Выбор номинальной мощности трансформаторов с учетом перегрузок.

 

Далее рассматривается порядок выбора мощности трансформаторов с учетом аварийной перегрузки трансформатора с использованием таблиц ГОСТ 14209-85 по заданному многоступенчатому графику нагрузки трансформатора и расчетом температур обмотки и масла.

а) Порядок расчета по таблицам ГОСТ 14209-85 [3].

Имеется многоступенчатый суточный график нагрузки трансформатора (рис.1.1).

1.

Рис.1.1 График нагрузки трансформатора

S 1

S тр, MBA

S ном

S 2

S 3

S 8

S 7

S 6

S 5

S 4

24 час

h

2 ·S ном

Намечается номинальная мощность трансформаторов так, чтобы в нормальном режиме, когда работают два транс-форматора, они не перегружались или перегружались незначи-тельно (систематическая перегрузка). При отключении одного из трансформаторов, оставшийся в работе должен с учетом ава-рийной перегрузки обеспечить заданную нагрузку.

 

 

2. Преобразовывается многоступенчатый график нагрузки в эквивалентный по износу изоляции двухступенчатый. При этом к первой ступени S _1экв относятся все нагрузки S _тр £S _ном, ко второй ступени - S _тр >S _ном, т.е.

; (1.2)

(1.3)

3. Рассчитываются коэффициенты , , :

; ; (1.4)

4. Определяются K _2расч–расчетный коэффициент перегрузки и h – время перегрузки (в часах) следующим образом:

если ³0,9× K _max, то следует принять K _2расч= и h = h';

если <0,9× K _{ma x} , то K _2расч=0,9× K _{ma x} и , (1.5)

где h' - время перегрузки по графику.

5. Чтобы воспользоваться таблицами ГОСТа и определить допустимый коэффициент перегрузки , необходимо знать:

1) вид перегрузки - систематическая или аварийная;

2) систему охлаждения - М, Д (или Ц, ДЦ);

3) температуру охлаждающей среды (воздуха) - в зависимости от климатической зоны, где устанавливаются трансформаторы;

4) продолжительность перегрузки h;

5) коэффициент предшествующей нагрузки трансформатора .

Далее сравниваются K _2расч и K _2доп: если K _2расч £ K _2доп, то оставшийся в работе трансформатор обеспечивает заданную нагрузку, при этом температуры масла и обмоток не превысят допустимые. Если это условие не выполняется, то следует выбрать трансформаторы большей мощности или отключить часть потребителей 3 категории, если они имеются, на время ликвидации аварии.

б) Расчет температур масла и обмотки трансформатора в послеаварийном режиме (отключение 1-го трансформатора).

Эквивалентный двухступенчатый график

16 6

Время, час

S1, экв (k1)

S2, экв(k1)

Рис.1.2 Двухступенчатый график нагрузки

 

 

 

При расчете температур используется построенный ранее двухступенчатый график нагрузки с мощностями и и коэффициентами и и их продолжи-тельностью h₁ и h₂ соответственно (рис.1.1).

Расчет начинается с определения превышения температуры масла θ над температурой охлаждающей среды в установившемся режиме при загрузке и соответственно по выражению

,(1.6)

где – номинальное значение превышения температуры масла над температурой окружающей среды:

= 55°С для системы охлаждения М и Д,

= 40°С для системы охлаждения Ц и ДЦ,

b – отношение потерь короткого замыкания к потерям холостого хода в трансформаторе, т.е. b = Δ P _кз/Δ P_хх,

х – показатель степени:

х = 0,9 для системы охлаждения М и Д,

х = 1 для системы охлаждения Ц и ДЦ.

Далее рассчитывают превышение температуры масла над температурой охлаждающей среды в переходном режиме по выражению

, (1.7)

где – начальное для данной ступени нагрузки превышение температуры масла над температурой охлаждающей среды;

– установившееся для данной ступени нагрузки превышение температуры масла над температурой окружающей среды;

τ – постоянная времени нагрева трансформатора:

τ = 3 часа для системы охлаждения М и Д,

τ = 2 часа для системы охлаждения Ц и ДЦ.

