Методические указания для курсового и дипломного проектирования главных понижающих подстанций промышленных предприятий

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

Рисунок 1.1

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

1.1.1 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 приведенных затрат. 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.

Рисунок 1.2

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

1.1.2 Граничное значение экономической мощности, при которой целесообразен переход от одной номинальной мощности трансформатора Sном1 к большей Sном2:

где Kтр2 и Kтр1 – стоимость трансформаторов, руб.; Т – время включения трансформатора; cэх и cэк – стоимость 1 кВтч потерь энергии холостого хода и короткого замыкания соответственно.

Обозначив в предыдущем выражении

Все величины под корнем для заданных сравниваемых трансформаторов с Sном1 и Sном21 известны. Значения cэх 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.

1.1.3 Построенные номограммы экономических интервалов, представляющие собой по выражению прямые cэх = ƒ(ψ), 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 Sдоп =(1,1∽1,5)Sном. 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

1.2.1 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 выходит за установленные пределы, а срок службы трансформатора соответствует экономически целесообразному. В действительности трансформаторы работают в условиях, отличных от номинальных. Нагрузка их меняется в течение 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 течение части суток (года) сверх номинальной мощности, если в другую часть рассматриваемого периода их нагрузка была меньше номинальной. Загрузка трансформатора сверх номинальной мощности называется перегрузкой.

1.2.2 Величину и длительность допустимых перегрузок, а также 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 SН3:

где: COS φ – коэффициент мощности; η – к.п.д. двигателя.

Определение суммарной мощности нагрузки на шинах ГПП 6кВ:

Sсум. гпп = SН1+SН2+SН3. (1.5)

Определение ориентировочной мощности главного трансформатора на ГПП:

1.2.3 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 отличие 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.