Выбор числа, мощности и типа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций предприятия

Выбор трансформаторов является важным этапом проектирования.

Мощность трансформаторов цеховых ТП зависит от величины нагрузки электроприемников, их категории надежности электроснабжения. При одной и той же равномерно распределенной нагрузке с увеличением площади цеха должна уменьшаться единичная мощность трансформаторов. Так, в цехе, занимающем значительную площадь, установка трансформаторов заведомо большой единичной мощности увеличивает длину питающих линий цеховой сети и потери электроэнергии в них.

Плотность электрической нагрузки:

(2.1)

где: S_р – расчетная электрическая нагрузка цеха, кВА;

F_ц – площадь цеха, м².

Таблица 5 – Связь между экономически целесообразной мощностью отдельного трансформатора цеховой ТП и σ

Плотность электрической нагрузки цеха σ, кВА/м²	0,03…0,05	0,05…0,06	0,06…0,08	0,08…0,11	0,11…0,14	0,14…0,18	0,18…0,25	0,25…0,34	0,34…0,5	0,5… выше
Экономически целесообразная мощность 1-го тр-ра цеховой ТП S_э.т,кВА

Выбор цеховых ТП сводится к решению нескольких задач:

- выбор единичной мощности трансформатора;

- выбор общего числа трансформаторов (оптимального);

- выбор числа трансформаторов на каждой подстанции;

- выбор местоположения.

Далее определим оптимальное число трансформаторов в цехе:

(2.2)

(2.3)

где: К_{з доп} – коэффициент загрузки – допустимый. Он зависит от категории надежности.

К_{з доп} = 0.67 – 0.7 – I категория

К_{з доп} = 0.7 – 0.8 – II категория

К_{з доп} = 0.8 – 0.9 – III категория

ΔN_т – добавка до ближайшего целого числа;

m – добавка к минимальному числу трансформаторов до оптимального.

m=f(N_т_min, K_{зт.норм}, ΔN_т).

Найденное число трансформаторов не может быть меньше, чем число трансформаторов, требуемых по условиям надежности.

Далее определяем предельную величину реактивной мощности, которую могут пропустить выбранные трансформаторы:

(2.4)

где S_ном.т – номинальная мощность трансформаторов цеховой ТП;

Р_р – расчетная активная нагрузка на ТП.

При Q_1р< Q_р трансформаторы ТП не могут пропустить всю реактивную нагрузку и поэтому часть ее должна быть скомпенсирована с помощью конденсаторов, которые следуют установить на стороне низшего напряжения на ТП. Мощность этих конденсаторов будет составлять

Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах будут соответственно:

(2.5)

(2.6)

Результаты по выбору числа, мощности и типа трансформаторов приведены в таблице 6.

Таблица 6. Выбор цеховых ТП

3. Выбор напряжения, схемы внешнего электроснабжения и трансформаторов ГПП предприятия.

Величина напряжения питания главной понизительной подстанции предприятия определяется наличием конкретных источников питания, уровнями напряжений на них, расстоянием от ГПП до этих источников, возможностью сооружения воздушных линий для передачи электроэнергии и другими факторами.

Из всех возможных вариантов внешнего электроснабжения нужно выбрать оптимальный, т. е. имеющий наилучшие технико-экономические показатели. Для этого, прежде всего, следует найти величину рационального напряжения, которую возможно оценить по приближенной формуле Стилла:

(3.1)

где: - длина питающей ГПП линии, [км];

- расчетная активная нагрузка предприятия на стороне низшего напряжения ГПП, кВт.

Расчетная (максимальная) активная нагрузка предприятия:

(3.2)

где: - расчетная активная низковольтная нагрузка всех цехов и других потребителей предприятия;

- расчетная активная высоковольтная нагрузка предприятия, создаваемая высоковольтными синхронными, асинхронными электродвигателями, преобразовательными подстанциями и т. п.;

- расчетная активная нагрузка освещения предприятия, включающая внутрицеховое и наружное освещение;

- суммарные потери активной мощности в трансформаторах цеховых ТП;

Потери в трансформаторах ТП рассчитаны и результаты расчетов сведены в таблицу 7.

