Методические указания. 2.4.1 Расчет приведенных потерь активной мощности в трансформаторах

2.4.1 Расчет приведенных потерь активной мощности в трансформаторах

При изменяющейся нагрузке или частичной работе цеха во второй и третьей сменах цеховые трансформаторы в течение многих часов суток оказываются нагруженными всего на 20- 30%.

Работа трансформаторов с такой загрузкой неэкономична, и поэтому в целях экономии электроэнергии выгоднее вместо одного трансформатора, рассчитанного на полную мощность цеха или участка, устанавливать два трансформатора, при нагрузке меньше экономически целесообразно один из них отключать.

Таблица 2.1- Паспортные данные силовых трансформаторов

Тип трансформа-тора	Мощность Sнт, кВА	Номинальное напряжение, кВ	Потери мощности, кВт	Ток Х.Х. Iхх,%	Напряжение К.З. Uкз ,%
U вн	U нн	Рхх	Ркз
Силовые трансформаторы новой серии (ГОСТ 11677-85)
ТМ-100/6-10		6-10	0,4	0,36	2,27	2,6	4,5
ТМ-160/6-10		6-10	0,4	0,54	3,1	2,4	4,5
ТМ-250/6-10		6-10	0,4	0,78	4,2	2,3	4,5
ТМ-400-6-10		6-10	0,4	1,08	5,9	2,1	4,5
ТМ-630/6-10		6-10	0,4	1,68	8,0	2,0	5,5
ТМ-1000/6-10		6-10	0,4	2,45	11,6	1,4	5,5
ТМ-1600/6-10		6-10	0,4	3,3	16,5	1,3	5,5
ТМ-2500/6-10			0,69	4,6	25,0	1,0	5,5
Силовые трансформаторы старой серии, снятой с производства
ТМ-100/6-10		6-10	0,4	0,73	2,4	6,0	5,5
ТМ-180/6-10		6-10	0,4	1,2	4,1	6,0	5,5
ТМ-320/6-10		6-10	0,4	1,9	5,2	5,5	5,5
ТМ-560/6-10		6-10	0,4	2,5	9,4	5,5	5,5
ТМ-750/6-10		6-10	0,4	4,1	11,9	5,0	5,5
ТМ-1000/6-10		6-10	0,4	4,2	12,5	5,0	5,5

Сущность экономически целесообразного режима работы трансформатора определяется условием, обеспечивающим минимум потерь мощности в этих трансформаторах при работе их по заданному графику нагрузки.

Фактические потери активной и реактивной мощности в силовых трансформаторах равны

, (2.1)

(2.2)

где DP_хх – активные потери холостого хода (потери в стали), величина которых постоянна для данного трансформатора при работе с номинальным напряжением и не зависит от нагрузки, кВт;

DP_кз – активные потери короткого замыкания (потери в меди), зависящие от нагрузки трансформатора, кВт;

– реактивные потери холостого хода (потери в стали), величина которых постоянна для данного трансформатора при работе с номинальным напряжением и не зависит от нагрузки, квар;

– реактивные потери короткого замыкания (потери в меди), зависящие от нагрузки трансформатора, квар;

I_xx – ток холостого хода трансформатора, %;

U_кз – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

– коэффициент загрузки трансформатора;

S_нагр. – фактическая нагрузка трансформатора, кВА;

S_{н т} – номинальная мощность трансформатора, кВА.

Значения DP_хх, DP_кз, I_хх, U_кз указаны в паспортных данных трансформаторов (таблица 2.1).

Для экономических расчетов вводится понятие приведенных потерь в трансформаторах.

Известно, что приведенные потери в трансформаторе, несущем нагрузку, определяются по уравнению

(2.3)

где и – приведенные потери холостого хода и короткого замыкания, учитывающие активные потери питающей сети, образующиеся при передаче мощности реактивных потерь, кВт

,

.

К_п – коэффициент повышения активных потерь в зависимости от удаленности потребителей от источника питания К_п=0,02-0,12 кВт/квар.

При наличии на подстанции двух однотипных трансформаторов, работающих параллельно, суммарные потери равны

. (2.4)

2.4.2 Построение кривых зависимости приведенных потерь в трансформаторах от нагрузки S.

Зная параметры установленных трансформаторов, можно определить их экономический режим работы и построить кривые зависимости потерь активной мощности от нагрузки (рисунок 2.1). Для расчета потерь использовать график изменения нагрузки, приведенный ниже (рисунок 2.2).

Из рисунка 2.1 видно, что при уменьшении величины нагрузки ниже критической (S_кр), для снижения потерь электроэнергии может оказаться целесообразным отключить один из работающих трансформаторов. При больших нагрузках (S_нагр > S_кр), когда DР_кз^’ велико и потери холостого хода мало влияют на общую величину потерь, целесообразно включить второй трансформатор и тем самым уменьшить потери короткого замыкания.

Рисунок 2.1 – Зависимость потерь в трансформаторах от мощности нагрузки

2.4.3 Расчет критической нагрузки S_кр и тока I_кр, определение уставок токовых реле

Величина критической нагрузки (S_нагр = S_кр), при которой целесообразно отключать или включать один из двух работающих трансформаторов, определится, если приравнять выражения (2.3) и (2.4), т.е.

и если вместо S_нагр подставить S_кр и , то после соответствующих преобразований получим

. (2.5)

Обычно величина критической нагрузки для трансформаторов составляет 60-80% их номинальной мощности.

