Выбор числа и мощности трансформаторов

Количество трансформаторов на подстанции и их мощность должны удов­летворять условию надежности электроснабжения. Минимальным капитальным затратам и наиболее экономичному режиму загрузки трансформатора. Для по­требителей первой и второй категорий наибольшее распространение получили двухтрансформаторные подстанции с неявным резервом и раздельной работой трансформаторов.

Мощность трансформаторов выбирают так, чтобы в нормальном режиме имели загрузку, при которой потери минимальны. При этом капитальные затра­ты должны быть минимальными, а при выходе одного из трансформаторов из строя второй обеспечил бы нормальную работу потребителей при условии пере­грузки его в пределах, допускаемых ПУЭ. При неравномерном графике нагруз­ки допускается перегрузка трансформаторов в часы максимума, но не более ве­личины, определяемой по "Кривым кратностей допустимых перегрузок силовых трансформаторов" ([2], стр. 175, рис.7-5; [7], стр. 284, рис. 10.29). в послеаварийном периоде допускается перегрузка трансформатора на 40% на время максиму­мов общей суточной продолжительностью не более 6 часов в сутки в течение не более 5 суток. При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформатора в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75.

Рекомендуется следующий порядок выбора трансформаторов:

а) Определяется число трансформаторов с учетом категорий потребителей.

б) Намечаются два возможных варианта мощности трансформаторов с учетом допустимой нагрузки их в нормальном режиме и допустимой пере­ грузки в послеаварийном режиме.

в) Для каждого варианта определяются капитальные затраты и эксплуата­ционные расходы (стоимость потерь электрической энергии в трансформа­торах и амортизационные отчисления).

г) Выбирается наиболее экономичный вариант с учетом возможности рас­ширения подстанции.

Капитальные затраты, потери электрической энергии и амортизационные отчисления определяются аналогично примеру, приведенному в 3.1.4.

Пример. Выбрать число и мощность трансформаторов для ГПП завода.

а) С учетом категории потребителей намечаем ГПП с двумя трансформа­ торами.

б) По номограмме ([2], рис. 7-5), при К₃._г. = 0,7 и п = 2 часа, определяем ко­эффициент допустимой систематической перегрузки трансформаторов К.д.п. - 1,18.

Намечаем два возможных варианта мощности трансформаторов.

Вариант 1. Два трансформатора по 10 МВА. В нормальном режиме транс­форматора будут работать с неполной нагрузкой. Коэффициент загрузки в часы максимума.

Допустимая перегрузка в послеаварийный период составит 1 ,4-10 = 14 МВА = 0,55*19,663 = 10,82 МВА, что приемлемо (0,55 — 55% потре­бители I категории).

Вариант 2. Два трансформатора мощностью по 15 МВА. В нормальном режиме трансформатора будут работать с недогрузкой. Коэффициент загрузки в часы максимума.

Допустимая перегрузка в послеаварийный период составит 1,4*15 = 21 > 19,6 МВА, что приемлемо. Каталожные данные заносим в таблицу

5.

Таблица 5 — каталожные данные трансформаторов

1. Определяем капитальные затраты: Вариант 1.2* 36,5 = 73 тыс. руб. [3, табл. 26-22] Вариант 2. 2 • 32 = 64 тыс. руб. [3, табл. 26-22]

2. Определяем стоимость потерь электрической энергии

2.3.3 Определяем амортизационные отчисления:

С_А - 0,063 • К, тыс. Руб. (20)

где 0,063 — амортизационные отчисления на оборудование подстанций -

6,3%

2.3.4 Определяем общие эксплуатационные расходы

Данные расчетов сводим в таблицу 6.

Таблица 6 — сводная таблица для сравнения вариантов

При разнице эксплуатационных расходов по вариантам (58,33 - 36) = 22,33 тыс. руб. Первый вариант с установкой двух трансформаторов по 10 МВА является наиболее рациональным.

В послеаварийном режиме один трансформатор может взять нагрузку 1,4 * 10=14 МВА. Потребители I категории составляют 0,55 • 19,66 = 10,8 МВА. Потребители II и III категории допускают перерыв в питании на время, необходи­мое для восстановления нормального режима электроснабжения.

Принимаются к установке два трансформатора мощностью по 10 МВА.

