§ 2.14. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

Условия включения на параллельную работу. В большинстве случаев при значительной мощности электрической установки целесообразно иметь не один, а несколько трансформаторов меньшей мощности, включенных параллельно на общую нагрузку. Такое дробление общей трансформаторной мощности позволяет лучше решать проблему энергоснабжения потребителей, отключать часть трансформаторов при уменьшении нагрузки, проще проводить профилактический ремонт трансформаторов и пр.

Для включения трансформаторов Tp1 и Тр2 на параллельную работу (рис. 2.50, а) необходимо, чтобы при холостом ходе в их обмотках не возникали уравнительные токи и чтобы нагрузка распределялась между обоими трансформаторами в соответствии с их номинальной мощностью. Для этого требуется соблюдать ряд условий.

При неравенстве ЭДС E20I и E20II параллельно работающих трансформаторов (их  вторичных  напряжений при  холостом ходе — рис. 2.51) возникает уравнительный ток.

Рис. 2.50. Схема включения трансформаторов при параллельной работе (в) и схема замещения их (б)

Рис. 2.51. Векторные диаграммы напряжений при параллельной работе трансформаторов: а — одной группы с различными k; б — разных групп с  одинаковыми k

Этот ток вызывает циркуляцию мощности от одного трансформатора к другому, а следовательно, неравномерную нагрузку трансфор­маторов, сопровождающуюся увеличением потерь и нагрева. Уравнительный ток

ÍYP = (É20I - É20II)/(ZкI + ZкII).(2.61)

Из формулы (2.61) следует, что первым необходимым условием для включения трансформаторов на параллельную работу является равенство их вторичных ЭДС, т. е. вторичных напряжений холостого хода (предполагается, что первичные напряжения у них одинаковы, т. е. что трансформаторы подключены к одной и той же первичной сети). При этом трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации. На практике допускается параллельная работа силовых трансформаторов, имеющих различие в коэффициентах трансформации не более 0,5 %, а для трансформаторов с k > 3 — не более 1 %. При таком различии в коэффициентах трансформации разность вторичных ЭДС ΔÉ (рис. 2.51, а) небольшая и уравнительный ток незначительный.

Вторым необходимым условием является совпадение по фазе ЭДС É20I и É20II. с тем чтобы их векторная разность ΔÉ = É20I - É20II равнялась нулю. Для этого параллельно работающие трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединений. При невыполнении этого условия между одноименными зажимами вторичных обмоток возникает разность ЭДС ΔÉ (рис. 2.51, б), вызывающая появление уравнительного тока. Так, например, если трансформаторы принадлежат, даже к ближайшим группам (например, одиннадцатой и нулевой), сдвиг по фазе между их вторичными ЭДС составляет 30°, и в контуре параллельно соединенных вторичных обмоток возникает большая разность ЭДС

ΔÉ = É201 - É20П = 2E20 sin 15° ≈ 0,52 E20.

При этом уравнительный ток в несколько раз больше номинального.

Распределение нагрузок. Из условия, полученного для упрощенной схемы замещения трансформаторов (см. рис. 2.50, б):

ÍIZкI = ÍIIZкII = ÍIIIZкIII = ... = ÍnZкn,(2.62)

можно найти распределение нагрузок между параллельно включенными трансформаторами.
Пренебрегая различием в фазе токов, которая зависит от соотношения активных и реактивных сопротивлений корот­кого замыкания (различие обычно невелико), и заменяя ком­плексные величины их модулями, получаем

II : III : IIII = (l/Zкl):(l/ZкII):(l/ZкIII),(2.63)

т. е. токи распределяются между трансформаторами обратно пропорционально сопротивлениям короткого замыкания. Уравнение (2.63) можно привести к виду

II : II : IIII =

IномI IномIZкI

:

IномII IномIIZкII

:

IномIII IномIIIZкIII

(2.64)

Умножаем левую часть (2.64) на U2cos φ2, а правую — на U2ном./100:

PI : PII : PIII =

SномI uкI

:

SномII uкII

:

SномIII uкIII

(2.65)

Следовательно, для того чтобы нагрузки распределялись между параллельно включенными трансформаторами прямо пропорционально их номинальным мощностям, они должны иметь одинаковые напряжения короткого замыкания. Практически удовлетворительное распределение нагрузки получается в тех случаях, когда напряжения короткого замыкания параллельно работающих трансформаторов отклоняются от их среднеарифметического значения не более чем на +10%.
Если при параллельной работе напряжения uк не равны, то перегружается трансформатор с меньшим значением ик, т. е. с меньшим сопротивлением ZK. В этом случае придется уменьшить общую нагрузку всей группы параллельно работающих трансформаторов, т. е. установленная мощность трансформаторов недоиспользуется.
При неравенстве активных uка и реактивных икр составляющих напряжений короткого замыкания токи параллельно работающих трансформаторов сдвинуты по фазе на некоторый угол. При этом суммарный ток, отдаваемый нагрузке, равен векторной сумме токов всех трансформаторов, т. е. меньше их алгебраической суммы. Следовательно, и в этом случае номинальная мощность трансформаторов используется не полностью.

У трансформаторов различных мощностей составляющие uк.а и uкр различны: у трансформаторов большей мощности uкр больше, а uка меньше, чем у трансформаторов меньшей мощности. Поэтому не рекомендуется включение на параллельную работу трансформаторов с отношением номинальных мощностей больше трех.