 |
Технико-экономическое обоснование выбора мощности трансформаторов
|
|
|
|
На подстанции «Байдарка» организован учет электрической энергии. Происходит учет как активной так и реактивной энергии. Для этого на подстанции установлены счетчики активной и реактивной энергии.
Для контроля нагрузки на фидерах и вводах установлены амперметры, а для пропорционального снижения первичного тока во вторичный и для изоляции вторичных цепей от первичных установлены трансформаторы тока. Все щитовые приборы установленные на подстанции изготовлены на номинальный ток 5 А, поэтому вторичный ток трансформаторов тока составляет 5 А. Важной характеристикой трансформаторов тока является коэффициент трансформации, который показывает отношение первичного тока ко вторичному. Этот коэффициент трансформации указывается на амперметрах. Тогда шкала амперметров градуируется в первичных токах, хотя по обмотке амперметра протекает вторичный ток.
Данные приборов учета приведены в таблице 8.1
Таблица 8.1 – данные приборов учета
| № пп | Место установки | Тип амперметра | Тип счетчика и вид учитываемой энергии | Тип трансформатора тока, его коэффициент трансформации |
| 1 | Ячейка фидера Б-01 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 300/5 |
| 2 | Ячейка фидера Б-02 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 300/5 |
| 3 | Ячейка фидера Б-02 | СР4У-И673М реактивная | ||
| 4 | Ячейка фидера Б-03 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 150/5 |
| 5 | Ячейка фидера Б-03 | СР4У-И673М реактивная | ||
| 6 | Ячейка №4 ТСН-1 | СА4У-И672М активная | Т-066 50/5 | |
| 7 | Ячейка ввода6кВТ-1 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 600/5 |
Продолжение таблицы 8.1
| Место установки | Тип амперметра | Тип счетчика и вид учитываемой энергии | Тип трансформатора тока, его коэффициент трансформации | |
| 8 | Ячейка ввода6кВТ-1 | СР4У-И673М | ||
| 9 | Ячейка Фидера Б-07 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 150/5 |
| 10 | Ячейка Фидера Б-08 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 400/5 |
| 11 | Ячейка Фидера Б-08 | СА4У-И673М реактивная | ||
| 12 | Ячейка Фидера Б-09 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 300/5 |
| 13 | Ячейка Фидера Б-12 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 300/5 |
| 14 | Ячейка №13 ТСН-2 | СА4У-И672М | Т-066 50/5 | |
| 15 | Ячейка ввода6кВТ-2 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 600/5 |
| 16 | Ячейка ввода6кВТ-2 | СР4У-И673М | ||
| 17 | Ячейка Фидера Б-17 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 300/5 |
| 18 | Ячейка Фидера Б-17 | СА4У-И673М реактивная | ||
| 19 | Ячейка Фидера Б-18 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 400/5 |
| 20 | Ячейка Фидера Б-18 | СА4У-И673М реактивная | ||
| 21 | Ячейка Фидера Б-20 | Э378 | ЦЭ6803В активная | ТПЛ-10 400/5 |
| 22 | Ячейка Фидера Б-20 | СА4У-И673М реактивная |
|
|
|
Нагрузки на подстанции «Байдарка» не большие и поэтому не всегда точные показания можно получить по амперметрам установленных на подстанции. В связи с этим на подстанции «Байдарка» установлена телемеханическая система «Гранит», где по каналам связи информация по нагрузкам и об аварийных и предупредительных сигналах поступает к диспетчеру. Информация по нагрузкам по данной системе передается с точностью до 1,5%.
На подстанции для составления графиков нагрузки и определения ее пиков проводятся летние и зимние режимные дни.
Данные суточных ведомостей подстанции «Байдарка» за 21 июня 2006 года и за 20 декабря 2006 года предоставлены диспетчерской службой «Центральных электрических сетей». Эти данные были обработаны и представлены далее в виде таблиц.
