Transformatoru paralēla darbība: slodzes sadale, %Z atbilstība un kļūdas, kas noved pie elektroenerģijas uzņēmumu ekspluatācijas pārtraukumiem

Pirms diviem vasarām Teksasā esoša komunālā uzņēmuma pie esošā transformatora pievienoja otro 1000 kVA lielu padmontētu transformatoru, lai nodrošinātu augošu dzīvojamo rajonu barošanu. Plāns šķita vienkāršs: savienot abu transformatoru sekundārās puses kopējā barošanas sadales sistēmā un ļaut abām vienībām kopīgi nodrošināt slodzi. Teorētiski abu transformatoru tehniskie dati sakrita. Praksē pirmā tuvošanās mēģinājums izraisīja skaļu brīkšķi, zemsprieguma pusē izdegušu drošinātāja iekšējo vadu un apakšstaciju, kas palika bez barošanas visu pēcpusdienas laiku. Cēlonis nebija defektīga aprīkojuma — tas bija pretestības neatbilstības risks, ko neviens nebija pārbaudījis pirms barošanas ieslēgšanas. Transformatoru paralēlo ekspluatāciju uz vienas līnijas shēmas izskatās vienkārša, taču tā sodīs tos, kas nepārbauda sīkumus.

Kāpēc elektroenerģijas uzņēmumi un rūpnīcas ekspluatē transformatorus paralēli

Divu vienību darbināšana vienā barošanas līnijā vairs nav īpašs gadījums. Slodze aug ātrāk, nekā var pasūtīt un piegādāt vienu vienību, tāpēc īpašnieki pakāpeniski paplašina jaudu: tagad uzstāda vienu transformatoru, bet tad paralēli pieslēdz otro, kad barošanas līnija ir pilna. Elektroenerģijas uzņēmumi pieslēdz transformatorus paralēli, lai vienu no tiem izņemtu tehniskai apkopei, nepārtraucot patērētāju elektroapgādi. Rūpnīcas paralēli darbina mazākus transformatorus, jo divi kompakti transformatori ietilpst ēkā, kurā nevar ievietot vienu lielu transformatoru. Katrā gadījumā mērķis ir viens un tas pats — viena barošanas līnija, divi avoti, slodze automātiski sadalīta.

Uzmanību: paralēli darbināti transformatori sadala slodzi tikai tad, ja to elektriskās īpašības sakrīt. Ja kāds nosacījums nav ievērots, abas vienības vairs nedarbojas kā viena 2000 kVA transformatoru grupa, bet gan kā divas mašīnas, kas cīnās viena pret otru. Defekti izpaužas kā pārkarsēšanās, drošinātāju izdarīšanās un aizsardzības sistēmu aktivizēšanās — vienmēr ļoti nepatīkamā brīdī, parasti pēc tam, kad garantijas diskusija jau ir beigusies.

 

Transformatoru drošai paralēlai darbībai nepieciešamie nosacījumi

Pirms divus transformatorus pievieno kopīgai barošanas sadales sistēmai, jāievēro pieci nosacījumi:

• Vienāda fāžu secība un vienāds fāžu nobīde (vektoru grupa). Dyn11 vienība nevar darboties paralēli ar Dyn1 vai Yyn0 vienību, jo rodas fāžu leņķa problēmas.
• Darba regulējamās tapas līmenī — vienādi sprieguma palielinājuma koeficienti, atkāpe ne vairāk kā aptuveni 0,5 procenti. Atkāpes no nominālās tapas pozīcijas ir būtiskas — abām vienībām jābūt uz vienas un tās pašas tapas pozīcijas.
• Procentuālās impedances jābūt cieši savstarpēji saskaņotām, atkāpe ne vairāk kā aptuveni 10 procenti. Jo tuvākas %Z vērtības, jo vienmērīgāka slodzes sadale.
• Savietojama īsslēguma jauda un aizsardzība. Barošanas sadales sistēma, drošinātāji un slēdži jāspēj izturēt abu vienību kopējo īsslēguma strāvu.
• Vienāda sistēmas frekvence un kopīgs atskaites punkts — divas vienības, kas projektētas dažādām elektrotīklām, nedrīkst darboties uz vienas barošanas sadales sistēmas.

Šīs rindas izklausās kā mācību grāmatas teikumi, kamēr uz galda nav reāla projekta. Pirms jebkuras paralēlas piedāvājuma iesniegšanas mūsu inženieri salīdzina mērītos lielumus no ikdienas testu ziņojumiem — nevis plāksnītes norādītos solījumus. Mērītā %Z vērtība un mērītais attiecības koeficients pie faktiskā darba atzara ir tas, kas nosaka, vai divi transformatori var droši koplietot barošanas līniju.

