DE2846619C2 - Verfahren zum Parallelschalten von zwei Regeltransformatoren - Google Patents

Description

jo Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Parallelschalten von zwei Regeltransformatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, vor dem Parallelschalten von Regeltransformatoren die Stufenschalter der Transformatoren auf das gleiche Leerlauf-Übersetzungsverhältnis einzustellen, d. h., auf die gleiche Stufe bei gleicher Stufenzahl und gleichem Stellbereich, damit nach der Parallelschaltung möglichst kein Ausgleichsstrom auftritt j5 (vgl. Siemens Zeitschrift 1956, Heft 2, Seite ICO bis 106).

Diese Stufen-Gleichstellung wird zwangsweise für die Dauer des Parallellaufs aufrechterhalten. Zur Spannungsregelung werden dann während des Parallellaufs beide Stufenschalter synchron höher oder tiefer gesteuert.

Infolge der Parallelschaltung erfolgt eine Last-Umverteilung auf beide Transformatoren im umgekehrten •to Verhältnis ihrer Kurzschlußimpedanzen (vgl. »Elektrische Maschinen« Bödefeld und Sequenz. 8. Auflage 1971. f), Springer-Verlag Wien, Seite 29 bis 31 und 55 bis 56). Bei Parallelschaltung ändert sich augenblicklich die

|;i sekundäre Klemmenspannung der Transformatoren, d. h. die sich ergebende sekundäre Klemmenspannung wird

||. höher sein, als die sekundäre Spannung des zuvor höher belasteten Transformators und niedriger sein, als die

f? sekundäre Spannung des zuvor geringer belasteten Transformators, da bei Transformatoren vor dem Parallel-

f 4ϊ schalten auf gleiches Leerlauf-Übersetzungsverhältnis ungeachtet ihrer Belastung eingestellt worden sind. Gegebenenfalls ist dadurch vor dem Parallelschalten im Netz des geringer belasteten Transformators vorübergcj;, hcnd die Spannung höher als zulässig, bzw. im Netz des höher belasteten Transformators vorübergehend die

Spannung niedriger als zulässig, oder es ist nach Parallelschaltung die sich ergebende sekundäre Spannung

Ii höher als zulässig und muß dann so schnell wie mit den vorhandenen Stufenschalterantrieben möglich herunter-

if w geregelt werden.

;■■ Nachteilig ist bei diesem Verfahren insbesondere, daß abgewartet werden muß, welche sekundäre Spannung

ig sich nach der Parallelschaltung einstellt. Danach muß in Stufen nachgeregelt werden, was eine gewisse Zeit in

j' Anspruch nimmt, die jedoch so kurz wie möglich sein soll, damit die gegen Überspannung oder Unterspannung

j;'j empfindlichen Verbraucher der einzelnen Netzbezirke keinen Schaden nehmen.

f.? π Bei einem anderen allgemein bekannten Verfahren werden die parallel zu schaltenden Transformatoren vor

j,'i der Parallelschaltung auf gleiche sekundäre Klemmenspannung eingestellt, unter Umständen ohne Kenntnis der

' entsprechenden Stufenstellungen bzw. ohne Rücksicht darauf. Da dann der Unterschied im Leerlauf-Übersei-

Zungsverhältnis in ungünstigen Fällen 20% und mehr ausmachen kann, wenn beispielsweise der eine Transformator stark überlastet ist und der andere Transformator im Leerlauf betrieben wird, ergibt sich nach erfolgtem eo Parallelschalten in nachteiliger Weise ein hoher Ausgleichsstrom. Dieser Ausgleichsstrom belastet den vor dem ' Parallelschalten bereits höher belasteten Transformator noch zusätzlich, so daß dieser eventuell sogar überlastet

wird und umgehend nachgeregelt werden muß, um eine thermische Auslösung infolge thermischer Überlastung zu vermeiden. Ein solches Verfahren, bei dem zur Vorbereitung der Parallelschaltung eine gleiche Sekuridärspannung eingestellt wird, ist aus der DE-AS 11 56 880 bekannt. Eine sich dabei ergebende unterschiedliche h) Stellung der Stufenschalter wird nach vollzogener Parallelschaltung beseitigt, indem automatisch eine gleiche Suifcnschalterstellung herbeigeführt wird, die einem Mittelwert der Ausgangsstellungen entspricht. Dabei können zumindest kurzzeitig nach dem Parallelschalten Über- oder Unterspannungen auftreten, wodurch empfind-' liehe Verbraucher Schaden nehmen können, oder es können vorübergehend unzulässig hohe Ausgleichsströme

fließea

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Parallelschalten von zwei Regeltransformatoren als Vorbereitung für einen Parallelbetrieb oder Transformatorenwechsel zu entwickeln, mit dessen Hilfe ermöglicht wird, daß nach der Parallelschaltung nur ein zulässiger Ausgleichsstrom zwischen den beiden parallelgeschalteten Transformatoren fließt und daß die vor und nach der Parallelschaltung sich ergebenden Sekundaren Klemmenspannungen innerhalb der zulässigen Grenzen liegan.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Die Parallelschaltung von zwei Regeltransformatoren wird erfindungsgemäß in mehreren Verfahrensschritten vorbereitet, durchgeführt und kontrolliert. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß vor der Parallelschaltung eine individuelle, belastungsunabhängige Stufeneinstellung bestimmt wird, die eine spannungsstoßfreie Sammelschienen-Parallelschaltung von zwei Regeltransformatoren ermöglicht, wobei unzulässige sekundäre Klemmenspannungen vor und nach der Parallelschaltung sowie hohe Ausgleichsströme nach erfolgter Parallelschaltung vermieden werden.