Таблица 8.2 - Данные зимнего режимного дня 20декабря 2006 года
| Время, ч | Напряжение 1секции, кВ U | Ток 1секции, А I | Мощность 1секции, ква S | Напряжение 2секции, кВ U | Ток 2секции, А I | Мощность 2секции, ква S |
| 0 | 6,5 | 79 | 892 | 6,4 | 15 | 164 |
| 1 | 6,5 | 82 | 919 | 6,4 | 15 | 164 |
| 2 | 6,6 | 77 | 878 | 6,5 | 15 | 166 |
| 3 | 6,6 | 82 | 933 | 6,5 | 15 | 166 |
| 4 | 6,6 | 82 | 933 | 6,5 | 15 | 166 |
| 5 | 6,6 | 84 | 960 | 6,5 | 15 | 166 |
| 6 | 6,5 | 82 | 919 | 6,5 | 15 | 166 |
| 7 | 6,5 | 84 | 946 | 6,4 | 15 | 164 |
| 8 | 6,5 | 98 | 1108 | 6,4 | 13 | 139 |
| 9 | 6,3 | 190 | 2069 | 6,3 | 43 | 464 |
| 10 | 6,3 | 166 | 1807 | 6,3 | 17 | 187 |
| 11 | 6,3 | 178 | 1938 | 6,3 | 64 | 698 |
| 12 | 6,4 | 108 | 1197 | 6,4 | 15 | 164 |
| 13 | 6,4 | 158 | 1756 | 6,4 | 15 | 164 |
| 14 | 6,4 | 156 | 1729 | 6,3 | 56 | 607 |
| 15 | 6,4 | 149 | 1649 | 6,3 | 56 | 607 |
| 16 | 6,3 | 125 | 1362 | 6,3 | 15 | 161 |
| 17 | 6,4 | 70 | 772 | 6,3 | 16 | 174 |
Продолжение таблицы 8.2
|
|
|
| Время, ч | Напряжение 1секции, кВ U | Ток 1секции, А I | Мощность 1секции, ква S | Напряжение 2секции, кВ U | Ток 2секции, А I | Мощность 2секции, ква S |
| 18 | 6,4 | 70 | 772 | 6,4 | 16 | 177 |
| 19 | 6,4 | 70 | 772 | 6,4 | 16 | 177 |
| 20 | 6,5 | 70 | 784 | 6,4 | 14 | 151 |
| 21 | 6,5 | 65 | 730 | 6,4 | 14 | 151 |
| 22 | 6,6 | 65 | 741 | 6,5 | 14 | 153 |
| 23 | 6,5 | 60 | 675 | 6,4 | 14 | 153 |
Таблица 8.3 - Данные летнего режимного дня 21 июня 2006 года
| Время, ч | Напряжение 1секции, кВ U | Ток 1секции, А I | Мощность 1секции, ква S | Напряжение 2секции, кВ U | Ток 2секции, АI | Мощность 2секции, ква S |
| 0 | 6,5 | 35 | 392 | 6,3 | 11 | 117 |
| 1 | 6,5 | 35 | 392 | 6,3 | 11 | 117 |
| 2 | 6,5 | 35 | 392 | 6,3 | 11 | 117 |
| 3 | 6,5 | 32 | 364 | 6,3 | 11 | 117 |
| 4 | 6,5 | 32 | 364 | 6,3 | 11 | 117 |
| 5 | 6,6 | 31 | 350 | 6,3 | 11 | 117 |
| 6 | 6,5 | 31 | 345 | 6,3 | 11 | 117 |
| 7 | 6,5 | 33 | 371 | 6,3 | 2 | 261 |
| 8 | 6,4 | 48 | 536 | 6,2 | 8 | 90 |
| 9 | 6,2 | 132 | 1418 | 6,1 | 19 | 202 |
| 10 | 6,1 | 131 | 1384 | 6,1 | 37 | 393 |
| 11 | 6,1 | 154 | 1629 | 6,1 | 82 | 862 |
| 12 | 6,3 | 73 | 801 | 6,2 | 6 | 64 |
| 13 | 6,2 | 129 | 1385 | 6,2 | 6 | 64 |
| 14 | 6,2 | 149 | 1600 | 6,1 | 68 | 723 |
| 15 | 6,2 | 126 | 1355 | 6,1 | 6 | 63 |
| 16 | 6,3 | 97 | 1058 | 6,1 | 70 | 735 |
| 17 | 6,4 | 41 | 450 | 6,2 | 50 | 541 |
| 18 | 6,4 | 26 | 290 | 6,2 | 7 | 77 |
| 19 | 6,5 | 26 | 294 | 6,3 | 7 | 78 |
| 20 | 6,5 | 36 | 403 | 6,3 | 41 | 445 |
| 21 | 6,5 | 33 | 376 | 6,3 | 40 | 432 |
| 22 | 6,5 | 39 | 443 | 6,3 | 62 | 681 |
| 23 | 6,5 | 30 | 335 | 6,3 | 10 | 105 |
На основании данных полученных в ходе режимного дня строим графики нагрузки на которых так же в виде прямой показываем мощности установленного и проектируемых трансформаторов (смотри графическую часть лист 3 и 4)
