CC BY
105
УДК 621.314
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ПОТЕРЬ ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРОВ С РАЗЛИЧНЫМ СРОКОМ СЛУЖБЫ
Ю.Б. КАЗАКОВ1, В.Я. ФРОЛОВ2, А.В. КОРОТКОВ2 1ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», Иваново, Россия 2ФГБОУВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», Санкт-Петербург, Россия E-mail: elmash@em.ispu.ru, frolov.eed@gmail.com, kav009@ya.ru
Авторское резюме
Состояние вопроса: В настоящее время погрешности определения потерь основного хода трансформатора значительны, так как они рассчитываются по упрощенным методикам. Необходима реальная оценка этих потерь по результатам испытаний и выработка необходимых рекомендаций.
Материалы и методы: Использовались результаты испытаний многочисленных трансформаторов. Результаты обрабатывались методами теории вероятностей и математической статистики с использованием корреляционного и регрессионного анализов.
Результаты: Предложена модель для определения фактического значения мощности потерь холостого хода группы трансформаторов распределительных электрических сетей с высшим напряжением 6-10 кВ в зависимости от срока эксплуатации.
Выводы: Результаты измерений мощности потерь холостого хода нескольких групп трансформаторов и сравнение их с расчетными значениями показали, что мощность потерь холостого хода группы трансформаторов разных сроков службы может быть с высокой степенью точности определена расчетным путем по предложенной методике. Установлено, что предложенная модель оценки может быть использована для определения реального значения мощности потерь холостого хода группы трансформаторов с различным сроком эксплуатации.
Ключевые слова: электрические сети, технологические потери электроэнергии, потери холостого хода трансформаторов, расчет мощности потерь.
METHODS TO DETERMINE LOST EFFECT OF IDLE RUN OF TRANSFORMERS
OF DIFFERENT DURBILITY
Y.B. KAZAKOV1, V. FROLOV2, A.V. KOROTKOV2 1Ivanovo State Power Engineering University, Ivanovo, Russia 2St. Petersburg State Politechnical University, St. Petersburg Russia E-mail: elmash@em.ispu.ru, frolov.eed@gmail.com, kav009@ya.ru
Abstract
Background: Now days errors to determine loses of transformers are considerable as they are calculated according to simple methods. Real estimation of losses and development of appropriate recommendations are necessary. Materials and methods: The test results of numerous transformers were used. The results were processed by the methods of theory of probability and correlation and regression analysis.
Results: A model to determine actual value of lost effect of idle run of group of transformers of different durability with the highest voltage of 6-10 kV was developed.
Conclusions: The results of measurement of power losses of several groups of transformers were compared with the results of calculated values of the power loss. The results showed that lost effect of idle run of transformers of different durability is to be determined with high accuracy by calculation using the proposed method. It was shown that the proposed evaluation model can be used to determine actual value of losses of idle run of group of transformers depending on their mechanic life.
Key words: power grids, technological losses of electricity, losses of idle transformers, calculation of power losses.
Одной из важнейших задач эксплуатации электрических сетей является задача доказательного расчета норматива технологических потерь электроэнергии (далее - Норматив), определяющего величину тарифа на передачу электроэнергии. В [1] в практику проведения расчетов введены принципы расчета Норматива в электрических сетях РФ и определен перечень показателей. В материалах [1] указано, что «при установлении нормативов потерь электроэнергии в электрических сетях может учитываться техни-
ческое состояние объектов электросетевого хозяйства на основании обследований и расчетов».
В распределительных электрических сетях с высшим напряжением 6-10 кВ значительной составляющей технологических потерь электроэнергии являются потери холостого хода (ХХ) трансформаторов. Число трансформаторов в городских электрических сетях (ГЭС) даже некрупных городов исчисляется сотнями и тысячами. В расчетах величина активной мощности потерь трансформаторов АРхх принимается, как правило, равной паспортному значению потерь
АРхх.пасп, хотя в реальных условиях паспортное значение АРххпасп не всегда соответствует реальному значению АРхх.реал и, как показывает опыт эксплуатации трансформаторов, изменяется в процессе эксплуатации трансформатора. Срок службы трансформаторов в электрических сетях городов Центра европейской части России может достигать 30 лет и более. Ошибка в определении АРХХ на 1 кВт приводит к ошибке в расчетах отпуска электроэнергии на величину порядка 10 тыс. кВт-ч в год. Цена ошибки определения АРХХ возрастает при увеличении единичной мощности трансформатора, числа трансформаторов в сети и срока их службы.
