1 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Основными критериями выбора оптимальной мощности трансформаторов являются: экономические соображения, обеспечивающие минимум приведенных затрат и условия нагрева, зависящие от графика нагрузки, температуры окружающей среды, коэффициента начальной загрузки и длительности максимума.

1.1 По экономическим соображениям

1. Для выбора оптимально-экономической мощности трансформаторов, аналогично тому, как это производится для линий, используется метод экономических интервалов. Однако исследования усложняются из-за наличия в трансформаторах двух видов потерь: холостого хода и короткого замыкания , зависящих от разных факторов. Между тем построение зависимостей З= f ( S ) для трансформаторов (рисунок 1.1) и аналогичных зависимостей З=( l ) для линий (рисунок 1.2) дает ломаную кривую минимальных

Рисунок 1.1–Зависимость приведенных затрат З от мощности двухобмоточных трансформаторов 110 кВ при ч/год для района I

На рисунке 1.1 фактическая максимальная мощность, протекающая через трансформатор, обозначается через S, а это же обозначение в кружке показывает номинальную мощность, при которой трансформатор является экономически выгодным для какого-то фактического интервала мощностей, заключенного между точками пересечений парабол. Однако могут быть трансформаторы, у которых зависимости З=f(S) проходят выше кривой минимума, нигде с ней не пересекаясь. Это показывает, что такие трансформаторы вообще не имеют экономической зоны использования, то есть их применение в данном случае нецелесообразно.

2. Граничное значение экономической мощности, при которой целесообразен переход от одной номинальной мощности трансформатора к большей :

(1.1)

где и –стоимость трансформаторов, руб.;

Т–время включения трансформатора;

–стоимость 1 кВтч потерь энергии холостого хода и короткого замыкания соответственно.

Обозначив в предыдущем выражении через , , то есть , получим расчетное значение экономической мощности

(1.2)

Рисунок 1.2–Зависимость приведенных затрат З от тока в линии I для различных сечений

Все величины под корнем для заданных сравниваемых трансформаторов с и известны. Значения зависят от величины Т и района страны.

Так как в большинстве случаев время включения трансформатора Т постоянно и равно 8760 ч/год, то есть принимается, что трансформатор включен весь год, то величины зависят только от района страны.

3. Построенные номограммы экономических интервалов, представляющие собой по выражению прямые , разграничивают экономические области целесообразного применения трансформаторов различных мощностей. Кроме указанных наклонных прямых, горизонтальными прямыми ограничиваются зоны, допустимые по условиям нагрева.

Ориентировочно принято, что допустимая мощность по условиям нагрева . Зоны таких допустимых перегрузок на номограммах заштрихованы. Если точка с координатами ( ) не попадает в заштрихованную зону, то выбор оптимальной мощности трансформатора определяется экономическими соображениями; если попадает, то условиями нагрева(рисунок Б.1-Б.3).

1.2 По перегрузочной способности

1. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов может быть определен по перегрузочной способности и должен быть технически и экономически обоснованным, т.к. он оказывает существенное влияние на рациональное построении схем промышленного электроснабжения.

Наиболее часто ГПП промышленных предприятий выполняют двухтрансформаторными. Одно-трансформаторные ГПП допустимы только при наличии централизованного резерва трансформаторов и при поэтапном строительстве ГПП. Установка более двух трансформаторов возможна в исключительных случаях: когда требуется выделить резко переменные нагрузки и питать их от отдельного трансформатора; при реконструкции ГПП; если установка третьего трансформатора экономически целесообразна.

Важной характеристикой силовых трансформаторов является их нагрузочная способность, представляющая собой совокупность допустимых нагрузок и перегрузок.

Силовые трансформаторы выпускают с номинальной мощностью, которую они могут длительно пропускать при нормальных условиях: номинальном напряжении, номинальной частоте, номинальной температуре окружающей среды. В этом случае превышение температуры масла и обмоток над температурой окружающей среды не выходят за установленные пределы, а срок службы трансформатора соответствует экономически целесообразному. В действительности трансформаторы работают в условиях, отличных от номинальных. Нагрузка их меняется в течении суток и года, не постоянна и температура охлаждающей среды. Это приводит, как правило, к неиспользованию трансформаторов. Опыт эксплуатации показал, что трансформаторы могут быть без ущерба для нормального срока службы загружены в течении части суток (года) сверх номинальной мощности, если в другую часть рассматриваемого периода их нагрузка была меньше номинальной. Загрузка трансформатора сверх номинальной мощности называется перегрузкой.

