Силовые трансформаторы подстанций

Основным и наиболее дорогостоящим элементом любой системы электроснабжения предприятия являются силовые трансформаторы цеховых и главных понижающих подстанций. Эффективное использование суммарной трансформаторной мощности на предприятии позволяет проектировать наиболее экономичную систему его электроснабжения.

Экономичность принимаемых технических решений при выборе мощности трансформаторов и их количества определяется в результате сравнения приведенных затрат, например, двух вариантов (не учитывая влияния компенсации реактивной мощности на выбор трансформаторов, величины приведенных затрат для каждого варианта):

 

(5.1)

(5.2)

где и - капитальные затраты по трансформаторам.

и - средняя нагрузка и номинальная мощность трансформаторов;

и - потери активной мощности в трансформаторе пг холостом холе и при номинальной нагрузке;

- удельная стоимость активных потерь.

Можно также воспользоваться разницей приведенных затрат сравниваемых вариантов:

 

(5.4)

 

где = ; ; ;

– коэффициент дополнительных капитальных вложений.

Выбор количества и мощности трансформаторов цеховых ТП определяется рядом общих положений (величина нагрузки, распре­деление электроприемников по площади цеха, режим их работы); а также местными условиями (условия окружающей среды, наличие свободного места установки подстанции), в которых трансформатор будет работать.

Поскольку в этих случаях сравниваются в основном трансфор­маторы мощностью 630, 1000, 1600 и 2500 кВ A, то при удельных плотностях нагрузок на единицу производственной площади S_уд<< 0,2 кВ А/м², S_уд = 0,2…0.3 кВ А/м² и S_уд > 0,3 кВ А/м² рекоменду­ется [7] использовать трансформаторы номинальной мощностью 630… 1000 кВ А, 1600 кВ А и 2500 кВ А соответственно (табл. П21). Состав электроприемников конкретных цехов с учетом категории надежности их электроснабжения регламентирует целесообразность использования одно- или двухтрансформаторных ТП. При выборе трансформаторов на главных понизительных подстанциях, от кото­рых предполагается электроснабжение предприятий, следует учи­тывать то обстоятельство, что своих проектных мощностей пред­приятия достигают по прошествии нескольких лет работы. Поэтому с учетом реальных нагрузок и динамики их роста следует выбирать такие мощности трансформаторов, чтобы спустя 10 – 15 лет работы их можно было заменить на более мощные, а существующие пере­дать в эксплуатацию другим потребителям.

При проектировании и эксплуатации подстанций необходимо пре­дусматривать экономически целесообразный режим работы транс­форматоров. Сущность его состоит в том, что при наличии несколь­ких трансформаторов, работающих на общие шины, количество ИИияных трансформаторов определяется условием минимума приведенных потерь мощности. Приведенные потери включают в себя потери активной мощности в самих трансформаторах, а также потери в элементах системы электроснабжения по всей цепи питания от источников до рассматриваемого трансформатора при передаче к нему реактивной мощности, т.е.

 

, (5.4)

 

где - приведенные потери холостого хода трансформаторов;

– приведенные потери нагрузочные;

k_з – коэффициент загрузки;

– коэффициент изменения потери, который задается энергосистемой в пределах 0,02-0,05;

– реактивная мощность холостого хода трансформатора;

– реактивная мощность трансформатора при номинальной нагрузке.

Выражение(5.4) можно представить в иной форме:

 

, (5.5)

 

где S- значение нагрузки трансформатора.

Полученное уравнение представляет собой параболу. Для количе­ства работающих трансформаторов одинаковой мощности n и n – 1 при неизменной нагрузке подстанции обе параболы, представлен­ные графически, будут иметь общую точку пересечения, в которой справедливо равенство

(5.6)

Подставив в (5.6) правые части соответствующих уравнений и решив относительно нагрузки подстанции, получим уравнение

. (5.7)

С помощью (5.7) можно определить мощность нагрузки под­станции, при которой целесообразно перейти от п работающих трансформаторов к п -1 работающему трансформатору.

Пример. Определить количество и мощность трансформаторов при расчетных нагрузках цеха P_р = 1800 кВт, Q_р = 3200 квар. В цехе имеются потребители всех категорий по надежности электроснаб­ИИия. Значения других параметров: Т_м = 6800 ч, Т_г = 8760 ч, S_уд = 0,2 кВ А/м².

Решение. Полные расчетная и средняя нагрузки цеха:

При наличии в цехе потребителей I и II категорий следует ис- пользовать двухтрансформаторные ТП с коэффициентом загрузки трансформаторов К₃ = 0,7.

Рассматриваются два варианта: с использованием трансформа­торов S_н =1000 кВA (а) и S_н =1600 кВA (б).

Количество трансформаторов цеха:

Принимается: ТП-1 – 2х1000 кВ A, ТП-2 – 1х1000 кВ A;

Принимается: ТП-1 – 2х1600 кВ A.

Сравниваются оба варианта при следующих условиях: .;

= 3,3- 2,45 = 0,85 кВт, Е = 0,2.

= 12,2 кВт, = 18 кВт, переводной коэффициент .

Определяется разница в приведенных затратах вариантов для принятого количества трансформаторов:

С учетом(5.3)

 

 

Так как S_н =1600 кВA.

 

Задачи

5.1. Определить количество и мощность цеховых трансформато­ров для двух вариантов. Сравнить экономические показатели вари­антов с учетом затрат на установку БНК-0,38 кВ (табл. П22). В цехе имеются электроприемники всех категорий по надежности электро­снабжения.

Вариант а. Расчетные нагрузки цеха Р_р = 4300 кВт, Q_р = 5000 квар. S_уд = 0.3 кВА/м². Компенсация реактивной мощности в сети 0,38 кB отсутствует.

Вариант б. Исходные расчетные данные те же, но в цеховой сети установлены БНК-0,38 кВ суммарной мощностью Q_бк = 2000 квар.

5.2. Группа из трех цехов предприятия имеет потребителей II и III категорий. Расчетные нагрузки цехов:

 

Р_Р1 = 2500 кВт. Р_Р2 =1800 кВт, Р_Р3 = 2000 кВт,

Q _р1 = 2000 квар. Q р₂ =1900 квар, Q р₃ = 2100 квар.

 

Расстояние между цехами 50 м.

Определить количество и мощность цеховых трансформаторов, предусмотрев для потребителей II категории двухтрансформаторные ТП (вариант а). Для варианта б предусматриваются однотрансформаторные ТП с резервированием в 20 % по вторичному напря­жению между цехами. Дать экономическое сравнение вариантов.

5.3. Группа из четырех промышленных объектов имеет потреби­телей I, II и III категорий. Расчетные нагрузки каждого объекта:

 

Р_Р1 = 3000 кВт, Р_Р2 = 3500 кВт, Р_Р3 = 2500 кВт, Р_Р4 = 5000 кВт,

Q _р1 = 2800 квар, Q р₂ = 3200 квар, Q р₃ = 3000 квар. Q р₄ = 4500 квар.

 

Ближайший энергообъект (ТЭЦ) находится на расстоянии 6 км. Определить количество и мощность силовых трансформаторов под­станции, от которой предлагается питать прочищенные объекты. Коэффициент разновременности максимумов нагрузки 0,81.

5.4. Определить количество и мощность трансформаторов на подстанции глубокого ввода 110/10 кВ, от которой предполагается осуществить электроснабжение машиностроительного завода. Макси­мальная суточная нагрузка завода а течение двух часов S_M = 23 МВА.

Коэффициент заполнения графика = 0,7. Нагрузка потребителей I категории составляет S_р = 4МВ А.