Оптимізація режиму роботи силових трансформаторів ПС з використанням ЕЕПР і добового графіка навантаження

Визначення числа і потужності силового технологічного обладнання ПС повинна бути технічно і економічно обґрунтовано, так як воно суттєво впливає на раціональну побудову схем енергоспоживання. Критерієм при виборі є надійність і собівартість. При визначенні силових трансформаторів, одночасно із вибором номінальної потужності слід передбачати економічні режими його роботи, які визначаються мінімумом втрат потужності. При цьому враховують не лише втрати активної потужності в самих трансформаторах, але й втрати активної потужності в системі електропостачання від генератора до РТП із з-за споживання реактивної потужності.

Важливою характеристикою силових трансформаторів є їх навантажувальна здатність – це сукупність допустимих навантажень та перевантажень. Силові трансформатори випускаються з номінальними потужностями, які вони можуть протягом часу пропустити при номінальних даних згідно ГОСТ 14209-69 і ГОСТ 14677-65. лише в цьому випадку перевищення температури масла і обмоток над температурою навколишнього середовища не виходить за встановлені межі і строк служби трансформатора відповідає економічно доцільно.

В дійсності трансформатори працюють в умовах неномінальних навантажень, і їх навантаження змінюється протягом доби і року. Досвід експлуатації показав, що трансформатори можуть працювати без витрат для економічно доцільного строку служби, завантажені протягом доби (року) зверх номінальної потужності.

 

 

Навантаження трансформатора зверх номінальної потужності називається перевантаженням. Розрізняють аварійне і систематичне перевантаження трансформатора. Аварійне перевантаження допускається в межах граничного перевантаження, коли перебої недопустимі. Систематичне перевантаження трансформатора допускається за рахунок нерівномірності навантаження протягом доби або року. Величину і тривалість допустимого навантаження, а також термічний знос ізоляції при перевантаженні визначають із реальних графіків навантажень, перетворивши їх в двоступінчаті. Крім вказаних систематичних перевантажень, перевантаження трансформатора допускається із врахуванням сезонних навантажень. Якщо в літню пору максимум графіка навантаження менше номінальної потужності трансформатора, то в зимову пору допускається перевантаження, додаткова для трансформаторів з масляним охолодженням на 1% недовантаження влітку, але не більше ніж 15%. Незалежно від системи охолодження трансформатора можна одночасно (1 раз) перевантажити, за рахунок добової і сезонної нерівномірності графіка. Однак сумарне перевантаження не повинно перевищувати 50% номінальної потужності трансформатора.

Для трансформаторів системи охолодження М, Д, ДЦ і Ц допускаються перевантаження на 40% S_ном. трансформатора не більше 5 діб підряд на 6 годин. При цьому перевантаження допускають тоді коли коефіцієнт завантаження К₃ не повинен перевищувати значення 0,93 на протязі 10 годин.

Визначаємо число і потужність силових трансформаторів ПС із заданого графіка навантаження в максимально завантажену добу. Потужність приймачів І і ІІ категорії в районі складає 50% максимального навантаження. Середня температура повітря для ПС зовнішнього виконання складає +4^оС.

Розрахунок проводимо в слідуючому порядку:

1. Потужність і кількість силових трансформаторів підстанції визначають по розрахунковій потужності на шинах низької напруги з урахуванням перевантажоспроможності трансформаторів і вимог по забезпеченню необхідної надійності електропостачання споживачів.

На ПС рекомендують встановлювати два трансформатори в таких випадках: коли відстань до ближньої підстанції більше 45 км., якщо присутні перешкоди на місцевості (водойми, полігони і т.п.) що не уможливлює резервування лінії живлення від сусідньої підстанції, якщо по розрахунковій потужності необхідна установка трансформаторів потужністю більше 6300 кВА., коли загальне число підходящих ліній більше п’яти, якщо неможливо замінити пошкоджений трансформатор в термін одна доба з часу пошкодження, якщо при резервуванні споживачів першої категорії від сусідніх ПС неможливо забезпечити нормоване відхилення напруги в після аварійному режимі.

З урахуванням наведених рекомендацій визначаємо, що на ПС буде два трансформатори.

2. Визначимо середнє навантаження добового графіка навантаження:

де S₁, S₂, …, S_n – навантаження в певний період часу, кВа

 

t₁, t₂, …, t_n – час (тривалість) цього навантаження, год.

 

мВА.

3. На добовому графіку навантаження проводимо лінію, яка відповідає середньому навантаженню. По цьому графіку визначаємо пікову частиною з умовою, що

4. Визначаємо коефіцієнт завантаження

де: ΔS₁, ΔS₂,…, ΔS_n – навантаження нижче середнього значення в певний період часу, кВА

Δt₁, Δt₂,…, Δt_n – час (тривалість) цього навантаження;

5. Визначаємо розрахунковий коефіцієнт перевантаження (попередній)

де: ΔS'₁, ΔS'_2, …, ΔS'_n – навантаження вище середнього розрахованого в певний період часу, кВА.

Δt'₁, Δt'₂, …, Δt'_n – час (тривалість) цього навантаження.

