Трансформаторні підстанції в системах електропостачання

Області застосування одно- та двотрансформаторних підстанцій

Зазвичай, в системах електропостачання використовуються одно- і двотрансформаторні підстанції. Застосування трехтрансформаторних підстанцій викликає додаткові капзатрати і збільшує річні експлуатаційні витрати. Трехтрансформаторние підстанції використовуються рідко, як вимушене рішення, при реконструкції, розширенні підстанції, при системі роздільного харчування силової та освітлювальної навантажень, при харчуванні різкозмінних навантажень.

Однотрансформаторні ТП 6-10 / 0,4 кВ використовуються при харчуванні навантажень, що допускають перерву електропостачання на час менше 1 доби, потрібний для ремонту або заміни пошкодженого елемента (живлення електроприймачів III категорії), також для живлення електроприймачів II категорії, за умови резервування потужності по перемичках на вторинному напрузі або при наявності складського резерву трансформаторів.

Однотрансформаторні ТП прибуткові до того ж в тому відношенні, що якщо робота підприємства супроводжується періодами малих навантажень, то можна за рахунок наявності перемичок між трансформаторними підстанціями на вторинній напрузі відключати частину трансформаторів, створюючи цим економічно доцільний режим роботи трансформаторів.

Під економічним режимом роботи трансформаторів розуміється режим, який забезпечує мінімальні втрати потужності в трансформаторах. В цьому випадку вирішується завдання вибору оптимальної кількості працюючих трансформаторів.

Такі трансформаторні підстанції можуть бути економні і в плані максимального наближення напруги 6-10 кВ до електроприймачів, знижуючи протяжність мереж до 1 кВ за рахунок децентралізації трансформування електричної енергії. В даному випадку питання вирішується на користь впровадження 2-ух однотрансформаторних в порівнянні з одного двохтрансформаторної підстанцією.

Двотрансформаторних ТП використовуються при домінуванні електроприймачів I і II категорій. При цьому потужність трансформаторів вибирається такою, щоб при виході з роботи 1-го, другий трансформатор з урахуванням допустимого перевантаження прийняв би на себе навантаження всіх споживачів (в цій ситуації можна тимчасово відключити електроприймачі III категорії). Такі підстанції бажані і незалежно від категорії споживачів при наявності нерівномірного денного або річного графіка навантаження. У цих випадках прибутково поміняти приєднану потужність трансформаторів, наприклад, при наявності сезонних навантажень, одне або двозмінній роботи зі значною различающейся завантаженням змін.

Електропостачання населеного пункту, мікрорайону міста, цеху, групи цехів або всього підприємства може бути забезпечено від однієї або декількох трансформаторних підстанцій. Необхідність спорудження одно- або двотрансформаторних підстанцій визначається в результаті техніко-економічного зіставлення декількох варіантів системи електропостачання. Критерієм вибору варіанту є мінімум наведених витрат на спорудження системи електропостачання. Порівнянні варіанти повинні забезпечувати необхідний рівень надійності електропостачання.

У системах електропостачання промислових підприємств найбільше застосування знайшли наступні одиничні потужності трансформаторів: 630, 1000, 1600 кВ × А, в електронних мережах міст - 400, 630 кВ × А. Практика проектування і експлуатації показала необхідність впровадження однотипних трансформаторів схожої потужності, тому що велика кількість їх робить незручності в обслуговуванні і викликає додаткові витрати на ремонт.

Вибір потужності трансформаторів трансформаторних підстанцій

У загальному випадку вибір потужності трансформаторовделается на підставі таких основних початкових даних: розрахункового навантаження об`єкта електропостачання, тривалості максимуму навантаження, темпів зростання навантажень, ціни електроенергії, навантажувальної можливості трансформаторів і їх економічної завантаження.

Основним критерієм вибору одиничної потужності трансформаторів є, як і при виборі кількості трансформаторів, мінімум приведених витрат, придбаний на базі техніко-економічного зіставлення варіантів.

Приблизно вибір одиничної потужності трансформаторів може проводитися по питомій щільності розрахункового навантаження (кВ × А / м2) і повної розрахункового навантаження об`єкта (кВ × А).

При питомій щільності навантаження до 0,2 кВ × А / м2 і сумарною навантаженні до 3000 кВ × А доцільно використовувати трансформатори 400- 630 1000 кВА з вторинною напругою 0,4 / 0,23 кВ. При питомої щільності і сумарного навантаження вище означених значень бо-леї економні трансформатори потужністю 1600 і 2500 кВА.

Але ці поради не є досить обгрунтованими в слідстві швидкозмінних цін на електричне обладнання і а саме ТП.

В проектній практиці трансформатори трансформаторних підстанцій нерідко вибирають по розрахунковому навантаженні об`єкта і рекомендованим коефіцієнтам економічного завантаження трансформаторів КЗЕ = S р / Sн.т., відповідно до даних таблиці.

Рекомендовані коефіцієнти завантаження трансформаторів цехових ТП

Принципове значення при виборі потужності трансформаторів є вірний облік їх навантажувальної можливості.

Під здатністю навантаження трансформатора розуміється сукупність допустимих навантажень, періодичних і аварійних перевантажень з розрахунку термічного зносу ізоляції трансформатора. Якщо не врахувати навантажувальну здатність трансформаторів, то можна невиправдано завищити при виборі їх номінальну потужність, що економічно недоцільно.

