Способ определения параметров схемы замещения треугольник трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов Российский патент 2017 года по МПК G01R27/02 

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при мониторинге электрических режимов в электроэнергетических системах.

При расчетах аварийных и нормальных режимов электрических сетей трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы обычно и единственно представляют эталонной трехлучевой схемой замещения (фиг. 1) [Электрические системы. Электрические сети: Учеб. Для электроэнерг. спец. ВУЗов / Под ред. В.А. Веникова, В.А. Строева. - 2-е изд. - М.: Высш. Шк., 1998. - 511 с.]. Активные и индуктивные сопротивления лучей схемы замещения трансформатора, автотрансформатора определяют по паспортным данным трансформатора, автотрансформатора, полученным на заводе-изготовителе в результате опытов короткого замыкания (КЗ).

В опытах КЗ для определения сопротивлений обмоток к одной из обмоток подводится такое напряжение U_кз, чтобы в ней протекал номинальный ток, при этом вторая обмотка замкнута накоротко, третья - разомкнута, т.е. проводят три опыта КЗ. В опытах определяют три напряжения короткого замыкания по парам обмоток, отмеченных в индексах: u_кB-C, u_кB-H, u_кC-H и три значения потерь активной мощности при КЗ по парам обмоток: ΔР_кB-C, ΔР_кB-H, ΔРu_кC-H. Далее делают предположение [Электрические системы, … по ред. В.А. Веникова, с. 141], что фактическим потерям и напряжению КЗ могут быть поставлены в соответствие фиктивные значения потерь и напряжений КЗ двух соответствующих лучей схемы замещения, а именно:

Откуда, система уравнений (1) позволяет найти выражения потерь, соответствующих каждому из лучей схемы замещения:

Рассчитанные по (3) значения служат для определения приведенных к стороне высокого напряжения трансформатора, автотрансформатора активных сопротивлений лучей схемы замещения по выражениям:

Аналогично из системы уравнений (2) получают выражения напряжений КЗ, соответствующих каждому из лучей схемы замещения:

Рассчитанные по (5) значения служат для определения приведенных к стороне высокого напряжения трансформатора, автотрансформатора индуктивных сопротивлений лучей схемы замещения по выражениям:

В выражениях (3) и (5) не показано влияние номинальных мощностей обмоток сторон, которое может быть учтено приведением ΔР_кВ-Н, ΔР_кС-Н и u_кВ-Н, u_кС-Н номинальной мощности трансформатора, автотрансформатора по общеизвестным выражениям [Электрические системы, … по ред. В.А. Веникова, с. 145-146].

Исследования показали, что напряжения на сторонах трехобмоточного трансформатора и потери мощности в трансформаторе, автотрансформаторе, представленных лучевой схемой замещения при расчете режимов не соответствуют напряжениям на сторонах трехобмоточных трансформатора, автотрансформатора и потерям мощности в трансформаторе, автотрансформаторе, представленных реальными параметрами в схеме замещения треугольник (фиг. 2). При этом схема замещения треугольник является естественной и точной схемой, без каких-либо предположений. Т.е. общепринятые трехлучевая схема замещения и параметры трехобмоточных трансформаторов, автотрансформаторов содержат методологические погрешности.

Техническая задача изобретения состоит в формировании уточненных параметров схемы замещения трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов.

Указанный технический результат достигается тем, что формируют схему замещения треугольник, в которой активные сопротивления ветвей формируют по выражениям:

индуктивные сопротивления ветвей формируют по выражениям:

при этом коэффициенты трансформации ветвей формируют по выражениям:

где: u_кВ-С, u_кВ-Н, u_кВ-H - напряжения короткого замыкания по парам обмоток, отмеченных в индексах, о.е.;

ΔP_кВ-С, ΔP_кВ-Н, ΔP_кВ-H - значения потерь активной мощности при коротком замыкании по парам обмоток, отмеченных в индексах, Вт;

r_ВС, r_ВН, r_СН, x_ВС, х_ВН, х_СН - активные и индуктивные сопротивления ветвей схемы замещения, Ом;

UB_ном, U_Снно, U_Нном - номинальные напряжения высокой, средней и низкой сторон трансформатора, автотрансформатора, В;

K_тВС, K_тВН, K_тСН - коэффициенты трансформации ветвей схемы замещения, о.е.;

S_т.ном - номинальная мощность трансформатора, ВА.

Отличие от известного (единственного) эталонного способа определения параметров схемы замещения заключается в новой форме составления схемы замещения и формировании параметров этой схемы.

Покажем на расчетном примере по программе расчета установившегося режима: на сторонах среднего и низкого напряжений двух одинаковых трехобмоточных трансформаторов марки ТДТН - 80000/110, 115/38,5/6,6 подключены одинаковые мощности нагрузок, трансформаторы подключены к пункту питания (фиг. 3).

Паспортные данные трансформатора приведены в таблице 1.