Nach einer Ausbildung der Erfindung werden nach erfolgter Parallelschaltung die Stufenstellungen der beiden Transformatoren abwechselnd und unter Beachtung der zulässigen sekundären Klemmenspannung in Richtung kleiner werdender Stufenstellungs-Differenz bis zur Differenz Null verstellt. Hierdurch wird der sich nach Parallelschaltung ergebende Ausgleichsstrom vorteilhaft bis auf den Wert Null reduziert.

Eine Aufhebung der Parallelschaltung »rfolgt unter Ablauf einer sinngemäß umgekehrten Schrittfolge, wobei während des Aufhebens der Parallelschaltung und beim nachfolgenden Einzelbetrieb der Transformatoren die _>o Änderungen der Klemmenspannungen vorteilhaft innerhalb der zulässigen Spannungstoleranz liegen.

Bei einem Transformatorenwechsel in einem Umspannwerk liegen die sekundären Klemmenspannungen vor der Parallelschaltung, während des zeitweiligen Parallelbetriebs und nach Aufhebung des Parallelbetriebs vorteilhaft innerhalb der vorgegebenen zulässigen Grenzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. js

Die Zeichnung zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Umspannwerkes mit mehreren Regeltransformatoren, die primärseitig an einem Oberspannungsnetz 0 sowie sekundärstitig an einem Unterspannungsneu bzw. Mittelspannungsnetz, das in einzelne Netzbezirke aufgeteilt ist, liegen.

An das Oberspannungsnetz 0, beispielsweise ein 110-kV-Netz, sind Regeltransformatoren I und II geschaltet. Dabei wird der Regeltransformator I nachfolgend auch als (Betriebs-)Transformator I sowie der Regeltransfor- iu mator II als (Betriebs-)Transformator II bezeichnet. Den Transformatoren 1 und Il liegt oberspannungsseitig die primäre Klemmenspannung U_pri_m an. Unterspannungsseitig liegt dem Transformator I bei getrenntem Betrieb der beiden Transformatoren die sekundäre Klemmenspannung U_Kk\ und dem Transformator II die sekundäre Klemmenspannung U_Kk π an.

Zur Vereinfachung sei angenommen, daß beide Transformatoren vom gleichen Typ sind. Dann sind unter js anderem primäre Nenn-Klemmenspannung Usprim. sekundäre Nenn-Klemmenspannung Unscic, Nennleistung Ps, sekundärer Nennstrom l^_SCk, relative Kurzschlußspannung u_K, Anzahl der Stufen des Stufenschalters a, Einstellbereich des Stufenschalters b und Transformator- Nennübersetzungsverhältnis ü bei Stufenstellung 5=0 des Stufenschalter gleich.

Die sekundärseitigen Belastungsströrne der Transformatoren 1 und Il sind mit Aa ι und Λ,α ii bezeichnet. Die au Regeltransformatoren I und Il sind über Leistungsschalter Ll und L 2 mit Samnielschicnen SSl und .V.V2 verbunden. Die Sammelschiene 5Sl speist dabei einen Netzbezirk A und die Sammelschiene 552 einen Netzbczirk B. Diese Netzbezirke A und B sind galvanisch voneinander getrennt und bilden Teile eines Untcr- oder Mittelspannungsnetzes, beispielsweise eines 20-kV-Netzes.

Über eine Sammelschienenkupplung mit Leistungsschalter K können die beiden Sammelschienen 5Sl und 552 verbunden werden. An das Oberspannungsnetz 0 ist ein weiterer Regeltransformator III geschaltet, der nachfolgend auch ais (Reserve-)Transformator III bezeichnet wird. Zur Vereinfachung sei ebenfalls angenommen, daß der Transformator III vom gleichen Typ ist wie die bereits erwähnten Transformatoren I und II. Die dem Transformator Nl primär anliegende Klemmenspannung ist mit U_pnm, die sekundär an ihm liegende Klemmenspannung ist mit f_stt m und der sekundäre Belastungsstrom ist mit I_{iek m} bezeichnet. ->u

Der Transformator III kann sekundärseitig über Leistungsschalter L 31 bzw. L 32 mit der Sammelschiene SS1 bzw. SS2 verbunden werden. Die aus den drei Transformatoren, den Sammelschienen und Leistungsschaltern bestehende Anordnung wird nachfolgend auch als Umspannwerk UK (hier beispielsweise 110/20-kV-Umspannwerk) bezeichnet.

