Welche Probleme können beim Parallelbetrieb von Verteiltransformatoren auftreten?

Als Lieferant von Verteilungstransformatoren habe ich aus erster Hand die Komplexität und Herausforderungen erlebt, die mit dem Parallelbetrieb dieser wichtigen elektrischen Geräte einhergehen. Der Parallelbetrieb von Verteilnetztransformatoren ist in der Energiewirtschaft eine gängige Praxis mit dem Ziel, die Kapazität des Stromversorgungssystems zu erhöhen, die Zuverlässigkeit zu verbessern und die Flexibilität zu erhöhen. Allerdings ist es nicht ohne Probleme. In diesem Blog werde ich mich mit den potenziellen Problemen befassen, die beim Parallelbetrieb von Verteilungsnetztransformatoren auftreten können.

1. Ungleiche Spannungsverhältnisse

Eines der Hauptprobleme beim Parallelbetrieb ist der Unterschied in den Spannungsverhältnissen zwischen Transformatoren. Das Spannungsverhältnis eines Transformators ist definiert als das Verhältnis der Primärspannung zur Sekundärspannung. Bei der Parallelschaltung von Transformatoren mit unterschiedlichen Spannungsverhältnissen fließt zwischen ihnen auch dann ein Kreisstrom, wenn auf der Sekundärseite keine Last vorhanden ist.

Dieser Kreisstrom wird durch die Spannungsdifferenz zwischen den Sekundärwicklungen der Transformatoren verursacht. Nach dem Ohmschen Gesetz treibt eine Spannungsdifferenz einen Strom durch die Impedanz der Transformatoren. Der zirkulierende Strom erhöht nicht nur die Kupferverluste in den Transformatoren, sondern verringert auch die Effizienz des Stromnetzes. Darüber hinaus kann es zu einer Überhitzung der Transformatoren kommen, was zu Isolationsschäden und letztendlich zum Ausfall des Transformators führen kann.

Um dieses Problem zu entschärfen, muss unbedingt darauf geachtet werden, dass die Spannungsverhältnisse der parallel geschalteten Transformatoren möglichst nahe beieinander liegen. Vor der Installation sollten die Spannungsverhältnisse der Transformatoren sorgfältig gemessen und verglichen werden. Bei erheblichen Unterschieden können entsprechende Stufenschalter zur Anpassung der Spannungsverhältnisse eingesetzt werden.

2. Unterschiedliche prozentuale Impedanzen

Ein weiterer kritischer Faktor beim Parallelbetrieb ist die prozentuale Impedanz der Transformatoren. Die prozentuale Impedanz eines Transformators ist definiert als der Spannungsabfall an der Impedanz des Transformators bei Volllaststrom, ausgedrückt als Prozentsatz der Nennspannung.

Wenn Transformatoren mit unterschiedlichen prozentualen Impedanzen parallel geschaltet werden, teilen sie sich die Last nicht proportional zu ihren Nennwerten auf. Transformatoren mit niedrigeren prozentualen Impedanzen tragen einen größeren Anteil der Last, während Transformatoren mit höheren prozentualen Impedanzen einen kleineren Anteil tragen. Diese ungleichmäßige Lastverteilung kann zu einer Überlastung der Transformatoren mit niedrigeren Impedanzprozentsätzen führen, während die anderen möglicherweise nicht ausreichend ausgelastet sind.

Eine Überlastung eines Transformators kann zu übermäßiger Erwärmung führen, was die Lebensdauer der Isolierung verkürzt und das Risiko eines Ausfalls erhöht. Andererseits ist eine unzureichende Auslastung der Transformatoren eine Verschwendung von Ressourcen und verringert die Gesamteffizienz des Stromsystems.

Um eine ordnungsgemäße Lastverteilung zu gewährleisten, sollten die prozentualen Impedanzen der parallel geschalteten Transformatoren innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegen. Im Allgemeinen sollte der Unterschied in der prozentualen Impedanz zwischen Transformatoren ± 10 % nicht überschreiten. Bei Bedarf können Impedanzanpassungsgeräte verwendet werden, um die Impedanz der Transformatoren anzupassen.

3. Inkompatible Verbindungsgruppen

Die Anschlussgruppe eines Transformators bezieht sich auf die Art und Weise, wie die Primär- und Sekundärwicklungen verbunden sind (z. B. Y – Y, Y – Δ, Δ – Y, Δ – Δ). Wenn Transformatoren mit inkompatiblen Anschlussgruppen parallel geschaltet werden, entsteht eine große Phasendifferenz zwischen den Sekundärspannungen der Transformatoren.

Diese Phasendifferenz führt dazu, dass zwischen den Transformatoren ein großer Umlaufstrom fließt. Die Größe dieses Kreisstroms kann um ein Vielfaches größer sein als der Nennstrom der Transformatoren, was in kurzer Zeit zu schweren Schäden an den Transformatoren führen kann.

Vor der Parallelschaltung von Transformatoren ist unbedingt darauf zu achten, dass diese über die gleiche Anschlussgruppe verfügen. Die Anschlussgruppe eines Transformators kann durch den Einsatz geeigneter Prüfgeräte ermittelt werden. Müssen Transformatoren mit unterschiedlichen Anschlussgruppen verwendet werden, können zur Korrektur der Phasendifferenz geeignete Phasenschiebertransformatoren eingesetzt werden.

