Паралелна работа на трансформатори: Разпределение на натоварването, съвпадане на %Z и грешките, които струват на електроenerгийните компании простои

Преди два лятни сезона една електрическа компания в Тексас добавила втори трансформатор с капак (1000 kVA), монтиран на земя, до вече съществуващ агрегат, за да поеме растящият товар от жилищен фидер. Плана изглеждал прост: свързване на вторичните намотки към обща шина и разпределяне на натоварването между двата агрегата. На чертежа техните табелки съвпадали. На място първият опит за затваряне предизвикал силно бръмчене, изгорял предпазител на ниското напрежение и подстанцията останала извън строя цял следобед. Причината не била дефектно оборудване — а несъответствие в импеданса, което никой не проверил преди включване. Паралелна работа на трансформатори изглежда направена лесно на еднолинейна схема и наказва подробностите, които никой не проверява.

Защо електроцентрали и промишлени предприятия работят трансформатори в паралел

Работата на две единици върху една шина вече не е специален случай. Натоварването расте по-бързо, отколкото може да се поръча и достави една единица, затова собствениците стъпковат капацитета: инсталират един трансформатор сега и паралелно добавят втори, когато фидерът се изпълни. Електроцентрали използват паралелна работа на единици, за да извадят една от тях за поддръжка, без да прекъснат захранването на клиентите. Промишлените предприятия използват паралелна работа на малки единици, защото две компактни трансформаторни единици се побират в сграда, където не може да се монтира един голям трансформатор. Във всеки случай целта е една и съща — една шина, два източника и автоматично разпределено натоварване.

Уловката: паралелните единици разпределят натоварването само по начина, по който очаквате, ако техните електрически характеристики съвпадат. Ако е нарушено дори едно условие, двойката престава да действа като единична банка от 2000 kVA и започва да функционира като две машини, които се противопоставят една на друга. Неуспехите се проявяват чрез прегряване, изключване на предпазители и активиране на защитни устройства — винаги в най-неподходящия момент, обикновено след като разговорът за гаранцията вече е приключил.

 

Условия за безопасна паралелна работа на трансформатори

Преди два трансформатора да бъдат свързани към обща шина, трябва да са изпълнени пет условия:

• Еднаква фазова последователност и еднакво фазово изместване (векторна група). Устройство тип Dyn11 не може да работи паралелно с устройство тип Dyn1 или Yyn0 без проблеми с ъгъла на фазата.
• Равни коефициенти на напрежение при работния отвод, с отклонение до около 0,5 %. Отклоненията от номиналния отвод се вземат под внимание — и двете устройства трябва да са на един и същ отвод.
• Процентните стойности на импеданса трябва да са близки една до друга, с отклонение до приблизително 10 %. Колкото по-близки са стойностите на %Z, толкова по-равномерно се разпределя товарът.
• Съвместима капацитетна способност при късо съединение и защита. Шината, предпазителите и прекъсвачите трябва да издържат сумарния принос към аварийния ток от двете устройства.
• Еднаква честота на системата и обща референтна точка — две устройства, проектирани за различни мрежи, не могат да работят заедно на една шина.

Тези изречения звучат като редове от учебник, докато не се появи реален проект. Преди да бъде подадено каквото и да е паралелно предложение, нашите инженери сравняват измерените стойности от рутинните тестови отчети — а не обещанията върху табелката. Измерената стойност на %Z и измереното съотношение при действителния работен отвод решават дали две уредби могат безопасно да споделят една шина.

 

Разпределение на натоварването и %Z: Където математиката „хапва“

Основното правило за паралелна работа на трансформатори това е така, защото натоварването се разпределя според импеданса, а не според добрата воля. При два агрегата с еднаква номинална мощност кВА, които всеки от тях поема, е обратно пропорционално на собствения му процент импеданс (%Z): агрегатът с по-нисък импеданс поема по-голяма част. Разгледайте два агрегата по 1000 кВА, чиито табелки показват импеданс 5,5 % и 6,5 %. При обща мощност на групата от 2000 кВА агрегатът с 5,5 % импеданс се опитва да поеме около 1083 кВА — 108 % от номиналната си мощност — докато агрегатът с 6,5 % импеданс работи само с 917 кВА. Агрегатът с по-нисък импеданс достига 100 % натоварване, когато общата мощност на групата е само около 1846 кВА, т.е. приблизително 92 % от капацитета, за който собственикът е платил.

Група: два агрегата по 1000 кВА	Несъвпадащи стойности на %Z (5,5 % / 6,5 %)	Съвпадащи стойности на %Z (5,5 % / 5,5 %)
Разпределение на натоварването при обща мощност 2000 кВА	1083 кВА / 917 кВА (108 % / 92 %)	1000 кВА / 1000 кВА (100 % / 100 %)
Максимална използваема мощност на групата, преди единият агрегат да достигне 100 % натоварване	~1846 кВА (92 %)	2000 кВА (100 %)
Риск при пълно натоварване на трансформаторната група	Единицата с по-ниско %Z прегрява, старее бързо и изключва	Няма нищо от импеданса

Затова две "идентични" единици с номинални стойности на импеданса, различаващи се с цяла точка, намаляват номиналната мощност на групата още преди включването ѝ. Решението не е по-голям предпазител. То е или съгласуване на %Z в техническата спецификация — поискайте от двете фабрики измерените стойности при основния отвод — или приемане на по-ниска номинална мощност на групата и посочване на това в настройките на защитата.