2. Величину и длительность допустимых перегрузок, а так же термический износ изоляции обмоток при перегрузках определяют для прямоугольных двухступенчатых или многоступенчатых графиков нагрузки, в которые необходимо преобразовать заданные и реальные графики нагрузки.

Определение нагрузки S_Н3:

(1.3)

где cos j –коэффициент мощности;

h –к.п.д. двигателя.

(1.4)

Определение суммарной мощности нагрузки на шинах ГПП 6кВ:

S_{сум.гпп}=S_Н1+S_Н2+S_Н3(1.5)

Определение ориентировочной мощности главного трансформатора на ГПП:

(1.6)

3. Технико-экономическое обоснование выбора трансформаторов предусматривает решение вопроса о целесообразности установки трансформаторов большой мощности, замене трансформаторов и т.д. Для решения этих вопросов выполняется технико-экономическое сравнение вариантов. Одновременно с выбором номинальной мощности трансформаторов следует предусматривать экономичные режимы их работы, которые характеризуются минимумом потерь мощности в трансформаторах при работе их по заданному графику нагрузки. При этом надо учитывать не только потери активной мощности в самих трансформаторах, но и потери активной мощности, возникающие в системе электроснабжения по всей цепочке питания от генераторов электростанций до рассматриваемых трансформаторов из-за потребления трансформаторами реактивной мощности. Эти потери называют приведенными в отличии от потерь в самих трансформаторах.

Технико-экономический расчет проводится с учетом следующих факторов:

- категории надежности электроснабжения потребителей;

- компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ;

- перегрузочной способности трансформаторов в нормальных и аварийных режимах,

- шага стандартных мощностей;

- экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.

Количество цеховых трансформаторных подстанций непосредственно влияет на затраты на распределительные устройства напряжением 6-20 кВ и внутризаводские и цеховые электрические сети. При уменьшении числа трансформаторных подстанций уменьшается число ячеек РУ, суммарная длина линий и потери электроэнергии и напряжения в сетях 6-10 кВ, но возрастает стоимость сетей напряжением 0,4 кВ и потери в них. Увеличение числа трансформаторных подстанций, наоборот, снижает затраты на цеховые сети, но увеличивает число ячеек РУ 6-20 кВ и затраты на сети напряжением 6-20 кВ. При некотором количестве трансформаторов с номинальной мощностью можно добиться минимума приведенных затрат при обеспечении заданной степени надежности электроснабжения. Такой вариант будет являться оптимальным, и его следует рассматривать как окончательный.

4. Однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять при наличии в цехе приемников электроэнергии, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки складского резерва, или при резервировании, осуществляемом по линиям низшего напряжения от соседних трансформаторных подстанций. Таким образом они допустимы для потребителей III и II категорий, а также при наличии в сети 380-660В небольшого количества потребителей I категории.

5. Двухтрансформаторные подстанции следует применять в следующих случаях:

•при преобладании потребителей I категории и наличии потребителей особой группы;

•для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения;

•для цехов с высокой удельной плотностью нагрузок.

Иногда оказывается целесообразным применение двухтрансформаторных подстанций при неравномерном суточном или годовом графике нагрузок. В этом случае можно изменять присоединенную мощность трансформаторов, используя их в более рациональных режимах работы.

Для двухтрансформаторных подстанций также необходим резерв для быстрого восстановления нормального питания потребителей в случае выхода из строя одного трансформатора на длительный срок. Оставшийся в работе трансформатор должен обеспечивать электроснабжение всех потребителей I категории на время замены поврежденного трансформатора. Цеховые трансформаторные подстанции с количеством трансформаторов более двух используются только при надлежащем обосновании.

В соответствии с ГОСТ 14209-85 и 11677-75 цеховые трансформаторные подстанции имеют следующие номинальные мощности: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА. В настоящее время цеховые трансформаторные подстанции выполняются комплектными и во всех случаях, когда этому не препятствует условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.

6. Ориентировочный выбор числа и мощности трансформаторов производится по удельной плотности нагрузки

(1.7)

где –расчетная нагрузка цеха, кВА;

F –площадь цеха,

При плотности нагрузки напряжением 380В до 0,2кВА/ целесообразно применять трансформаторы мощности до 1000кВА включительно; при плотности 0,2–0,3кВА/ –мощностью 1600кВА; при плотности более 0,3кВА/ целесообразность применения трансформаторов мощностью 1600кВА или 2500кВА должна определяться по технико-экономическому расчету.

7. Для определения Т_max, t и y строится годовой график нагрузки по продолжительности. Этот график показывает длительность работы установки в течении года с различными нагрузками. По оси ординат откладывают нагрузок в соответствующем масштабе, по оси абсцисс–часы года от 0 до 8760. Нагрузки на графике располагают в порядке убывания.