Das sich aus einzelnen getrennten Netzbezirktn A und B zusammensetzende Unterspannungsnetz wird also v, über Umspannwerke UKdurch das Oberspannungsnetz 0 gespeist. Das Umspannwerk UK versorgt dabei jeden Netzbezirk Λ ßüber einen eigenen Regeltransformator I, II und über getrennte Sammelschienen SSl und SS2. Schaltmaßnahmen, die ein Kuppeln zweier Netzbezirke A, B nötig machen, haben zwangsläufig das Parallelschaltenzweier Regeltransformatoren ϊ, Il zur Folge. Aber auch ein Transformatorentausch, d. h., das Einschalten des Reservetransformators Hl anstelle eines Betriebstransformators I oder II, macht den vorübergehenden mi Parallelbetrieb beider Transformatoren III und I oder III und U erforderlich.

Die Regeltransformatoren I, Il und Hl müssen für den Sarimelschienen-Pp.rallellauf geeignet sein. Weeen der für 20-kV-Netzbezirke zulässigen Kurzschlußleistung werden die Regeltriinsformatoren meist nur kurzzeitig (wenige .viinuten) während des Überschaltens parallel gefahiv.n. Es werden meist nicht mehr als zwei Regeltransformator/ gleichzeitig parallel gefahren. _hr,

Ein Sammelschienen-Parallellauf von zwei Transformatoren tritt also beispielsweise dann ein, wenn zwei Netzbezirke A. B über die Sammelschienenkupplung mit Leistungsschalter K gekuppelt werden. Ein Sammelschienen-Parallellauf liegt auch dann vor, wenn keine Netzbezirke gekuppelt, sondern im Umspannwerk LIK ein

Reservetransformator III einem Betriebstransformator I oder II mittels eines Leistungsschalters L31 oder L32 parallel geschaltet wird, z. B. bei Trafowechsel.

Bei einem Sammelschierien-Parallellauf zweier Transformatoren sind also beide Transformatoren ober- und unterspannungsseitig auf die gleiche Sammelschiene in einem Umspannwerk geschaltet. Zur Parallelschaltung von zwei Regeltransformatoren wird davon ausgegangen, daß im Umspannwerk keine Stufenstellungsübertragung, keine örtliche Zwangsgleichlaufsteuerung und keine örtliche Nachlaufsteuerung vorgesehen sind. Wie bereits erwähnt, wird zur Vereinfachung angenommen, daß beide parallel zu schaltenden Transformatoren vom gleichen Typ sind. Daraus folgt, daß auch die Belastungskennlinien

II) U_s,-k = f(l_sck, Ulccrsek, Uprim)

gleich sind, wobei Uiccmck die sekundäre Leerlaufspannung eines Transformators bezeichnet.

Weiter soll hier der Einfachheit halber angenommen werden, daß sich die Sekundär-Klemmenspannung U^ für jeden einzelnen Transformator linear mit dem sekundären Belastungsstrom /_sct ändert und daß die Belastung ii symmetrisch für den einzelnen Transformator ist. Desweiieren ist angenommen, daß eine Tabelle vorliegt, aus der bei Nennspannung auf der Oberspannungsseite Unprim für jede Stufenstellung des Stufenschalters S die zugehörige Sekundär-Leerlaufspannung U_sek entnommen werden kann, und daß diese Werte für jeden anderen Oberspannungswert U_pnm linear mit dem Übersetzungsverhältnis ü umgerechnet werden können.

Der Istwert der Klemmenspannung U_Sek soll um ρ Prozent vom vorgegebenen Sollwert LWs..-* abweichen dürfen.

Ferner soll angenommen werden, daß die Transformatoren in Stern/Stern-Schaltung betrieben weiden, so daß die Untersuchung auf die Verhältnisse in einer Phase zurückgeführt werden kann; alle angeführten Spannungen beziehen sich dementsprechend auf die Phasenspannung.

Weiter sei für den zu untersuchenden Fall vorausgesetzt, daß der Transformator I mit dem Strom /«·* ι belastet ist und der Transformator Il mit dem Strom /„.* ii bei gleichem Leistungsfaktor und gleicher Klemmenspannung Ι/«.*, d. h. nach der Parallelschaltung der beiden Transformatoren wird sich dann die Summe der Belastungsströme l_H._k ι und l_Si-k ii hälftig auf jeden der beiden Transformatoren aufteilen. (Das gleiche gilt auch bei einer vorgesehenen Parallelschaltung der Transformatoren 1 und Hl oder II und HI).

Außerdem seien zur Schaffung einer definierten Ausgangssituation die automatischen Spannungsregler beider Transformatoren abgeschaltet. Die Parallelschaltung der beiden Transformatoren soll dann unter vorstehenden Voraussetzungen wie folgt ablaufen:

1. Bereitstellen von Daten (Meßwerten, Konstanten, Tabellen).

2. Bestimmung der augenblicklichen Stufeneinstellung S von jedem Trafo durch Messung des momentanen Belastungsstromes /,_ejt und der momentanen Klemmenspannung LW

3. Bestimmung der momentanen Arbeitsgeraden (Arbeitskennlinie U_5Ck = f(hck)) und des momentanen Arbeitspunktes auf der Kennlinie.

