+7 (812) 448-30-88
+7 (812) 910-22-50
Заказать звонок →
Мы перезвоним вам

Содержание:
  1. Общие положения. Выбор числа трансформаторов
  2. Выбор мощности силовых трансформаторов

Общие положения. Выбор числа трансформаторов

Правильный технически и экономически обоснованный выбор числа и мощности силовых трансформаторов для главных понизительных и цеховых подстанций промышленных предприятий имеет существенное значение для рационального построения схемы электроснабжения этих предприятий.

Число трансформаторов определяется требованиями надежности электроснабжения. С этих позиций наилучшим является вариант с установкой двух трансформаторов, обеспечивающий практически бесперебойное электроснабжение предприятия или цеха. На рисунке 1 приведена схема с установкой одного и двух трансформаторов.

f0a51-clip-3kb

Рис. 1. Типичная схема электроснабжения:

а – с одним трансформатором; б – с двумя трансформаторами

На рисунке 2 даны схемы их замещения. В схеме изображены элементы цепи (с одним и двумя трансформаторами), соединенные последовательно: шинный разъединитель, выключатель на стороне высшего напряжения, трансформатор, выключатель на стороне низшего напряжения или автомат и разъединитель или штепсельный разъем на стороне низшего напряжения.

41e99-clip-4kb

Рис. 2. Схема замещения для расчетов надежности схемы электроснабжения:

а – с одним трансформатором; б – с двумя трансформаторами

Задача заключается в том, чтобы из двух намеченных вариантов схем (см. рис. 1, а и б) выбрать одну с лучшими технико-экономическими показателями. Оптимальный вариант схемы выбирается на основе сравнения приведенных годовых затрат по каждому варианту:

3905c-clip-2kb

где Сэ,i – эксплуатационные расходы i-гo варианта;

Кi – капитальные затраты i-го варианта;

Уi – убытки потребителя электрической энергии от перерывов

 электроснабжения.

Следует заметить, что по схеме на рисунке 1 (а) наступает полный перерыв питания, а по схеме на рисунке 1 (б) оставшийся в работе трансформатор с перегрузкой обеспечивает питание всех потребителей. Здесь уместно подчеркнуть, что для схемы на рисунке 1 (а) питание со стороны низшего напряжения трансформатора по резервной кабельной линии от соседней трансформаторной подстанции не может быть принято во внимание, т.к. такая схема аналогична схеме подстанции с двумя трансформаторами, но с худшими показателями за счет длинной кабельной линии между системами шин двух подстанции, удаленных друг от друга.

Для рассматриваемого случая формула вероятности безотказной работы системы резервирования имеет вид:

409bb-clip-2kb

Полученная формула чрезвычайно проста и удобна для практического использования. Так, например, пусть известна вероятность надежной работы каждого из n элементов в каждой цепи, равная р. Требуется найти такое число резервных цепей, при котором общая надежность не менее заданной величины Роб. Найдем из этой формулы требуемое количество резервных цепей m:

32884-clip-8kbТаким образом, найдено необходимое число резервных цепей при данном числе «элементов в каждой цепи и известной вероятности надежности работы всех элементов, удовлетворяющее условию

5578d-clip-1kb

Одним из основных количественных критериев надежности системы является вероятность безотказной работы ее за определенный промежуток времени. В таком случае под вероятностью безотказной работы понимается вероятность того, что система будет выполнять заданные функции в течение данною промежутка времени.

Рассмотрим надежность работы системы как функцию времени t, т.е. Р(t). Надежность системы с точки зрения продолжительности работы до первого отказа оценивается средним временем безотказной работы системы Тср. Связь между вероятностью и средним вре­менем безотказной работы резервируемой системы выражается уравнением:

3b21d-clip-2kb

Другими словами, Тср равно площади, ограниченной функцией надежности Р(t) и координатными осями.

Принимая в первом приближении интенсивность отказов элементов постоянной во времени, используем показательное (экспоненциальное) распределение наработки до отказа:

96d00-clip-2kb

Важным свойством этого распределения является то, что вероятность безотказной работы системы в течение заданного времени t не зависит от того, сколько времени система проработала до этого.

Для одинаковых надежностей, которые мы рассматриваем, можно записать:

14de7-clip-2kb

где λ0 – интенсивность отказов цепи.

В этом случае среднее время безотказной работы системы равно:

f62f7-clip-2kb

Введем новую переменную:

48348-clip-817bТогда

1ead2-clip-6kb (1)

Проанализируем надежность резервируемой системы по среднегрупповым интенсивностям отказов элементов. В качестве исходных данных для расчета надежности берем из таблиц интенсивности отказов элементов различных типов λi в каждой из m+1 цепей в зависимости от количества элементов n в каждой цепи. В этом случае все элементы k-й цепи разобьем на группы с примерно одинаковыми интенсивностями отказов.

