Выбор силовых трансформаторов ГПП и цеховых ТП

ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ ГПП

Найти величину рационального напряжения для системы электроснабжения предприятия означает определить тот уровень стандартного напряжения, при котором система электроснабжения имеет минимально возможные годовые затраты. Этим минимальным годовым затратам одновременно должны соответствовать и минимально возможные затраты материальных ценностей: количество цветного металла, электроэнергии, потерь электроэнергии и т.п.

Опыт проектирования позволяет интуитивно оценивать ожидаемую величину рационального напряжения.

Рис 2. Схема электроснабжения завода.

 

Однако, как показывает практика расчетов, при таком способе решения вопроса ошибки весьма часты. В то же время трудоемкие расчеты по определению затрат для всей шкалы напряжений требуют большой дополнительной работы. Для экономии затрат по определению величины рационального напряжения были выполнены расчеты и построены номограммы и составлены таблицы [3,6]

КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ПОДСТАНЦИЙ ПРЕДПРИЯТИЙ

Главная понизительная подстанция (ГПП) увязывает энергосистему с сетями промышленных предприятий. Часть оборудования ГПП, как правило, высшего напряжения находится на открытом воздухе, а часть оборудования (6 – 10 кВ) – в закрытом помещении.

На открытом воздухе обычно располагают силовые трансформаторы, разъединители, отделители, короткозамыкатели, измерительные трансформаторы тока и напряжения. Силовые трансформаторы закатываются на место постоянной установки по рельсам. Под трансформаторами находится яма, заполненная материалом, поглощающим масло, вытекающее из микротрещин бака. Яма сообщается трубопроводом с ямой для аварийного слива масла, которая сооружается с краю ГПП. Провода открытой части ГПП крепятся через изоляторы к порталам, на крайних частях которых устанавливаются стержни молниезащиты.

В закрытой части ГПП располагается оборудование 6 – 10 кВ: масляные выключатели, трансформаторы тока и напряжения, ячейки шкафов отходящих линий. В закрытой части обычно дежурный и диспетчерский персонал.

Территория ГПП ограждена забором высотой 2м. Двери снабжены электрическим замком. У входа установлено переговорное устройство.

Цеховые трансформаторные подстанции обеспечивает связь ГПП с потребителями электроэнергии цеха. В настоящее время широкое применение получили цеховые комплектные трансформаторные подстанции(КТП). КТП полностью монтируются на заводе-изготовителе и устанавливаются в цехе.

КТП комплектуется из ячеек силовых трансформаторов и распределительного устройства (РУ) низкого напряжения. Иногда могут быть ячейки с разъединителями или масляными выключателями, а чаще выполняют «глухой» ввод.

КТП могут устанавливаться в разных местах цеха, имеют сетчатое ограждение и не имеют постоянного дежурного персонала. Различают следующие места установки КТП (рис.2).

 

Рис.3.Места установки комплектных трансформаторных подстанций КТП.

 

1.Пристроенная КТП. Требует отдельного помещения. Сооружается, если в цехе нет места или воздушная среда взрывоопасна.

2.Внутрицеховая КТП. Отдельного помещения не требуется. Ограждена простой сеткой.

3.Встроенная КТП. Отдельного помещения не требуется. Ограждена простой сеткой.

4.Отдельностоящая КТП. Сооружается, когда от одной КТП питается несколько цехов.

Правильный, технически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторов и ГПП и ТП имеет существенное значение для рационального построения схемы электроснабжения. ГПП и ТП желательно выполнять с числом трансформаторов не более 2. Во всех случаях, где это возможно, следует рассматривать вариант с установкой одного трансформатора и осуществлением резервного питания от соседней ТП.

При питании потребителей 1 категории от одной подстанции для обеспечения надежность необходимо иметь минимум по одному трансформатору на каждой секции шин; при этом мощность трансформаторов должна быть выбрана так, чтобы при выходе из строя одного из них второй с учетом допустимой перегрузки обеспечивал питание потребителей 1 категории. Одновременно следует отметить, что на цеховых ТП с двумя трансформаторами рабочие секции шин низшего напряжения целесообразно держать в работе раздельно. При этом ток короткого замыкания. уменьшается вдвое и облегчаются условия работы аппаратов напряжением до 1000В. При отключении одного из работающих трансформаторов второй принимает на себя нагрузку отключившегося в результате включения секционного автомата. Ввод резервного питания для потребителей 1 категории должен осуществляться автоматически.

Потребители 2 категории должны быть обеспечены резервом, вводимым автоматически или действиями дежурного персонала. При питании от одной подстанции следует иметь два трансформатора или «складской» резервный трансформатор для нескольких подстанций, питающих потребители 2 категории, при условии, что замена трансформатора может быть произведена в течение нескольких часов. На время замены трансформатора может вводиться ограничение питания потребителей с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора.

Потребители 3 категории могут получать питание от однотрансформаторной подстанции при наличии «складского» резервного трансформатора.

В зависимости от исходных данных различают два метода выбора номинальной мощности трансформаторов:

1. по заданному суточному графику нагрузки цеха за характерные сутки года для нормальных и аварийных режимов работы.;

2. по расчетной мощности для тех же режимов. Здесь выбор мощности трансформаторов производится исходя из рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме. При этом номинальная мощность трансформаторов определяется по средней нагрузке за максимально загруженную смену

Sнт=Sр /(NKз)

где N – число трансформаторов; Kз – коэффициент загрузки трансформаторов.

Рекомендуется принимать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:

· при преобладании нагрузок 1 категории для двухтрансформаторных ТП Kз =0,65-0,7;

· при преобладании нагрузок 2 категории для однотрансформаторных ТП в случае взаимного резервирования трансформаторов на низшем напряжении Kз =0,7-0,8;

· при преобладании нагрузок 2 категории для однотрансформаторных ТП и наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках 3 категории Kз =0,9-0,95.

