Выбор оборудования главных трансформаторных подстанций предприятия

Выбор трансформа торов. Основным оборудованием подстанций являются силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования электроэнергии одного напряжения в другое, напряжения со стороны питающих линий на напряжение распределительных сетей. Наибольшее распространение получили трехфазные двухобмоточные трансформаторы.

На ГПП могут применяться трехфазные трехобмоточные трансформаторы и трансформаторы с расщепленными обмотками. Могут применяться автотрансформаторы и однофазные трансформаторы, с соединением обмоток в трехфазную группу. На ТП применяются трехфазные двухобмоточные трансформаторы.

Трансформаторы характеризуются номинальной мощностью, номинальным напряжением обмоток при холостом ходе, напряжением короткого замыкания, током холостого хода и потерями мощности при коротком замыкании и холостом ходе.

Шкала мощностей трансформаторов стандартная и выбирается из ряда: 100, 160, 250, 400, 630, 1 000 кВА и 10 – кратная этим мощностям до 80 000 кВА включительно. На ГПП применяются трансформаторы мощностью от 1 до 40 МВА, на потребительских подстанциях от 100 до 2 500 кВА.

Обмотки трансформаторов обычно соединяют между собой по схемам звезда Υ и треугольник @. Соединение обмоток высшего напряжения (ВН) в звезду позволяет выполнить внутреннюю изоляцию на фазную ЭДС, то есть в 3 раз меньше линейной. Обмотки НН преимущественно соединяют в треугольник, что позволяет уменьшить ток в 3 раз и, следовательно, сечение и расход обмоточного провода. Кроме того, при соединении обмоток трансформатора в треугольник создается замкнутый контур для токов высших гармоник, кратных трем, которые при этом не выходят во внешнюю сеть, из-за чего улучшается симметрия напряжений на нагрузке.

В процессе работы трансформатора происходит нагрев обмоток и магнитопровода. С целью снижения нагрева трансформатора, его обмотки должны охлаждаться. Применяется естественное воздушное охлаждение, естественное масляное, масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла, масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители, масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла.

Трансформаторы допускают определенную перегрузку в зависимости от первоначальной загрузки, длительности перегрузки и температуры охлаждающей среды. Аварийная максимальная перегрузка в течение 0,5 часа не должна допускать двухкратного значения от номинальной мощности трансформатора. Если трансформатор с масляным охлаждением имел нагрузку не более 0,9 S ном, то он может допустить перегрузку на 40% в течение 6 часов при температуре охлаждающего воздуха не более +20°С.

Для обеспечения нормальной работы потребителей на шинах подстанции должен поддерживаться определенный уровень напряжения. Этот уровень можно поддерживать изменением коэффициента трансформации 1 2 n = U / U (отношение напряжения первичной и вторичной обмоток). Для этих целей обмотки трансформаторов снабжаются дополнительными ответвлениями. Переключение ответвлений можно осуществлять без возбуждения (ПБВ), то есть при отключении обмоток трансформатора от сети и под нагрузкой (РПН).

Кроме конструктивных особенностей трансформаторов для подстанции необходимо выбрать их количество и мощность.

При выборе количества трансформаторов на подстанции учитывают категорию приемников электроэнергии. Для электроснабжения приемников 1 и 2 категории применяются двухтрансформаторные подстанции.

Двухтрансформаторные подстанции также целесообразно применять при неравномерном суточном и годовом графиках нагрузки предприятия, при значительной разнице загрузки смен при двухсменной работе. Электроприемники 3 категории обеспечиваются электроэнергией от одного трансформатора.

На ГПП, как правило, применяются два трансформатора, что обеспечивает надежное электроснабжение потребителей всех категорий. Применение однотрансформаторных подстанций допустимо, если имеется возможность обеспечить послеаварийное питание электроприемников по линиям вторичного напряжения от соседних подстанций или других источников питания.

На двухтрансформаторных подстанциях трансформаторы обычно работают раздельно. Однако в отдельных случаях применяется параллельная работа трансформаторов. Стремятся применять трансформаторы одного конструктивного исполнения, одинаковой мощности. Это упрощает замену трансформатора в случае выхода одного из строя, сокращает номенклатуру заводского резерва. Кроме того, при параллельной работе трансформаторов одинаковой мощности не появляется недопустимый переток мощности по обмоткам трансформаторов.

Рост нагрузки на подстанциях приводит к ее реконструкции. Реконструкция может заключаться либо в установке третьего трансформатора, либо в замене трансформаторов на более мощные. Установка третьего трансформатора целесообразна, если имеется возможность выделения потребителей, создающих резкопеременные, несимметричные или несинусоидальные режимы в системе электроснабжения и перевода их на отдельный трансформатор. Если нет возможности перевода потребителей с характерными режимами работы на отдельный трансформатор, то существующие трансформаторы лучше заменять на более мощные, а демонтированные использовать на других подстанциях.

Мощность трансформаторов определяется активной нагрузкой предприятия и реактивной мощностью, передаваемой из системы в период максимального потребления электроэнергии предприятием.

