CC BY
708
УДК 622.08.05.52
В.М. Степанов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-54-50, eists@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), В.С. Косырихин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-54-50, eists@rambler.ru (Россия. Тула, ТулГУ),
ВЫБОР ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ С УЧЕТОМ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Приведена методика определения оптимальных числа и мощности цеховых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения
Ключевые слова: Энергосбережение, электроснабжение.
Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов (ЦТ) возможно путем технико-экономических расчетов с учетом следующих факторов:
1) категории надежности электроснабжения потребителей;
2) компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ;
3) перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах;
4) шага стандартных мощностей;
5) экономичных режимов трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.
В соответствии с ГОСТ 14209—85 и 11677—75 цеховые трансформаторы имеют следующие номинальные мощности: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА. В настоящее время цеховые ТП выполняются комплектными (КТП) и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.
Ориентировочный выбор числа и мощности цеховых трансформаторов производится по удельной плотности ан нагрузки
<JH=S/F, (1.1)
где Si> — расчетная нагрузка цеха (корпуса, отделения), кВА; F — площадь цеха (корпуса, отделения), м2.
При плотности нагрузки напряжением 380 В до 0,2 кВА/м целесообразно применять трансформаторы мощностью до 1000 кВА включительно, при плотности 0,2 — 0,ЗкВА/ма — мощностью 1600 кВА. При плотности более 0,3 кВА/м целесообразность применения трансформаторов мощностью 1600 кВА или 2500 кВА должна определяться технико-экономическим расчетом.
В зависимости от исходных данных различают два метода выбора номинальной мощности трансформаторов:
1) но заданному суточному графику нагрузки цеха (корпуса, отделения) за характерные сутки года для нормальных и аварийных режимов;
2) по расчетной мощности для тех же режимов.
Выбор цеховых трансформаторов в первом случае выполняется аналогично выбору трансформаторов ГПП или ПГВ.
Во втором случае выбор мощности трансформаторов производится исходя из рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме. При этом минимальная мощность трансформаторов SНОм,т определяется по средней нагрузке Sсрм за максимально загруженную смену
где N — число трансформатором; Кз — коэффициент загрузки трансформатора.
Рациональная загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории надежности потребителей электроэнергии, от числа трансформаторов и способа резервирования. Рекомендуется принимать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:
при преобладании нагрузок I категории для двухтрансформаторных ТП
при преобладании нагрузок II категории для однотрансформаторных подстанции в случае взаимного резервирования трансформаторов на низшем напряжении К3= 0,7—0,8;
при преобладании нагрузок II категории и наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках III категории
В первых двух случаях значения коэффициентов загрузки трансформатором определены из условия взаимного резервирования трансформаторов в аварийном режиме с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора.
Принятые к установке силовые трансформаторы должны быть проверены на допустимые систематические перегрузки по условию
На двухтрансформаторных подстанциях дополнительно проверяется перегрузка трансформаторов в аварийном режиме с учетом возможного отключения потребителей III категории
(1.2)
К3= 0,65—0,7;
К3= 0,9—095.
(1.3)
(1.4)
При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.
Суммарную расчетную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения (НБК), устанавливаемых в цеховой сети, определяют расчетами по минимуму приведенных затрат в два этапа:
1) выбирают экономически оптимальное число цеховых трансформаторов;
2) определяют дополнительную мощность НБК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6 — 10 кВ предприятия.
Суммарная расчетная мощность QHK НБК составит
Qнк= QHK1+ QHK2, (1.5)
где QHK1 и QHK2 — суммарные мощности НБК, определенные на двух указанных этапах расчета.
Реактивная мощность, найденная по (1.5), распределяется между трансформаторами цеха пропорционально их реактивным нагрузкам.
Минимальное число цеховых трансформаторов Nтin одинаковой мощности Sном,т предназначенных для питания технологически связанных нагрузок, определяется по формуле
Nтin =Pср.м/( К^ном,т) + ДМ, (1.6)
где Рср.м-- средняя активная мощность технологически связанных нагрузок за наиболее загруженную смену;
Кз — рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора; Ш — добавка до ближайшего целого числа.
