СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1997 года по МПК H01F30/12 

Изобретение относится к электротехнике, к силовым трансформаторам со вспомогательными обмотками.

Известен автотрансформатор со вспомогательной обмоткой, предназначенной для питания трансформатора собственных нужд электростанции или подстанции (авт. св. N 127560, кл. Н 01 F 31/02, 27/28, а также Электрические станции. 1989, N 6 с. 47-48).

Недостатком данного устройства является наличие трансформатора собственных нужд с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), что снижает надежность работы в целом агрегата.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является силовой трансформатор блока электростанции, содержащий вспомогательную обмотку для питания собственных нужд (Электрические станции. 1991, N 9, с. 50-54).

Недостатком является необходимость применения РПН в обмотке высшего напряжения блочного трансформатора для стабилизации напряжения вспомогательной обмотки, что увеличивает число отказов и время восстановления трансформатора.

Задача изобретения заключается в повышении надежности силового трансформатора путем обеспечения стабильности напряжения на выводах вспомогательной обмотки и ограничении токов короткого замыкания через обмотки трансформатора.

Задача стабилизации напряжения решается путем выполнения вспомогательной обмотки в виде двух последовательно соединенных секций, при этом витки первой секции охватывают стержни магнитной системы трансформатора, а витки второй секции охватывают каналы магнитного потока рассеяния низковольтной и высоковольтной обмоток данного трансформатора.

Для стабилизации напряжения используют продольный и поперечный магнитные потоки рассеяния обмоток трансформатора. Для этого витки второй секции вспомогательной обмотки располагают на одном из торцов соответствующих концентров низковольтной и высоковольтной обмоток таким образом, что они охватывают каналы продольного магнитного потока рассеяния данных обмоток. При размещении витков второй секции вспомогательной обмотки между поверхностью стержня магнитной системы и внутренней поверхностью концентра обмотки трансформатора они охватывают каналы поперечного магнитного потока рассеяния обмоток трансформатора. Для усиления поперечного магнитного потока, охватываемого витками, провода витков второй секции транспонированы на уровне середины высоты концентров низковольтной и высоковольтной обмоток трансформатора.

Стабилизация напряжения с ограничением токов короткого замыкания через обмотки трансформатора достигается тем, что в нем установлена дополнительная магнитная система, на которой расположены вторая секция вспомогательной обмотки и обмотка возбуждения, включенная между концом высоковольтной обмотки и нейтралью трансформатора. Ограничение аварийного тока при протекании его через нейтраль трансформатора происходит за счет дополнительного сопротивления, создаваемого второй секцией вспомогательной обмотки.

Стабилизация напряжения на зажимах вспомогательной обмотки трансформатора достигается следующим образом.

При увеличении тока нагрузки магнитный поток в стержнях трансформатора будет уменьшаться, соответственно будет уменьшаться и напряжение на первой секции вспомогательной обмотки. Но пропорциональный току нагрузки магнитный поток рассеяния обмоток и ток через обмотку возбуждения дополнительной магнитной системы при этом будут увеличиваться и, соответственно, будет расти напряжение на второй секции вспомогательной обмотки. А результирующее напряжение на выводах вспомогательной обмотки, равное сумме выходных напряжений обеих секций, останется практически неизменным.

На фиг. 1 представлена схема электроснабжения собственных нужд блока электростанции от вспомогательной обмотки силового блочного трансформатора; на фиг. 2 векторная диаграмма напряжений вспомогательной обмотки блочного трансформатора для режима нагрузки (а) и режима трехфазного короткого замыкания на стороне ВН трансформатора (б); на фиг. 3 5 схемы размещения одной фазы низковольтной, высоковольтной и вспомогательной обмоток блочного трансформатора.

Генератор 1 через блочный трансформатор 2 и выключатель 3 подключен к шинам высшего напряжения 4 (фиг. 1). Вспомогательная обмотка 5 трансформатора 2 соединена с шинами питания 6 собственных нужд блока (генератор 1 - трансформатор 2) электростанции.

Витки первой секции С1 вспомогательной обмотки 5 охватывают стержень 7 магнитной системы 8 трансформатора 2 (фиг. 3). Вторая секция С2 вспомогательной обмотки 5 расположена на одном из торцов концентратов низковольтной (НН) и высоковольтной (ВН) обмоток трансформатора 2 таким образом, что витки этой секции охватывают канал 9 продольного магнитного потока рассеяния Ф_s.пр. данных обмоток (фиг. 3, вид А).

На виде А показан один виток секции С2. При этом часть стержня и витка, находящиеся за осью симметрии 00' стержня и не показанные на фиг. 3, на виде А показаны пунктирными линиями. Основной магнитный поток Ф_o в стержне 7 показан на виде А крестиками, а магнитный поток рассеяния Ф_s.пр., охватываемый витком секции С2, показан точками. То есть расположение витков секции С2 предусматривает, например, бифилярную их намотку относительно магнитного потока Ф_o в стержне 7. Обмотки секций С1 и С2 соединены между собой последовательно.

