Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения параметров трехлучевой схемы замещения трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов

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_кВ-С, u_кВ-Н, u_кС-Н и три значения потерь активной мощности при КЗ по парам обмоток: ΔР_кВ-С, ΔР_кВ-Н, ΔР_кС-Н. Далее делают предположение [Электрические системы, … под ред. В.А. Веникова, с. 141], что фактическим потерями 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 ΔP_кВ-Н, ΔР_кС-Н и u_кВ-Н, u_кС-Н к номинальной мощности трансформатора, автотрансформатора по общеизвестным выражениям [Электрические системы, … под ред. В.А. Веникова, с. 145-146].

Исследования показали, что напряжения на сторонах трехобмоточного трансформатора и потери мощности в трансформаторе, автотрансформаторе, представленном лучевой схемой замещения при расчете режимов, не соответствуют напряжениям на сторонах трехобмоточного трансформатора, автотрансформатора и потерям мощности в трансформаторе, автотрансформаторе, представленном реальными параметрами в схеме замещения «треугольником» (фиг. 2). При этом схема замещения «треугольник» является естественной и точной схемой, без каких-либо предположений.

Активные сопротивления схемы замещения «треугольник» получены по выражениям:

индуктивные сопротивления схемы замещения получены по выражениям:

коэффициенты трансформации ветвей схемы замещения формируют по выражениям:

где:

r_ВС, r_ВН, r_СН, x_ВС, x_ВН, x_СН - активные и индуктивные сопротивления ветвей схемы замещения «треугольник», Ом;

K_тВС, K_тВН, K_тСН - коэффициенты трансформации ветвей схемы замещения «треугольник», о.е.

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_В, r_С, r_Н, x_В, x_С, x_Н и коэффициентами трансформации K_тВС=U_Вном/U_Сном, K_тВН=U_Вном/U_Нном, второй трансформатор представлен схемой замещения «треугольник», т.е. сопротивлениями r_ВС, r_ВН, r_СН, x_ВС, x_ВН, x_СН (12-15, 12-16, 15-16) и коэффициентами трансформации K_тВС=U_Вном/U_Сном, K_тВН=U_Вном/U_Нном, K_тСН=U_Сном/U_Нном. 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).

Коэффициенты трансформации следующие:

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=3,2 МВАр).

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 активные сопротивления лучей схемы замещения трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов формируют по выражениям:

индуктивные сопротивления схемы замещения формируют по выражениям:

при этом коэффициенты трансформации ветвей среднего и низкого напряжения схемы замещения формируют по выражениям:

где: 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_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.;

r'_В, r'_C, r'_H, x'_B, x'_C, x'_H - активные и индуктивные сопротивления ветвей трехлучевой схемы замещения, сформированные по предлагаемой методике, Ом;

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

K_тВС, K_тВН - 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 формировании параметров этой схемы.

Покажем далее на расчетном примере (фиг. 4) соответствие режима при трехлучевой схеме, в которой параметры сформированы по выражениям (10, 11, 12) со схемой замещения «треугольник», в которой параметры сформированы по выражениям (7, 8, 9). Учитывая, что трехлучевая схема принята на основании предположений (1, 2), а схема «треугольник» вытекает естественным образом из условий опытов КЗ без каких-либо предположений, то имеются основания считать для трехобмоточных трансформаторов более правильной схему замещения «треугольник».

В таблице 6 показаны активные и индуктивные сопротивления лучевой схемы замещения, сформированные по предлагаемой методике, по выражениям (10, 11).

При этом следует учесть, что сопротивления ветви СП следует привести к стороне высокого напряжения, при этом все сопротивления полученной трехлучевой схемы будут приведены к стороне высокого напряжения с учетом применения в ветви среднего напряжения коэффициента трансформации K_тВС, в ветви низкого напряжения - K_тВН.

В таблицах 7 и 8 показаны результаты расчета по программе расчета установившегося режима для схемы сети, показанной на фиг. 4, с учетом параметров из табл. 6

Как видно из таблицы 7, напряжения в однотипных узлах 15 и 25, 16 и 26 расчетной модели на фиг. 4 совпадают как по модулю, так и по углу.

Как видно из таблицы 8, суммарные потери в ветвях трехлучевой схемы замещения (22-24, 24-25, 24-26) (ΔР=0,1 МВт, ΔQ=3,2 MBАр) совпадают с суммарными потерями в ветвях схемы замещения «треугольник» (12-15, 12-16, 15-16).

Таким образом, параметры трехобмоточных трансформаторов, автотрансформаторов трехлучевой схемы замещения, полученные по предлагаемой методике, не содержат методологических погрешностей.

Способ реализуют следующим образом: формируют схему замещения трехобмоточного трансформатора, автотрансформатора, формируют параметры схемы замещения: активные и индуктивные сопротивления ветвей схемы замещения по выражениям (10) и (11), формируют коэффициенты трансформации по выражениям (12), при этом активные и индуктивные проводимости формируют по общепринятым выражениям [Электрические системы, … под ред. В.А. Веникова, с. 137-141].