Количественная оценка величины АРххреал для трансформаторов распределительных электрических сетей с высшим напряжением 6-10 кВ предложена в [2, 3] по результатам измерений электрических характеристик более 1000 трансформаторов, произведенных как в России, так и за рубежом. Результаты измерений и анализа основаны на получении обобщенных характеристик изменения АРХХ трансформаторов в процессе эксплуатации. Выводы справедливы для трансформаторов разных типоразмеров (от 20 до 630 кВ-А), имеющих разные сроки службы. Результаты измерений потерь ХХ трансформаторов по данным [2, 3] приведены на рисунке.
АР*ХХ, ХХ 250
200
150
100
50
0
-50
-100
0 10 20 30 40 50 60 70 Т лет Потери холостого хода трансформаторов распределительных сетей Ивановской области по результатам измерений
Поиск статистических регрессионных моделей по полученным данным в виде зависимостей АР*Х(Тсл ) = АРххРЕАЛ ~АРххПАСП прово-
АРХХ .ПАСП
дился для линейной и квадратичной функций. Установлено, что наилучшая модель может быть представлена в виде функции
АРХ*х ,% = -15,171 + 0,576ТСЛ + 0,0175Т,Л. (1)
Установлено также, что при слабой нелинейности полученной функции в реальном диапазоне ТСЛ при проведении инженерных расчетов
зависимость (1) может быть заменена двумя уча*
стками с линейной зависимостью АРхх = f(ТСЛ):
- для трансформаторов со сроком службы до 20 лет допустимо принимать значения потерь холостого хода равными паспортным значениям;
- для трансформаторов со сроком службы более 20 лет потери холостого хода возрастают в среднем с интенсивностью 1,75 % в год (от паспортного значения).
Подобные выводы сделаны авторами [4].
Результаты работ [2, 3 и 4] использовались при расчетах нормативов потерь в соответствии с [5]: «Допускается для силовых трансформаторов (автотрансформаторов) потери мощности ХХ определять с учетом их технического состояния и срока службы путем измерений этих потерь методами, применяемыми на заводах-изготовителях при установлении паспортных данных трансформаторов (автотрансформаторов)». То есть количественная оценка величины АРхх.реал для трансформаторов распределительных электрических сетей с высшим напряжением 6-10 кВ может использоваться при определении норматива потерь для предприятия.
В инструкции [5] указывается, что целесообразно включать протоколы измерений АРХХ, полученные путем измерений этих потерь методами, применяемыми на заводах-изготовителях. Очевидно, что ежегодное проведение измерений потерь всех трансформаторов из-за их большого количества нереально. Поэтому в процессе работ по нормированию потерь электроэнергии в сетях должны проводиться выборочные измерения в целях сравнения результатов замеров реальных значений АРХХ с результатами расчетов по используемой методике, т.е. с результатами приведения паспортных значений АРХХ к реальным значениям в условиях эксплуатации. Результаты таких измерений должны подтверждать (или опровергать) возможность использования предложенной методики расчета АРх^реал для определения мощности потерь в трансформаторах с учетом их технического состояния и срока службы.
Нами проведен анализ возможности использования результатов исследований [2, 3] и предлагаемой методики расчета мощности потерь ХХ трансформаторов при расчетах норматива потерь электроэнергии в электрических сетях в соответствии с требованиями инструкции [1].
Проведены выборочные измерения мощности потерь ХХ АРх^реал действующих трансформаторов сетей 6-10 кВ и сравнение полученных в результате измерений значений с расчетными значениями АРххРАСЧ, полученными при пересчете паспортных значений АРхх.пасп по методике [2, 3], которая учитывает изменение величины мощности потерь ХХ в процессе эксплуатации трансформатора. Измерения мощности потерь ХХ проводились в соответствии с ГОСТ у трансформаторов, для которых проведение таких измерений оказалось возможным в реальных условиях эксплуатации. Результаты измерений АР^^м и их сравнение с паспортными АРх^.пасп и расчетными АР^^м значениями приведены в табл. 1.