4. Aufstellung der Arbeitsbedingungen (U_sck, hek) vor und nach der Parallelschaltung für beide Transformatoren.

4(i 5. Vorausbestimmung der Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Arbeitsgeraden nach der Parallelschaltung aufgrund des zu erwartenden Belastungsstromes l_SCk für den einzelnen Transformator bei 'Parallelbetrieb und Überprüfung im voraus, ob die durch die Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Kennlinie bei Parallelbetrieb sich einstellende Klemmenspannung U_srk noch innerhalb der zulässigen Spannungstoleranz liegen wird.

6. Auswahl einer anderen Arbeitsgeraden (fails die Überprüfung ergibt, daß der Grenzwert der Klemmenspannung (Λ<α überschritten wird), bei der bei dem vorgegebenen zu erwartenden Belastungsstrom I_sck diese Grenze nicht überschritten wird, und Bestimmung der zugehörigen Transformatorenstuferistellung S.

7. Einstellen der ermittelten Stufeneinstellung S an jedem Trafo und Durchführen der Parallelschal tung.

8. Ermittlung des zu erwartenden und gegebenenfalls erforderlichen Ausgleichsstroms U, falls sich die erforw derliche Stufe S für die zulässige Toleranz der Klemmenspannung Usck an einem oder beiden Transformatoren vorher nicht einstellen "laßt und Aufhebung des Ausgleichsstrornes U durch richtige Stufeneinsieüung nach der Parallelschaltung.

9. Aufhebung der Parallelschaltung unter Beachtung der für die Klemmenspannung U_Xk der Transformatoren zulässigen Toleranz.

Zur Bereitstellung von Daten (Meßwerten, Konstanten, Tabellen) werden für jeden Transformator getrennt sekundäre Klemmenspannung U_Kk (also LW ι und LW ii). sekundärer Belastungsstrom W (also h* ι und W n) sowie die gemeinsame Oberspannung (primäre Klemmenspannung) U_prim gemessen.

Es wird eine Umrechnungstabelle bereitgehalten, aus der die sekundäre Leerlaufspannung Uj_mxk in Abhänw) gigkeit von der Stufenstellung des Stufenschalters hervorgeht, unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses ü bei Abweichen der Oberspannung Uprimvon der Nennspannung Un _prj_m.

Desweiteren wird eine Datentabelle mit den Trafokonstanten sekundäre Nennspannung U\_5ek (bei Stufe S= ±0), sekundärer Nennstrom I_Nsck, relative Kurzschlußspannung u_K, Anzahl der Stufen des Stufenschalters a ( = Anzahl der Trafostufen), Einstellbereich des Stufenschalters b ( = Einstellbereich der Trafo-Nennspannung), b5 Trafo-Nenn-Übersetzungsverhältnis (bei Stufe S= ± 0) ü bereitgestellt

Zur Bestimmung der augenblicklichen Stufenstellung S von jedem der beiden Transformatoren ist der Spannungsabfall am Trafo AUr_nI₀ aufgrund der Trafo-Kurzschlußimpedanz Z_K in Abhängigkeit vom Belastungsstrom Isek zu berücksichtigen. Dieser Spannungsabfall dUTnto errechnet sich zu.

Die ferner zu berücksichtigende Spannungsänderung AUsiuic aufgrund der Stufenstellung S läßt sich bestim- ^r> men aus dem Einstellbereich b im Verhältnis zur Nennspannung U_SCk und der Angabe der Siufcnan/.ahl :i nach Gleichung.

JU_Swfe=bU_Nsek-^-. (2)

Für die beliebige Stufe S=Sx berechnet sich die Leerlaufspannung LWschsa aus der gemeinsamen (und wie vorstehend angegebenen reduzierten) Klemmenspannung Lhek und dem Spannungsabfall am Trafo zu:

Ulcer sei Si = U₁₁-I₁ + Δ UTnIo ■ (3) 1 ')

Für die beliebige Stufe S=Sx wird wiederum die Leerlaufspannung UuxrxkSx bestimmt aus der Leerlaufspannung bei Stufe S= ±0 = So (entspricht der Mitte des Einstellbereichs b) und der Zusatzspannung aufgrund der Stufenschalterstellung gemäß:

Uleer srL St = Ulcer sek So + dU Stufe ■ (4)

Setzt man die in Gleichung (3) und Gleichung (4) getrennt ermittelte Leerlaufspannung Ui_m>eks\ der Stufe S= Sx einander gleich, so ergibt sich:

Usck+dUTrafO= Ulcer sek So +^UStufe , (5)

und mit den Werten der Gleichungen (1) und (2) unter Berücksichtigung, daß man für l//,·« v* s» in guter Näherung Uvsek setzen kann, ergibt sich:

^ + %f=Hii-, (6)

f.V ir* 'N »«* O

und damit errechnet sich die augenblickliche Stufe Sx zu:

sek

darin sind die Größen a, b, Uk, Uusek, Iν sek bekannt und die Größen U_Kk und A₁.* gemessen (und ggf. auf die Nenn-Oberspannung Us prim im Verhältnis UpriJU^prim umgerechnet).

