трехфазный трансформатор

Формула изобретения

Трехфазный трансформатор, содержащий трехстержневую магнитную систему, на стержнях которой расположены первичная и вторичная обмотки, отличающийся тем, что вторичная обмотка выполнена из m секций фазы на каждом стержне, где 2 m 10, секции фаз подсоединены к m трехфазным группам вводов, предназначенным для подсоединения нагрузок, каждая секция одной фазы своим началом соединена с концом секции другой фазы и с одним из вводов вторичной обмотки, любая электрическая цепь, соединяющая два ввода одной группы, содержит по меньшей мере две последовательно соединенные секции фаз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно к трансформаторам, имеющим расщепленную на несколько частей вторичную обмотку.

Известен трехфазный трансформатор, содержащий магнитную систему, на стержнях которой расположены первичная и нерасщепленная на части вторичная обмотка [1] Для достижения нужного ограничения токов коротких замыканий на мощных подстанциях приходится отдельные нагрузки подстанций питать от разных трансформаторов с нерасщепленной вторичной обмоткой, что приводит к увеличению необходимого числа питающих трансформаторов и ухудшает технологические показатели подстанций.

Наиболее близким к заявляемому является трехфазный трансформатор [2] содержащий магнитную систему, на стержнях которой расположены первичная и вторичная обмотки, при этом на каждом стержне выполнено по m секций фаз вторичной обмотки, и все секции фаз подсоединены к m трехфазным группам вводов, предназначенным для подсоединения нагрузок; 2 m 10. Каждая секция фазы, расположенная на одном стержне, своим началом соединена с концом секции другой фазы и с одним из вводов вторичной обмотки. Каждые три секции фаз, расположенные на разных стержнях, соединены в треугольник и подсоединены к своей трехфазной группе вводов. Описанный трансформатор имеет хорошее токоограничение в трехфазных режимах аварийных к.з. однако в одно- и двухфазных аварийных к.з. наиболее часто имеющих место в эксплуатации, ограничение тока в трансформаторе недостаточное. Целью настоящего изобретения является повышение надежности трансформатора и подключенных к нему устройств за счет ограничений токов одно- и двухфазных аварийных к.з.

Указанная цель достигается тем, что в трехфазном трансформаторе, содержащем трехстержневую магнитную систему, на стержнях которой расположены первичная и вторичная обмотки, при этом на каждом стержне выполнено по m секций фаз вторичной обмотки, и все секции фаз подсоединены к m трехфазным группам вводов, предназначенным для подключения нагрузок, где 2 m 10, каждая секция фазы, расположенная на одном стержне, своим началом соединена с концом секции другой фазы и с одним из вводов вторичной обмотки, предложено начало каждой секции одной фазы соединить с концом другой секции другой фазы таким образом, что любая электрическая цепь, соединяющая два ввода одной группы содержит, по меньшей мере, две последовательно соединенные секции фаз вторичной обмотки.

Необходимость и достаточность указанных отличительных признаков для достижения цели подтверждается следующим.

Соединение начала каждой секции одной фазы с концом другой секции другой фазы и подсоединение секций к группам вводов заявленным способом позволяет изменить, по сравнению с 2, путь протекания тока при одно- и двухфазных аварийных к.з. возникающих между любыми двумя вводами, таким образом, чтобы увеличить сопротивление цепи к.з.

Согласно проведенным расчетам, ток при таких коротких замыканиях, в сравнении с [2] уменьшается в 1,8-2,0 раза. При этом остальные характеристики потребление реактивной мощности при работе, сопротивление трехфазного к. з. наклон внешней характеристики, ограничение тока при трехфазных коротких замыканиях остаются неизменными, в сравнении с [2] Таким образом, повышается надежность трансформатора и подключенных к нему устройств, например, подключенных к нему преобразовательных трансформаторов и выпрямителей при неизменных эксплуатационных характеристиках в нормальных (трехфазных) режимах работы.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемого трансформатора, на фиг. 2 векторная диаграмма напряжений.