Таблица 1. Результаты выборочных измерений потерь ХХ трансформаторов распределительных сетей 6-10 кВ и их сравнение с паспортными расчетными значениями
№ п/п Тип трансформатора Год изготовления Зав. номер трансформатора АРхх, Вт
Паспортные Реальные Расчетные
1 2 3 4 5 6 7
1 участок сети
1 ТМ-250 1976 7913 790 1200 970
2 ТМ-250 1976 7132 785 1370 964
3 ТМ-400 1978 2379 1280 1260 1526
4 ТМ-400 1978 2397 1200 1300 1 431
5 ТМ-400 1978 57642 1230 1250 1 467
6 ТМ-400 1978 57706 1330 1380 1586
7 ТМ-400 1978 54767 1200 1400 1 431
8 ТМ-400 1978 53574 1230 1420 1 467
9 ТМ-250 1974 490877 955 1040 1206
0 ТМ-250 1969 305163 1007 1050 1359
10 ТМ-250 1989 1218268 474 586 474
12 ТМ-250 1985 1031593 750 816 803
13 ТМ-250 1991 43422 650 715 71 5
14 ТМ-250 1991 23644 750 720 720
15 ТМ-400 1977 2045 1440 1440 1742
16 ТМ-400 1977 1979 1280 1380 1549
17 ТМ-250 1987 975483 900 780 932
18 ТМ-250 1984 963568 720 725 783
19 ТМ-250 1975 550081 870 920 1083
20 ТМ-250 1976 735132 870 860 1068
21 ТМ-250 1977 678949 830 860 1004
22 ТМ-250 1977 678944 710 970 859
23 ТМ-250 1971 390061 1007 1000 1324
24 ТМ-250 1971 390318 1007 1230 1324
25 ТМ-250 1970 358345 1007 1063 1342
26 ТМ-250 1970 358344 1022 1004 1362
27 ТМ-250 1977 678970 785 1700 950
28 ТМ-250 1973 447391 947 1410 1212
Всего по 1 участку сети 30849 32652
ср. год изг. 1978
ср. возраст 31
Погрешность расчетной оценки, % + 5,85
2 участок сети
29 ТМ-250 1970 38823 820 1140 1020
30 ТМ-250 1972 1273 820 998 990
31 ТМ-250 1973 452588 820 902 980
32 ТМ-250 1975 580981 820 998 950
33 ТМ-250 1976 366 820 909 930
34 ТМ-250 1979 734391 820 999 890
35 ТМ-250 1980 797073 820 841 880
36 ТМ-250 1992 923В500 820 959 820
37 ТМ-250 1993 902284 820 879 820
Всего по 2 участку сети 8625 8280
ср. год изг. 1979
ср. возраст 25
Погрешность расчетной оценки, % - 4,00
Продолжение табл. 1
№ п/п Тип трансформатора Год изготовления Зав. номер трансформатора АРхх , Вт
паспортные реальные расчетные
1 2 3 4 5 6 7
3 участок сети
38 ТСМА-320 1962 2022 1060 2000 1450
39 ТМ-160 1969 231215 540 1000 672
40 ТМ-250 1979 534792 1050 1280 1124
41 ТМ-400 1989 46836 1080 1650 1080
Всего по 3 участку сети 5930 4325
ср. год изг. 1975
ср. возраст 28
Погрешность расчетной оценки, % -27,1
Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что реальные значения потерь холостого хода для отдельных трансформаторов могут оказаться как выше, так и ниже расчетных значений, определяемых по предлагаемой методике. При этом чем больше количество трансформаторов в группе, тем ближе значения '^АРххреал и
^АРххрасч для рассматриваемой группы.
По группам трансформаторов участков сетей сумма значений реальных потерь ХХ ^APХХРЕАЛ для разных групп оказалась как
выше, так и ниже суммы расчетных значений ^APХХРАСЧ , определяемых по предлагаемой
методике учета срока эксплуатации трансформатора (табл. 1).
Результаты сравнения потерь ^АР^реал
и ^^ХХ
РАСЧ по всем трансформаторам, попавшим в выборку на трех участках сетей, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты сравнения потерь ХХ ^ АР<реал и ^АРХХ.
РАСЧ по трансформаторам трех участков сетей
№ участка сети АРхх , Вт
Реальные Расчетные
1. г. Иваново 30849 32652
2. г. Шуя 8625 8280
3. г. Юрьевец 5930 4325
Всего по трем участкам 45404 45257
Погрешность расчетной оценки, % -0,32
Таким образом, предложенная методика расчета мощности потерь ХХ позволяет с высокой точностью определить мощность потерь ХХ группы трансформаторов с учетом их паспортных значений и срока эксплуатации (отдельно для каждого трансформатора). Точность расчетов повышается с увеличением числа трансформаторов в группе, где проводится расчет и анализ фактического значения мощности потерь ХХ трансформаторов.