Экономически оптимальное число трансформаторов Мопт определяется удельными затратами 3* на передачу реактивной мощности и отличается от на величину т
Мопт= Мтп + т, (1.7)
где т — дополнительно установленные трансформаторы;
З* = Кз(Знк -Звк)/Зтп = КзЗ*тп; Зж, Звк, Зтп— соответственно усредненные приведенные затраты на НБК, батареи конденсаторов напряжением выше 1 кВ (ВБК) и цеховые ТП; З*тп = (Знк -Звк)/ Зтп .
При трех трансформаторах и менее их мощность выбирают по средней активной мощности за наиболее загруженную смену Рср.м
Sном.т^- -Рср.м(КзМопт). (1.8)
Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ, определяют по формуле
Qmax, Т = д/(^оптКз$ном ,Т ) _ Р сР ,м , (1.9)
Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1 кВ составит
0нК1 = Оср,м -Отах, Т (110)
где Qср,м — суммарная средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену на напряжение до 1 кВ.
Дополнительная суммарная мощность низковольтных батарей конденсаторов (НБК) для данной группы трансформаторов Qн.к2 в целях оптимального снижения потерь [2]:
Т (111)
где у - расчетный коэффициент, определяемый в зависимости от коэффициентов К1 и К2 и схемы питания цеховой п/ст: для радиальной схемы по рис.1.1; для магистральной схемы с двумя трансформаторами—по рис.1.2; для магистральной схемы с тремя и более трансформаторами у=К1/30; для двухступенчатой схемы питания трансформаторов от РП 10(6) кВ, на которых отсутствуют источники реактивной мощности (ИРМ), у=К^(60).
Значение К1 зависит от удельных приведенных затрат на БК напряжением до 1кВ и выше и стоимости потерь:
К=(Зн.к.- Зн.в.)/(Со103), (1.12)
где С0—расчетная стоимость потерь, руб/кВт, по таблице (только для расчета КРМ); Зн.к.,Знв - соответственно усредненные приведенные затраты на НБК, батареи конденсаторов напряжением выше 1кВ.
При отсутствии достоверных стоимостных показателей для практических расчетов К1 рекомендуется принимать по табл.1 [2]. Значение К2 определяется по формуле:
К2=^, (1.13)
где I—длина линии (при магистральной схеме с двумя трансформаторами-
длина участка до первого трансформатора),км; F—общее сечение линии,
2
мм .
При отсутствии соответствующих данных допускается значение К2 принимать по таблице 1.2
Если окажется, что QН.К.2<0, то для данной группы трансформаторов реактивная мощность QН.к.2—принимается равной нулю.
Таблица 1.1. Значения удельного коэффициента потерь К1
Объединенная Число Расчетная Удельный
энергосистема рабочих стоимость коэффициент
мест потерь С0, потерь К1
руб/кВт
Центра, 1 52 24
Северо-Запада, 2 106 12
Юга 3 112 11
Средней Волги 1 64 19
2 93 13
3 106 12
Урала 1 56 22
2 91 14
3 117 11
Северного Кавказа, 1 89 14
Закавказья 2 95 13
Казахстана 1 76 17
2 80 16
3 87 14
Сибири 1 85 15
2 85 15
3 85 15
Средней Азии 1 64 19
2 64 19
3 80 16
Востока 1 136 9
2 136 9
3 136 9
Таблица 1.2 .Значения коэффициента К2
Мощность трансформатора Sт,кВА Коэффициент К2 при длине питающей линии 1, км
до 0,5 0,5-1 1-1,5 1,5-2 выше 2
2 4 4 7 10 17
2 7 7 10 15 27
2 7 7 10 15 27
3 10 10 17 24 40
5 16 16 26 36 50
Рис. 1.1. Кривые определения коэффициента у для радиальной схемы питания трансформаторов: а - ином = 6 кВ; б - ином = 10 кВ.
Рис. 1.2. Кривые определения коэффициента у для магистральной схемы питания трансформаторов: а - ином = 6 кв; б - ином = 10 кв.
Литература
1. Степанов В.М., Косырихин В.С. Системы электроснабжения промышленных предприятий: учеб.-методич. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 368 с.: ил.
2. Проектирование систем внутрицехового электроснабжения промышленных предприятий: Учебн. пособие. / В.М. Степанов, В.С. Косырихин, Н.М.Меркулов. Тульский гос. университет. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2004.- 90 с.
3. Проектирование цеховых трансформаторных подстанций: Учебн. пособие. В.М. Степанов, В.С. Косырихин, Н.М.Меркулов. Тул. гос. университет. -Тула: Изд-во ТулГУ, 2004.- 100 с.