 

Slodzes sadale un %Z: kur matemātika kļūst svarīga

Galvenais noteikums par transformatoru paralēlo ekspluatāciju tas slodzes sadalās pēc impedances, nevis pēc labvēlības. Diviem vienādiem agregātiem kVA daudzums, ko katrs pārnes, ir apgriezti proporcionāls tā paša %Z: agregāts ar zemāko impedansi pārnes lielāko daļu. Apskatīsim divus 1000 kVA agregātus, kuru uzraksti norāda 5,5 procentus un 6,5 procentus impedances. Kopējā bankas slodze 2000 kVA gadījumā 5,5 procentu agregāts cenšas pārnest aptuveni 1083 kVA — 108 procentus no savas jaudas, kamēr 6,5 procentu agregāts strādā tikai ar 917 kVA. Zemākās impedances agregāts sasniedz 100 procentus slodzes, kad kopējā bankas slodze ir tikai aptuveni 1846 kVA, kas ir aptuveni 92 procenti no jaudas, par kuru īpašnieks ir samaksājis.

Banka: divi 1000 kVA agregāti	Nesakritīga %Z (5,5 % / 6,5 %)	Sakritīga %Z (5,5 % / 5,5 %)
Slodzes sadalījums kopējai 2000 kVA slodzei	1083 kVA / 917 kVA (108 % / 92 %)	1000 kVA / 1000 kVA (100 % / 100 %)
Maksimālā bankas jauda, līdz viens agregāts sasniedz 100 % slodzi	~1846 kVA (92 %)	2000 kVA (100 %)
Risks pilnībā slodzītā bankā	Zemākas-%Z vienība pārkars, ātri noveco un izslēdzas	Nav nekādu problēmu no impedances

Tāpēc divas "identiskas" vienības ar plāksnītē norādītām impedancēm, kas atšķiras par veselu punktu, samazina bankas jaudu jau pirms tās ieslēgšanas. Risinājums nav lielāka drošinātāja uzstādīšana. Tas ir vai nu %Z pielāgošana specifikācijā — jāpieprasa abām ražotnēm mērītās vērtības galvenajā tapā — vai arī zemākas bankas jaudas pieņemšana un tās norādīšana aizsardzības iestatījumos.

Priekš transformatoru slodzes sadale , tā pati apgrieztā likuma attiecas arī uz dažādām jaudām: katra vienība nodrošina savu nominālo kVA, dalītu ar tās %Z, un abas vienības sadala slodzi proporcionāli tikai tad, ja to %Z vērtības ir līdzīgas. Kad klients mums vaicā, vai 750 kVA vienību var pieslēgt paralēli 1000 kVA vienībai, mūsu atbilde sākas ar to pašu jautājumu — kādas ir mērītās impedances un uz kura tapa darbosies abas vienības?

 

Cirkulējošā strāva: ko notiek, ja transformācijas attiecības nesakrīt

Sprieguma attiecības neatbilstība rada strāvu, kas plūst starp diviem paralēli pieslēgtiem vienībām pat tad, ja barošanas līnijā nav slodzes. Inženieri to sauc apļojošā strāva , un tās lielumu ierobežo tikai abu vienību impedanču summa. Ātrai pārbaudei: 2,5 % tapas atšķirība starp divām vienībām, kuru katras impedance ir 5,5 %, rada aptuveni 0,025 / (0,055 + 0,055) — apmēram 23 % no nominālās strāvas plūsmas bez slodzes. Šī strāva rada zudumus, silda abas tvertnes un paaugstina tinumu temperatūru bez jebkādas noderīgas darbības. 0,5 % attiecības atšķirība tur no slodzes neatkarīgo apļojošo strāvu tuvu 5 %, tāpēc prakses noteikums ir „pielīdzināt attiecību ar precizitāti līdz pusei procenta.“

Attiecību neatbilstība izraisa arī slodzes sadali slodzes apstākļos, virzot augstākās attiecības vienību pārpiespīlēšanās virzienā un abu vienību pāri — nevienmērīgai sasilšanai. Fāžu leņķa kļūdas ir vēl briesmīgākas: vienību savienošana ar nesaderīgiem vektoru grupiem faktiski rada īssavienojumu caur barošanas sistēmu, un aizsardzības sistēma reaģē, pirms kāds ir paspējis izlasīt skaitītāja rādījumus. Katrā paralēlajā uzstādīšanā, kuru esam redzējuši, sāk ar fāžu secības pārbaudi pie barošanas sistēmas — nevis tāpēc, ka inženieri šaubītos par datu plāksnītēm, bet gan tāpēc, ka viena nepareizi pievienota kabeļa meklēšana ir lētāka nekā viena izdeguša transformatoru komplekta remonts.

