Содержание
Определение оптимального режима работы трансформаторов
Определение оптимальной загрузки трансформаторов
Приведем для примера график зависимости потерь активной мощности в трансформаторах от их числа ΔР(n) для трансформаторов ТМ 1600/10 и различных значений суммарной нагрузки подстанции. Кроме того определим оптимальное число работающих трансформаторов для каждого значения общей нагрузки подстанции и коэффициенты загрузки трансформаторов.
Рисунок. Зависимости суммарных потерь мощности в трансформаторах от числа работающих силовых трансформаторов для различных значений общей нагрузки подстанции.
Таблица — Результаты расчета числа работающих трансформаторов и их коэффициентов загрузки
| SΣ, кВА | nопт, шт | Кз |
| 1500 | 2 | 0,47 |
| 2000 | 3 | 0,42 |
| 2500 | 4 | 0,39 |
| 3000 | 4 | 0,47 |
Как видно из рисунка и таблицы оптимальным значениям числа работающих трансформаторов соответствуют достаточно низкие значения коэффициента загрузки. Режим минимальных потерь мощности в трансформаторе наступает при недогрузке трансформаторов по мощности.
Обычно на подстанциях устанавливают не более двух-трех трансформаторов. Для двухтрансформаторной подстанции нагрузка подстанции, при которой целесообразно изменить (увеличить или уменьшить, в зависимости от того, возрастает или уменьшается нагрузка подстанции) число трансформаторов равна
Из данного выражения можно найти коэффициенты загрузки трансформаторов: если работает один трансформатор, то подключать еще один целесообразно при коэффициенте загрузки первого
Для трехтрансформаторной подстанции существует два значения нагрузки подстанции, при которой целесообразно изменять число работающих трансформаторов:
1) при переходе на режим работы с одного на два включенных трансформатора или обратно с двух на один
Коэффициенты загрузки, при которых целесообразно изменить число работающих трансформаторов: при одном работающем трансформаторе целесообразно включить второй когда
2) при переходе на режим работы с двух на три включенных трансформатора или обратно с трех на два
Коэффициенты загрузки: при двух работающих трансформаторах целесообразно включить третий когда
Определить коэффициенты загрузки трансформаторов ТМ 1600/10 трехтрансформаторной подстанции, при которых следует перейти на режим работы:
1) с одного работающего трансформатора на два работающих трансформатора подстанции и обратно,
2) с двух работающих трансформаторов на три работающих трансформатора подстанции и обратно.
По справочнику определяем необходимые для расчета паспортные данные трансформаторов ТМ 1600/10: ΔРхх = 3,3 кВт; ΔРкз = 18 кВт.
Для трехтрансформаторной подстанции существует два значения нагрузки подстанции, при которой целесообразно изменять число работающих трансформаторов:
1) при переходе на режим работы с одного на два включенных трансформатора или обратно с двух на один коэффициенты загрузки: при одном работающем трансформаторе целесообразно включить второй когда
2) при переходе на режим работы с двух на три параллельно включенных трансформатора или обратно с трех на два коэффициенты загрузки: при двух работающих трансформаторах целесообразно включить третий когда
При работе одного трансформатора ТМ 1600/10 трехтрансформаторной подстанции целесообразно перейти на режим работы с двумя работающими трансформаторами, когда коэффициент загрузки трансформатора будет равен или превысит значение 0,6.
При работе двух трансформаторов ТМ 1600/10 трехтрансформаторной подстанции целесообразно перейти на режим работы с одним работающим трансформатором, когда коэффициент загрузки трансформаторов станет равным или меньше 0,3.
При работе двух трансформаторов ТМ 1600/10 трехтрансформаторной подстанции целесообразно перейти на режим работы с тремя работающими трансформаторами, когда коэффициент загрузки трансформаторов будет равен или превысит значение 0,52.
При работе трех трансформаторов ТМ 1600/10 трехтрансформаторной подстанции целесообразно перейти на режим работы с двумя работающими трансформаторами, когда коэффициент загрузки трансформаторов станет равным или меньше 0,35.
При выборе трансформаторного оборудования учитывается целый ряд показателей: надежность энергоснабжения, характер потребления, территориальное местоположение потребителей, перспективы изменений, возможность возникновения аварийных ситуаций.
При технико-экономических расчетах используется коэффициент нагрузки трансформатора (β), который вычисляется, базируясь на время загрузок, сравнение реальной нагрузки с номинальной, сравнение получаемой и отдаваемой мощности с внутренними потерями в железе и обмотках. От этого показателя зависит так же КПД преобразователей. Обязательно вычисляется значение β, при котором КПД достигает максимума.