4. Nichtübereinstimmung der Phasenfolge

Die Phasenfolge ist die Reihenfolge, in der die dreiphasigen Spannungen ihren Maximalwert erreichen. In einem dreiphasigen Stromnetz ist die richtige Phasenfolge für den ordnungsgemäßen Betrieb elektrischer Geräte von entscheidender Bedeutung. Bei der Parallelschaltung von Transformatoren müssen die Phasenfolgen ihrer Primär- und Sekundärspannung gleich sein.

Eine Nichtübereinstimmung der Phasenfolge führt dazu, dass ein großer Umlaufstrom zwischen den Transformatoren fließt. Dieser zirkulierende Strom kann zu Überhitzung, mechanischer Belastung der Wicklungen und Schäden an der Isolierung führen. Um eine Fehlanpassung der Phasenfolge zu vermeiden, sollte die Phasenfolge der eingehenden Stromversorgung und der Transformatoren vor dem Anschluss sorgfältig überprüft werden. Phasenfolgeindikatoren können zur Überprüfung der Phasenfolge verwendet werden.

5. Fragen der Schutzkoordinierung

In einem parallel betriebenen Transformatorsystem ist die Schutzkoordination ein komplexes, aber entscheidendes Thema. Jeder Transformator in der Parallelschaltung verfügt über eigene Schutzvorrichtungen, wie z. B. Überstromrelais, Überspannungsrelais und Differentialrelais.

Wenn im System ein Fehler auftritt, sollten die Schutzvorrichtungen der Transformatoren koordiniert arbeiten, um den fehlerhaften Transformator zu isolieren und gleichzeitig den Betrieb der fehlerfreien Transformatoren aufrechtzuerhalten. Aufgrund der zirkulierenden Ströme und der ungleichmäßigen Lastverteilung bei parallel betriebenen Transformatoren kann jedoch die Funktion der Schutzgeräte beeinträchtigt werden.

Beispielsweise kann der zirkulierende Strom dazu führen, dass die Überstromrelais vorzeitig ansprechen, was zu einer unnötigen Auslösung der Transformatoren führt. Andererseits kann es bei einem Fehler in einem Transformator dazu kommen, dass die Schutzvorrichtungen der anderen Transformatoren nicht richtig funktionieren, was dazu führen kann, dass sich der Fehler ausbreitet und das gesamte Stromnetz beeinträchtigt.

Um eine ordnungsgemäße Schutzkoordination sicherzustellen, sollte eine detaillierte Analyse der Fehlerströme des Systems und der Funktion der Schutzgeräte durchgeführt werden. Fortschrittliche Schutzsysteme wie der Differentialschutz können verwendet werden, um die Selektivität und Zuverlässigkeit des Schutzsystems zu verbessern.

6. Auswirkungen auf die Systemstabilität

Auch der Parallelbetrieb von Verteilnetztransformatoren kann Auswirkungen auf die Stabilität des Stromnetzes haben. Die zirkulierenden Ströme und die ungleichmäßige Lastverteilung können zu Spannungsschwankungen und Leistungsschwankungen im System führen.

Spannungsschwankungen können die Leistung der an das Stromnetz angeschlossenen elektrischen Geräte beeinträchtigen. Beispielsweise können empfindliche elektronische Geräte aufgrund von Spannungsschwankungen versagen oder beschädigt werden. Netzschwankungen können zu Instabilität im Stromnetz führen, was zu Netzausfällen führen kann.

Um die Systemstabilität aufrechtzuerhalten, sollten geeignete Steuerungs- und Überwachungssysteme installiert werden. Diese Systeme können Spannungsschwankungen und Leistungsschwankungen in Echtzeit erkennen und entsprechende Maßnahmen ergreifen, wie beispielsweise die Anpassung der Stufenschalter der Transformatoren oder die Lastabschaltung.

Unsere Lösungen

In unserem Unternehmen bieten wir eine breite Palette hochwertiger, für den Parallelbetrieb geeigneter Verteilnetztransformatoren an. Unser30 – 2500 kVA/10 kV Energie-Effizienz-Öltransformator der Klasse Iist mit hoher Präzision konstruiert, um genaue Spannungsverhältnisse und niedrige prozentuale Impedanzen zu gewährleisten. Darüber hinaus verfügt es über hervorragende Isoliermaterialien und fortschrittliche Herstellungsverfahren, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

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Wenn Sie den Parallelbetrieb von Verteilungstransformatoren für Ihr Stromnetz in Betracht ziehen, stehen wir Ihnen mit professioneller Beratung und qualitativ hochwertigen Produkten zur Seite. Unser Expertenteam kann Ihnen bei der Auswahl der am besten geeigneten Transformatoren helfen, notwendige Tests und Einstellungen durchführen und eine ordnungsgemäße Installation und Inbetriebnahme sicherstellen. Kontaktieren Sie uns noch heute, um ein Beschaffungsgespräch zu beginnen und Ihr Energiesystem auf die nächste Stufe zu bringen.

Referenzen

1. Electric Power Systems von AJ Wood und BF Wollenberg
2. Analyse und Entwurf von Energiesystemen von J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma und Thomas J. Overbye
3. Transformer Engineering: Design, Technology, and Diagnostics von VK Mehta und Rohit Mehta