При размещении витков секции С2 между поверхностью стержня 7 магнитной системы 8 и внутренней поверхностью концентра обмотки, например, НН, вдоль длины окружности, описанной вокруг стержня 7, витки этой секции охватывают канал 10 поперечного магнитного потока рассеяния Ф_s.пп. обмоток трансформатора (фиг. 4, вид Б). На виде А показан один виток секции С2 в развернутом виде. Поперечный магнитный поток рассеяния Ф_s.пп., пронизывающий виток одного направления, обозначен крестиками, а противоположного точками. Для усиления потока Ф_s.пп. путем суммирования его разнонаправленных частей провода витков секции С2 транспонированы на уровне середины высоты концентров обмоток НН, ВН трансформатора 2. На виде Б показано расположение витков секции С2, которое предусматривает, например, бифилярную их намотку относительно магнитного потока Фо в стержне 7. Обмотки секций С1 и С2 соединены между собой последовательно.

Для обеспечения стабилизации напряжения вспомогательной обмотки 5 с одновременным ограничением токов короткого замыкания через обмотки трансформатора 2, в последнем установлена дополнительная магнитная система 11 с обмоткой возбуждения 12, включенной между концом обмотки ВН и нейтралью данного трансформатора (фиг. 5). Секция С2 вспомогательной обмотки 5 расположена на дополнительной магнитной системе 11 и последовательно соединена с секцией С1.

Для силового трансформатора 2 с различным выполнением второй секции С2 вспомогательной обмотки 5 (фиг. 3 5) процесс стабилизации напряжения на выводах вспомогательной обмотки осуществляется идентично и следующим образом.

При увеличении тока нагрузки генератора 1 увеличивается падение напряжения в обмотках трансформатора 2, пропорционально уменьшается магнитный поток Фо в стержнях трансформатора и пропорционально увеличивается магнитный поток рассеяния Ф_s.пр., Ф_s.пп. его обмоток ВН, НН. Это значит, что с ростом тока нагрузки напряжение И_С1 на выводах секции С1 будет изменяться обратно пропорционально току, т.е. снижаться, а на выводах секции С2 напряжение И_C2 будет увеличиваться, так как оно изменяется прямо пропорционально току. Результирующее напряжение U_во на выводах вспомогательной обмотки 5 для режима нагрузки с заданным cosΦ определяется геометрической суммой напряжений обеих секций (фиг. 2, а), что и обеспечивает необходимую стабильность напряжения на ее выводах. Это позволяет в режиме загрузки исключить РПН для трансформатора 2 и повысить надежность работы последнего за счет снижения отказов и времени восстановления.

В режиме трехфазного короткого замыкания на шинах высшего напряжения 4 для генератора 1 основным сопротивлением будет индуктивное сопротивление блочного трансформатора 2. Поэтому фаза напряжения U_С2 на выводах секции 2 будет опережать фазу тока на 90^o, и напряжение секции С2 будет совпадать по фазе с напряжением V_С1 секции С1. Тогда результирующее напряжение U_во на выводах вспомогательной обмотки определится алгебраической суммой напряжений обеих секций (фиг. 2, б). При этом значение напряжения U_во в обеих режимах остается практически неизменным. Таким образом, благодаря стабильности напряжения на вспомогательной обмотке 5 в рассмотренном режиме не происходит переключение питания собственных нужд блока на резервный трансформатор, что исключает режим самозапуска двигателей собственных нужд и дополнительно повышает надежность их схемы электроснабжения.

Выполнение секции С2 на дополнительной магнитной системе (фиг. 5) обуславливает в режиме короткого замыкания дополнительное реактивное сопротивление между концом обмотки ВН и нейтралью трансформатора 2, что позволяет уменьшить аварийный ток и тем самым повысить надежность работы электрооборудования блока (генератора 1, трансформатора 2, выключателя 3) в аварийном режиме.

Таким образом, предлагаемый силовой трансформатор со вспомогательной обмоткой позволяет по сравнению с известными устройствами обеспечить стабильность напряжения на выводах вспомогательной обмотки как в нормальном, так и в аварийном режимах, а также ограничение аварийных токов через обмотки.

Использование: в электротехнике. Сущность изобретения: трансформатор содержит магнитную систему с низковольтной и высоковольтной обмотками, вспомогательную обмотку, выполненную в виде двух последовательно соединенных секций, витки первой секции охватывают стержни магнитопровода, а витки второй секции расположены либо на торцах соответствующих концентров низковольтной и высоковольтной обмоток, либо витки второй секции размещены между поверхностью стержня магнитной системы и внутренней поверхностью концентра обмотки трансформатора, либо на дополнительной магнитной системе. 4 з.п. ф-лы. 5 ил.

1. Силовой трансформатор, содержащий магнитную систему с низковольтной и высоковольтной обмотками, вспомогательную обмотку, отличающийся тем, что вспомогательная обмотка выполнена в виде двух последовательно соединенных секций, при этом витки первой секции охватывают стержни магнитной системы. 2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что витки второй секции вспомогательной обмотки расположены на одном из торцов соответствующих концентров низковольтной и высоковольтной обмоток и охватывают каналы продольного магнитного потока рассеяния данных обмоток. 3. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что витки второй секции вспомогательной обмотки размещены между поверхностью стержня магнитной системы и внутренней поверхностью концентра обмотки трансформатора, при этом провода витков секции транспонированы на уровне середины высоты концентров низковольтной и высоковольтной обмоток, витки охватывают каналы поперечного магнитного потока рассеяния указанных обмоток. 4. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что в нем установлена дополнительная магнитная система с обмоткой возбуждения, вторая секция вспомогательной обмотки расположена на дополнительной магнитной системе. 5. Трансформатор по п.4, отличающийся тем, что обмотка возбуждения включена между концом высоковольтной обмотки и нейтралью трансформатора.