Die Bestimmung der augenblicklichen Stufenstellung ist für jeden der beiden parallel zu schaltenden Trafos getrennt durchzuführen, da angenommen werden muß, daß die beiden Trafos auf verschiedenen Stufen stehen.

Zur Bestimmung der momentanen Arbeitsgeraden von jedem der beiden Transformatoren ist aus der Gcradenschar, d. h. aus dem Strom (Aa^Spannungs- (L^.t^-Kennlinienfeld für jeden Transformator getrennt diejenige Arbeitsgerade zu bestimmen, die die Leerlaufspannung Uitensk der ermittelten augenblicklichen Stufeneinstellung besitzt (Arbeitsgerade deshalb, weil hier vereinfachend vorausgesetzt wurde, daß sich die Klemmenspannung Usek linear mit dem Belastungsstrom /_si* ändert).

Die Arbeitsgerade hat dabei die Form:

U₅Ck = f(!sek)=k_m- I₅-Ic+c_m; c_m=const., (8) ,ο

dabei ist die Konstante c_m die Leeriaufspannung Uicersek der Stufe S= Sx und wird einer Tabeiie entnommen, in der für den betreffenden Trafo für jede Trafo-Stufe Sdie zugehörige Leeriaufspannung L';«._r4a abgelegt ist.
Es ergibt sich somit die Steigung k_m der Geraden zu:

f. Uleer -ek Sr. ~ Usrk _ _ "K UN sek ^ ^j

l,ek Ι» sek

mit Hilfe von Gleichung(l).
Damit ergibt sich die Gleichung der Arbeitsgeraden zu: bo

'.Virt

darin sind die Größen Uk, U_nsek. In sek aus der Datentabelle bekannt und die Größe Ui₁WKk s* aus der Umrechnungstabelle (Trafo-Stufen Sin zugehörige Leerlaufspannungen Uieenck)entnommen.

Bei der Aufstellung der Arbeitsbedingungen vor und nach der Parallelschaltung für beide Transformatoren ist zu beachten, daß vor und nach der Parallelschaltung die vorgegebenen Grenzen für die Klemmenspannungen

LL-k nicht überschritten werden sollen, d. h. es soll sein:

Usek= Us₀Ii sck± P ■ Usollsck, 0 0

wobei Usoiisck der vorgegebene Sollwert der sekundären Klemmenspannung ist, und ρ die zulässige Abweichung vom Sollwert der sekundären Klemmenspannung in Prozent ist.
Dieser Sachverhalt kann auch folgendermaßen ausgedrückt werden:

_Ssig, (Ua)

10

wobei AU_ru\_img die Spannungsdifferenz zwischen maximal bzw. minimal zulässiger Klemmenspannung (Aa und

Nenn-Klemmenspannung Uusekangibt.
' Im Idealfall soll im Parallelbetrieb kein Ausgleichsstrom I_A zwischen den beiden Transformatoren auftreten.

U d.h.:

$| ι _ ^Zfrr icH .VI ~ ^Zffr.Vf k S 11 (]2)

* ^1Z*

fc·! soll Null sein, also Uic_Crscks\—Ui_Ccrscks\\, wobei 51,511 der Stufeneinstellun? der Transformatoren I. Il ent-

'j. 20 spricht. Für zwei gleiche Transformatoren kann diese Spannungsdifferenz auch durch den Unterschied in der

H Stufeneinstellung ausgedrückt werden, d. h.:

U_lctrrt_lsi-Uter*_ksn-(Sl-SH)--%--U_N*_k. (13)

g; und man erhält bei zwei gleichen Transformatoren für den nach erfolgter Parallelschaltung zu erwartenden

|| Ausgleichsstrom Ia „-»arm dann den Ausdruck:

_ 51-511 b _ SX-SW b ₍₁₄₎

JO 2Lk a 2 u_K a

Zur Berechnung der Aufteilung des Belastungsstromes Ish im Parallelbetrieb auf beide Transformatoren ist im Idealfall davon auszugehen, daß im Parallelbetrieb kein Ausgleichsstrom U fließen soll.

Vor der Parallelschaltung sei der Regeltransformator I mit dem Strom /„ι ι belastet und der Regeltransformator Il mit dem Strom /_sc* n (bei gleichem Leistungsfaktor und gleicher Klemmenspannung, andernfalls muß über die Leistungen umgerechnet werden).

Dann wird sich die Summe der Belastungsströme

Ac·* I + hck 11

40

hälftig auf jeden der beiden Transformatoren aufteilen; jeder Trafo isidann im Parallelbetrieb mit
(ls_Ck \ +hck \\)I2

belastet.

Damit diese Lastaufteilung ohne Ausgleichsstrom eintritt müssen zuerst die augenblicklichen Stufensiellungen der Stufenschalter der Regeltransformatoren I und Il vorder Parallelschaltung nach Gleichung (7) bestimmt werden:

50

ν -Λ sei.