На значній відстані більшості підстанцій навантаження трансформаторів змінюється і протягом тривалого часу залишається нижчою за номінальну. Значна частина трансформаторів вибирається з урахуванням післяаварійного режиму, і тому нормально вони залишаються довгий час недовантаженими. Крім того, силові трансформатори розраховуються на роботу при допустимій температурі середовища, що дорівнює + 40оС. У реальності вони працюють в звичайних умовах при температурі середовища до 20 ... 30 ° С. Отже, силовий трансформатор в певний час може бути перевантажений з урахуванням розглянутих вище подій без будь-якої шкоди для встановленого йому терміну служби (20 ... 25 років).

На підставі досліджень різних режимів роботи трансформаторів розроблений ГОСТ 14209-85, що регламентує допустимі періодичні навантаження і аварійні перевантаження силових масляних трансформаторів загального призначення потужністю до 100 мВ × А включно з видами охолодження М, Д, ДЦ і Ц з урахуванням температури охолодження середовища життє.

Для визначення періодичних навантажень і аварійних перевантажень відповідно до ГОСТ 14209-85 потрібно також знати вихідну навантаження, попередню перевантаження і тривалість перевантаження. Ці дані визначаються по реальному початкового графіку навантаження (повної потужності або струму), перевтілення в еквівалентний в термічному відношенні в прямокутний двох- чи багатоступінчастий графік.

У зв`язку з необхідністю мати реальний початковий графік навантаження розрахунок допустимих навантажень і перевантажень відповідно до може бути виконаний для діючих підстанцій з метою перевірки допустимості наявного графіка навантаження, також з метою визначення можливих варіантів денних графіків з найвищими значеннями коефіцієнтів завантаження в попередній момент режиму перевантаження і в режимі перевантаження.

На стадії проектування підстанцій можна використовувати типові графіки навантажень або відповідно до рекомендацій, також пропонованими в ГОСТ 14209-85 вибирати потужність трансформаторів за умовами аварійних перевантажень.

Тоді для підстанцій, на яких можлива аварійна перевантаження трансформаторів (двотрансформаторні, однотрансформаторні з запасними зв`язками по вторинній стороні), якщо відома розрахункове навантаження об`єкта Sp і коефіцієнт допустимої аварійної перевантаження Kз.ав, номінальна потужність трансформатора визначається, як

Sн.т. = Sp / Kз.ав

Слід також зазначити, що навантаження трансформатора вище його номінальної потужності допускається лише при справному і повністю включеної системі охолодження трансформатора.

Що стосується типових графіків, то на даний час вони розроблені для обмеженої кількості вузлів навантажень.

Тому що вибір кількості і потужності трансформаторів, особливо споживчих підстанцій 6-10 / 0,4-0,23 кВ, визначається нерідко в головному економічним фактором, то значущим при цьому є врахування компенсації реактивної потужності в електронних мережах споживача.

Компенсуючи реактивну потужність в мережах до 1 кВ, можна зменшити кількість трансформаторних підстанцій 10 / 0,4, їх номінальну потужність. Особливо це значно для промислових споживачів, в мережах до 1 кВ яких приходиться заповнити значущі величини реактивних навантажень. Існуюча методика з проектування компенсації реактивної потужності в електронних мережах промислових підприємств і має на увазі вибір потужності компенсуючих пристроїв з одночасним вибором кількості трансформаторів підстанцій і їх потужності.

Таким чином, беручи до уваги вищевикладене, складність конкретних економічних розрахунків, зважаючи на швидкозмінних вартісних характеристик будівництва підстанцій і ціни електроенергії, при проектуванні нових і реконструкції діючих споживчих підстанцій 6-10 / 0,4-0,23 кВ вибір потужності силових трансформаторів може бути виконаний в такий спосіб:

- в мережах промислових підприємств:

а) одиничну потужність трансформаторів вибирати відповідно до рекомендацій питомої щільності розрахункового навантаження і повної розрахункового навантаження об`єкта-

б) кількість трансформаторів підстанції та їх номінальну потужність вибирати відповідно до вказівок по проектуванню компенсації реактивної потужності в електронних мережах промислових компаній-

в) вибір потужності трансформаторів повинен здійснюватися з урахуванням рекомендованих коефіцієнтів завантаження і допустимих аварійних перевантажень трансформаторов-

г) при наявності типових графіків навантаження вибір слід вести відповідно до ГОСТ 14209-85 з урахуванням компенсації реактивної потужності в мережах до 1 Кв

- в міських електронних мережах:

б) знаючи вид навантаження підстанції, при відсутності типових графіків її, вибір доцільно робити відповідно до методичними вказівками.

Приклад. Вибір кількість і потужність трансформаторів цехових трансформаторних підстанцій по наступним початковим даними: Рр = 250 кВт, Qp = 270 квар- категорія електроприймачів цеху за ступенем надійності електропостачання - 3.

Рішення. Повна розрахункова потужність цеху.

За розрахункової потужності (377 кВ × А) необхідному рівню надійності електропостачання (3 категорія електроприймачів) можна прийняти однотранспортную підстанцію з потужністю трансформатора Sнт = 400 кВ × А.

Коефіцієнт завантаження трансформатора складе