________ Прямая, соответствующая мощности установленного трансформатора 6300ква
________ Прямая, соответствующая мощности проектируемого трансформатора 2500ква
________ Прямая, соответствующая мощности проектируемого трансформатора 1600ква
________ График нагрузки с перспективой развития
________ Реальный график нагрузки
Рисунок 8.1 Зимний график нагрузки первого трансформатора
Рисунок 8.2 Зимний график нагрузки второго трансформатора
Рисунок 8.3 Летний график нагрузки первого трансформатора
Рисунок 8.4 Летний график нагрузки второго трансформатора
Сравнив графики зимнего и летнего периода можно сделать вывод о том, что трансформаторы на подстанции «Байдарка» больше загружены зимой. Поэтому, в дальнейшем используем для расчетов данные зимнего режимного дня.
|
|
|
Так же из графиков нагрузок видим, что трансформаторы загружены не полностью, а точнее первый трансформатор на 33%, а второй трансформатор на 14%.
Как один из выходов для более эффективного использования трансформаторов отключение одного из них и перевод всей нагрузки на один трансформатор. Но при этом снижается надежность энергоснабжения, а у нас имеются потребители второй категории.
Кроме того трансформаторы установленные на подстанции «Байдарка» в работе с 1970 года, то есть отработали 36 лет, а нормативный срок службы трансформаторов 25 лет. Поэтому принимаем решение произвести расчет и выбрать трансформаторы необходимой мощности с учетом перспективы развития на 5 лет.
По данным «Центральных электрических сетей» идет тенденция увеличения мощности на 5% в год.
Тогда с учетом роста мощности через пять лет вводим коэффициент нагрузки Кнагр на который увеличиваем мощность трансформаторов с учетом перспективы развития на 5 лет. Тогда
Smaxпроект=Smax×Кнагр (8.1)
Где Smaxпроект – проектируемая мощность через пять лет, ква
Smax – максимальная мощность на самой нагруженной секции шин, ква
Кнагр – коэффициент нагрузки
Smaxпроект=2069×1,25=2586 ква
Результаты расчетов смотри в таблице 8.4
Таблица 8.4 Мощности трансформаторов с перспективой развития на пять лет
| Время | Мощность первого тр-ра летом | Мощность второго тр-ра летом | Мощность первого тр-ра зимой | Мощность первого тр-ра зимой | Мощность двух тр-ов в летний период | Мощность двух тр-ов в зимний период |
| 0 | 490 | 146 | 1115 | 205 | 636 | 1319 |
| 1 | 490 | 146 | 1149 | 205 | 636 | 1353 |
| 2 | 490 | 146 | 1098 | 208 | 636 | 1305 |
| 3 | 455 | 146 | 1166 | 208 | 601 | 1319 |
| 4 | 455 | 146 | 1166 | 208 | 601 | 1319 |
| 5 | 443 | 146 | 1200 | 208 | 584 | 1408 |
| 6 | 431 | 146 | 1149 | 208 | 576 | 1356 |
| 7 | 464 | 326 | 1183 | 208 | 790 | 1390 |
| 8 | 670 | 113 | 1385 | 174 | 783 | 1558 |
| 9 | 1776 | 253 | 2586 | 580 | 2025 | 3166 |