Обозначим через Ni количество элементов в каждой группе (пусть всего групп q). Найдем по справочным материалам интенсивность отказов элементов каждой группы λi, (среднее или крайнее, если нужно взять максимальные или минимальные критерии надежности системы).

Вычислим Niλi, характеризующие долю отказов, вносимых элементами данной группы в общую интенсивность отказов системы. Пользуясь изложенным выше, можно рассчитать общую интенсивность отказов цепи путем суммирования произведений Niλi по группам:

66845-clip-3kb

Зная λ0 и число резервных цепей, вычисляем:

b11d9-clip-2kb

С другой стороны, из-за того, что Без имени-2

Без имени-3

9c731-clip-2kb

Отсюда 

8bc46-clip-2kb

Таким образом, получена зависимость вероятности безотказной работы резервируемой системы от среднего времени безотказной работы данной системы.

Проведенные расчеты показали, что установка на подстанциях промышленных предприятий двух трансформаторов (см. рис. 1, б) с необходимой аппаратурой включения и отключения обеспечивает надежное питание потребителей. Это означает, что при повреждении одного трансформатора второй, как правило, обеспечивает 100%-ную надежность питания в течение времени, вполне достаточного для замены поврежденного трансформатора или его ремонта. Можно подсчитать убытки производства от возможных перерывов электроснабжения (см. рис. 1, а).

Кроме требований надежности при выборе числа трансформаторов следует учитывать режим работы приемников электроэнергии. Так, например, при низком коэффициенте заполнения графика нагрузки (0,5 и ниже) бывает экономически целесообразна установка не одного, а двух трансформаторов. В этом случае для оперативных переключений необходима соответствующая аппаратура с ручным или дистанционным управлением.

Расчеты и опыт проектирования показывают, что главные понизительные и цеховые подстанции желательно выполнять с числом трансформаторов не более двух.

Двухтрансформаторные подстанции обычно экономически более целесообразны, чем подстанции с одним или с тремя и большим числом трансформаторов. При сооружении двухтрансформаторных подстанций желательно осуществлять наиболее простую схему электрических соединений со стороны высшего напряжения. Такой схемой является, например, схема, приведенная на рисунке 3.

e2547-clip-6kb

Рис. 6-3. Однолинейные схемы электрических соединений главных понизительных

подстанций с двумя трансформаторами:

а – с выключателями на стороне высшего напряжения; б – без выключателей на стороне высшего напряжения

Применение простых схем с числом выключателей, меньшим числа присоединений, особенно выгодно, когда стоимость выключателя на стороне высшего напряжения соизмерима со стоимостью установки трансформатора. В нормальном режиме трансформаторы работают раздельно. При этом ток КЗ уменьшается вдвое, чем облегчаются условия работы аппаратов до 1000В. При отключении одного из трансформаторов второй включается с помощью секционного автомата или выключателя, принимает на себя всю или часть нагрузки и продолжает работать с перегрузкой до восстановления питания. При проектировании подстанций необходимо учитывать требование резервирования, исходя из следующих соображений. Потребители 1-й категории должны иметь питание от двух независимых источников электроэнергии; при этом может быть обеспечено резервирование питания и всех других потребителей. Обеспечивая надежное питание от двух подстанций, на них можно устанавливать по одному трансформатору. При питании потребителей 1-й категории от одной подстанции для обеспечения надежности необходимо иметь минимум по одному трансформатору на каждой секции шин; при этом мощность трансформаторов должна быть выбрана так, чтобы при отключении одного из них второй с учетом допустимой перегрузки обеспечивал питание потребителей 1-й категории. Ввод резервного питания для потребителей 1-й категории должен осу­ществляться автоматически.

Потребители 2-й категории должны быть обеспечены резервом, вводимым автоматически или действиями дежурного персонала. При питании от одной подстанции необходимо иметь два трансформатора или «складской» резервный трансформатор для нескольких подстанций, питающих потребителей 2-й 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-й категории могут получать питание от однотрансформаторной подстанции при наличии «складского» резервного трансформатора.

Выбор мощности силовых трансформаторов

В системах электроснабжения промышленных предприятий мощность силовых трансформаторов должна обеспечивать в нормальных условиях питание всех приемников электроэнергии. При выборе мощности трансформаторов следует добиваться экономически целесообразного режима работы и соответствующего обеспечения резервирования питания приемников при отключении одного из трансформаторов, причем нагрузка трансформаторов в нормальных условиях не должна (по нагреву) вызывать сокращения естественного срока его службы.