 

Ko pārbaudīt testa ziņojumā pirms paralēlas pieslēgšanas

Katrs mūsu piegādātais transformators ietver rutīnas testa ziņojumu ar skaitliskajiem datiem, kas nepieciešami paralēlai izpētei. Pirms jauna transformatora paralēlas pieslēgšanas pie esošās iekārtas izvelciet šos piecus parametrus no abu vienību testa ziņojumiem:

• Izmērītais %Z lielums galvenajā regulēšanas pakāpē, uz vienas un tās pašas bāzes — nevis garantētais datu plāksnītē norādītais lielums.
• Mērītā sprieguma attiecība darba pieslēgumā, ieskaitot arī atšķirīgos no nominālajiem pieslēgumiem, kurus plānojat izmantot.
• Vektorgrupa vai fāžu nobīde, kā arī vietējā fāžu secības pārbaude pirms pirmās ieslēgšanas.
• Tukšgaitas zudumi un slodzes zudumi — tie nosaka abu vienību efektivitāti un atklāj serdes vai tinumu atšķirības.
• Pieslēguma maiņas pozīcija un diapazons, lai abas vienības varētu iestatīt uz vienu un to pašu pieslēgumu un to saglabātu.

Šos skaitļus iegūstošās testēšanas procedūras definē standarts IEEE C57.12.90, kas ir standarta testēšanas kods šķidruma iemērktiem transformatoriem , bet nominālvērtību un uzlīmju apzīmējumu noteikumi nāk no IEC 60076-1, kura darbības joma ir IEC Webstore lapā . Ja piegādātājs nevar nodrošināt mērītos impedances un attiecības datus precīzi šai vienībai, šo vienību nedrīkst paralēli savienot ar citām vienībām.

 

Ko pārbauda Ryan Electric pirms divu vienību nosūtīšanas

Kā Eaton kopuzņēmuma partneris kopš 2023. gada, ar UL, CSA, IEEE un DEKRA sertifikātiem mūsu portfelī, 120 000 kvadrātmetru ražošanas bāzi un 37 patentiem aiz muguras, mēs paralēli gatavus pasūtījumus uzskatām par dokumentācijas uzdevumu, nevis par solījumu. Kad pircējs mums paziņo, ka divi vienību bloki darbosies uz viena barošanas vada, mēs reģistrējam izmērīto %Z vērtību galvenajā un atkāpīgajā regulējumā, veicam standarta pārbaudes saskaņā ar IEEE C57.12.90 un testu ziņojumā norādām impedanci un attiecību tādā veidā, lai vietējais inženieris varētu to izmantot bez nepieciešamības zvanīt atpakaļ rūpnīcai.

Praktiskie ieteikumi ir īsi. Ie transformatoru paralēlo ekspluatāciju , pāris ir tik labs, cik labs ir vājākais atbilstošais parametrs — un vājākais atbilstošais parametrs parasti atrodams testa ziņojuma mazajos burtos, ko neviens nav salīdzinājis. Ja pievienojat vienību esošai akumulatoru baterijai, nosūtiet vecās vienības testa ziņojumu kopā ar jūsu RFQ, un mēs veiksim impedances un attiecības salīdzinājumu pirms piedāvājuma izstrādes. Šis vienīgais solis ir atklājis neatbilstības, kas būtu samazinājušas baterijas jaudu vai izraisījušas drošinātāja sadegšanu pirmajā dienā.

Plānojat paralēli pieslēgt jaunu transformatoru esošajam aprīkojumam? Nosūtiet savas esošās vienības testa ziņojumu un jauno jaudas vērtību caur ryantransformers.com — mūsu inženieri pārbaudīs %Z, attiecību un vektorgrupas sav совmestību un piedāvās vienības, kas slodzi dalīs tā, kā to paredz vienas līnijas shēma.

Par autoru — Šo rakstu sastādījusi inženieru komanda uzņēmumā Ryan Electric, kas ir Eaton kopuzņēmuma partneris un UL/CSA sertificēts transformatoru ražotājs Dzjanšu provincē, Ķīnā, un kurš pakalpo komunālo, atjaunojamās enerģijas un rūpnieciskās klientu grupas Ziemeļamerikā, Dienvidaustrumāzijā, Vidusrietumu reģionā un Āfrikā.