Выбор типа, числа и мощности трансформаторов

Силовые трансформаторы, которые устанавливаются на подстанциях, предназначены для преобразования электрической энергии с одного напряжения на другое. Наиболее широкое распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12 — 15% ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20 — 25% меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности [3]. При расчетах рекомендуется выбирать трехфазные трансформаторы. В тех случаях, когда это невозможно, то есть нельзя изготовить трехфазный трансформатор очень большой мощности или существуют ограничения при транспортировке, допускается применение групп из двух трехфазных или трех однофазных трансформаторов. Выбор трансформаторов заключается в определении их числа, типа и мощности. К основным параметрам трансформатора относятся номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение короткого замыкания; ток холостого хода; потери холостого хода и короткого замыкания.

Определение типа и мощности трансформаторов необходимо провести на основе технико-экономических расчетов. Выбор трансформаторов на подстанции проведем на основе сравнения двух вариантов. Расчет разделим на два этапа. На первом этапе проведем технический расчет, на втором — экономический.

В начале расчета необходимо определить категорию электроприемников, к которым необходимо подводить напряжение от подстанции. Подстанция осуществляет электроснабжение потребителей I и II категории. Как известно, перебои в электроснабжении приемников I и II категории могут привести к тяжелым авариям с человеческими жертвами, выходу из строя оборудования, нарушению технологического цикла и как следствие экономические потери, поэтому такие перебои недопустимы. Поэтому при выборе типа и числа трансформаторов необходимо учитывать надежность электроснабжения и возможность резервирования при выходе оборудования из строя. Исходя из этого, необходимо рассматривать схему двухтрансформаторной подстанции, так как она отвечает требованиям по надежности электроснабжения. На подстанции вместо силовых трансформаторов установлены автотрансформаторы. По сравнению с силовыми трансформаторами той же мощности автотрансформаторы обладают рядом преимуществ:

• — меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;
• — меньшая масса, а, следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;
• — меньшие потери и больший коэффициент полезного действия;
• — более легкие условия охлаждения.

На подстанции установлены три автотрансформатора мощностью 125 МВА каждый. Проверим правильность их выбора. При этом будем считать, что работе находятся два автотрансформатора, а третий находится в резерве и используется для плавки гололеда. Для правильного выбора автотрансформаторов необходимо определить максимальную полную расчетную мощность. Эту мощность определим методом упорядоченных диаграмм. Данный метод является в настоящее время наиболее широко используемым при расчетах систем электроснабжения. Для определения максимальной полной расчетной мощности необходимо определить номинальную мощность приемников, которые получают электрическую энергию с шин 110 кВ и 10 кВ подстанции. При проведении расчета не будем учитывать потери энергии в линиях электропередачи. Номинальная мощность всех приемников электрической энергии равна:

(1.13).

кВт.

Для определения максимальной полной расчетной мощности необходимо знать коэффициент максимума и коэффициент использования. Согласно [1], примем коэффициент использования равным 0,5.

Коэффициент максимума из графика, представленного на рисунке 1.5. определим по формуле:

Тогда максимальная активная расчетная нагрузка равна:

(1.15).

кВт.

Средняя активная и реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену равна:

(1.16).

(1.17).

кВт;

кВар.

Определим максимальную реактивную расчетную нагрузку по формуле:

(1.18).

Максимальная реактивная расчетная нагрузка равна:

кВар.

Теперь, зная максимальную расчетную активную и реактивную нагрузку, определяем максимальную полную расчетную нагрузку:

(1.19).

кВА.

Средняя расчетная нагрузка за наиболее загруженную смену равна:

(1.20).

кВА.

При выборе типа, числа и мощности автотрансформаторов будем рассматривать два варианта. В первом варианте предусмотрим установку двух автотрансформаторов, а во втором — трех. Эти два варианта будем рассматривать одновременно. Тогда номинальная мощность, согласно [1], автотрансформатора определяется по формуле:

(1.21).

где S_н.т.п. — номинальная паспортная мощность автотрансформатора, кВА;

_с.г. — среднегодовая температура, ⁰С.

Среднегодовая температура в городе Павлодаре равна 5⁰С. следовательно, номинальная мощность автотрансформатора равна номинальной паспортной мощности. Так как подстанция снабжает электрической энергией потребителей I и II категории, а также учитывая необходимость 100%-ного резервирования, номинальная мощность одного автотрансформатора для двух вариантов равна:

(1.22).

где n — количество рассматриваемых автотрансформаторов.

, кВА,.

кВА.

Данная номинальная мощность соответствует сегодняшнему распределению нагрузок. В действительности подстанция рассчитана на преобразование и распределение большей мощности. Выбор типа, числа и мощности автотрансформаторов проведем по сегодняшним данным. По справочнику [2] выбираем для первого варианта два автотрансформатора типа АТДЦТН — 125 000/220/110, а для второго варианта — три АТДЦТН — 63 000/220/110. Мощность автотрансформаторов необходимо определять с учетом его перегрузочной способности. Систематическая перегрузка характеризуется коэффициентом заполнения графика:

(1.23).

Допустимая нагрузка автотрансформатора в часы максимума для двух вариантов соответственно равны:

(1.24).

кВА;

кВА.

Тогда коэффициент загрузки равен:

(1.25).

.

.

Определяем коэффициент допустимой перегрузки автотрансформатора зимой:

(1.26).

.

.

Так как перегрузка не должна превышать 15%, то для всех вариантов примем:

Суммарный коэффициент кратности допустимой перегрузки равен:

(1.27).

.

.

Допустимая перегрузка на автотрансформаторы с учетом допустимой систематической перегрузки в номинальном режиме равна:

(1.28).

кВА,.

кВА.

Из приведенного расчета следует, что оба варианта удовлетворяют поставленным условиям. По этому техническому расчету выбираем вариант, предусматривающий установку двух автотрансформаторов типа АТДЦТН — 125 000/220/110. Установка трех автотрансформаторов типа АТДЦТН — 63 000/220/110 технически нецелесообразна, так требует дополнительных затрат на транспортировку и монтаж. Окончательный вывод по выбору автотрансформаторов следует сделать после проведения экономического расчета.