Первый трансформатор представлен общепринятой лучевой схемой замещения (ветви 2-4, 4-5, 4-6), т.е. сопротивлениями r_B, r_С, r_H, x_B, x_С, x_H и коэффициентами трансформации K_тВС=U_Bном/U_Сном, K_тBH=U_Вном/U_Нном, второй трансформатор представлен схемой замещения треугольник, т.е. сопротивлениями r_BC, r_BH, r_CH, x_BC, x_BH, x_CH (ветви 12-15, 12-16, 15-16) и коэффициентами трансформации K_тВС=U_Bном/U_Сном, K_тBH=U_Вном/U_Нном,, K_тCH=U_Cном/UН_ном. При этом схема замещения треугольник является естественной и точной схемой без каких-либо предположений.

Параметры лучевой схемы замещения рассчитаны по выражениям (4) и (6) (таблица 2)

Параметры схемы замещения треугольник рассчитаны по выражениям (7) и (8) (таблица 3).

Результаты расчета приведены в таблицах 4 и 5.

Как видно из таблицы 4, напряжения в однотипных узлах 5 и 15 расчетной модели отличаются на 2,4% по модулю и на 2 градуса по углу, в узлах 6 и 16 отличаются на 3,7% по модулю и 3,35 градуса по углу.

Как видно из таблицы 5, суммарные потери в ветвях трехлучевой схемы замещения (ΔР=0,16 МВт, ΔQ=6,11 MBАр) существенно отличаются от суммарных потерь в ветвях схемы замещения «треугольник» (ΔР=0,1 МВт, ΔQ=3,2MBAp).

Учитывая, что трехлучевая схема принята на основании предположений (1, 2), а схема треугольник вытекает естественным образом из условий опытов КЗ без каких-либо предположений, имеются основания считать для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов более правильной схему замещения треугольник.

Способ реализуют следующим образом: формируют схему замещения трехобмоточных трансформатора, автотрансформатора, формируют параметры схемы замещения треугольник: активные и индуктивные сопротивления ветвей схемы замещения по выражениям (7) и (8), формируют коэффициенты трансформации по выражениям (9), при этом активные и индуктивные проводимости формируют по общепринятым выражениям [Электрические системы, … по ред. В.А. Веникова, с. 137-141].

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при мониторинге электрических режимов в электроэнергетических системах. Сущность: в опытах короткого замыкания определяют напряжения короткого замыкания и потери активной мощности короткого замыкания. Формируют схему замещения треугольник. Определяют активные сопротивления ветвей схемы замещения треугольник по выражениям:

индуктивные сопротивления ветвей схемы замещения треугольник формируют по выражениям:

где u_кВ-С, u_кВ-Н, u_кС-Н - напряжения короткого замыкания по парам обмоток, отмеченных в индексах, для автотрансформатора u_кВ-Н, u_кС-Н приведены к его номинальной мощности, о.е., ΔР_кВ-С, ΔР_кВ-Н, ΔР_кС-Н - значения потерь активной мощности при коротком замыкании по парам обмоток, отмеченных в индексах, для автотрансформатора ΔР_кВ-Н, ΔР_кС-Н приведены к его номинальной мощности, Вт, U_Вном, U_Сном, U_Нном - номинальные напряжения высокой, средней и низкой сторон трансформатора, автотрансформатора, В, S_т.ном - номинальная мощность трансформатора, ВА. Коэффициенты трансформации ветвей схемы замещения определяют по выражениям:

Технический результат: исключение методологической погрешности. 3 ил.

Способ определения параметров схемы замещения треугольник трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов, в котором в опытах короткого замыкания определяют напряжения короткого замыкания и потери активной мощности короткого замыкания по парам обмоток, по которым формируют параметры схемы замещения, отличающийся тем, что активные сопротивления ветвей схемы замещения треугольник формируют по выражениям:

индуктивные сопротивления ветвей схемы замещения треугольник формируют по выражениям:

при этом коэффициенты трансформации ветвей схемы замещения формируют по выражениям:

где: u_кВ-С, u_кВ-Н, u_кС-Н - напряжения короткого замыкания по парам обмоток, отмеченных в индексах, для автотрансформатора u_кВ-Н, u_кС-Н приведены к его номинальной мощности, о.е.;

ΔР_кВ-С, ΔР_кВ-Н, ΔР_кС-Н - значения потерь активной мощности при коротком замыкании по парам обмоток, отмеченных в индексах, для автотрансформатора ΔР_кВ-Н, ΔР_кС-Н приведены к его номинальной мощности, Вт;

r_BC, r_BH, r_CH, x_BC, x_BH, x_CH - активные и индуктивные сопротивления ветвей схемы замещения, Ом;

U_Вном, U_Сном, U_Нном - номинальные напряжения высокой, средней и низкой сторон трансформатора, автотрансформатора, В;

K_тВС, K_тВН, K_тСН - коэффициенты трансформации ветвей схемы замещения, о.е.;

S_т.ном - номинальная мощность трансформатора, ВА.