Целесообразно для учета увеличения потребляемой предприятием мощности предусматривать возможность расширения подстанций за счет замены менее мощных трансформаторов более мощными, т.е. предусматривать возможность установки трансформаторов большей на одну ступень мощности. Так, например, если устанавливают два трансформатора по 6300кВ·А, то фундаменты и конструкции нужно предусматривать для возможной установки двух трансформаторов по 10000кВ·А без существенных переделок подстанции.

Надежность электроснабжения предприятия достигается за счет установки на подстанции двух трансформаторов, которые, как правило, работают раздельно. При этом соблюдается условие, что любой из оставшихся в работе трансформаторов (при аварии с другим) обеспечивает полностью или с некоторым ограничением потребную мощней Обеспечение потребной мощности может осуществляться не только за счет использования номинальной мощности трансформаторов, но и за счет их перегрузочной способности (в целях уменьшения их установленной мощности).

Номинальной мощностью трансформатора называют мощность, на которую он может быть нагружен непрерывно в течение всего своего срока службы (примерно 20 лет) при нормальных температурных условиях охлаждающей среды. Под этими условиями согласно ГОСТ 14209-69 и 11677-65 понимают:

1) температуру охлаждающей среды, равную 20оС;

2) превышение средней температуры масла над температурой охлаждающей среды для систем охлаждения М и Д 44оС и для систем охлаждения ДЦ и Ц 36оС (их расшифровка приведена ниже);

3) превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки над средней температурой обмотки 13оС;

4) отношение потерь КЗ к потерям х.х, равное 5-кратному (принимается наибольшее значение для обеспечения запаса по нагреву изоляции);

5) при изменении температуры изоляции на 6оС от среднего ее значения при номинальной нагрузке, равного 85оС, срок службы изоляции изменяется вдвое (сокращается при повышении температуры или увеличивается при ее понижении);

6) во время переходных процессов в течение суток наибольшая температура верхних слоев масла не должна превышать 95оС, а наиболее нагретая точка металла обмотки 140оС.

Здесь необходимо отметить, что последнее условие справедливо только для эквивалентной температуры охлаждающей среды, равной 20оС. При резком снижении этой температуры необходимо следить за нагрузкой трансформатора по контрольно-измерительным приборам и во всех случаях не допускать превышения нагрузки сверх 150% номинальной (ГОСТ 14209-69).

e2435-clip-4kb

Рис. 4. Кривая для определения повышенного износа изоляции трансформатора

 по сравнению с нормальным износом в зависимости от повышения

температуры охлаждающей среды:

y – относительный повышенный износ изоляции;

Δθо,с – превышение температуры охлаждающей среды над температурой,

соответствующей нормальному износу изоляции.

При превышении температуры охлаждающей среды над эквивалентной температурой для имеющегося графика нагрузок определяют повышенный износ изоляции в соответствии с зависимостью, приведенной на рисунке 4, и решают вопрос о допустимости этого износа. Если повышенный износ недопустим, то нагрузка на трансформатор должна быть соответственно уменьшена или должен быть выбран трансформатор большей мощности.

Основные обозначения силовых трансформаторов и автотрансформаторов (выдержки из ГОСТ 14209-69 и 11677-65).

Тип трансформатора или автотрансформатора условно обозначают буквами и цифрами. Буквами обозначают число фаз, систему охлаждения, число обмоток, встроенное регулирование напряжения под нагрузкой, а цифрами – номинальную мощность трансформатора и его высшее напряжение.

Буквенные обозначения трансформаторов: ТМ, ТС, ТД, ТЦ, ТДЦ, ТДТ, ТДЦГ, ОДГ, ОДЦГ и т. д. Первая буква указывает на число фаз (Т – трехфазный, О – однофазный); вторая, а у некоторых типов трансформаторов вторая и третья буквы указывают на систему охлаждения (М – естественное масляное; С – сухой трансформатор, т.е. с естественным воздушным охлаждением; Д – масляное с дутьем, т.е. с обдуванием бака при помощи вентилятора; Ц – принудительная циркуляция масла через водяной охладитель; ДЦ – принудительная циркуляция масла через пристроенные на баке охладители, обдуваемые вентиляторами). Следующие буквы указывают на число обмоток (Т – три), способ регулирования напряжения (Н – встроенное под нагрузкой), выполнение трансформатора с защитой при помощи азотной подушки, без расширителя (З), расщепление обмотки НН (Р – после числа фаз).

Цифры пишутся дробно, числитель означает номинальную мощность трансформатора в киловольт-амперах (кВ·А), а знаменатель – высшее напряжение или высший из классов напряжения обмоток ВН в киловольтах (кВ) (для трансформаторов 6-10-35кВ), применяемый в данном типе трансформатора.

У автотрансформаторов перед буквенным обозначением добавляется буква А.

Пример условного обозначения. ТМН-630/10 – трехфазные двухобмоточные трансформаторы с естественным масляным охлаждением, с РПН, номинальной мощностью 630кВ·А, класса 10кВ.