где т S – расчетная мощность трансформатора; расч S – расчетная мощность нагрузки предприятия; расч P – расчетная максимальная активная нагрузка предприятия; расч Q – расчетная реактивная мощность, потребляемая предприятием в период максимума нагрузки с учетом или без учета компенсации реактивной мощности; з к коэффициент загрузки трансформатора; N – количество трансформаторов на подстанции.

За расчетную нагрузку может быть принята не максимальная активная нагрузка предприятия, а средняя нагрузка за наиболее загруженную смену.

Величину коэффициента загрузки трансформаторов можно принимать:

- при преобладании потребителей 1 категории – кз = 0,6 – 0,7;

- при преобладании потребителей 2 категории – кз = 0,7 – 0,8;

- для потребителей 3 категории – кз = 0,9 – 0,95.

Мощность трансформаторов должна выбираться такой, чтобы при выходе из строя одного из трансформаторов, другой, резервирующий его, мог принять всю нагрузку на себя с учетом нормальных и аварийных перегрузок.

Номинальная мощность трансформатора выбирается равной или большей расчетной мощности Sт

.

Однако можно выбрать номинальную мощность трансформатора и меньше расчетной, если при этом фактический коэффициент загрузки трансформатора в послеаварийном режиме не будет превышать 1,6. Чтобы не было недопустимой перегрузки трансформатора должна быть предусмотрена автоматическая разгрузка по току до перегрузки, не превышающей 1,4 номинальной.

Для питания приемников собственных нужд на ГПП устанавливаются трансформаторы собственных нужд. На однотрансформаторной ГПП принимается один трансформатор с мощностью т расч S_т≥ S_расч. Мощность трансформаторов собственных нужд составляет приблизительно 1% мощности главного трансформатора и не превышает 630 кВА. На двухтрансформаторных подстанциях применяется не менее двух трансформаторов мощностью до 630 кВА.

На потребительских (цеховых) ТП трансформаторы по конструктивным особенностям выбирают в зависимости от способа установки – наружной или внутренней установки. Количество и мощность трансформаторов так же, как и на ГПП, зависит от категории надежности электроснабжения электроприемников при напряжении до 1 000 В и компенсации реактивной мощности.

Однотрансформаторные подстанции применяются при наличии электроприемников 3 категории, которые допускают перерыв в электроснабжении на время замены вышедшего из строя трансформатора или при резервировании от соседних ТП по линиям вторичного напряжения.

Двухтрансформаторные подстанции применяются при преимущественном количестве приемников 1 и 2 категории, при сосредоточенных нагрузках с высокой удельной плотностью нагрузки (0,5 – 0,7 кВА/м2), а также при наличии приемников особой группы. Целесообразным является применение двухтрансформаторных подстанций при неравномерном суточном или годовом графике нагрузок.

В цехе промышленного предприятия ориентировочно можно определить количество трансформаторов по удельной плотности нагрузки , где расч S_расч – расчетная нагрузка цеха; F – площадь цеха.

При удельной плотности нагрузки целесообразно применять трансформаторы мощностью 1 000 кВА, при плотности – 1 600 кВА, при плотности –2 500 кВА. Трансформаторы мощностью 630 кВА и менее применяются для электроснабжения вспомогательных цехов, административных зданий.

Количество трансформаторов цеховых ТП может быть определено по формуле

где Sном – номинальная мощность трансформатора, выбранная в зависимости от удельной плотности расчетной нагрузки; Sрсч – расчетная мощность нагрузки; Kз – коэффициент загрузки трансформатора.

На выбор мощности трансформаторов оказывает влияние режим компенсации реактивной мощности, передаваемой через трансформатор в сеть низкого напряжения.

При условии полной компенсации реактивной мощности потребуется минимальное количество трансформаторов:

Если нагрузка по участкам цеха распределяется неравномерно, то мощность трансформаторов на подстанции определяют по формуле

и выбирают по соотношению Sном³Sтр, где N – количество трансформаторов, выбранное в зависимости от категории электроприемников; Кз – коэффициент загрузки трансформаторов на ТП, выбранных в соответствии с категорией нагрузки по надежности и бесперебойности электроснабжения.

Полной компенсации реактивной мощности практически не достигается. Уровень компенсации реактивной мощности можно связывать с коэффициентом реактивной мощности tg φс, который согласовывается с поставщиком и потребителем электроэнергии. Рекомендуемый нормативный коэффициент реактивной мощности приведен в табл. 1.2.

Значение нормативного коэффициента мощности в зависимости от напряжения

С учетом компенсации реактивной мощности мощность трансформаторов можно определить по формуле

Выбор количества и мощности трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности проводится на основе технико-экономических расчетов, учитывающих затраты на компенсацию реактивной мощности и уменьшение количества трансформаторов и подстанций, а также снижение потерь электроэнергии в сетях.

Если компенсация реактивной мощности признается целесообразной, то в качестве компенсирующих устройств применяют комплектные конденсаторные установки и размещают их на РП.