Рассчитав для нескольких значений времени t, строят кривую зависимости превышения температуры масла от времени. Для получения абсолютной температуры масла прибавляют к температуру охлаждающей среды (воздуха) (табл. 1.37. [3]):

. (1.8)

Далее следует сравнить наибольшую за сутки температуру масла с допустимой в послеаварийном режиме (отключение одного трансформатора), т.е. °С.

Рассчитав температуру масла, переходят к определению температуры обмотки, которая не должна превышать 160°С для трансформаторов с высшим напряжением до 110 кВ включительно и 140°С при высшем напряжении 220 кВ и выше.

Для этого рассчитывают превышение температуры обмотки над температурой масла при коэффициентах загрузки и по формуле:

, (1.9)

где – номинальное превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды:

= 23°С для трансформаторов с системой охлаждения М и Д,

= 38°С для трансформаторов с системой охлаждения Ц и ДЦ;

y – показатель степени, равный 0,8 для М и Д и 0,9 – для Ц и ДЦ.

Принимается допущение, что температура обмотки изменяется по такому же закону, что и температура масла. Это значит, что для расчета температуры обмотки достаточно прибавить к температуре масла рассчитанное значение , т.е.

. (1.10)

Сравнивая наибольшую за сутки температуру обмотки с допустимой температурой обмотки, делают вывод о возможности аварийной перегрузки трансформатора.

 

Примеры решения задач.

Рис.1.3 Принципиальная схема подстанции

110кВ

10кВ

Т2

Т1

НГ

С

~

Задача 1. Выбрать трансформаторы на подстанции, от которой питаются потребители 1-й, 2-й и 3-ей категорий на напряжении 10 кВ. Связь с системой осуществляется на U =110кВ. (рис.1.3).

Задан зимний график нагрузки (рис 1.4)

S_нг, 0-6час.:90МВА

6-8час.:160МВА

8-10 час.:140МВА

10-13 час:180 МВА

13-15 час:220МВА

15-18 час:140 МВА

18-22 час.:90МВА

22-24 час.:80МВА

Выбор номинальной мощности трансформаторов начинается с построения графиков нагрузки трансформатора.

По нагрузке намечают установку на подстанции двух (т.к. есть потребители 1 категории) трансформаторов с S_ном=125МВА типа ТРДЦН U _Вном=115кВ, U _Нном=10,5кВ.

В нормальном режиме, когда работают оба трансформатора, систематической перегрузки нет. При отключении одного трансформатора оставшийся в работе с учетом аварийной перегрузки должен обеспечить этот график нагрузки.

 

t, час

S ном

Рис.1.4. График зимней нагрузки подстанции

h

 

Рассчитывается допустимая аварийная перегрузка при условии, что подстанция проектируется в районе города Чебоксары с эквивалентной зимней температурой

J₀= - 9,1°С ≈ - 10°С (табл. 1.37 [3]).

Расчет ведется в последовательности, изложенной выше.

Аварийные перегрузки.

1. Откладывается номинальная мощность одного, оставшегося в работе трансформатора S _ном=125МВА, на графике нагрузки (рис.1.4.).

2. Преобразовывается многоступенчатый график в эквивалентный двухступенчатый:

3. Рассчитываются коэффициенты:

; ;

4. Определяется К _2расч

т.к. 0,9× K _мах=1,58> =1,35, то K _2расч=0,9× K _мах=1,58, а

5. По таблице аварийных перегрузок (табл. 1.36 [3]) для эквивалентной температуры окружающей среды °С, для системы охлаждения ДЦ, для K ₁=0,7 и h =8,7часов определяется k _2доп=1,6 – допустимый коэффициент аварийной перегрузки.

6. Сравнение допустимого и расчетного коэффициентов перегрузки:

k _2доп=1,6 < k _2,расч=1,58

приводит к выводу, что трансформатор мощностью 125 МВА, с учетом аварийной перегрузки, сможет обеспечить передачу мощности по заданному графику.

Задача 2. Трансформатор типа ТД работает по двухступенчатому графику нагрузки (рис. 1.5) при эквивалентной температуре охлаждающей среды (воздуха) +20ºС. Постоянная времени равна τ =3ч, отношение потерь короткого замыкания к потерям холостого хода равно b =5.