⁽ⁱ⁵⁾

.VIl Y-^-,+,,,JW) .JL (16)

Danach erfolgt die Bestimmung der momentanen Arbeitsgeraden von Trafo I. Aus dem Kennlinienfeld ist dies Il Tabelle die Gerade mit der Leerlaufspannung Uiccrscksu die zu der zuvor ermittelten Stufe 51 gehört und die mit Gleichung (9) die Steigung

^f/

hat; der momentane Arbeitspunkt kann aus Gleichung (10) dann bestimmt werden zu:

Π _ "A",Vri , , ;/ (17)

IArH _e,„_:el = ^- hck 1 + "leer sck SI - ^v '

wobei i'„-ι ,m/ridie sekundäre Klemmenspannung bei Einzelbetrieb (gelrcnnter Betrieb) ist. Wird nun im Paral lclhclricb. wie vorausberechnet, der Trafo I mil dem Strom (l,_ri, ι 4 /„.» ll)/2 bcliislcl. so verschieb) sich (Um Aibcilspimkl mil cU-r (trniilrn muh:

Ά<·* IW₁IlM ⁼ ~ -Γ -¹¹T Usek I + Λι* ll) + Άη-Γ «* SI» (18) '

'Vif* ' *

wobei Uwi,_v,jii,-id\c sekundäre Klemmenspannung bei Parallelbetrieb ist.

Anschließend ist zu prüfen, ob der neue Arbeitspunkt in den zulässigen Grenzen für die Klemmenspannung UiH liegt, d. h. es muß sein: i< >

Usck parallel = U_soll ± P · U_Soll. (18a)

wenn nicht, ist die Arbeitsgerade zu wechseln, d. h. die Stufenstellung zu ändern.

Bei Überschreitung des Grenzwertes der Klemmenspannung U_iCk erfolgt also die Auswahl einer neuen Arbei'sgeraden für Regeltransformator 1.

Dabei ist mit

die obere zulässige Grenze für die Klemmenspannung U_sek gegeben und mit dem neuen sekundären Belastungsstrom

_Ulm-L*i±L·*» ₍₂₀₎

¹

errechnet sich dann die neue Leerlaufspannung

LJleer sek S 1 neu

JJ ι if

Il — Il Π -I- \ ι ^UK ' ".Vsrk 'sek 1 ^T 'sek Il (TU

'-'leer -ek S I neu ~ ^u.u,ll ' 1'τΡ/^τ '. -y ^v

Mit der neuen Leerlaufspannung wird nun aus der Tabelle die zugehörige Stufe .Vl,,,,, bestimmt und danach ermittelt, ob der Arbeitspunkt vor der Parallelschaltung auf der neuen Arbeitsgeraden noch im zulässigen Bereich für die Klemmenspannung Usck liegt.

Wenn dies der Fall ist, dann kann der Regeltransformator I auf die neue Stufe S \_mu eingestellt werden.

Für Regeltransformator II wird sodann berechnet, ob bei Einstellung auf die neue Stufe 5 I_mu vom Trafo 1 4u auch für Trafo II der Arbeitspunkt vor der Parallelschaltung auf der neuen Arbeitsgeraden noch im zulässigen Bereich für die Klemmenspannung U_SCk liegt, wenn ja, wird Regeltransformator II auf die gleiche neue Stufe geschaltet, wie Regeltransformator I. Danach können die Transformatoren parallel geschaltet werden.

Kann einer der beiden Regeltransformatoren vor der Parallelschaltung wegen der erforderlichen Einhaltung der zulässigen Toleranz für die Klemmenspannung U_SCk nicht auf die zur richtigen Lastaufteilung erforderliche Stufe S eingestellt werden, so muß bei einem entsprechenden Unterschied in der Stufeneinstellung der beiden Trafos geprüft werden, ob nach der Parallelschaltung dadurch kein zu großer Ausgleichsstrom /* auftritt. Nach der Parallelschaltung muß dann auf die für die gewünschte Lastaufteilung berechnete Stufe S nachgefahren werden, bei Stufengleichheit verschwindet dann der Ausgleichsstrom U, siehe Gleichung (14).

Der vorgenannte Fall tritt beispielsweise ein. wenn zwei stark unterschiedlich belastete Transformatoren vi parallel geschaltet werden sollen. Trafo I sei im folgenden der höher belastete. Trafo 11 der schwächer belastete.

Dann ist Trafo ! (bezogen auf die Ur.terspannungsseite) in der Stufe 5 hoch eingestellt. Trafo ! 1 niedrig. Wenn sich ergeben hat, daß die für den Sammelschienenparallellauf errechnete gemeinsame Stufe S bei beiden Transformatoren nicht eingestellt werden kann, da sonst vor dem Parallellauf für den ersten Transformator die Stufe S zu hoch, für den zweiten Transformator zu niedrig bezüglich der zulässigen Klemmenspannung Usck eingestellt werden müßte, wird folgendermaßen vorgegangen:

Der Trafo 1 muß zur Vorbereitung für den Parallellauf so tief, wie davor für die Klemmenspannung Usck gerade noch zulässig, eingestellt werden. Der zweite umgekehrt entsprechend hoch, also:

Usck I—Unsek — dUzulässig (22) W)

