Оптимизация режима работы трансформаторных подстанций должна начинается на стадии проектирования подстанции. Задачей оптимизации является, распределение отходящих линий вторичного напряжения между секциями шин по критерию минимума суммарного технологического расхода электрической энергии в обмотках трансформаторов и питающих их линиях высшего напряжения. Записав целевую функцию в виде годового технологического расхода электрической энергии, возможно нахождение условия оптимального распределения нагрузки между секциями трансформаторных подстанций.
При составлении уравнений целевой функции учитывают схему включения трансформаторов на стороне высшего напряжения (ВН). Учет включения трансформаторов на стороне ВН важен по следующим соображениям. При параллельном включении распределение нагрузок между трансформаторами будет влиять только на величину технологического расхода энергии в трансформаторах, а величина технологического расхода энергии в линиях, питающих данную подстанцию, будет определяться "естественным" потокораспределением мощности в сети. При раздельном включении, когда линия и трансформатор работают в блоке, распределение нагрузок между трансформаторами будет определять потокораспределение в питающих линиях и влиять на величину технологического расхода энергии в блоке питающая линия – трансформатор
|
|
Условие оптимального распределения нагрузок между секциями подстанции с двухобмоточными трансформаторами рассмотрим на примере двухтрансформаторной подстанции с раздельным включением трансформаторов. Суммарный годовой технологический расход энергии, кВт • ч, в двух блоках линия – трансформатор равен:
(5.11)
– потери х. х. в трансформаторах, кВт; , – максимальные мощности суммарных нагрузок трансформаторов, кВ • A; t1, t2 – время работы трансформаторов в течение года, ч; , – время максимальных потерь в трансформаторах, зависящее от соотношения максимальных мощностей и времени максимальных нагрузок линий, питающихся от первого и второго трансформаторов, ч; U – номинальное напряжение сети ВН, кВ; Rl, R2 – активные сопротивления первого и второго трансформаторов, Ом; rl и r2 – эквивалентные активные сопротивления линий, питающих первый и второй трансформаторы, Ом.
Максимальная и средняя квадратичная мощности связаны соотношением:
S = Smax√¯τ/√¯8760 (5.12)
Соотношение (5.11) с учетом выражения (5.12) можно представить:
(5.13)
|
|
Продифференцировав выражение (5.13) по S1(S1 + S2 = SΣ),
получим условие минимума годового технологического расхода энергии
(5.14)
Предположим, к подстанции присоединено n линий вторичного напряжения, из которых n питается от первого трансформатора, а m – от второго (n + m = h). Для каждой линии известны значения максимальной нагрузки и времени максимальных потерь. Средняя квадратичная нагрузка трансформаторов:
(515)
(5.16)
Подставив выражения (5.15), (5.16) в соотношение (5.14), получим условие минимума технологического расхода энергии:
Так как значение величины для различных вариантов распределения линии изменяется дискретно, то условием оптимального распределения линий будет являться минимум отклонения этой величины от значения при оптимальном распределении.
5.3 Оптимизация режима работы подстанции
Оптимальный режим подстанций с трансформаторами одинаковой мощности.
Подстанции с двумя трансформаторами одинаковой мощности представляют собой наиболее распространенный вариант многотрансформаторных подстанций. Если работает n трансформаторов, то переходить на (n+1)-ый включенный трансформатор необходимо в том случае, если фактическая нагрузка превысит "критическое" значение . Для двухтрансформаторной подстанции можно получить два вида одной и той же формулы. Если работает один трансформатор, то принимая, что n=1, второй следует включать при превышении нагрузки. Если работают два трансформатора, то принимая n=2, найдем, что второй трансформатор надо нагрузить ниже . Нетрудно заметить, что получаем в обоих случаях одно и то же значение критической нагрузки.
Отношение критической нагрузки к номинальной а = Sк/Sн для трансформаторной подстанции с трансформаторами одинаковой мощности в значительной степени зависит от экономического эквивалента реактивной мощности. Отсюда вытекает, что на величину отношения а должно оказывать значительное влияние соотношение между потерями реактивной и активной мощности при номинальной нагрузке, а также соотношение между переменными и постоянными потерями в трансформаторе. Так, для трансформаторов с первичным напряжением 110 кВ, напряжение КЗ составляет 10,5, а для трансформаторов с первичным напряжением 0,38 кВ – 4,5...5,5 %. Токи х.х. составляют в первом случае 0,7...0,9, а во втором – 3,2– 2,0 %. Следовательно, для трансформаторов РТП отношение а будет 12... 15, а для потребительских трансформаторов всего 1,5...3.
Оптимальный режим подстанций с трансформаторами различной мощности. Статистические данные показывают, что в системах электроснабжения около трети двухтрансформаторных подстанций с первичным напряжением 110 и 35 кВ имеют трансформаторы различной мощности. В основном эти трансформаторы соседних по шкале стандарта мощностей. Так как для силовых трансформаторов шкала стандарта построена с коэффициентом 1,6, то с некоторым приближением можно принять, что номинальная мощность трансформатора большей мощности составляет 160 % номинальной мощности трансформатора меньшей мощности, т. е. SH.o = = 1,65н.м. Это соотношение будет использовано ниже. При двух трансформаторах различной мощности необходимо определить значения критической нагрузки: первое будет определять условие перехода с трансформатора меньшей мощности на трансформатор большей мощности, а второе – условие перехода с трансформатора большей мощности на два параллельно включенных трансформатора (при возрастании нагрузки). Используя общий вид выражения для критической нагрузки, легко получить выражения для указанных двух значений критической нагрузки:
|
|
Здесь , которое приближенно можно принимать равным 1,6.
Так же как для трансформаторов одинаковой мощности, при определении критической нагрузки необходимо учитывать потери реактивной мощности, приводя их к потерям активной мощности с помощью экономического эквивалента реактивной нагрузки , кВт/кВАр. Для некоторых сочетаний мощностей трансформаторов величина критической нагрузки намного больше (или меньше), чем для других сочетаний мощностей (например, для трансформаторов 160– 250кВА – 10/0,4 кВ, 40 000– 60 000 кВА – 110/10 кВ, 25 000– 40 000 кВА – 35/10 кВ). Это объясняется тем, что величины потерь х. х. и к.з. трансформаторов этих сочетаний отличаются друг от друга больше (или меньше), нежели трансформаторов других сочетаний.
Имея в виду пологий характер зависимости потерь мощности в трансформаторах от нагрузки в окрестностях оптимального режима работы подстанции, можно рекомендовать для рассматриваемого вида подстанций переходить с трансформатора меньшей на трансформатор большей мощности при достижении нагрузкой 42 % мощности работающего трансформатора (при возрастании нагрузки). При снижении нагрузки эта величина будет соответствовать 37 %. Если работает трансформатор большей мощности, то при возрастании нагрузки включать второй трансформатор следует при достижении нагрузкой величины, равной 56 %. При снижении нагрузки эта величина, будет соответствовать 39% суммарной мощности двух работающих трансформаторов.
ЛЕКЦИЯ 6 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ПОДСТАНЦИЙ
С ТРЕХОБМОТОЧНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