За разпределение на натоварването между трансформатори , същото обратно правило важи и за различни номинални мощности: всяка единица доставя своята номинална kVA мощност, разделена на нейния %Z, а двойката разпределя натоварването пропорционално само когато стойностите на %Z са близки. Когато собственик ни попита дали единица от 750 kVA може да работи паралелно с единица от 1 000 kVA, нашият отговор започва със същия въпрос — какви са измерените стойности на импеданса и на кой отвод ще работят и двете единици?

 

Циркулиращ ток: Какво се случва, когато коефициентите на трансформация не съвпадат

Несъответствието в коефициента на трансформация създава ток, който тече между два успоредно свързани трансформатора дори когато шината няма товар. Инженерите го наричат циркулиращ ток , а той се ограничава само от сумата от импедансите на двата трансформатора. За бърза проверка разликата от 2,5 % в стъпката при два трансформатора с по 5,5 % импеданс води до приблизително 0,025 / (0,055 + 0,055) — около 23 % от номиналния ток, циркулиращ при празен ход. Този ток предизвиква загуби, нагрява и двете трансформаторни кутии и повишава температурата на намотките без полезна работа. Разликата от 0,5 % в коефициента на трансформация поддържа циркулиращия компонент при празен ход около 5 %, което е причината за общоприетото правило „съгласувайте коефициента на трансформация в рамките на половин процент.“

Несъответствието в предавателното отношение също изкривява разпределението на натоварването под натоварване, което насочва единицата с по-високо предавателно отношение към прекомерно възбуждане и двойката към неуравновесено нагряване. Грешките в ъгъла на фазата са още по-опасни: свързването на единици с несъвместими векторни групи е ефективно късо съединение през шината, а защитата се задейства, преди някой да има време да прочете показанията на брояча. Всяка инсталация за паралелна работа, която сме наблюдавали, започва с проверка на последователността на фазите в шината — не защото инженерите се съмняват в данните от табелките, а защото е по-евтино да се открие един обърнат кабел, отколкото една изгоряла трансформаторна група.

 

Какво да проверите в протокола от изпитанията преди паралелната работа

Всеки доставен от нас трансформатор включва протокол от рутинни изпитания с числата, необходими за изследване на паралелната работа. Преди да включите нов трансформатор в паралелна работа с вече съществуващи устройства, извлечете тези пет стойности от протоколите на изпитанията на двете единици:

• Измерена %Z при основния отвод, при една и съща база — не гарантиранията стойност от табелката.
• Измерено напрежение на работния отвод, включително отводите извън номиналното напрежение, които планирате да използвате.
• Векторна група или фазово изместване, плюс проверка на последователността на фазите на обекта преди първото затваряне.
• Загуби при празен ход и загуби при натоварване — те определят ефективността на двойката и разкриват разликите в сърцевината или намотките.
• Положение и обхват на превключвателя за отводи, така че и двете уреда да могат да бъдат зададени на един и същ отвод и да останат там.

Процедурите за изпитване, които дават тези числа, са дефинирани в IEEE C57.12.90 — стандартен код за изпитване на трансформатори с течностно охлаждане , а конвенциите за номинални стойности и табелки са от IEC 60076-1, чийто обхват е в Страницата на IEC Webstore . Ако доставчик не може да предостави измерени данни за импеданс и съотношение за точния уред, този уред не трябва да се паралелизира с нищо.

 

Какво проверяваме в Ryan Electric преди изпращането на два уреда

Като партньор в съвместно предприятие с Eaton от 2023 г., със сертификати UL, CSA, IEEE и DEKRA в нашата портфолио, производствена база от 120 000 квадратни метра и 37 патента зад нас, ние третираме поръчките, готови за паралелна работа, като документационно упражнение, а не като обещание. Когато купувач ни съобщи, че две единици ще работят върху един шинопровод, ние регистрираме измереното %Z при основните и отклонените от номиналните тапове, извършваме рутинните изпитания според IEEE C57.12.90 и посочваме импеданса и съотношението в изпитателния протокол по начин, който инженерът на обекта може да използва без необходимостта от обратно обаждане до фабриката.

Практичесият съвет е кратък. В паралелна работа на трансформатори , двойката е толкова добра, колкото най-лошо съвпадащият параметър — а най-лошо съвпадащият параметър обикновено се намира в мелкия шрифт на тестовия отчет, който никой не е сравнявал. Ако добавяте единица към съществуваща банка, изпратете тестовия отчет на старата единица заедно с вашата RFQ и ние ще извършим сравнение на импеданса и съотношението, преди да ви направим оферта. Този единствен стъпка е разкрила несъвместимости, които биха намалили капацитета на банката или биха изгорели предпазител в първия ден.

Планирате ли да включите нов трансформатор успоредно със съществуващо оборудване? Изпратете тестовия отчет на съществуващата единица и новата й мощност чрез ryantransformers.com — нашите инженери ще проверят съвместимостта по %Z, съотношение и векторна група и ще ви предложат единици, които ще разпределят товара така, както го гарантира еднолинейната схема.

За автора — Тази статия е написана от инженерния екип на Ryan Electric, партньор на Eaton и производител на трансформатори, сертифициран от UL/CSA, със седалище в Цзянсу, Китай, който обслужва клиенти от енергетиката, възобновяемите енергийни източници и промишлеността в Северна Америка, Югоизточна Азия, Близкия изток и Африка.