– коэффициент одновременности максимумов, .

, (3.3)

где: m -число групп электроприемников.

Таблица 7 – Потери в цеховых трансформаторах

№ п/ст	Тип тр-ра	Sном,кВА	Nт ^опт	k_{зт норм.}	Р_хх, кВт	Р_кз,кВт	I_хх,%	U_кз,%	∆Р_тр, кВт	∆Q_тр, кВт

	ТМЗ			0,73	0,9	5,5	1,8	4,5	7,66	33.58
	ТМЗ			0,73	1,25	7,9	1,7	5,5	10,9	27.32
	ТМЗ			0,67	1,5	14.35	1,5	6.0	40.4	104.83
	ТМЗ			0,73	0,44	2,75	1,8	4,5	3,81	13.43
	ТМЗ			0,69	0,9	5,5	1,8	4,5	7,66	33.58
6-10	ТМЗ			0,67	1,5	14,35	1,5	6,0	40,4
Итого								129.4	736.74

Тогда:

(3.4)

Величина рационального напряжения:

Т.к. для сравнения заданы два варианта внешнего электроснабжения предприятия: 35 и 110 кВ, а U_рац_i=75.3, то требуется технико-экономическое сравнение. В результате расчётов проводимых в пункте 4 (Технико-экономическое обоснование схемы электроснабжения) выбираем напряжение 110кВ.

Полная расчетная нагрузка предприятия, необходимая для выбора силовых трансформаторов ГПП находится приближенно по формуле:

, (3.5)

где: - экономически целесообразная реактивная мощность на стороне высшего напряжения ГПП, потребляемая предприятием от энергосистемы.

(3.6)

где: находится по таблице 8.

Таблица 8 – Значения тангенса

Напряжение сети, кВ
	0.27	0,31

Потери реактивной мощности в трансформаторах ГПП:

(3.7)

Мощность трансформаторов ГПП определяется из соотношений:

(3.8)

где: n = 2 – число трансформаторов ГПП;

- коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме, определяется из условия резервирования.

Произведем расчёт по выражениям (3.3) – (3.6) и сведём полученные результаты в таблицу 9, 10.

Таблица 9

Напряжение, кВ	tgφ	Q_Э.С, квар	∆Q_ТГПП, квар	S_Р.П, кВА
	0,31	5805.37	1372.43	19244.51

Таблица 10

Напряжение, кВ	N_т, шт	K_з.доп	S_Т, кВА	S_Н.Т, кВА	Тип	К_{зт.норм.}	К_зт.п/ав
		0,7	13746.07		ТРДН-16000/110	0,59	1,18

Сведем полученные результаты в таблицу 11 и выберем трансформатор.

Таблица 11 – Расчетные и справочные данные для трансформаторов ГПП

Напряжение, кВ
Экономически целесообразная реактивная мощность Q_Э.С, квар	5805.37
Полная расчетная нагрузка S_Р.П, кВА	19244.51
Мощность трансформаторов ГПП S_Т, кВА	13746.07
Тип трансформаторов на ГПП	ТРДН-16000/110
Номинальная мощность трансформатора S_Н.Т, кВА
Напряжение на высокой стороне U_ВН, кВ
Напряжение на низкой стороне U_НН, кВ	38,5
Потери холостого хода ΔР_ХХ, кВт
Потери короткого замыкания ΔР_КЗ, кВт
Напряжение короткого замыкания U_КЗ, %	10,5
Ток холостого хода I_ХХ, %	0,7
Коэффициент загрузки в нормальном режиме К_{зт.норм.}	0,59
Коэффициент загрузки в послеаварийном режиме К_зт.п/ав	1,18

Вариант схемы электроснабжения предприятия для 110 кВ представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Вариант схемы внешнего электроснабжения предприятия на

напряжение 110 кВ