ТРЕХФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1997 года по МПК H01F30/12 

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.

Использование: мощные силовые трансформаторы, печные трансформаторы, имеющие расщепленную на несколько частей вторичную обмотку. Сущность изобретения: на стержнях трехстержневой магнитной системы трехфазного трансформатора расположены первичная и вторичная обмотки. Вторичная обмотка состоит из "m" секций фазы на каждом стержне, где 2 ≅ m ≅ 10. Все секции всех фаз подсоединены к "m" трехфазным группам вводов, которые предназначены для подключения нагрузки. Каждая секция одной фазы началом соединена с концом секции другой фазы и с одним из вводов вторичной обмотки таким образом, что любая электрическая цепь, соединяющая два ввода одной группы, содержит, по меньшей мере, две последовательно соединенные секции фаз, что позволяет повысить надежность путем ограничения токов одно- и двухфазных режимов аварийных к.з. 2 ил.

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.