Usek Il = UNsck+dUzulässig (23)

UsckH= Usoll-O+P). (25)

Diese beiden Stufeneänstellungen S l„_cu bzw. S H_ncü werden nach äer bekannten Gleichung (10) für die neue Arbeitsgerade berechnet, indem darin l/_5f* ι gleich U₅₀Ii ■ (1 +pjgesetzt wird bzw. U_xIc ii gleich U_Mu ■ (1 —p)und für j_iCk der jeweilige momentane Belastungsstrom hck ι bzw. /«* n. Man erhält die neuen Leerlaufspannungen

Ulcer ick' 5

U,„_r„_ks, = U₁₀₁₁ - (1 +/») + *- ■ U,, (26)

'N stk

U,_rr, „kSu = U₁₀₁₁ · (1 -P) + · U_u ■ (27)

^IJ '.V jf*

Aus der Tabelle Uiccnck in Abhängigkeit von 5 werden die zugehörigen Stufen S1. S Il erhalten. Die Stufenstellungen S1,5II lassen sich auch direkt aus Gleichung (7) bestimmen.

ι i Aus der Differenz der beiden so berechneten Stufeneinstellungen S I, SII kann dann nach Gleichung (14) der für den Parallellauf zu erwartende Ausgleichsstrom I_A cr.vann berechnet werden.

Der zulässige Ausgleichsstrom i_{A z}j-aig sei dabei beispielsweise:

Ia /u/ass/y= 2 If/sck—flsck I + Isck Ii). (28)

20

d. h. die Gesamtbelastung soll die Summe der Einzelbelastungen beider Transformatoren nicht überschreiten. Die sich ergebende Klemmenspannung U_sekpara/fe/ist dann

25

,, _ ς·ι b ., U_K ■ Uf/ sek ii , ι s

U \ek parallel ~ ^Λ ' "N stk } \htk\ "·" ¹A erwartet)

O In sek

^ 511 · -j ■ U_{x lr}., - Usek ii - Ia ,«<,««) · (29)

30

Die Berechnung wird erforderlichenfalls bei veränderter Differenz der Stufeneinstellung solange wiederholt, bis:

lAcmrtct^ Ia rutostif Und U_sck pamllcl
35

Für die Stromaufteilung im SS-Parallelbetrieb gilt allgemein das folgende Gleictiungssystem:

/...u + /,rtii-/r = 0 (30)

40 hck \ ■ Zk+Iv · Zv=UlecrsekS\ (31)

hck \i ■ Zk + Iv ■ Zv- Uiccrscksn . (32)

wobei /ι den Verbraucherstrom und Zydie Verbraucher-Impedanz darstellen.
45 Aus diesem Gleichungssystem erhf't man:

I _ Uleer u-k S I + Uleer sek S Il ,-j-j ,

Z_K + ZZ.y

⁵⁰ ; _ UleersekSi ~ UleersekSU . Uleer sek S \ + Uleer sek S Il . ·,,,

^U ' ΪΖ_Κ ⁺ 2 (Z ₊2 Z) ⁽³⁴

und mit Gleichung (12)

55 ., ,.

U +

Für Uck ii erhält man

I _ ^Iwrir»! ~ Uleer sek S U , t/)w jrt .S' 1 + Uleer sek S Il flA

^U " 2Z;^ ⁺ 2 (Z, + 2 Z.) · ⁽³⁶

b5 / _ft - /^i ^w ■'■·* Jf I + Ulf stk S11 (37

2 (Z_A +2 Ζμ)

mit

te;⁺ to · (39,

r ι. Usek ii und 1 _uk ι. Isck ii sind in Gleichung (39) die gemessenen Klemmenspannungen und Belastungsströme vor der Parallelschaltung. Mit Gleichung (32) kann überprüft werden, ob durch den zu erwartenden Ausgleichsstrom der zuvor schon höher belastete Regeltransformator nicht überlastet wird.

Nach der Parallelschaltung werden abwechselnd Trafo I und Trafo II stufenweise solange verstellt, bis unter Einhaltung der zulässigen sich ergebenden Klemmenspannung U_Xkp*r*iMStufengleichheit erreicht ist und damit unter den gegebenen Voraussetzungen der Ausgleichsstrom Ι_Λ zu Null wird. Es werden also innerhalb der zulässigen Grenzen von U_sek die unterschiedlichen Stufeneinstellungen aufeinander zugefahren, so daß die Stufendifferenz immer kleiner und schließlich zu Null wird. Wird dabei die obere zulässige Grenze von U_iCi erreicht, wird nur noch der höher eingestellte Stufenschalter heruntergefahren, wird dagegen dabei die untere zulässige Grenze von Lk* erreicht, wird nur noch der tiefer eingestellte Stufenschalter von beiden Transformaloren heraufgefahren. Schließlich stehen beide Stufenschalter unter Einhaltung der zulässigen sich ergebenden Klemmenspannung U_sek auf gleicher Stufe und der Parallel-Schalt-Vorgang ist beendet.