Ряд стандартных мощностей трансформаторов.

1*10n; 1,6*10n; 2,5*10n; 4*10n; 6,3*10n, где n=1, 2, и т.д. (целые числа)

 

Выбираются напряжения питающей сети. Районная подстанция по заданию находится на расстоянии до предприятия 17,8км. На ней имеются следующие напряжения: 220/110/35кВ. По [6] при мощности 5000 – 10000 кВА и расстоянии до источника питания 10 – 20км рациональным напряжением является напряжение 35кВ.

Производится проверка загрузки трансформаторов при нормальной нагрузке и в аварийных условиях.

К_з.н.р=Sр/2S_нт 0,7;          К_з.а.р= Sр/S_нт 1,4.

Уточняются потери мощности в трансформаторах

ΔР_т=ΔР_хх+К_з²ΔР_кз

По расчетной мощности определяется необходимая мощность трансформаторов

S_нт1 1380 0,7=965кВА; S_нт2 2010кВА;

S_нт3 1500кВА;                   S_нт4 2670кВА.

Для цеховых ТП рекомендуется применение комплектных трансформаторных подстанций КТП с трансформаторами мощностью до 1600кВА, поэтому в цехах № 2 и 4 устанавливаем по две КТП.

S_нт2 2875 0,7/2=1010кВА;        S_нт4 3815,8 0,7/2=1340 кВА.

Принимается по [3] для цеха: № 1 - 2 трансформатора типа ТМ 1000/10;

ΔР_хх =2,1 кВт; ΔР_кз =12,2 кВт; I_хх =1,4%; U_кз =5,5%

№ 2 – 4 трансформатора типа ТМ 1600/10;

ΔР_хх =2,8 кВт; ΔР_кз =16,5 кВт; I_хх =1,3%; U_кз =5,5%

№ 3 – 2 трансформатора типа ТМ 1600/10;

ΔР_хх =2,8 кВт; ΔР_кз =16,5 кВт; I_хх =1,3%; U_кз =5,5%

№ 4 – 4 трансформатора типа ТМ 1600/10;

ΔР_хх =2,8 кВт; ΔР_кз =16,5 кВт; I_хх =1,3%; U_кз =5,5%

 

Производится проверка загрузки трансформаторов при нормальной нагрузке

К_з.н.р1=S_р1/2S_нт1 =1379/(2 1000)=0,69; К_з.н.р2=S_р2/2S_нт2 =2875/(4 1600)=0,67;

К_з.н.р3=S_р1/2S_нт3 =2140/(2 1600)=0,45; К_з.н.р4=S_р1/2S_нт4 =3816/(4 1600)=0,6.

Производится проверка загрузки трансформаторов в аварийных условиях при отключении одного из трансформаторов

К_з.а.р1=S_р1/S_нт1 =1380/1000=1,28;  К_з.а.р2=S_р2/S_нт2 =2875/2 1600=0,9;

К_з.а.р3=S_р1/S_нт3 =2140/1600=1,34; К_з.а.р4=S_р1/S_нт4 =3816/2 1600=1,19.

Выбирается трансформатор ГПП

S_нт 0,7 Sр =0,7 8080=5650 кВА.

По справочнику [3] принимаются 2 трансформатора ТМН 6300/35

ΔР_хх =9 кВт; ΔР_кз =46,5 кВт; I_хх =0,9%; U_кз =7,5%

Производится проверка загрузки трансформаторов при нормальной нагрузке

К_з.н.р=S_р/2S_нт1 =8080/(2 6300)=0,64

Производится проверка загрузки трансформаторов в аварийных условиях при отключении одного из трансформаторов

К_з.а.р=S_р1/S_нт =8080/6300=1,28

Уточняются потери мощности в трансформаторах

Цех № 1 (ТМ 1000/10)           ΔР_т1=ΔР_хх1+К_з1²ΔР_кз1 =2,1+0,69² 12,2=7,8 кВт

ΔQ_т1=S _нт1I _хх1 /100+ К_з1²S _нт1U_кз1 /100=1000 1,4/100+0,69² 1000 5,5/100=40,2квар

Цех № 2 (ТМ 1600/10)   ΔР_т2= 10,2 кВт     ΔQ_т2= 60,3квар

Цех № 3 (ТМ 1600/10)   ΔР_т3= 6,14 кВт     ΔQ_т1= 38,6квар

Цех № 4 (ТМ 1600/10)     ΔР_т4= 8,74 кВт  ΔQ_т4= 52,5квар

ГПП (ТМН 6300/35) ΔР_т= 28 кВт          ΔQ_{т гпп}= 250квар

Определяются суммарные потери в трансформаторах

ΔР_т=∑ΔР_т =2 7,8+4 10,2+2 6,14+4 8,74+28=132 кВт

ΔQ_т=∑ΔQ_т =2 40,2+4 60,3+2 38,6+4 52,5+ 250=858 квар

 

Определяются расчетные нагрузки с учетом уточненных потерь в трансформаторах

Активная расчетная нагрузка завода с учетом потерь в трансформаторах

Рр=Рр.з+∆Рт =7860+131=8000кВт.

Реактивная расчетная нагрузка завода с учетом уточненных потерь в трансформаторах

Qр=Qр.з+∆Qт =6500+860=7360квар.

Полная расчетная нагрузка завода с учетом уточненных потерь в трансформаторах и компенсации реактивной мощности

S"_р = = 8000кВА

После выбора трансформаторов размещаются цеховые ТП и, по

возможности, ближе к определенному центру нагрузок, с учетом расположения источника питания, размещается ГПП.