Пример 1. Трансформатор с системой охлаждения М и постоянной времени нагрева масла τ = 3,5 ч работает при начальной нагрузке, равной 50% номинальной, и температуре охлаждающей среды q0,с = 20оС.

В аварийном режиме трансформатор может нести нагрузку, равную 140% его номинальной мощности, 5,5 ч в течение суток. Эта нагрузка должна иметь место 5 дней подряд. Следует выяснить, насколько сократится срок службы трансформатора при работе в этих условиях.

Находим, при какой температуре перегрузка на 40% в течение 5,5 ч возможна для данного трансформатора без повышенного износа изоляции. При Кз =0,5 и q0,с = 0оС (ГОСТ 14209-69, приложение 1, чертеж 4) перегрузка возможна в течение 5,7 ч. При этом можно считать, что 5,5 » 5,7 ч. Разность температур 20 – 0 = 20оС.

В соответствии с рисунком 4 относительный износ при температуре q0,с = 20оС равен 10 вместе 1,0 при q0,с = 0 оС. Отсюда следует, что за 5 сут изоляция будет изношена так, как если бы трансформатор работал в номинальных условиях 50 дней, При нормальном сроке службы трансформатора, равном 20 годам, срок службы последнего в данном случае сократится на db32b-clip-2kb

По методу, изложенному в ГОСТ 14209-69, предусматривается проверка допустимости действительного графика нагрузок для трансформатора, выбранного для обеспечения электроснабжения предприятия.

Для цеховых трансформаторов мощностью 1000кВ·А, особенно старых выпусков, можно применить упрощенный способ определения номинальной мощности. Этим способом можно проверять мощность трансформаторов типа ТМ при установке на открытом воздухе и изменяющейся температуре окружающего воздуха q0,в в пределе до +35оС или среднегодовой температуре +5оС. Для этих условий превышение температуры обмоток над температурой среды не должно превосходить 70оС. Отсюда наибольшая допустимая температура металла обмоток составляет 35 + 70 = 105оС. Эта температура имеет место только при q0,в = 35оС, если она совпадает с максимумом нагрузки трансформатора. Практически максимум нагрузки приходится на зимние месяцы (декабрь-январь) и q0,в намного ниже, чем 35оС, поэтому в зимнее время контроль за нагрузкой трансформатора ведут по измерительным приборам. В естественных условиях охлаждения она не должна превышать 130% его номинальной мощности, при форсировке охлаждения – 140%.

Следует иметь в виду, что температура верхних слоев масла – показатель косвенный. Если трансформатор будет иметь температуру верхних слоев масла 95оС при температуре] окружающего воздуха, например, -50оС, то он не проработает и 2-3 дней, т.к. эти условия будут соответствовать нагреву металла обмоток приблизительно до 200оС. Поэтому при q0,в < 35оС необходимо следить за нагрузкой трансформатора по измерительным приборам.

В местностях, где среднегодовая температура qср ¹ 5оС, номинальная мощность трансформатора снижается с повышением температур q0,в и qср или повышается с понижением температур q0,в и qср.

Номинальная мощность трансформатора определяется из выражения

b4fbe-clip-4kb

где Sном,т,п – номинальная паспортная мощность трансформатора для условий

qср = 5оС и qо,в = 35оС.

В условиях, когда qо,в > qо,в 35оС, номинальная мощность трансформатора дополнительно снижается на 1 % на каждый градус повышения температуры окружающего воздуха в пределе до qо,в = 45оС. При дальнейшем повышении qо,в обязательно применение форсированного охлаждения.

Мощность силовых трансформаторов целесообразно определять с учетом их перегрузочной способности. Если это не принимать во внимание, можно без всяких оснований завысить установленную мощность трансформатора. Перегрузочная способность определяется в зависимости от графика нагрузок для устанавливаемого трансформатора. Допускаются аварийная и возможная систематическая в условиях эксплуатации перегрузки трансформаторов.

а) Перегрузка аварийная. В соответствии с ГОСТ 14209-69 для сухих трансформаторов и имеющих системы охлаждения М, Д, ДЦ и Ц, можно допускать (вне зависимости от длительности предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и места установки) кратковременную перегрузку в соответствии с зависимостями, представленными на рисунке 5.

