Hvad er resultatet af at forbinde trefasede transformatorer parallel?

Resultater af parallelt drift af trefasede transformatorer

Parallelt drift af to eller flere trefasede transformatorer er en almindelig konfiguration i kraftsystemer, der har til formål at øge systemets kapacitet, pålidelighed og fleksibilitet. Imidlertid skal transformatorerne opfylde bestemte betingelser for at sikre sikkert, stabil og effektiv parallelt drift. Nedenfor findes resultaterne af parallelt drift af trefasede transformatorer samt relaterede overvejelser.

1. Betingelser for parallelt drift

For at sikre, at trefasede transformatorer kan drive sikkert i parallel, skal følgende betingelser være opfyldt:

• Lige spændingskategorier: De nominerede spændinger på både højspændings- og lavspændings-siderne af transformatorerne skal være identiske. Hvis spændingerne ikke passer, kan det føre til uensartede strømme eller overbelastning.

• Samme viklingsforhold: Viklingsforholdet (forholdet mellem højspændings-siden og lavspændings-siden) af transformatorerne skal være det samme. Hvis forholdene adskiller sig, vil det resultere i uensartede sekundære spændinger, hvilket vil forårsage cirkulerende strøm, øget tab og reduceret effektivitet.

• Identiske forbindelsesgrupper: Forbindelsestyperne (såsom Y/Δ, Δ/Y osv.) af trefasede transformatorer skal være de samme. Forskellige forbindelsesgrupper kan forårsage faseforskelle, hvilket vil give anledning til cirkulerende strømme eller ulige kraftfordeling.

• Lignende kortslutningsimpedans: Kortslutningsimpedansen af de parallelt drivende transformatorer bør være så tæt sammen som muligt. Hvis der er en betydelig forskel i kortslutningsimpedans, vil lastfordelingen være ulige, hvilket potentielt kan føre til, at én transformator bliver overbelasted, mens en anden fortsætter med at være underbelasted.

• Samme frekvens: Transformatorerne skal drive ved samme frekvens. Dette sikres typisk ved at forbinde dem til samme kraftnet.

2. Resultater af parallelt drift

a. Øget kapacitet

Total kapacitet: Når flere transformatorer drives i parallel, er den totale systemkapacitet summen af de enkelte transformatorers kapaciteter. For eksempel giver to 500 kVA-transformatorer, der drives i parallel, en total kapacitet på 1000 kVA. Dette gør det muligt for systemet at håndtere større belastningskrav.

b. Lastfordeling

Ideel lastfordeling: I et ideelt scenarie, hvor alle parallelt drivende transformatorer opfylder de ovenstående betingelser (især at have lignende kortslutningsimpedans), vil lasten være jævnt fordelt mellem transformatorerne. Hver transformator vil bære en lige del af laststrømmen, hvilket sikrer stabil systemdrift.

Ikke-ideel lastfordeling: Hvis kortslutningsimpedanserne af transformatorerne adskiller sig, vil lastfordelingen være ulige. Transformatorer med lavere kortslutningsimpedans vil bære mere af lasten, mens de med højere impedans vil bære mindre. Denne ulige fordeling kan føre til, at nogle transformatorer bliver overbelasted, hvilket påvirker systemets pålidelighed og levetid.

c. Cirkulerende strømme

Generering af cirkulerende strømme: Hvis de parallelt drivende transformatorer ikke opfylder de ovenstående betingelser (såsom forskellige viklingsforhold, forbindelsesgrupper eller kortslutningsimpedans), kan cirkulerende strømme opstå mellem transformatorerne. Cirkulerende strøm refererer til strøm, der løber mellem transformatorerne i fraværet af eksterne belastninger. Cirkulerende strømme øger systemtab og kan forårsage, at transformatorerne overopheder, hvilket reducerer deres levetid.

Indvirkning af cirkulerende strømme: Nærværelsen af cirkulerende strømme reducerer de effektive udgangskapaciteter for transformatorerne, da en del af strømmen bruges til intern cirkulation snarere end til at forsyne lasten. Desuden kan cirkulerende strømme forårsage, at transformatorerne overopheder, hvilket øger risikoen for fejl.

d. Forbedret pålidelighed

Redundans: Parallelt drift af transformatorer giver redundans. Hvis én transformator mislykkes eller kræver vedligeholdelse, kan de andre fortsætte med at forsyne strøm, hvilket sikrer kontinuerlig systemdrift. Dette forbedrer den samlede pålidelighed og tilgængelighed af kraftsystemet.

e. Kostnadseffektivitet

Fleksibel udvidelse: Ved at drive i parallel kan systemets kapacitet gradvis øges uden at erstatte eksisterende transformatorer. Dette er en kostnadseffektiv løsning for gradvis udvidelse af kraftsystemer.

Reservekapacitet: Parallelt drivende transformatorer kan give reservekapacitet. Under normale forhold deler alle transformatorer lasten, men hvis én transformator mislykkes, kan de andre midlertidigt håndtere den ekstra last, hvilket undgår systemafbrydelse.

3. Overvejelser for parallelt drift

a. Beskyttelsesenheder

Differentialbeskyttelse: For at forhindre cirkulerende strømme eller andre abnormale forhold under parallelt drift, installeres typisk differentialbeskyttelsesenheder. Differentialbeskyttelse registrerer forskelle i strøm mellem transformatorerne og kan hurtigt isolere en defekt transformator for at beskytte systemet.

b. Overvågning og kontrol

• Lastovervågning: Parallelt drivende transformatorer bør udstyres med lastovervågningsudstyr for at kontinuerligt spore lasten på hver transformator, hvilket sikrer jævn lastfordeling. Hvis ulige belastning opdages, bør justeringer foretages straks.

• Temperaturovervågning: Da parallelt drift kan føre til, at nogle transformatorer bliver overbelasted, er det vigtigt at overvåge temperatur på transformatorerne for at undgå overophedning og skade.

c. Vedligeholdelse og inspektion

• Regelmæssige checks: Parallelt drivende transformatorer bør gennemgå regelmæssige inspektioner og vedligeholdelse for at sikre optimal ydeevne. Særlig opmærksomhed bør rettes mod at tjekke kortslutningsimpedans, forbindelsesgrupper og andre parametre for at sikre, at de forbliver ensartede for parallelt drift.

• Fejlisolering: Hvis én transformator mislykkes, bør den umiddelbart isoleres fra systemet for at undgå at påvirke drift af de andre transformatorer.

4. Sammenfatning

Parallelt drift af trefasede transformatorer kan betydeligt øge systemkapaciteten, pålideligheden og fleksibiliteten, men strenge betingelser skal opfyldes, såsom lige nominerede spændinger, viklingsforhold, forbindelsesgrupper og kortslutningsimpedans. Hvis disse betingelser er opfyldt, vil lasten være jævnt fordelt mellem transformatorerne, og systemet vil fungere stabilt. Hvis disse betingelser imidlertid ikke er opfyldt, kan problemstillinger som cirkulerende strømme og ulige lastfordeling opstå, hvilket påvirker systemeffektiviteten og -sikkerheden.

Parallelt drift giver også redundans, hvilket gør, at systemet kan fortsætte med at fungere, selvom én transformator mislykkes, og tilbyder en kostnadseffektiv løsning for gradvis systemudvidelse.