Расчет коэффициента по времени
Номинальную загрузку определяет производитель. На практике она не равномерная. В течение суток бывают как недогрузки, так перегрузки. Чтобы не ошибиться с выбором, требуются графики работы оборудования за различные периоды (сутки, месяцы, годы). Важно распределить нагрузку так, чтобы износ изоляции не превышал номинальный показатель. В противном случае срок эксплуатации оборудования сократится.
Летом средняя нагрузка должна быть ниже номинальной, зимой – на оборот. Если параллельно работает несколько трансформаторов, рассчитывается суммарный показатель. Независимо от количества трансформаторного оборудования коэффициент должен быть оптимальный.
На данный момент на двухтрансформаторных подстанциях актуальна проблема низкой загрузки. Повысить показатель можно, если использовать один преобразователь. Но в таком случае при выходе из строя или ремонте потребители останутся без электроэнергии.
При проектировании и реконструкции подстанций допускаются ситуации, при которых с перегрузкой работает один трансформатор. При расчете оборудования учитывается требуемая мощность подстанции, время перезагрузок и недогрузок. В любой ситуации коэффициент перегрузки не может превышать 1,4.
Мощность трансформаторов должна быть такой, чтобы они были загружены на 75-85% (средний показатель). Расчеты проводятся на основе суточных графиков загрузки, на которых видна продолжительность недогрузок и перегрузок. В то же время перегрузка не должна превышать 6 часов в течение 5-и суток.
Формулы
Формула коэффициента нагрузки трансформатора:
t1– фактическое время работы под нагрузкой;
t2– номинальное время работы под нагрузкой.
Эта формула используется по только отношению к заранее определенному периоду времени (суткам, месяцу, году).
Зависимость КПД от коэффициента нагрузки
В процессе эксплуатации любого оборудования важен его КПД. Для трансформаторного оборудования на подстанции или на производстве это соотношение между напряжением, поступающим из сети, и напряжением, выдаваемым потребителям:
По сути, это эффективность преобразования напряжения.
На практике используется более точная формула:
∑P – сумма потерь на обмотках и железе.
Потери определяются, исходя из опытов короткого замыкания (Рк) и холостого хода (Р ).
КПД достигает максимального значения, если равны потери в стали и обмотках.
Так как отношение потерь холостого хода к выдаваемому напряжению (Р /Р1) равно 0,25-0,4, то максимальное значение КПД достигается коэффициенте загрузки 0,5-0,7.
Как определить коэффициент нагрузки трансформатора на практике? Существуют каталоги и стандарты с таблицами Рк и Р .
Для вычисления оптимальной величины используется формула:
Это примерно 0,45-0,5.
При снижении или превышении показателя КПД снижается, что влечет за собой повышение эксплуатационных затрат.
Если токи небольшие, полезная работа равна потерям. При превышении оптимальной загрузки греются провода обмоток и насыщается сердечник, преобразователь греется. В процессе эксплуатации чаще всего есть возможность регулировать уровень нагрузки таким образом, чтобы получить оптимальную величину КПД.
Расчет на основе мощности
При выборе трансформаторов для подстанций, обслуживающих жилые дома, обязательно собирается и анализируется информация о мощностях, которые требуются потребителям. Второй показатель – распределение этих мощностей по времени. Потребление может зависеть от времени суток и сезона. Типовые графики доступны в справочниках.
На предприятиях учитываются технологические особенности оборудования, время включения и выключения, периоды перезагрузки и недогрузки, возможность расширения производства и подключения дополнительных потребителей.
Определять коэффициент загрузки необходимо по формуле:
Sр –расчетная загрузка;
S – номинальная загрузка.
Если суточный график имеет большие провалы и пики, значение все равно равное.
Существуют рекомендованные величины коэффициентов:
- 0,65-0,7 – для потребителей первой категории;
- 0,7-0,8 – для потребителей второй категории;
- 0,9-0,95 – для потребителей третьей категории.
При таких значениях один трансформатор может взять на себя нагрузку другого при его выходе из строя.
К первой категории относятся потребители, которые без электроэнергии могут нанести ущерб, нарушить сложный техпроцесса, вывести из строя дорогостоящее оборудование. Чаще всего у них есть свои источники питания (батареи, аккумуляторы, шины напряжения, собственные электростанции).
Вторая категория – потребители, у которых без электроэнергии возможен брак, простой, нарушения распорядка жизни большого количества частных лиц. Третья категория – все остальные.
Для масляных преобразователей
Для масляных преобразователей допускаются перегрузки:
- 30% – 2 часа;
- 45% – 80 минут;
- 60% – 45 минут;
- 75% – 20 минут;
- 100% – 10 минут.
Для автотрансформатора эти показания относятся к обмотке, которая наиболее нагружена.
