УДК 621.314.21

А. А. Киракосян, Ю. А. Оганесян

К ОПТИМИЗАЦИИ СИЛОВЫХ ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Как известно [2,5], выбор оптимального варианта сило­вых трансформаторов проводится на основе оценки значения приведенных годовых затрат на преобразование электроэнер­гии (З_г).

Наибольшее воздействие на оптимальный вариант силовых трансформаторов имеет значение напряжения корот­кого замыкания (U_K), которое ограничено разными стандар­тами в пределах (4?10%).

Одним из требований параллельной работы двух транс­форматоров является одинаковое значение U_K. При разных значениях U_K трансформатор с меньшими значениями U_K берет на себя больше нагрузки, что не допустимо при равных остальных условиях (потери, условия охлаждения и т.д.).

Поэтому часто экономически выгодное значение напряжения короткого замыкания ограничи­вает возможность параллель­ной работы установленных трансформаторов. Однако, исполь­зо­ва­ние в трансформаторах новых материалов и новых конструкций создает возможность проектировать трансфор­мато­ры с меньшими потерями, следовательно, и возмож­ность их параллельной работы с трансформаторами, имеющи­ми более высокие значения напряжений короткого за­мыка­ния.

Значение напряжения короткого замыкания определяется выражением:

, (1)

где коэффициент К зависит от напряжения и числа витков при данной мощности трансформатора, U_a - активное составляющее напряжения короткого замы­ка­ния, L_oб- высота обмоток, d₁₂ - средний диаметр обмоток, a₂ - толщина обмотки высокого напряжения.

Целью настоящей работы является определение опти­маль­ного значения напряжения короткого замыкания в зависимости от потерь, установлен­ных международными стандартами.

Для рассмотрения данного вопроса разработаны прог­раммы на оптимальный расчет трансформатора и исследова­ния кривой З_г=??U_K? .

Программа составлена на языке ПАСКАЛЬ. В алгоритме расчета используются аналитические выражения исходных значений основных переменных коэффициентов с последующим их уточнением методом итераций [2]. Оптимизация проводится на основе метода последовательных приближений [3].

Окончательная формула для оценки значений приведенных годовых затрат задается в виде функции двух переменных – диаметра стержня d (см) и средней плотности тока в обмотках ?_m (А/мм²) [5]:

где: a’₁₂ –ширина приведенного канала рассеяния, (см); К₁ - К₉ - коэффициенты, значения которых меняются в зависимости от мощности трансфор­ма­то­ра, индукции в стержне, изоляционных расстояний и от экономических факторов.

При исследовании З_г=??U_K? изучены 3 варианта с соответствующими подразде­ла­ми:

1. тепловые вариационные плотности (q_нн, q_вн),

2. неограниченные потери,

3. различные значения потерь короткого замыкания и холостого хода.

Программа состоит из двух основных частей:

• 
  на первом этапе вычисляется значение напряжения короткого замыкания оптимизированного трансфор­матора,
  
• 
  на втором этапе находится то значение напряжения короткого замыка­ния, которое допускает параллельную работу данного трансформатора с существующим трансформатором, учитывая заданные потери и разные тепловые плотности.
  

Б
лок-схема программы приведена на рис. 1.

Рис. 1

Первая часть оптимизационного расчета реализуется в двух модулях, один из которых осуществляет час­тич­ный электромагнитный расчет данного варианта по за­водс­кой методике “Армэлектромаш” [4], а другой - управляю­щий модуль, осуществляет оптимизацию среди различных вариантов и, в от­ли­чие от [3], выбирает 4 критерии оптимизации, каждый из которых определяет 1 параметр [1]:

- плотность тока обмотки высокого на­пряжения,

- плотность тока обмотки низкого на­пря­же­ния,

- индукция, при котором обеспечивается оптимальное значение приведен­ных затрат трансформатора,

- диаметр стержня маг­ни­топ­ровода.

К
ривые зависимости З_г=f(U_к) для силовых сухих трансфор­ма­торов разных мощностей приведены на рис. 2.

Рис. 2

Предложенная методика дает возможность проектировать оптимальный трансформатор со значением напряжения короткого замыка­ния, отличающегося от стандартных значе­ний, однако допускающего параллельную работу новых и существующих трансформаторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   ОЗсіПблЫіЭ І. І., РбнСіЭЭЗлЫіЭ Ъбх. І., Ш»ЙщбЭЫіЭ І. Ь. афЕіЫЗЭ »йіэіЅ псіЭлэбсЩіпбсЭ»сЗ ПісЧ ЩЗіПуЩіЭ ЙісЩіЭ іЅ№»убхГЫбхЭБ їЙ»ПпсіїЭ»с·ЗіЫЗ чбЛіП»сеЩіЭ µ»сніН піс»­ПіЭ НіЛл»сЗ нсі //РдЦР піс»ПіЭ ·ЗпіЕбХбнЗ ЭЫбхГ»с:
   - єсЁіЭ, 1999. їз 74-75:
   
2. 
   Балашов К.К., Курилов В.В., Цымбал П.А. Проектная оп­ти-­
   
   
   

мизация трансформаторов // Юбилейный сборник, ОПИ, 1968, С. 35-38.

3. 
   Бородулин Ю.Б., Гусев В.А., Попов Г.В. Автомати­зиро­ван­­ное проек­ти­ро­ва­ние силовых трансформаторов “САПР”
   // Энер­гоатомиздат, 1987. -270с.
   
4. 
   ЗАВОДСКАЯ методика «АРМЭЛЕКТРОМАШ», 1996, -452 с.
   
5. 
   Оганесян Ю.А., Курилов В.В. Расчет с помощью ЭЦВМ оптимальных силовых трансформаторов с цилиндрическими слоевыми обмотками // Электротехническая промышлен­ность. Вып. 1 (10) – М.: 1972. С13-14.