Выбор трансформаторов подстанции

Подстанции предназначены для приема, преобразования и распределения электроэнергии.

Цеховая трансформаторная подстанция (ТП) преобразует энергию одного напряжения (6–20 кВ) в электроэнергию другого напряжения (0,4/0,23 или 0,66/0,4 кВ) и служит для питания одного или нескольких близлежащих цехов или отделений большого цеха.

Выбор числа и мощности трансформаторов обусловлен величиной и характером электрической нагрузки, экономической целесообразностью режима работы трансформаторов, возможностью резервирования питания электроприемников при отключении одного из трансформаторов [12, § 2.15]. Трансформаторы (желательно) должны быть однотипны. Количество цеховых ТП влияет на затраты распределительных устройств 6–20 кВ, внутризаводские и цеховые электрические сети. Однотрансформаторные подстанции применяются при наличии централизованного резерва и при взаимном резервировании трансформаторов по линии низшего напряжения соседних ТП для потребителей второй категории, при наличии в сети 380–660 В небольшого количества (15–20%) потребителей I категории при соответствующем построении схемы, а также для потребителей III категории при наличии централизованного резерва.

Двухтрансформаторные подстанции рекомендуется применять при значительной мощности потребителей I категории, при трехсменной работе

электроприемников II категории и для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения (насосные и компрессорные станции), для цехов с высокой удельной плотностью нагрузки (выше 0,5–0,7 кВ×А/м²). Цеховые ТП с числом трансформаторов более двух экономически нецелесообразны и применяются в виде исключения, если имеются мощные электроприемники, сосредоточенные в одном месте, или если нельзя рассредоточить подстанции по условиям технологии или окружающей среды.

Загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории надежности электроснабжения электроприемников, от числа трансформаторов и способа резервирования.

Коэффициенты загрузки трансформаторов на подстанциях приведены в табл. 4.1.

Коэффициенты загрузки в первых двух случаях определены исходя из необходимого взаимного резервирования при выходе из работы одного из трансформаторов и с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора, резервирующего аварийный трансформатор.

Допускается перегрузка одного трансформатора до 140 % в аварийном режиме продолжительностью до 5 суток, но не более 6 часов в сутки, т. е. при графиках средней плотности.

На главных понизительных подстанциях (ГПП) число трансформаторов в большинстве случаев принимается не более двух.

Таблица 4.1

Коэффициенты загрузки трансформаторов на подстанциях

Характер нагрузки и вид ТП	К з
При преобладании нагрузок первой категории на двухтрансформаторных ТП	0,65–0,70
При преобладании нагрузки второй категории на однотрансформаторных ТП и взаимном резервировании трансформаторов по связям вторичного напряжения	0,70–0,80
При преобладании нагрузок второй категории и при наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузке третьей категории	0,80–0,95

Цеховые ТП выполняются комплектными (КТП) и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, их устанавливают открыто внутри цеха или снаружи (КТПН).

Выбор КТП (КТПН) и типов трансформаторов производится по [6, 12]. Желательно, чтобы число типов трансформаторов было не более трех, видов охлаждения – один, один завод-изготовитель КТП.

Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых ТП производится на основании следующих исходных данных:

– расчетная нагрузка ТП за наиболее загруженную смену, кВА;

– категория надежности потребителей;

– экономическая плотность электрической нагрузки, кВА/м;

– величина реактивной нагрузки, кВ×Ар;

– коэффициент загрузки в нормальном режиме, К _з;

– коэффициент нагрузки в аварийном режиме, К _ав;

– допустимое число типогабаритов трансформаторов.

Следует иметь в виду, что при нагрузке в цехе S _р, меньшей 400 кВ∙А, целесообразно решать вопрос об ее объединении с нагрузкой рядом расположенного цеха, а при S _р > 400 кВ∙А в цехе рационально устанавливать свою ТП.

Экономически целесообразная мощность трансформаторов TП S _эт выбирается по экономической плотности нагрузки:

, (4.1)

где F – площадь цеха.

Выбрав по табл. 4.2 S _эт, можно определить необходимое количество трансформаторов для питания рассматриваемой нагрузки, шт.:

. (4.2)

Полученное число округляется до ближайшего большего целого числа. На основе анализа схемы электроснабжения и определения удельных затрат на передачу реактивной мощности с учетом постоянных капитальных затрат [4] находят экономически оптимальное число трансформаторов N _т.э. После уточнения полной мощности трансформатора по каталогам выбирают тип трансформатора, записывают его параметры.

Таблица 4.2

Экономически целесообразная мощность трансформаторов

Наименование величин	Значения величин
s, кВ∙А/м2	0,05	0,08–0,15	0,15–0,20	0,20–0,30	0,30–0,35
S эт, кВ∙А

Примечание. При расчете потерь холостого хода в трансформаторах необходимо учитывать их увеличение. Потери возрастают в среднем на 1,75 % в год при сроке службы после 20 лет [16].