Трансформатор можно перегружать на срок до 5 сут на 40%, когда его нагрузка (для систем охлаждения М, Д, ДЦ и Ц) до аварийной перегрузки не превышала 0,93 его паспортной мощности, но при этом продолжительность перегрузки каждые сутки не должна превышать 6 ч (суммарная продолжительность перегрузки подряд или с перерывами).

bc8ca-clip-4kb

Рис. 5. Кривые для определения допустимой аварийной перегрузки трансформаторов в зависимости от продолжительности этой перегрузки tн:

l – для трансформаторов исполнений М, Д, ДЦ и Ц; z – для сухих трансформаторов

б) Перегрузка систематическая. Перегрузочная способность трансформатора зависит от особенностей графика нагрузок, который характеризуется коэффициентом заполнения графика

0d7e0-clip-2kb

Определив по кривым (см. рис. 5) продолжительность максимальной нагрузки, определяют значения допустимой перегрузки, которой можно подвергать трансформатор ежедневно в часы максимума его нагрузки. Допустимую нагрузку трансформатора можно определить и по формуле:

5f879-clip-3kb

где Sдоп – допустимая дополнительная нагрузка трансформатора в часы максимальной нагрузки сверх номинальной паспортной мощности за счет неполного использования трансформатора в тече­ние остального времени суток, кВ·А.

Кроме, того, трансформатор может быть перегружен зимой за счет снижения его нагрузки в летнее время, т.е. когда нагрузка снижается вообще и естественный срок службы трансформатора увеличивается за счет снижения температуры металла обмоток. В соответствии с этим допускается перегрузка в зимнее время на 1% на каждый процент недогрузки в летнее время, но всего не более чем на 15%. Общая перегрузка не должна превышать 30%, т.е.

1e951-clip-2kb (1)

В системах электроснабжения промышленных предприятий довольно часто встречается несимметричная нагрузка трансформаторов. При работе трансформатора в таком режиме, если его мощность выбрана по максимально нагруженной фазе, будет иметь место явное недоиспользование его. Поэтому трансформатор следует выбирать с учетом возможной перегрузки его, что позволяет сократить потребную мощность трансформатора. Исследования показали, что ток в наиболее загруженной фазе может быть допущен выше номинального. Коэффициент перегрузки, допустимой в несимметричном режиме, определяется из выражения

2225d-clip-5kb

гдеIА – ток наиболее нагруженной фазы,

 Iном,т – номинальный ток фазы трансформатора;

 Iв и Iс – токи в двух других фазах, нагруженных меньше фазы А.

Более точно систематические перегрузки для трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц можно определить в соответствии с ГОСТ 14209-69. В приложении 1 к ГОСТ 14209-69 приведены 36 графиков, один из которых для примера показан на рисунке 6.

44c14-clip-9kb

Рис. 6. Кривые зависимости коэффициента допустимой перегрузки силовых трансформаторов (исполнений М, Д, ДЦ, Ц) от продолжительности перегрузки tп и коэффициента загрузки трансформатора К3. Здесь приведен один из 36 чертежей, помещенных в ГОСТ 14209-69 для трансформаторов равной мощности при различных условиях охлаждения

На этих графиках даны зависимости коэффициентов допустимой перегрузки трансформатора Кд,п в функции:

1) коэффициента загрузки К3, имевшего место до периода времени, когда должна была последовать перегрузка трансформатора;

2) длительности максимума перегрузки tп. Графики построены для постоянных времени нагрева трансформаторов, равных 2,5 и 3,5ч и эквивалентной температуры охлаждающей среды от -10 до +40оС. Указания к пользованию графиками приведены в таблице 1.

Пример 2. Трансформатор с естественным масляным охлаждением работает с коэффициентом загрузки К3 = 0,8, после этого он в течение 2 ч нагружается на 1,35 Sном,т,п. Определить, допустим ли такой режим работы.

Постоянная времени нагрева τ = 2,5 ч для эквивалентной температуры охлаждающей среды qохл,э = 20оС. По графику чертежа 7 ГОСТ 14209-69 (см. рис. 6) Кд,п = 1,.35, следовательно, указанный режим работы трансформатора допустим.

Таблица 1

Сведения, используемые при определении перегрузки силовых трансформаторов по графикам ГОСТ 14209-09

 

 

Система

охлаждения

 

Постоянная

времени нагрева

трансформатора, ч

 

Эквивалентная температура

охлаждающей среды qохл,э, С

 

 

Мощность

трансформатора, кВ×А

 
 
 
 

-10

0

10

20

30

40

 

Номер графика ГОСТ 4209-69

 

М

2,5

1

1

3

5

7

11

От 1 до 1000

 

 

3,5

2

4

6

8

10

12

Свыше 1000 до 6300

 

 

Д

2,5

13

15

17

19

21

23

Свыше 6300 до 32000

 

 

 

3,5

14

16

18

20

 

22

 

24

 

Свыше 32 000 до 63 000

 

 

ДД, Ц

2,5

25

27

29

31

 

33

 

35

 

Свыше 100000 до 125000

 

 

 

3,5

26

28

30

32

 

34

 

36

 

Свыше 125000

 

 

Примечания:

1.   Шкала мощностей трансформаторов указана только для определения ориентировочной постоянной времени нагрева.

