Сетевые автотрансформаторы: третичная обмотка, сопротивление нулевой последовательности и выбор

Анализ автотрансформаторов СВН (400/230/33 кВ): компенсационная обмотка «треугольник» для 3-й гармоники, стойкость к КЗ и подключение шунтирующих реакторов.

1. Экономика соотношения и преимущество автотрансформатора

В взаимосвязанных сетях электропередачи, работающих при сверхвысоком напряжении (например, от 400 kV до 230 kV или от 330 kV до 110 kV), используются автотрансформаторы, в которых обмотки высокого и среднего напряжения имеют общую ветвь обмотки. Физический размер и внутренние электромагнитные характеристики автотрансформатора меньше, чем у эквивалентного двухобмоточного трансформатора на коэффициент соотношения α:

α = (UH - UM) / (UH)
Sphysical = α · Srated [MVA]

Для соединения сети 400/230 kV: α = (400 - 230) / 400 = 0.425. Для автотрансформатора 300 MVA требуется активный каркас из железа и меди, эквивалентный только обычному трансформатору 127.5 MVA, что значительно снижает занимаемую площадь, вес при транспортировке и потери в нагрузке.

2. Функциональная роль треугольных третичных обмоток

Функция третичной обмоткиОперационная выгодаРиск/Проблема проектирования
3rd Захват гармоникОбеспечивает низкоомный контур циркуляции для намагничивания токов 150 Hz, поддерживая синусоидальные напряжения между фазой и нейтральюНепрерывный циркулирующий гармонический ток увеличивает локальный нагрев меди
Стабилизация нулевой последовательностиУстанавливает конечное полное сопротивление нулевой последовательности Z0 для защиты от однофазного замыкания на землюСильные электродинамические механические силы короткого замыкания при внешних замыканиях на землю
Вспомогательное питание подстанцииПоставляет распределительное устройство местной станции 33 kV или 11 kVПереходные процессы от вспомогательных фидеров могут попасть в обмотки HV
Реактивная компенсацияТочка прямого подключения для шунтирующих реакторов или СТАТКОМДля коммутации перенапряжений из-за прерывания реактора вакуумного выключателя требуются ограничители перенапряжения

3. Моделирование импеданса Т-сети с нулевой последовательностью

Эквивалентная схема нулевой последовательности автотрансформатора звезды с третичным треугольником состоит из трехветвевой Т-сети (ZH0, ZM0, ZT0):

ZH0 = (1) / (2) (ZHM + ZHT - ZMT)
ZM0 = (1) / (2) (ZHM + ZMT - ZHT)
ZT0 = (1) / (2) (ZHT + ZMT - ZHM)

Во многих конструкциях сверхвысокого напряжения ZM0 слегка отрицательный, что означает, что ток повреждения нулевой последовательности на стороне среднего напряжения может вызвать неожиданные циркулирующие токи между общей и третичной обмотками. Размеры третичной обмотки должны обеспечивать устойчивость к механическому короткому замыканию согласно IEC 60076-5 (обычно минимум 33% номинальной основной пропускной способности).

4. Рекомендации по спецификациям для подключения к сетям электропередачи

  • Укажите векторную группу YNa0d11 с нейтралью, выведенной через полностью изолированную втулку, рассчитанную на максимальное напряжение смещения нейтрали.
  • Обязательное устройство РПН (РПН), расположенное в нейтральной точке общей обмотки, чтобы минимизировать класс изоляции и диэлектрическое напряжение.
  • Установите металлооксидные разрядники станционного класса (IEC 60099-4) непосредственно на третичных клеммах для защиты от емкостной передачи молнии с линии 400 kV.
  • Включите защиту от замыканий на землю третичной стороны (REF) и направленные реле максимального тока для изоляции внутренних повреждений изоляции третичной обмотки.

*Источники: IEC 60076-1:2024; IEC 60076-5:2020; CIGRE Technical Brochure 673; IEEE Std C57.12.00-2021.*