| 10 | 1730 | 491 | 2259 | 233 | 2221 | 2493 |
| 11 | 2036 | 1078 | 2422 | 872 | 3114 | 3295 |
| 12 | 1001 | 80 | 1496 | 205 | 1081 | 1701 |
| 13 | 1731 | 80 | 2295 | 205 | 1811 | 2400 |
| 14 | 2000 | 904 | 2161 | 759 | 2904 | 2920 |
| 15 | 1694 | 79 | 2061 | 759 | 1773 | 2820 |
| 16 | 1323 | 919 | 1702 | 201 | 2241 | 1904 |
| 17 | 563 | 676 | 965 | 218 | 1239 | 1181 |
| 18 | 363 | 96 | 965 | 221 | 459 | 1185 |
| 19 | 368 | 98 | 965 | 221 | 465 | 1185 |
| 20 | 504 | 556 | 980 | 188 | 1060 | 1168 |
| 21 | 470 | 540 | 913 | 188 | 1010 | 1100 |
| 22 | 554 | 851 | 926 | 191 | 1405 | 1117 |
| 23 | 419 | 131 | 843 | 191 | 550 | 1035 |
|
|
|
Для наглядности графики нагрузки с перспективой развития показываем на реальных графиках нагрузки (смотри летние и зимние графики нагрузки трансформаторов)
Выбираем мощность трансформатора из условия:
Sн.т.≥0,5Sрасч (8.2)
Где 0,5 – коэффициент учитывающий возможность работы трансформаторов без допустимых систематических перегрузок и максимальном КПД соответствующем минимальным потерям активной энергии в трансформаторе.
Sрасч –расчетная нагрузка потребителей подсоединенных к одной секции шин.
Sн.т.≥0,5×2586=1293 ква
Принимаем к рассмотрению три варианта:
1) ТМ – 1600/35 номинальная мощность S=1600 ква потери короткого замыкания Рк.з.=16,5 кВт потери холостого хода Рх.х.=2,75 кВт
2) ТМ – 2500/35 S=2500 ква Рк.з.=23,5 кВт Рх.х.=3,9 кВт
3) исходный вариант ТМ – 6300 S=63000 ква Рк.з.=49,1 кВт Рх.х.=13,3 кВт
Проверяем трансформаторы на систематическую нагрузку.
Режим, в течение части цикла которого температура охлаждающей среды может быть более высокой и ток нагрузки превышает номинальный, однако с точки зрения термического износа (в соответствии с математической моделью) такая нагрузка эквивалентна номинальной нагрузке при номинальной температуре охлаждающей среды. Это достигается за счет понижения температуры охлаждающей среды или тока нагрузки в течение остальной части цикла.[5]
Для проверки трансформаторов на систематическую нагрузку на исходном графике нагрузки наносим прямую линию соответствующей номинальной мощности трансформатора. Верхняя часть графика, отсекаемая указанной прямой, является зоной перегрузки трансформатора.[5] Из графиков нагрузки видим, что нагрузка по секциям распределена не равномерно и даже в нормальном режиме с учетом перспективы развития трансформатор № 1 мощностью 1600 ква будет испытывать систематическую перегрузку на 61%, а допускается перегружать систематически на 50% [5]. Таким образом трансформатор мощностью 1600 ква использоваться не может. Поэтому в дальнейших расчетах используем трансформаторы мощностью 2500 и 6300 ква. Трансформаторы мощностью 2500 и 6300 ква в нормальном режиме как видно из графиков нагрузки перегрузок испытывать не будут.