2.   При промежуточных температурах, не кратных 10оС, и промежуточных значениях длительности перегрузки коэффициент допустимой перегрузки и длительность ее определяют методом интерполяции. При значениях К3 > 1,5 кривые графиков нанесены пунктиром. Эти участки кривых могут быть использованы только по разрешению предприятия-изготовителя.

Расчет параметров, требующихся по ГОСТ 14209-69 для определения систематической допустимой перегрузки трансформатора, ведется следующим образом:

1. Определяется постоянная времени нагрева трансформатора, ч

9cb11-clip-2kb

 

где С – теплоемкость трансформатора, Вт/(ч·оС);

ΔРх – потери холостого хода, Вт;

ΔРк – потери короткого замыкания, Вт;

qм – превышение температуры верхних слоев масла над температурой

 охлаждающей среды, °С.

Теплоемкость для трансформаторов с обмотками из меди определяется из выражения

1f62e-clip-4kb

для трансформаторов с обмотками из алюминия

25f67-clip-4kb

где Gмаг – масса магнитопровода, т;

Gм – масса масла, т;

G6,p – масса бака с радиаторами, т;

G0 – масса обмоток, т.

2. Определяется эквивалентная температура охлаждающей среды. Когда температура охлаждающей среды существенно изменяется (например, в течение нескольких месяцев или всего года), эквивалентную температуру определяют по формуле

c2561-clip-4kb

где qохл.1, qохл.2, qохл.3, …, qохл,n – месячные эквивалентные температуры (°С),

которые допускается принимать равными среднемесячным температурам;

N – число месяцев.

Эквивалентные месячные температуры воздуха допускается определять приближенно в зависимости от среднегодовых температур (см. рис. 7).

f19d3-clip-27kb

Рис. 7. График эквивалентных месячных температур qэ.м

 в зависимости от среднегодовых температур qсг

Очевидно, что решить задачу выбора номинальной мощности трансформатора, исходя лишь из условия допустимой перегрузки, сразу невозможно, т.к. эта мощность определяется параметрами еще невыбранного трансформатора Кд,п = f(Кз, tн, t). Аналитически она может быть найдена только путем последовательного приближения. С другой стороны, строгое решение этой задачи вряд ли необходимо, поскольку в реальных условиях ряд номинальных мощностей трансформаторов является прерывистым. Поэтому в инженерной практике на первом этапе проектирования рекомендуется выбирать число и мощность трансформаторов, исходя из требований надежности и допустимой нагрузки в нормальном режиме и перегрузки в аварийном режиме. Обычно бывает достаточным принять к рассмотрению два варианта мощности трансформаторов. После этого на основе проведенных технико-экономических расчетов окончательно выбирают тип, количество и мощность трансформаторов.

В условиях эксплуатации следует предусматривать экономически целесообразный режим работы трансформаторов, сущность которого состоит в том, что при наличии на подстанции нескольких трансформаторов, могущих работать на общие шины, число включенных трансформаторов определяется условием, обеспечивающим минимум потерь мощности в этих трансформаторах при работе, их по заданному графику нагрузок. При этом должны учитываться не только потери активной мощности в самих трансформаторах, но и потери активной мощности, которые возникают в системе электроснабжения по всей цепочке питания от генераторов электростанций до рассматриваемых трансформаторов из-за потребления трансформаторами реактивной мощности (см. рис. 1). Эти потери называются приведенными в отличие от потерь в самих трансформаторах и определяются по выражению

ed53f-clip-2kb

где 7ff15-clip-1kb – приведенные потери мощности х.х. трансформатора (трансформаторов), учитывающие потери активной мощности как в самом трансформаторе, так и создаваемые им в элементах системы электроснабжения в зависимости от реактивной мощности, потребляемой трансформатором;

a6578-clip-1kb – аналогично приведенные потери КЗ;

 ΔРх – потери мощности холостого хода (в расчете их приближенно полагают равными потерям в стали трансформатора);

ΔРк – потерн мощности КЗ (потери в металле обмоток трансформатора);

Ки,п – коэффициент изменения потерь;

К3 = SФ,т/Sном,т,п – коэффициент загрузки;

SФ,т – фактическая нагрузка трансформатора (или расчетная при проектировании);

b96ff-clip-2kb – реактивная мощность холостого хода трансформатора;

 

34cac-clip-2kb – реактивная мощность, потребляемая трансформатором при номинальной паспортной нагрузке;

Iх – ток холостого хода трансформатора;

uк – напряжение короткого замыкания трансформатора.

Зависимость приведенных потерь мощности трансформаторов f666c-clip-451bот нагрузки Sф.т показана на рисунке 8.