Для сухих преобразователей
- 20% – час;
- 30% – 45 минут;
- 40% – 32 минуты;
- 50% – 18 минут;
- 60% – 5 минут.
Перегрузки легче переносят масляные преобразователи.
При установке трансформаторов они проверяются на перезагрузку в аварийной ситуации:
Показатель может достигать 1,7-1,8.
В режиме после аварии
- 1,4* S≥ Sр.
Уменьшить показатель можно только до величины, позволяющей покрыть нагрузку при выходе из строя одного из преобразователей. Его завышение влечет за собой необходимость в установке дополнительного оборудования. Если на подстанции или предприятии два трансформатора, выбирается значение β= 0,7.
При наличии на подстанции или предприятии суточных графиков работы преобразователей они выбираются в соответствии с ГОСТ 1420985. Как определяют коэффициент нагрузки трансформатора, если графиков нет?
Руководствуются указаниями института «Росэнергосетьпроект» и учитывают рекомендованные величины. Желательно иметь на предприятии передвижной или складской резерв преобразователей.
Раз уж Вы читаете данную статью, значит, конец света все-таки не наступил 
Итак, вернемся к теме, стоит задача запроектировать трансформаторную подстанцию. Есть какая-то расчетная нагрузка, согласно которой требуется подобрать трансформатор нужной мощности.
Существуют разные методики выбора силового трансформатора, но для проектировщика, на мой взгляд, они не годятся.
Я буду опираться лишь на требования нормативных документов.
По своему опыту могу сказать, что в основном применяют масляные трансформаторы, т.к. они дешевле. Применение сухого трансформатора должно быть обосновано.
Количество применяемых трансформаторов зависит от категории электроснабежения. Как правило, однотрансформаторные подстанции проектируют на объектах третей категории электроснабжения, двухтрансформаторые подстанции – второй и первой категории натежности.
Мощность двухтрансформаторных подстанций должна выбираться с учетом перегрузочной способности трансформатора в аварийном режиме.
Соотношения между коэффициентами допустимой перегрузки масляных трансформаторов в послеаварийном режиме и коэффициентами загрузки трансформаторов в нормальном режиме приведены в таблице.
| Коэффициент допустимой перегрузкимасляного трансформатора, определенныйсогласно ГОСТ 14209-85 | Коэффициент загрузки масляного,трансформатора в нормальном режиме | |
| двухтрансформат. подстанция | трехтрансформат. подстанция | |
| 1,0 | 0,5 | 0,666 |
| 1,1 | 0,55 | 0,735 |
| 1,2 | 0,6 | 0,8 |
| 1,3 | 0,65 | 0,86 |
| 1,4 | 0,7 | 0,93 |
Для сухих трансформаторов максимальное значение коэффициента допустимой перегрузки трансформатора следует принимать не более 1,2.
При заказе трансформатора лучше запросить у производителя соответствующие графики допустимых перегрузок. У разных производителей они могут отличаться.
Согласно СН 174-75 следует принимать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:
- для цехов с преобладающей нагрузкой I категории при двухтрансформаторных подстанциях — 0,65-0,7;
- для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при однотрансформаторных подстанциях с взаимным резервированием трансформаторов — 0,7-0,8;
- для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при возможности использования централизованного резерва трансформаторов и для цехов с нагрузками III категории — 0,9-0,95.
Отсюда можно заметить, что в нормальном режиме трансформатор должен быть загружен не более чем на 90-95%.
А сейчас я хочу остановиться на методических указаниях по выбору силового трансформатора.
По данной методичке выбор мощности трансформаторов должен выполняться с учетом их перегрузочной способности в нормальном и послеаварийном режимах работы.
Суть выбора трансформатора заключается в том, что нужно сравнить нашу полную мощность проектируемого объекта (кВА) с интервалами допустимой нагрузки трансформаторов для различных видов потребитилей в нормальном и аварийном режимах. В общем нужно проверить 3 условия.
В методических указаниях все очень подробно расписано, а также приведены 2 примера по выбору однотрансформаторной и двухтрансформаторной подстанций.
Но самое удивительное в том, что по данному методическому указанию наш трансформатор будет практически всегда работать с перегрузкой или будет загружен практически на 100%. Например, 135 кВА соответствует трансформатору 100 кВА.
Нормативные документы по выбору силовых трансформаторов:
- НТП ЭПП-94. Проектирование электроснабжения промышленных предприятий. Нормы технологического проектирования (РФ, вместо СН 174-75).
- СН 174-75. Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий (вроде как не действует в РБ).
- Методические указания по выбору мощности силовых трансформаторов 10/0,4 кВ (РБ).
- ГОСТ 14209-97. Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов.