Отключать и включать трансформаторы вручную при изменении нагрузки не всегда возможно, а путем применения несложной автоматики можно эти операции автоматизировать и тем самым значительно снизить потери электроэнергии за счет ограничения времени холостого хода трансформаторов и одновременно улучшить режим напряжения у потребителей.

По величине критической нагрузки можно определить критический ток

(2.6)

где U_вн – напряжение первичной обмотки высокого напряжения трансформаторов 6-10 кВ.

Токи уставок токовых реле, являющихся датчиками в схеме автоматического регулирования, определяются по формулам

, . (2.7)

где n_тт – коэффициент трансформации трансформаторов тока, приведенный в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Коэффициенты трансформации трансформаторов тока

Тип и мощность трансформатора, кВА	Коэффициент трансформации трансформаторов тока при напряжении
Uвн = 10 кВ	Uвн = 6 кВ
ТМ - 100 ТМ - 160 (180) ТМ - 250 (320) ТМ - 400 (560) ТМ - 630 (750) ТМ - 1000 ТМ - 1600 ТМ - 2500	10 / 5 10 / 5 20 / 5 30 / 5 50 / 5 75 / 5 100 / 5 150 / 5	15 / 5 20 / 5 30 / 5 50 / 5 75 / 5 100 / 5 150 / 5 300 / 5

2.4.4 Расчет потерь электроэнергии в трансформаторах

Для заданного суточного графика нагрузки (рисунок 2.2) с помощью построенных кривых зависимостей приведенных потерь в трансформаторах от нагрузки необходимо подсчитать потери электроэнергии за сутки при трех режимах: а) постоянной работе одного трансформатора (DW₁); б) постоянной работе двух трансформаторов (DW_1,2); в) при оптимальном режиме (DW_опт), который соответствует минимуму приведенных потерь по формулам:

, (2.8)

. (2.9)

DW_опт строится с использованием кривых зависимости потерь в трансформаторах от мощности нагрузки (см. рисунок 2.1).

Здесь , ,... и , , ¼ – приведенные активные потери в одном и двух трансформаторах при соответствующей ступени графика нагрузки.

Рисунок 2.2 - Суточный график нагрузки

2.4.5 Пояснения к работе схемы автоматического регулирования режимами трансформаторов

В эксплуатации применяются схемы автоматики двух типов: 1) программного управления, отключающие и включающие трансформаторы, согласно заданной программе в определенное время суток, дни недели; 2) реагирующие на величину тока нагрузки, проходящего по трансформатору.

Схему с программным управлением целесообразно применять в тех случаях, когда график нагрузки автоматизированной подстанции строго определен и мало изменяется в разные дни недели. Достоинством схемы с программным реле времени является ее простота, а недостатком - возможность погрешности при отклонениях графика нагрузки. Более эффективна схема с токовыми реле, включенными на сумму токов обоих трансформаторов, фиксирующими величину критической нагрузки - S_КР (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Принципиальная схема двухтрансформаторной подстанции

Q1, QF2 – масляные выключатели 6-10 кВ, ТА1, ТА2 – трансформаторы тока, Т1, Т2 – силовые трансформаторы, QF3, QF4, QF5 – автоматические выключатели 0,4 кВ, РА – амперметр, КА1, КА2 - токовые реле.

Следует учесть, что на двухтрансформаторных подстанциях цеховые трансформаторы мощностью 630 - 1600 кВА в целях ограничения токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ работают раздельно, каждый на свою секцию шин, при этом нагрузка распределяется между ними поровну.

Рассмотрим схему автоматики (рисунок 2.4).

На двухтрансформаторной подстанции в автоматическом режиме при нагрузке менее критической (S_кр) включен только один трансформатор (допустим Т2 - включены QF2, QF4, QF5). Избиратель управления SA1 поставлен в положение “автоматика” (контакты SA1 1-2, 3-4, 5-6, 7-8 замкнуты). Переключатель SA2 поставлен в положение Т1. Реле KL3 под напряжением, и схема получает питание от секции 1 фаза - нуль(а₁, 0). Замыкающий контакт максимального токового реле КА1 разомкнут, а размыкающий контакт минимального токового реле КА2 замкнут.

При увеличении нагрузки выше S_кр срабатывает реле КА1 и замкнет свой контакт в цепи реле времени КТ1, которое с выдержкой времени включает KL1. Реле KL1 становится на подпитку и одновременно вторым контактором включает трансформатор Т1 (QF1, QF3), при этом секционный автомат QF5 отключается и трансформаторы работают раздельно.

При уменьшении нагрузки ниже S_кр сработает минимальное токовое реле КА2, замыкается контакт КТ2 и с выдержкой времени КТ2 последовательно отключает KL1, QF1. При этом трансформатор Т1 вновь отключается; отключается автомат QF3, а секционный автомат QF5 включается, и 1 секция получает питание через трансформатор Т2.

Переключив тумблер SA2, можно перевести в автоматический режим трансформатор Т2.

При мощности цеховых трансформаторов до 400 кВА вместо автоматов применяется упрощенная схема автоматики с контакторами.

Уставки выдержки времени выбирают из соображения, чтобы второй трансформатор не включался при пуске и самозапуске двигателей или коротких замыканиях в трансформаторе и не отключался при кратковременных сбросах нагрузки. Для этого выдержку времени реле КТ1 и КТ2 берут на несколько ступеней выше по сравнению с основной защитой трансформатора (приблизительно 5-10 с.).

Дата добавления: 2015-07-12