Выражение (16) можно представить в иной форме:

b2137-clip-3kb

Для упрощения дальнейшей записи обозначим:

e9abb-clip-2kb

Тогда получим:

dc1a9-clip-2kb

Это уравнение параболы. На рисунке 8 точки пересечения кривых А, Б и В соответствуют нагрузкам SФ,т,А, SФ,т,Б, SФ,т,В и каждая из них одновременно принадлежит двум параболам. Их координаты, например для точки А, удовлетворяют совместному решению уравнений:

4e96a-clip-2kb

В этих уравнениях индексы 1 и 2 соответствуют цифровым обозначениям кривых на рисунке 8.

0d5ab-clip-6kb

Рис. 8. Зависимость приведенных потерь активной мощности Без имени-2

 в силовых трансформаторах от нагрузки:

1 и 2 – кривые потерь активной мощности о трансформаторах при их раздельной работе;

 3 – кривая суммарных потерь активной мощности в трансформаторах при их параллельной работе;

Без имени-10 и Без имени11 – приведенные потери активной мощности холостого хода в трансформаторах

 

В общем случае это может быть любая пара подобных кривых, причем каждая кривая принадлежит соответствующему количеству параллельно включенных трансформаторов.

Для точки А справедливо равенство

Без имени-4

т.е.

Без имени-5

откуда

Без имени-6

или, что равносильно,

Без имени-7Из выражения (18) для трансформаторов одинаковой мощности получаем:

Без имени-8

Точка А и соответствующая ей нагрузка SФ,тА могут быть найдены графическим и аналитическим способами. Аналитический способ является более удобным. Обычно в расчетах интересуются только точками А, Б и В и соответствующими им нагрузками. Выражение (18) используется:

1) для установления экономически целесообразного режима работы двух параллельно работающих трансформаторов;

2) для решения вопроса об экономической целесообразности присоединения к группе трансформаторов дополнительно еще одного трансформатора.

Для группы из двух и более трансформаторов величины а и b в общем виде определяются из выражений

Без имени-2

где n – количество трансформаторов в группе;

1, 2, 3, …, n – порядковые номера трансформаторов;

S – индекс, означающий, что величины а и b в данном случае являются общими

для всей группы, состоящей из n трансформаторов.

Заметим, что задачу о целесообразности добавления к группе работающих трансформаторов еще одного трансформатора удобнее решать путем вычисления разности приведенных потерь ΔРр после присоединения дополнительно трансформатора по формуле

Без имени-2или

Без имени-3

 

Здесь индекс S означает, что величина b относится к группе, состоящей из n трансформаторов, индекс S+1 – то же, но к группе, состоящей из n+1 трансформаторов. Индекс n+1 означает, что величина а относится к (n+1)-му, т.е. добавляемому, трансформатору.

Необходимо указать, что разность bS+1 – bS всегда отрицательна, в соответствии с чем величина ΔРр может принимать положительные или отрицательные значения. Во втором случае присоединение дополнительного трансформатора целесообразно.

Уместно отметить, что такой подход должен применяться только для случаев эксплуатации, т.е. когда трансформаторы уже установлены и для них выбирается экономически целесообразный режим работы. При проектировании, когда решается вопрос об установке новых трансформаторов, по оси ординат вместо потерь активной мощности (см. рис. 8) должны быть отложены данные годовых приведенных затрат. В этом случае кривые зависимости годовых приведенных затрат имеют примерно такой же характер, но точки пересечения этих кривых смещаются в сторону повышения мощности трансформаторов.

Без имени-2

 

 

 

Рис. 9. Электрические схемы трансформаторных подстанций:

а – однотрансформаторная; б – двухтрансформаторная подстанция с раздельно paсположенными трансформаторами; в – то же, с АВР на стороне 6-10 кВ на секционном масленом выключателе; г – то же, с АВР на стороне 380 В

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) 6(10)/0,4-0,23 кВ

 внутренней установки

 

Показатели

Чирчикский

трансформаторный

завод

 

Хмельницкий

завод ТП

 

Армэлектрозавод

Биробиджанский з-д силовых тр-ов

Минский электротехнический з-д

 

КТП-У-1000

 

КТП-М-1600

 

КТП-2500

 

КТП-400

 

ТП-630,

КТП-1000

 

КТП-250,

КТП-400

 

КТП-630,

КТПМ-630

КТП-160

КТП-250,

КТП-400

 

КТП-СН-0,5

Sном, кВ·А

1000

1000; 1600

2500

400

630;1000

250;400

630

160; 250; 400

400; 630; 1000

Тип силового тр-ра

ТМЗ

ТМЗ; ТНЗ

ТНЗ

ТМФ

ТМЗ; ТСЗ; ТНЗ

ТМФ

ТМФ

ТМЗ

ТСЗ; ТСЭС

Шкафы ввода ВН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тип

шкафа

швв-3

ШВВ-3; ШВВ-5

ШВВ-3; ШВВ-5

ВВ-1;