Проверка трансформатора на аварийную перегрузку:
Режим продолжительных аварийных перегрузок
Режим нагрузки, возникающий в результате продолжительного выхода из строя некоторых элементов сети, которые могут быть восстановлены только после достижения постоянного значения превышения температуры трансформатора. Это не обычное рабочее состояние, и предполагается, что оно будет возникать редко, однако может длиться в течение недель или даже месяцев и вызывать значительный термический износ. Тем не менее такая нагрузка не должна быть причиной аварии вследствие термического повреждения или снижения электрической прочности изоляции трансформатора.
|
|
|
Режим кратковременных аварийных перегрузок
Режим чрезвычайно высокой нагрузки, вызванный непредвиденными воздействиями, которые проводят к значительным нарушениям нормальной работы сети, при этом температура наиболее нагретой точки проводников достигает опасных значений и в некоторых случаях происходит временное снижение электрической прочности изоляции. Однако на короткий период времени этот режим может быть предпочтительнее других. Можно предполагать, что нагрузки такого типа будут возникать редко. Их необходимо по возможности быстрее снизить или на короткое время отключить трансформатор во избежание его повреждения. Допустимая продолжительность такой нагрузки меньше тепловой постоянной времени трансформатора и зависит от достигнутой температуры до перегрузки; обычно продолжительность перегрузки составляет менее получаса.[5]
При проверке на аварийную перегрузку учитываем, что в аварийном режиме нет возможности отключать потребителей, так как у них нет второго питания и необходимо использовать перегрузочную способность трансформаторов на определенный период работы.
В аварийном режиме у нас в работе находится один трансформатор и соответственно вся нагрузка подстанции находиться на нем. Для этого необходимо построить другие графики нагрузки. На подстанции «Байдарка», как уже было сказано выше, зимняя нагрузка больше, поэтому для расчетов используем зимний график нагрузки в аварийном режиме и если нагрузки зимой допустимые, то соответственно и летом трансформатор перегружен не будет.
________ Прямая, соответствующая мощности установленного трансформатора 6300ква
________ Прямая, соответствующая мощности проектируемого трансформатора 2500ква
________ График нагрузки с перспективой развития
________ Реальный график нагрузки
Рисунок 8.5 Зимний график нагрузки в аварийном режиме
Из графика видим, что проектируемый трансформатор 2500 ква в аварийном режиме будет испытывать перегрузку. Для тог, чтобы определить допустима ли такая перегрузка преобразуем зимний график нагрузки в аварийном режиме в эквивалентный двухступенчатый график. Согласно литературы [5], в аварийном режиме для трансформаторов мощностью 2500 ква допускаются длительные перегрузки на 80%, а кратковременные на100%
Рисунок 8.6 Эквивалентный двухступенчатый график нагрузки
________ Прямая соответствующая мощности установленного трансформатора в аварийном режиме
________ Эквивалентный двухступенчатый график нагрузки соответствующий мощности проектируемого трансформатора 2500ква в аварийном режиме
________ График нагрузки с перспективой развития
________ Реальный график нагрузки
________ Прямая, соответствующая мощности проектируемого трансформатора 2500ква в аварийном режиме
По преобразованному графику нагрузки в двух ступенчатый рассчитываем коэффициент номинальной загрузки трансформатора.
(8.3)
Где Sэ1 – эквивалентная мощность, соответствующая начальной мощности двух ступенчатого графика.
Sн.т – номинальная мощность трансформатора.
(8.4)
Где S1 –Sn – соответствующие мощности первой ступени исходного графика.
t1 – tn – соответствующее время первой ступени исходного графика.
ква
Тогда
Определяем коэффициент аварийной перегрузки трансформатора К2а
(8.5)
Где SЭ2 – эквивалентная мощность в аварийном режиме соответствующая повышенной мощности на двухступенчатом графике определяется по формуле (8.4)
ква
Тогда 
По графику определяем время действительной аварийной перегрузки tп.а. tп.а.=7
По таблице [5] находим допустимый коэффициент аварийной перегрузки.
К2адоп=1,8
К2а=1,47<К2адоп=1,8
Условие выполняется
Следовательно в аварийном режиме такая перегрузка допустима и ущерба от недоотпуска электроэнергии не будет.
Трансформатор мощностью 6300 ква в аварийном режиме перегрузки испытывать не будет.
Как показали расчеты на подстанции «Байдарка» есть возможность вместо трансформаторов мощностью 6300 ква использовать трансформаторы мощностью 2500.
Для того чтобы окончательно убедиться в возможности использовать трансформаторы мощностью 2500 ква приведем экономическое обоснование целесообразности замены трансформаторов одной мощности на другую.
|
|
|