Трансформатор имеет магнитную систему 1 со стержнями 2, 3, 4, на которых расположены первичная обмотка 5 и вторичная обмотка 6. На каждом стержне выполнено по две секции фаз вторичной обмотки (m2): на стержне 2 секции 7, 8, фазы А, на стержне 3 секции 9, 10 фазы В, на стержне 4 секции 11, 12 фазы С. Указанные секции фаз подсоединены к двум трехфазным группам вводов 13, 14, предназначенным для подсоединения нагрузок. Каждая секция фазы, расположенная на одном стержне, началом (обозначено звездочкой) соединена с концом секции другой фазы и соединена с одним из вводов вторичной обмотки. Так, начало секции 7, расположенной на стержне 2, соединено с концом секции 12, расположенной на стержне 4 и точка их соединения подсоединена к вводу 15. Аналогично точки соединений остальных секций фаз соединены с вводами 16 20.

Электрическая цепь, соединяющая любые два ввода одной группы, содержит две и более секций. Так, например, вводы 15, 16соединены с одной стороны, последовательно включенными секциями 7, 10, 11, 8, с другой стороны секциями 9, 12.

Как видно из векторной диаграммы, представленной на фиг. 2, схема представляет собой два вписанных друг в друга треугольника. При m секциях аналогично будет иметь место m вписанных треугольников.

К трехфазным группам вводов 13 и 14 подключаются соответствующие нагрузки. Проведенные методом математического моделирования расчеты показывают следующее.

При работе трансформатора при равенстве токовых нагрузок по вводам 15 - 20 токи в секциях фаз не отличается от токов при выполнении соединений по [2] Не будет разницы в сравнении с [2] и в опытах трехфазный коротких замыканий вводов 15, 16, 17 или 18, 19, 20, или одновременно 15 20. Соответственно, не отличаются от [2] напряжения сквозного и частичного к.з. в трехфазных режимах и внешние характеристики при нагрузке.

Не будет разницы и в случае к.з. пары вводов в каждой трехфазной группе вводов, например, когда закорочены одновременно вводы 15, 16 и вводы 18, 19. Следовательно в случае преобразовательного трансформатора не изменяются и режимы коммутации одновременно происходящие в этих группах вводов.

Разница по отношению к [2] состоит в том, что при коротком замыкании любых двух вводов одной группы между собой реактивность трансформатора в сравнении с [2] увеличивается в 1,8 2,0 раза и в соответствующее число раз уменьшается ударный ток.

Указанное увеличение сопротивления обусловлено тем, что, в отличие от [2] в цепь однофазного к.к. входит не одна, а минимум две последовательно соединенные секции фаз. Так, например, при замыкании вводов 15, 16 ток короткого замыкания будет протекать по последовательно соединенным секциям фаз 12, 9 и последовательно соединенным секциям фаз 7, 10, 11, 8.

Поскольку наиболее вероятным, режимом аварийного к.з. являются одно- и двухфазные в одной группе вводов, то снижение этого аварийного тока приводит к существенному повышению надежности трансформатора.

Приведенные отличия от трансформатора, выполненного по [2] свидетельствуют о том, что заявляемый трансформатор в своих рабочих режимах при трехфазных синусоидальных токах будет функционировать абсолютно идентично трансформатору [2]

При работе трансформатора в составе преобразовательного агрегата, когда нагрузки к трехфазным группам вводов будут подсоединены через мостовые преобразователи, трансформатор будет нести дополнительную функцию - выравнивания токораспределения между преобразователями (что следует из описания его отличия в различных опытах к.з. от трансформатора по [2]).

Анализ номенклатуры выпускаемых заводами России и Украины мощных силовых трансформаторов показал, что имеется 24 типа силовых трансформаторов и 88 их типоисполнений, схема соединения которых У_н/ДД.

Все эти трансформаторы могут быть выполнены по заявляемой схеме без каких-либо конструктивных изменений в обмотках. При этом снижение аварийных токов в них оценивается в 1,8 1,9 раза ( в оговоренных режимах).

Еще одной областью использования заявляемого технического решения могут стать печные трансформаторы, с целью ограничения однофазных токов к.з. в которых используются предвключенные реакторы. В этих трансформаторах эффективность заявляемого решения будет еще более значительной, так как наряду с повышением надежности позволит отказаться от токоограничивающих реакторов.