ВВ-2

ВВ-1;

ВВ-2

ВВ-1; ВВ-3; ВВ-4

ВВ-1; ВВ-3; ВВ-4

ШВВ-3

Кабельная коробка

Коммутационный аппарат

ВН- 11

ВН- 11

ВН- 11

ВНПз-17; ПК-6(10)

ВНПз-17; ПК-6(10)

ВНПз-17; ПК-6(10)

РВ-10; ПК-6(10)

ВН-11

Габариты, мм

1200х860х2461

1200х860х2461;

1200х1190х2461

1200х860х2461;

1200х1190х2461

1180х900х2000

1180х900х2000

700х700х 900

700х700х 900

1200х893х2438

Масса, кг

600

600; 640

600; 640

400

35;400

Входит в КТП

500

Шкафы НН:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вводы

ШН-8

ШНВ-2М; ШНВ-ЗМ

ШНВ-2К

КБ-1;   КБ-2;   КБ-3

КН-1;  КН-2;  КН-6

Габ. I и II КРН-5

Габ. I и II КРН-7

ШВ-А    ―

4ШН; 5ШН

4ШН; 6ШН

секционные

ШН-10

ШНС-2М

ШНС-ЗК

КБ-4

КН-6;

КН-20

КРН(5; 6 и 9)

КРН(5, 6, 8 и 9)

ШЛ-А

5ШН-600

линейные

ШН-2; ШН-4М

ШНЛ-1М; ШНЛ-2М

ШНЛ-2К; ШНЛ-ЗК

КБ-5а; КБ-5б

АВМ-20СВ

А3144В; А3134В

АВМ-15СВ

А3744С

Э-16В; Р-2515

Коммутационный аппарат:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на вводах и секционный

А3700

Э-40В;   Э-25В

Э-40В;   Э-25В

ABM-10CB

ABM-4В; Э-06B

А3712Б; А3722Б

на отходящих линиях

А3700

Э-16В;   Э-06В

Э-25В;    Э-16В

БПВ-1; БПВ-2

ABM-10В; А3700

А3124В; А3134В

А3124В; А3134В

А3734С; А3744С

А3710–А3740

Габариты, мм:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ввода|

1250х1300х2274

1100х1556х2200

1100х1556х2243

1100(750)х820х2000

1300х1148х2380

375(750)х725х2000

1125х850х2000

600х1000х2000

1200х1200х2200

секционные

1250х1300х2274

800х1556х2200

1100х1556х2243

750х820х

2000

1300х1148х2380

375х725х

2000

750х725х

2000

1200х1200х2200

Пример 3

Основные характеристики каждого трансформатора указываются условными обозначениями. Так, например, трансформатор ТМ-160-10/0,4; Y/Y-0 представляет собой: Т – трехфазный; М – охлаждение масляное естественное; 160 – номинальная мощность, кВ·А; 10 – номинальное напряжение первичной обмотки, кВ; 0,4 – номинальное напряжение вторичной обмотки, кВ; Y/Y-0 – группа и схема соединения. Для трансформатора с воздушным охлаждением (сухой) вместо буквы М указывается буква С, т.е. ТС-160-10/0,4; Y/Y-0. Основные технические данные некоторых трехфазных двухобмоточных силовых трансформаторов без регулирования напряжения под нагрузкой приведены в таблице:

 

 

Тип

трансформатора

 

 

Номинальная мощность, кВ·А

Номинальное напряжение обмоток, кВ

Потери, кВт

Напряжение

короткого

замыкания

% от номинального

 

Ток холостого

хода,

% от  номи-нального тока

 

 

холостого хода,

 

короткого замыкания

 

 

 

ВН

 

 

НН

 
 

х,%

к,%

uк

Iх

 

ТМ-100

100

6-10

0,4

0,365

1,97

4,5

2,6

 

ТМ-160

160

6-10

0,4

0,54

2,65

4,5

2,4

 

ТМ-250

250

6-10

0,4

0,82

3,7

4,5

2,3

 

ТМ-400

400

6-10

0,4

1,05

5,5

4,5

2,1

 

ТМ-630

630

6-10

0,4

1,56

7,6

5,5

2,0

 

ТМ-1000

1000

6-10

0,4

2,45

12,2

5,5

1,4

 

ТМ-1600

1600

10

0,4; 6,3

3,3

18,0

5,5

1,3

 

ТМ-1000

1000

35

0,4; 6.3;

2,75

12,2

6,5

1,5

 

 

 

 

10,5

 

 

 

 

 

ТМ-1600

1600

35

0,4; 6,3;

3,65

18,0

6,5

1,4

 

 

 

 

10,5

 

 

 

 

 

ТМ-2500

2500

35

6,3; 10,5

5,5

23,5

6,5

1,1