Система тягового электроснабжения 2x25 кВ - Трансформаторы тяговых подстанций

СПЕЦИАЛЬНОЕ СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Особенность системы электроснабжения 2 х 25 кВ заключается в том, что хотя передача электроэнергии в ней осуществляется на повышенном напряжении 55 кВ, но используются электроподвижной состав (э.п.с.), коммутационная аппаратура и устройства изоляции на напряжение 27,5 кВ, применяемые в обычной системе переменного тока. Принципиально новым оборудованием, разработанным специально для системы электроснабжения 2x25 кВ, являются подстанционные понижающие трансформаторы и линейные автотрансформаторы (АТ).
Для питания по системе электроснабжения 2 x25 кВ в СССР на тяговых подстанциях применяют однофазные трансформаторы с расщепленной обмоткой НН и устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). В отличие от тяговых подстанций переменного тока с трехфазными трансформаторами использование однофазных трансформаторов с РПН дает возможность поддерживать заданное напряжение на шинах любого плеча питания подстанции независимо от падения напряжения до шин смежного плеча, питаемого от другой фазы.
Каждая из секций обмотки НН выполнена на напряжение 25 кВ и имеет мощность, равную половине номинальной мощности трансформатора. При последовательном включении секций между их крайними выводами а1 и х2 действует напряжение 55 кВ. Общий вывод χία2 обеих секций заземляют, поэтому изоляция обмотки НН имеет класс напряжения 27,5 кВ.

Секции расщепленной обмотки имеют отдельные вводы на крышке бака. В таком исполнении трансформатор является унифицированным. При параллельном соединении секций его можно применять также на тяговых подстанциях системы электроснабжения переменного тока 27,5 кВ.
Промышленность выпускает трансформаторы описанной конструкции четырех типов: двухобмоточные, трехобмоточные, с напряжением обмотки ВН 230 и 115 кВ.

При отсутствии районных потребителей на тяговой подстанции или наличии для их питания отдельных источников применяют двухобмоточные трансформаторы типа ОРДНЖ-16000/220-76У1 или ОРДНЖ-16000/110-76У1. Обозначение типа трансформатора расшифровывается следующим образом: однофазный, с расщепленной обмоткой НН, охлаждение с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла, с регулированием напряжения под нагрузкой, для питания переменным током электрифицированных железных дорог, номинальная мощность 16 000 кВ-A, класс напряжения обмотки ВН 220 или 110 кВ, год выпуска рабочих чертежей 1976, исполнение для районов с умеренным климатом при размещении на открытом воздухе.
Основные технические данные трансформаторов приведены в табл. 2.1.
Магнитная система трансформатора — шихтованная двухстержневая, однорамная с комбинированным стыком, ее набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,35 мм. Прессовку стержней выполняют бандажами из стеклоленты, ярм — металлическими полубандажами, которые изолированы от ярмовых балок и электротехнической стали. Для охлаждения магнитной системы в ней имеются продольные каналы.
Таблица 2.1
Значения параметров трансформаторов типа

Обмотка ВН состоит из двух одинаковых частей, которые расположены на разных стержнях магнитопровода и присоединены к вводам А, X параллельно (рис. 2.1). Каждая секция расщепленной обмотки НН находится на отдельном стержне и имеет следующие части: основную НН, обмотки «тонкого» РОТ и «грубого» РОГ регулирования напряжения. Числа витков РОГ и РОТ равны.

Рис. 2.1. Схема соединения обмоток трансформатора ОРДНЖ-16000/110 (220)

Изменение коэффициента трансформации κτ осуществляется на стороне НН в диапазоне ±10% (±6x1, 67%) номинального значения (табл. 2.2) синхронно в обеих секциях двумя фазами трехфазного переключателя РНТА-35/320. При положениях переключателя с 1-го по 7-е предызбиратель ПИ подключен к отводу 0 обмотки РОГ, а избиратель И — к соответствующему отводу РОТ. В положениях 3—14 переключателя, при которых обмотка РОГ отключена, ПИ присоединен к ее отводу +7, а избиратель И занимает одну из своих позиций соответственно 1—7. Номинальному напряжению UНом = - 27,5 кВ обмотки НН соответствуют 7- и 8-е положения переключателя, максимальному Uном max = 30,26 кВ — 1-е, а минимальному min - 25,20 кВ — 14-е. Части обмоток ВН, НН, РОГ, РОТ трансформатора расположены на стержне магнитопровода концентрически и выполнены из медных изолированных проводов прямоугольного сечения.
Главная изоляция трансформатора — маслобарьерного типа. Вывод отводов ВН осуществлен через трансформаторы тока. Трансформатор снабжается герметичными вводами ВН с нормальной или усиленной изоляцией класса напряжения 110 (220) кВ и вводами НН класса напряжения 35 кВ.
Бак трансформатора овальной формы, колокольного типа с нижним разъемом. На нем имеется аппаратура для заливки, взятия проб и слива масла. Трансформатор комплектуется приборами контроля уровня и температуры масла и защитной аппаратурой: манометрическим сигнальным термометром, реле для газовой защиты, стрелочным маслоуказателем, имеющим сигнализатор минимального уровня масла, трансформаторами тока ТВТ-110 или ТВТ-220 по два на каждый ввод ВН.
Для совместного питания тяговой и районной нагрузок, а также на участках дорог с обращением тяжеловесных поездов используют трансформаторы мощностью 25 000 кВ-А типов ОРДТНЖ-25000/ 110-81У1, ОРДТНЖ-25000/220-79У1 (рис. 2.2). Буква «Т» (трехобмоточный) в обозначении типа отражает его конструктивную особенность: наряду с обмотками ВН и НН трансформатор имеет третью обмотку СН с номинальным напряжением 38,5 или 11 кВ. Эта обмотка рассчитана на половину номинальной мощности трансформатора, т. е. 12 500 кВ-А. Обмотки СН трех трансформаторов (с учетом резервного) соединяют в треугольник и подключают к трехфазному распределительному устройству 35 или 10 кВ тяговой подстанции в качестве основного или резервного источника питания районных потребителей.
Трансформаторы этого типа имеют более широкий диапазон регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) в секциях расщепленной обмотки НН, который составляет ±16% (±8x2%) номинального значения. Каждая секция содержит одну регулировочную обмотку РО (рис. 2.3), переключение отводов которой осуществляется фазой общего трехфазного переключателя типа SDV3-630-41/41- W19 (производства ГДР).
Таблица 2.2