Список литературы
1. Об организации в Министерстве промышленности и энергетики Российской Федерации работы по утверждению нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям. Приказ Минпромэнерго России от 04 октября 2005 г. № 267.
2. Казаков Ю.Б., Козлов А.Б., Коротков В.В. Учет изменения потерь холостого хода трансформаторов в период срока службы при расчете потерь в распределительных сетях // Электротехника. - 2006. - № 5. - С. 11-16.
3. Коротков В.В., Козлов А.Б., Коротков А.В. Количественная оценка зависимости потерь холостого хода силовых трансформаторов от срока эксплуатации // Повышение эффективности работы энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. VIII / под ред. В.А. Шуина, М.Ш. Мисриханова, А.В. Мошкарина. -Иваново, 2007. - С. 351-356.
4. Балабин А.А., Волчков Ю.Д. Анализ составляющих потерь электроэнергии в силовых трансформаторах ОАО «Орелэнерго» // Энерго- и ресурсосбережение XXI век.: мат-лы IV Междунар. науч.-практич. интернет-конф. - Орел: ОрелГТУ, 2006. - С. 112-115.
5. Об организации в Министерстве энергетики Российской Федерации работы по утверждению нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям. Приказ Минэнерго РФ от 30 декабря
2008 г. № 326. Зарегистрирован в Минюсте РФ 12 февраля
2009 г. № 13314.
References
Полученный при сравнении указанных величин результат можно отнести, скорее всего, к случайным - различие ^АР«. РЕАЛ и
Т.АРХХРАСЧ составило всего -0,32 % по отношению к ^АРххрасч . Однако этот результат дает
основание однозначно утверждать, что сравниваемые величины близки по значению.
1. Ob organizatsii v Ministerstve promyshlennosti i ener-getiki Rossiyskoy Federatsii raboty po utverzhdeniyu normativov tekhnologicheskikh poter' elektroenergii pri ee peredache po elek-tricheskim setyam [On organization of work in Ministry of Industry and Power of Russian Federation to confirm specification of technological losses of electricity], in Prikaz Minpromenergo Ros-sii ot 04 oktyabrya 2005 g. № 267.
2. Kazakov, Yu.B., Kozlov, A.B., Korotkov, V.V. Uchet izmeneniya poter' kholostogo khoda transformatorov v period sroka sluzhby pri raschete poter' v raspredelitel'nykh setyakh [Recording of losses changes of idle run of transformers in tenure
of employment of distributive electrical grids], in Elektrotekhnika, 2006, issue 5, pp. 11-16.
3. Korotkov, V.V., Kozlov, A.B., Korotkov, A.V. Kolich-estvennaya otsenka zavisimosti poter' kholostogo khoda silovykh transformatorov ot sroka ekspluatatsii [Quality estimation of dependency of losses of idle run of power transformers on their durability], in Povyshenie effektivnosti raboty energosistem, Trudy IGEU, 2007, issue 8, pp. 351-356.
4. Balabin, A.A., Volchkov, Yu.D. Analiz sostavlya-yushchikh poter' elektroenergii v silovykh transformatorakh oAo
«Orelenergo» [Analysis of losses components in power transformers of OJSC «Orelenergo»], in Energo- i resursosberezhenie XXI vek, 2006, pp. 112-115.
5. Ob organizatsii v Ministerstve energetiki Rossiyskoy Federatsii raboty po utverzhdeniyu normativov tekhnologicheskikh poter' elektroenergii pri ee peredache po elektricheskim setyam [On organization of work in Ministry of Power of Russian Federation to confirm specification of technological losses of electricity], in Prikaz Minenergo RF ot 30 dekabrya 2008 g. № 326. Zaregistrirovan v Minyuste RF 12 fevralya 2009 g. № 13314.
Казаков Юрий Борисович,
ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина», доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой электромеханики, телефон (4932) 26-97-06, e-mail: elmash@em.ispu.ru
Фролов Владимир Яковлевич,
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет,
доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой электротехники и электротехнологии,
e-mail: frolov.eed@gmail.com
Коротков Александр Владимирович,
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, аспирант,
e-mail: kav009@ya.ru
