et al., Voltage Regulation in Electric Power Systems, Moscow, Energoatomizdat, 1985, pp. 86-88, Fig. 3.5.

Claims (2)

1. Трансформаторный агрегат, содержащий трехфазную группу однофазных трансформаторов, каждый из которых выполнен с не менее двумя обмотками, отличающийся тем, что каждая указанная обмотка выполнена из двух частей, размещенных на магнитопроводах разных однофазных трансформаторов и соединены последовательно-встречно, образуя трехфазные обмотки.1. A transformer unit containing a three-phase group of single-phase transformers, each of which is made with at least two windings, characterized in that each said winding is made of two parts located on the magnetic circuits of different single-phase transformers and connected in series with each other, forming three-phase windings. 2. Трансформаторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что части фазы трехфазной обмотки соединены параллельно с выходными выводами тококомпенсирующих блоков, выполненных с обеспечением возможности компенсации токов намагничивания указанных однофазных трансформаторов.2. The transformer unit according to claim 1, characterized in that the phase parts of the three-phase winding are connected in parallel with the output terminals of the current-compensating blocks, made possible to compensate for the magnetization currents of these single-phase transformers.

Images