6. Визначаємо коефіцієнт максимуму:

 

де: S_сер – середнє навантаження добового графіка, кВА;

 

S_max – максимальне навантаження по добовому графіку, кВА;

Оскільки К'_п < 0,9 К_max (1,27<1,53·0,9 = 1,38), то приймемо значення розрахункового коефіцієнта перевантаження К_п = 0,9 К_max

К_п = 1,38

7. Відповідно корегуємо тривалість перевантаження:

де: Т' – тривалість перевантаження відносно графіка Т' = 14 год.

год

8. По знайденим значенням Т і К₃ за допомогою графіків систематичних добових перевантажень складених при різних температурах навколишнього середовища, з урахуванням допустимої температури найбільш нагрітої точки обмотки рівній 140^оС, при перевищені середньої температури масла над температурою навколишнього середовища на 6^оС, визначаємо коефіцієнт допустимого перевантаження трансформатора. Вибираємо згідно ГОСТ 14209-65

К_доп.п = 1,18 (графік №6)

 

9. Визначаємо розрахункову номінальну потужність силових трансформаторів

мВА (2670 кВА)

10. Визначаємось по потужності трансформаторів:

 

Варіант 1: S_ном.т1 = 2500 × 2 кВА

Варіант 2: S_ном.т2 = 4000 × 2 кВА

 

Визначаємо коефіцієнт завантаження трансформаторів в час максимуму:

 

Варіант1:

Варіант 2:

 

Оскільки в обох варіантах трансформатори не перевантажені, то вибираємо їх шини і номінальні зони заносимо в таблиці:

 

Таблиця № 5.1. Паспортні дані трансформаторів.

 

Варіант	Sном, кВА	ΔРх, кВт	ΔРк, кВт	Uк%	Іх%
		4,1	23,5	6,5
		5,6	33,5	7,5	0,9

 

11. Визначаємо техніко-економічні показники роботи трансформаторів, для варіантів 1 і 2.

Для визначення техніко- економічних показників пропонованих варіантів ПС скористуємося КВАРЕМ. Визначені методикою інформаційні та інженерні рішення спираються на досягнутий в енергетиці України рівень використання сучасної комп’ютерної технології. Основний обсяг зберігання інформації, інженерних і економічних розрахунків накладено на базі даних і пакет програм, що увійшли до “ комплексу відлікового аналізу реактивів електричних мереж ”. Функціональна коректність програм обчислення ЕЕРП у складі КВАРЕМ підтверджена сертифікатом відповідності програмного засобу.

Варіант 1.

Визначаємо приведені втрати потужності в трансформаторі:

де: К₃ – коефіцієнт завантаження трансформатора

- приведені втрати холостого ходу трансформатора;

- приведені втрати короткого замикання трансформатора;

де: - втрати потужності трансформатора на холостому ходу (втрати в сталі) = 4,1 кВт;

- втрати потужності короткого замикання (втрати в обмотках)

= 23,5 кВт;

- реактивна потужність короткого замикання трансформатора, кВАр;

 

- реактивна потужність холостого ходу трансформатора;

кВАр;

кВАр;

кВт;

кВт;

 

Тоді приведені втрати потужності в одному трансформаторі:

При роботі двох трансформаторів:

Визначаємо втрати потужності і енергії в трансформаторах при допомозі розрахункової таблиці:

 

Таблиця № 5.2. Розрахункова таблиця, варіант 1

№ п/п	Навантаження, кВА	К.з.1	К.з.2	Тривалість, год	ΔРт1, кВт	ΔРт2, кВт	Втрати ел. ен., кВт год
		0,36	0,18		8,3	10,2
		0,48	0,24		11,4	10,5
		0,56	0,28		13,8	10,8
		0,8	0,4
		0,88	0,44		26,8	12,5
		1,04	0,52		35,6	13,5
		1,12	0,56		40,5	14,2
		1,28	0,64		51,4	15,5
		1,36	0,68		57,4	16,3
		1,52	0,76		70,5	17,9

 

Проаналізуємо роботу трансформаторів на графіку і визначимо найефективніший режим роботи.

 

Варіант 2.

1) Визначаємо приведені втрати потужності в трансформаторі:

кВАр;

кВАр;

кВт;

кВт;

Приведені втрати потужності в одному трансформаторі визначається:

Приведені втрати потужності в двох трансформаторах:

Визначимо втрати потужності і енергії в трансформаторах при допомозі таблиці:

 

 

Таблиця № 5.3. Розрахункова таблиця, варіант 2.

№ п/п	Навантаження, кВА	К.з.1	К.з.2	Тривалість, год	ΔРт1, кВт	ΔРт2, кВт	Втрати ел. ен., кВт год
		0,23	0,12		8,9	13,7
		0,3	0,15		10,5	13,8
		0,35	0,18		11,9	14,0
		0,5	0,25		17,3	14,7
		0,55	0,3		19,5	15,3
		0,65	0,33		24,6	15,7
		0,7	0,35		27,5	16,0
		0,8	0,4		33,9	16,8
		0,85	0,43		37,4	17,3
		0,95	0,48		45,0	18,3

 

Проаналізуємо режим роботи трансформаторів по графіку