Расчет токов короткого замыкания

В соответствии с задачей, поставленной в курсовом проекте, значения то­ков и мощности короткого замыкания (КЗ) необходимы для выбора устойчиво-' го к действию токов КЗ оборудования и токоведущих частей на стороне первич­ного и вторичного напряжений ГПП. Исходя из соображений, составляют рас­четную схему и схему замещения.

При составлении этих схем следует четко представлять режим работы ли­ний и трансформаторов: при раздельной работе линий и трансформаторов зна­чения токов КЗ будут иными, чем при параллельной. Расчет ведется для рабоче­го режима. Мощность системы считается неограниченно большой.

При заданной мощности КЗ на линиях вторичного напряжения питающей подстанции сопротивление до этих шин можно определить следующим образом:

где Sб — базисная мощность, принимаемая произвольно;

S_K — мощность КЗ на шинах вторичного напряжения питающей под­станции.

Если в задании даны количество и мощность трансформаторов, установ­ленных на питающей подстанции, рекомендуется поступать следующим образом.В каталоге на силовые трансформаторы [3], табл. 29-1, 29-7, или [5], табл. 3-6 / 3-10) находится двух- и трехобмоточный трансформатор или автотранс­форматор указанной мощности любого типа со вторичным (или средним для трехобмоточных) напряжением, соответствующим напряжению ввода на ГПП (см. 3.1.4.). Из каталога выписывается напряжение КЗ выбранного трансформа­тора, необходимое для расчета его сопротивления. Условно можно считать, что трансформаторы на районной подстанции работают параллельно.

Пример А. Определить токи и мощность КЗ для выбора оборудования и токоведущих частей ГПП. Основные данные для расчета указаны на схеме.

Составляем расчетную схему и схему замещения. Линии и трансформаторы работают раздельно.

Рисунок 3 — а) расчетная схема; б) схема замещения для расчетов тока ко­роткого замыкания.

Принимаем:

2.4.1 Определяем базисные токи:

где S₆- базисная мощность, МВА U₆₁ - базисное напряжение, кВ

2.4.2 Определяем относительные базисные сопротивления элементов схемы: а) системы

б) линии

где S_K - мощность кз. на шинах вторичного напряжения питающей под­станции, МВА

(24)

где Х₀ - сопротивление 1 км линии, Ом/км

в) трансформаторы

2.4.3 Определяем результирующее сопротивление:

(25)

(26) (27)

2.4.4 Определяем ток и мощность короткого замыкания а) для точки К1:

6) для точки К2:

Данные расчетов занести в таблицу.

Расчет и выбор питающих линий

Внешнее электроснабжение обычно осуществляется воздушными линиями электропередачи. Следует решить вопрос о материале токоведущих частей и их сечений. Рекомендуется применять алюминиевые или сталеалюминевые провода. Сечение воздушной линии должно выбираться с учетом следующих условий: на­грев длительным током, потери на корону, технико-экономические показатели, падение напряжения (см. 2, стр. 204-205 табл.1, табл.2, табл.3, табл.4).

Рекомендуется следующий порядок выбора сечения. Определяют сечение по экономической плотности тока, проверяют его по условию нагрева в дли­тельном режиме, по условию минимальных потерь на корону и на потерю на­пряжения. Поскольку проект учебный, при расчете на падение напряжения до­пускается проверить линию только на продольную составляющую, т.е. на поте­рю напряжения.

При выборе сечения по экономической плотности тока при наличии двух линий, работающих в неявном резерве, расчет ведется по току нормального ре­жима. При расчете линии по техническим условиям сечение должно удовлетво­рять условию послеаварийного режима.

Пример. Выбрать сечение проводов двух воздушных линий, питающих двухтрансформаторную ГПП.

2.5.1 Выбираем провод марки АС. Определяем ток в нормальном режиме при максимальной нагрузке:

2.5.2 Определяем экономически наивыгоднейшее сечение:

(33)

Выбираем провод марки АС-70. Условию нагрева длительным током про­вод АС-70 удовлетворяет, т.к. 1_доп = 265 > 2*51,6 А.

2.5.3 Определяем продольную составляющую падения напряжения.

(34)

где х = хо • L — индуктивное сопротивление линии, Ом; R = rо • L — активное сопротивление линии, Ом.

2.5.4 Определяем поперечную составляющую падения напряжения.

2.5.5 Определяем падение напряжения

(36)

что составляет