Рис. 2.2. Габаритный чертеж трансформатора ОРДТНЖ-25000/220-79У1:
1 — ввод СН; 2 — ввод НН; 3 — ввод ВН; 4 — расширитель; 5 — привод регулятора напряжения; 6 — радиатор; 7 — фильтр термосифонный

Номинальному значению коэффициента трансформации соответствуют 9-, 10- и 11-е положения переключателя (см. табл. 2.2), когда обмотка РО отключена. При положениях с 1 по 8-е обмотка РО включена согласно с основной частью НН, и напряжение секции имеет значение выше номинального; при 1-м положении Uном max 31,9 кВ.

Рис. 2.3. Схема соединения обмоток трансформатора ОРДТНЖ-25000/110(220)

В положениях с 12 по 19-е регулировочная обмотка РО включена встречно: э. д. с. ее витков вычитаются из э. д. с. витков основной части НН, а результирующее напряжение секции становится меньше номинального, при 19-м положении Uномmin =   23,05 кВ.
Регулирование напряжения в обмотке СН 38,5 кВ осуществляется на отключенном трансформаторе вручную устройством ПБВ в пределах ± 2x2,5 % номинального значения. Обмотка СН 11 кВ выполняется без регулирования.
Магнитопровод трехобмоточных трансформаторов имеет такую же конструкцию, как и двухобмоточных. Части обмоток расположены на стержнях магнитопровода концентрически в последовательности (от стержня) СН — НН — ВН — РО. Таким расположением обусловлено сочетание параметров опытов к.з. между парами обмоток, приведенных к номинальной мощности трансформатора (см. табл. 2.1), при условии, что секции обмотки НН соединены параллельно, а переключатель РПН занимает номинальное 10-е положение. По этим параметрам определяют комплексные сопротивления ZB_и, ZB_C, ZC_H в цепях передачи энергии между соответствующими обмотками. Формулы расчета составляющих сопротивления Zp-q = Rp-q + jXp-q между любыми двумя обмотками р- q и имеют вид, Ом:

где ukρ-g — напряжение к.з. между обмотками р и q, %;
Up — номинальное напряжение обмотки р, к которой приводится рассчитываемое сопротивление, кВ;
Spq, min — минимальное из значений номинальных мощностей обмоток р и q, кВ-А;
Рк p_q — потери к.з. между этими обмотками, кВт.
Из данных табл. 2.1 видно, что в номинальном режиме работы трансформатора наибольшие относительные потери напряжения 17—20,7 % имеют место между обмотками ВН и СН. Однако реальная нагрузка районных трехфазных потребителей подстанции не превышает 10 000 кВ-А (т. е. 3330 кВ-А на один трансформатор) и фактические потери напряжения на стороне СН составляют не более 5-6 %.
Для расчетов режимов системы электроснабжения 2x25 кВ, связанных с передачей энергии через обмотку ВН и секции расщепленной обмотки НН, необходимо определить, какие сопротивления и носит трансформатор в цепи контактной сети и питающего провода и каково взаимное влияние этих цепей через его обмотки.
В трансформаторах описанной конструкции потоки рассеяния частей обмоток, расположенных на разных стержнях магнитопровода , слабо связаны между собой. Ток в одной из секций практически не влияет на напряжение в другой. В таких условиях каждый стержень можно рассматривать как независимый трансформатор полоbиной мощности, имеющий сопротивление короткого замыкания между обмотками НН и ВН вдвое больше номинального (табл. 2.3):
(2.1)
Таблица 2.3

С учетом того, что части обмотки ВН соединены между собой, сопротивление между секциями обмотки НН равно сумме сопротивлений к.з. каждого из стержней, т. е.
(2.2)
При коротком замыкании подстанционных шин контактной сети и питающего провода сопротивление трансформатора на стороне НН определяют по представленным выше формулам, принимая во внимание то, что номинальное напряжение Up равно сумме напряжений последовательно соединенных секций обмотки НН. Это сопротивление можно выразить более просто:
(2.3)
В документации трехобмоточных трансформаторов приводятся также данные опытов к.з. при первом и последнем положениях переключателя РПН, соответствующих максимальному и минимальному напряжениям обмотки НН. Значения напряжения к.з. между обмотками НН и ВН следующие:
Существенное различие этих параметров при крайних положениях переключателя обусловлено тем, что они приведены к напряжениям U max и Unом mm. Соответствующие физические сопротивления к. з. между обмотками НН и ВН имеют большие значения относительно расчетного Ζτ: при 1-м положении по активной составляющей на 24 %, по индуктивной на 1 %; при 19-м положении по активной на 19 % и индуктивной составляющей на 10 %.
Изменение сопротивления к.з. двухобмоточных трансформаторов не превышает +3-:-3 % номинального значения соответственно при 1-м и 14-м положениях переключателя.