Построение годового графика по продолжительности нагрузок производится на основании известных суточных графиков. Для этого заданная форма графика масштабируется, принимая S_max=S_{сум.гпп}. Строится график нагрузки зимнего максимума и летнего минимума в принятом масштабе. При проектировании электроснабжения нового предприятия, то есть при отсутствии реальных суточных графиков нагрузки, используют типовые графики для данного профиля предприятия.

(1.8)

По результатам расчетов строится график по продолжительности.

8. Наиболее распространенным методом определения потерь энергии является метод с использованием времени максимальных потерь. Время, в течение которого потребитель работая с максимальной нагрузкой, взял бы из сети энергию, равную энергии, действительно полученной потребителем за год, и называется числом часов использования максимума. Время потерь так же зависит от характера потребителя. Поэтому для типовых графиков нагрузок можно установить зависимость . Таким образом, для типовых графиков нагрузок, зная величину , можно найти значение (рисунок Б.8), потери энергии и удельную стоимость потерь энергии в зависимости от (рисунок Б.10)

(1.9)

(1.10)

Из номограмм ( рисунок Б.1-Б.3) мощность трансформатора выбирается по условию нагрева. Принимается мощность трансформатора ближайшая стандартная в сторону увеличения.

В соответствии с ГОСТ 14209-65 определяются перегрузочные способности выбранного трансформатора. Для этого график зимнего максимума преобразуют в двухступенчатый эквивалентный прямоугольный (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3–Преобразование исходного графика нагрузки в эквивалентный прямоугольный двухступенчатый

Преобразования необходимо выполнять в следующей последовательности:

- на исходном графике провести линию номинальной нагрузки (номинальная мощность выбранного трансформатора);

- пересечение линии номинальной нагрузки с исходным графиком позволяет выделить участок наибольшей перегрузки; его продолжительность обозначить через h';

- для оставшейся части исходного графика в каждом интервале D t_i определить значения S ₁, S₂, ... S_m;

- рассчитать начальную нагрузку К₁ эквивалентного графика по формуле

(1.11);

- для участка перегрузки на каждом интервале Dh_i определить значения

- эквивалентного графика предварительно рассчитать по формуле:

(1.12)

- определить К_max исходного графика нагрузки;

- сравнить полученное значение с К_max:

если ³ 0.9*К_max, то следует принимать К₂= ;

если <0.9*К_max, то следует принимать К₂=0.9*К_max, а продолжительность перегрузки в этом случае следует скорректировать по формуле:

(1.13)

По найденным значениям и h по таблицам систематических суточных перегрузок, составленным при различных значениях температуры окружающей среды с учетом допустимой температуры наиболее нагретой точки обмотки, равной 140С°, и равенства относительного термического износа изоляции единице при превышении средней температуры масла над температурой окружающей среды на 6С°, определяют коэффициент . Если окажется, что , то трансформатор может систематически перегружаться по данному графику нагрузки. В противном случае должны быть приняты меры по снижению нагрузки трансформатора.

Кроме указанной систематической перегрузки трансформатора, за счет суточной неравномерности графика нагрузки допускается перегрузка за счет сезонных изменений нагрузки. Если в летнее время (июнь, июль, август) максимум типового графика нагрузки меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимние месяцы (ноябрь, декабрь, январь февраль) допускается дополнительная перегрузка трансформатора с масляным охлаждением на 1 % на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15%. Независимо от системы охлаждения для указанных трансформаторов возможно одновременно перегрузка за счет суточной и сезонной неравномерности графика. Однако суммарная перегрузка не должна превышать 50%номинальной мощности трансформатора.

Допустимые аварийные перегрузки для двухступенчатого графика приводятся в таблице Б.1. В этой же таблице указывается и относительный термический износ изоляции, представляющий собой отношение износа изоляции при температуре более нагретой точки обмотки за принятый промежуток времени к износу изоляции при базовой температуре за тот же промежуток времени.

Наряду с определением допустимых аварийных перегрузок по таблице разрешается для трансформаторов с системой охлаждения Д, М, ДЦ и Ц перегрузка 1,4 номинальной мощности трансформатора но не более 5 суток подряд на время максимума нагрузки с общей продолжительностью не более 6 часов в сутки. При этом коэффициент начальной загрузки не должен превышать 0,93. На время перегрузки должны быть приняты меры по усилению охлаждения трансформатора (включены вентиляторы дутья, резервные охладители и т.д.)