Eine andere Möglichkeit, den Ausgleichsstrom nach erfolgter Parallelschaltung zu reduzieren, besteht darin, beide Stufenschalter abwechselnd schrittweise auf die gleiche bestimmte Stufe Sx zu fahren, für die die sich ergebende Klemmenspannung U_Kk parallel einen bestimmten, zulässigen Wert annimmt. Die Stufe Sx berechnet sich dabei näherungsweise zu: _y,

—. (40)

Wenn die Stufenschalter beider Transformatoren auf die Stufe Sx eingestellt sind, werden beide Stufenschal- w ter synchron höher bzw. tiefer eingestellt, bis sich die gewünschte sekundäre Klemmenspannung U_wii^kund^ ergibt.

Vor Aufhebung der Parallelschaltung muß die ungefähre Lastübernahme des einzelnen Trafos im Einzelbetrieb vorausberechnet werden und noch während des Parallelbetriebs eine entsprechende Stufeneinstellung berechnet und eingestellt werden, evtl. unter vorübergehender Inkaufnahme eines zulässigen Ausgleichsslroms. r>

Eine Aufhebung des Parallelbetriebs erfolgt dann unter Ablauf einer sinngemäß umgekehrten Schrittfolge, wobei während des Aufhebens der Parallelschaltung und beim nachfolgenden Einzelbetrieb der Transformatoren die Änderungen der Klemmenspannungen innerhalb der zulässigen Spannungstoleranz liegen.

Bei einem Transformatorenwechsel in einem Umspannwerk erfolgt nach erfolgter Aufhebung des Parallelbei ri ebs eine Freischaltung des außer Betrieb zu setzenden Transformators. 40 !

In der vorausgehenden Beschreibung ist von verschiedenen Vereinfachungen ausgegangen worden, um |

anschaulich zu bleiben, jedoch läßt sich das beschriebene Verfahren verallgemeinern. Umgekehrt ist keine Aussage gemacht über die erforderliche Genauigkeit, mit der es arbeiten soll, und es sind noch keine Abschätzungen über die zulässigen Toleranzen angestellt worden. Je größer die zulässigen Spannungstoleranzen sind und je größer der zulässige Ausgleichsstrom, desto einfacher kann das Verfahren arbeiten, da sich dann in vielen Fällen weitergehende Verfahrensschritte erübrigen bzw. verschiedene Anpassungs-Umrechnungen unter vereinfachten Eingangsbedingungen durchgeführt werden können.

Die meist im Hinblick auf eine Parallelschaltung der Transformatoren I und II ausgeführte Beschreibung gilt naturgemäß in analoger Weise für eine Parallelschaltung der Transformatoren I und 111.

Die erforderliche Umrechnungstabellen, Datentabellen usw. können in vorprogrammierten Speichern enthal- w ten sein, für die erforderlichen Umrechnungen ist ein Rechner vorgesehen, so daß das Steuer- bzw. Regclverfahren weitgehend automatisch durchgeführt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Parallelschalten von zwei Regeltransformatoren, die primärspannungsseitig an einem gemeinsamen (Oberspannungs-)Netz angeschlossen sind, sekundärspannungsscitig über getrennte Sammelschienen galvanisch getrennte Netzbezirke der gleichen (Unter)-Spannungsebene versorgen und deren Stufenschalterstellungen erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorbereitung der Parallelschaltung in einem ersten Schritt der höher belastete Transformator an die untere Grenze der zulässigen Klemmenspannung sowie der schwächer belastete Transformator an die obere Grenze der zulässigen Klemmenspannung gebracht wird und daß aus der sich ergebenden Stufenstellungs-Differenz die Höhe des

ίο zu erwartenden Ausgleichsstromes bestimmt wird, daß in einem zweiten Schritt der zulässige Ausgleichsstrom unter Berücksichtigung der gegebenen Belastungen der beiden Transformatoren (I, H bzw. Hl) so bestimmt wird, daß die maximal zulässige Gesamtleistung eines jeden Transformators auch nach Parallelschaltung nicht überschritten wird, daß in einem dritten Schritt zu erwartender und zulässiger Ausgleichsstrom verglichen werden und bei zu großem zu erwartenden Ausgleichsstrom die Stufenstellungs-Differenz verkleinert wird, daß in einem vierten Schritt der aufgrund der neuen Stufenstellungs-Differenz sich ergebende neue zu erwartende Ausgleichss'rom bestimmt wird, daß sich vor Parallelschaltung der beiden Transformatoren (I, II bzw. III) die vorgenannten Schritte wiederholen, bis der zu erwartende Ausgleichsstrom und die sich vor bzw. nach Parallelschaltung ergebenden bzw. zu erwartenden sekundären Klemmspannungen innerhalb der vorgegebenen zulässigen Grenzen liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Parallelschaltung die Stufenstellungen der beiden Transformatoren (I, II bzw. III) abwechselnd und unter Beachtung der zulässigen sekundären Klemmenspannung in Richtung kleiner werdender Stufenstellungs-Differenz bis zur Differenz Null verstellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufhebung der Parallelschaltung unter Ablauf einer sinngemäß umgekehrten Schrittfolge erfolgt.