3.4. Выбор количества, типа и мощности трансформаторов и автотрансформаторов структурных схем
Выбор трансформаторов включает в себя определение числа, типа и номинальной мощности трансформаторов структурной схемы проектируемой электроустановки.
Выбор номинальной мощности трансформатора производят с учетом его нагрузочной способности. В общем случае условие выбора мощности трансформатора имеет вид:
Sном= Sрасч/kп,
где Sрасч– расчетная мощность, МВА; Sном– номинальная мощность, МВА;kп− коэффициент допустимой систематической или аварийной перегрузки трансформатора по [1].
По ГОСТ 14209-97 коэффициент допустимой перегрузки трансформатора определяется исходя из предшествующего режима работы трансформатора и температуры окружающей среды.
Аварийная перегрузка разрешается в аварийных случаях, например при выходе из строя параллельно включенного трансформатора. Допустимая аварийная перегрузка определяется предельно допустимыми температурами обмотки (140°С для трансформаторов напряжением выше 110 кВ) и температурой масла в верхних слоях (115°С). Аварийные перегрузки вызывают повышенный износ витковой изоляции, что может привести к сокращению нормированного срока службы трансформатора, если повышенный износ впоследствии не компенсирован нагрузкой, с износом изоляции ниже нормального.
Значение допустимой аварийной перегрузки определяется по ГОСТ 14209-87 в зависимости от коэффициента начальной нагрузки k1, температуры охлаждающей среды во время возникновения перегрузки tохли длительности перегрузки. При выборе трансформаторов по условиям аварийных перегрузок можно воспользоваться таблицами из [1].
Для выбора трансформаторов и автотрансформаторов необходимо произвести расчёт потоков мощности для каждого варианта структурной схемы. Для каждой обмотки трансформатора производится построение графиков активной и реактивной мощности. В качестве расчётной полной мощности принимается мощность, соответствующая максимумам этих графиков.
Поскольку в задании на курсовое проектирование все графики нагрузок и график загрузки генераторов для зимнего и летнего периодов являются одноступенчатыми (то есть мощности нагрузки и генерации постоянны в течение суток), то производить построение графиков будет нецелесообразно. Вместо этого предлагается провести расчёт потоков мощности в комплексном виде для различных режимов работы ТЭЦ.
Для определённости зададимся коэффициентами мощности нагрузок на ГРУ и на РУ 110 кВ, а также средним коэффициентом мощности механизмов собственных нужд. Примем, что на ГРУ cosφГРУ = 0,8, нагрузка промышленного района имеет коэффициент мощностиcosφРУ-110 = 0,8, и двигатели собственных нужд работают сcosφс.н. = 0,8.
В соответствии с этим произведём расчёт потоков мощности, выбор трансформаторов блока и автотрансформаторов связи для каждого варианта структурной схемы ТЭЦ.
3.4.1. Первый вариант
Рис. 7. Вариант 1 структурной схемы ТЭ
3.4.1.1. Осенне-зимний период
Вначале произведём расчёт потоков мощности при всех работающих генераторах и трансформаторах без учёта потерь мощности.
Мощность механизмов собственных нужд согласно заданию на проектирование, составляет 10% от установленной мощности ТЭЦ:
.
Механизмы собственных нужд питаются через реактированные отпайки. Таким образом, мощность собственных нужд:
;
.
В осеннее-зимний период все агрегаты загружены на 100%. Поэтому мощность, вырабатываемая генераторами будет соответствовать их номинальной мощности.
Произведём расчёт перетоков мощности через автотрансформаторы в осенне-зимний период.
Реактивная мощность нагрузки на ГРУ:
.
Реактивная мощность, вырабатываемая каждым из генераторов 63 МВт:
.
Избыток мощности, выдаваемый с ГРУ на обмотки НН автотрансформаторов:
.
Реактивная мощность, вырабатываемая каждым из генераторов 110 МВт:
.
Таким образом, поток полной мощности, текущий через каждый трансформатор блоков 110 МВт в осенне-зимний период:
;
.
Реактивная мощность, потребляемая нагрузкой промышленного района, питающегося от РУ 110 кВ:
.
Поток мощности, текущий по обмоткам СН автотрансформаторов к нагрузке на РУ 110 кВ:
.
По первому закону Кирхгофа находим избыток мощности, выдаваемый автотрансформаторами в систему:
.
Как видим из расчётов, в нормальном режиме наиболее загруженными оказались обмотки НН автотрансформаторов.
Теперь произведём расчёт перетоков мощности в ремонтных и аварийных режимах для осенне-зимнего периода.
Для ТЭЦ проверка перетоков мощности через автотрансформаторы должна осуществляться при следующих режимах:
при отключении одного из параллельно работающих автотрансформаторов связи;
при отключении блока в блочной части ТЭЦ;
при отключении генератора, работающего на ГРУ.
Совпадение во времени вышеуказанных событий маловероятно, поэтому потоки рассчитываются для каждого из них в отдельности.
При выходе из строя одного автотрансформатора потокораспределение в остальной части схемы не изменится, поскольку потери в её элементах при выборе структурной схемы не учитываются. По этой причине потоки, приходящиеся на один оставшийся в работе автотрансформатор, будут в два раза больше, чем те же потоки в нормальном режиме.
Произведём расчёт потоков мощности при отключении одного генератора, работающего на ГРУ.
Избыток мощности, выдаваемый на обмотки НН автотрансформаторов:
.
Поток мощности, текущий по обмоткам СН автотрансформаторов к нагрузке на РУ 110 кВ, останется тем же, что и в нормальном режиме:
;
Избыток мощности, выдаваемый автотрансформаторами в систему:
;
В данном режиме наиболее загруженными вновь оказались обмотки НН автотрансформаторов.
Рассчитаем потоки при отключении генератора блока, подключенного к РУ 110 кВ. Учтём, что питание механизмов собственных нужд от реактора блока с отключенным генератором будет сохраняться.
Мощность, выдаваемая с ГРУ на обмотки НН автотрансформаторов, будет той же, что и в нормальном режиме:
;
.
Поток мощности, текущий по обмоткам СН автотрансформаторов к нагрузке на РУ 110 кВ при отказе блока 110МВт:
;
.
Избыток мощности, выдаваемый автотрансформаторами в систему:
;
В данном режиме наиболее загруженными оказались обмотки НН автотрансформаторов.