Рассчитать тепловой режим трансформатора.

Решение. Рассчитать тепловой режим трансформатора означает определить изменение температуры масла в верхних слоях и температуры обмотки в наиболее нагретой точке на заданном отрезке времени.

Определяется сначала превышение температуры масла над температурой охлаждающей среды в течение времени от 18 до 24 час. (2-ая ступень процесса), полагая, что до вечернего подъема нагрузки тепловой режим успел стабилизироваться.

k 1=0,7

k=S/S ном

t

ч

k 2=1,15

Рис.1.5 Двухступенчатый график нагрузки трансформатора

Начальное превышение температуры масла , соответствующее нагрузке , согласно формуле (1.6)

ºС.

Превышение температуры масла, соответствующее нагрузке :

ºС.

Превышение температуры масла (в верхних слоях) над температурой охлаждающей среды в течение времени с 18 до 24 часов (II ступень процесса):

Расчет начинается со второй ступени, т.к. до вечернего подъема нагрузки тепловой режим успел стабилизироваться (устанавливается через время t =4 τ) и, зная начальную для второй ступени температуру масла θ_нач=θ₁=33,4ºС, θ_уст=θ₂=68,3ºС, рассчитывается для нескольких значений времени t

Аналогично для первой ступени – с 0(24) до 18 часов, θ_уст = θ ₂= 33,4ºС, но начальная температура рассчитывается , т.е. за 6 часов температура не успевает достигнуть установившегося значения 68,3ºС.

Превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды для первой ступени:

ºС,

ºС.

Абсолютную температуру масла и обмоток определяют добавлением температуры охлаждающей среды υ ₀:

; .

Результаты расчета сведены в таблицу 1.2:

Таблица 1.2

Часы суток	0(24)
Часы 1 ступени, ч						-	-
Часы 2 ступени, ч	-	-	-	-
Θм, ºС	48,88	37,48	34,47	33,68	33,47	50,38	59,1	63,57
υ м, ºС	68,88	57,48	54,47	53,68	53,47	70,38	79,1	83,57
Θобм, ºС	61,88	50,48	47,47	46,68	46,47/ 62,27	79,18	87,9	92,37/ 76,57
υ об, ºС	81,88	70,48	67,47	66,68	66,47/ 82,27	99,18	107,9	112,37/96,57

Сравнение наибольшей температуры масла ºС с допустимой ºС (табл.1.1) и максимальной температуры наиболее нагретой точки обмотки ºС с допустимой ºС (табл.1.1) показывает, что трансформатор работает с допустимой перегрузкой.

1.5. Задачи для самостоятельного решения.

1. Для трансформатора с системой охлаждения Ц рассмотреть возможность длительной работы по следующим вариантам суточных двухступенчатых графиков:

а) , , ;

б) , , .

Эквивалентная температура охлаждающей среды составляет +20ºС.Какой из двух заданных графиков тяжелее для трансформатора и почему?

2. Выбрать номинальную мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции по заданному графику (рис1.6).

S

MBA

110/6кВ

υ0=-10°С

t

ч

Рис.1.6.

 

 

3. Выбрать номинальную мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции по заданному графику (рис.1.7).

S

MBA

110/6кВ

υ0=10°С

t

ч

Рис.1.7.

 

4. Выбрать мощность одного трансформатора с учетом систематической перегрузки. Рассчитать температуры масла и обмотки трансформатора, работающего по графику (рис.1.8).

S

MBA

220/10кВ

υ0=9°С

t

ч

Рис.1.8.

 

5. Выбрать номинальную мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции, имеющей заданный график нагрузки (рис.1.9).

S

MBA

16

110/10кВ

υ0=0°С

t

ч

 

 

 

Рис.1.9.

6. На подстанции с заданным графиком нагрузки (рис.1.10) установлено два трансформатора. Выбрать их номинальную мощность с учетом возможной перегрузки. Рассчитать температуру обмотки и масла трансформаторов.

 

S

MBА

110/10кВ

υ0=0°С

t

ч

Рис.1.10.