Исследование загрузки трансформаторов на районной подстанции АС-10

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРУЗКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА РАЙОННОЙ ПОДСТАНЦИИ АС-10

Ермаков В.Ф., Морозов А.Н.

Аннотация

В статье выполнено исследование переходных тепловых процессов трансформаторов ТРДН-40/110/10/10 в процессе его эксплуатации при существующем графике нагрузки.

Ключевые слова: трансформатор, максимальная температура, наиболее нагретая точка обмотки, загрузка трансформатора.

Основная часть

Актуальность темы статьи обусловлена значительными погрешностями используемых в настоящее время методов определения расчетной мощности нагрузки [1 - 5], разнообразием конструкций силовых трансформаторов [6, 7], а также протекающих в них тепловых процессов [8, 9].

Расчетная математическая модель, позволяющая исследовать тепловые процессы в кабеле, разработана профессором Брагиным С.М. [8], она описывается дифференциальным уравнением нагрева первого порядка. В [10] эта модель адаптирована для выбора номинальной мощности любого силового оборудования. Используем эту модель для исследования тепловых процессов в обмотке трансформатора (возможность такого применения проверена экспериментально [11])

где - температура наиболее нагретой точки обмотки трансформатора;

ном L номинальная длительно допустимая температура изоляции;

окр П температура окружающей среды;

- постоянная времени нагрева обмотки;

l(t) - ток нагрузки в момент времени Г.

I ном - 1 номинальный ток трансформатора.

В качестве исходных данных в настоящей статье использованы суточные графики нагрузки четырех секций РУ 10 кВ подстанции, которые питают потребителей: аэропорта «Платов», пос. Грушевский, микрорайона г. Новочеркасска Ростовской области, и др.

Ниже приведены суточные графики активной P(t) и реактивной Q(t) мощности, заданные с почасовой точностью, для всех 4 секций, а так же их суммарный график.

Рис. 1 Суточный график изменения активной мощности Р(t) первой секции

Рис. 2 Суточный график изменения реактивной мощности Q (t) первой секции

Рис. 3 Суточный график изменения активной мощности P(t) второй секции

Рис. 4 Суточный график изменения реактивной мощности Q (0 второй секции

Рис. 5 Суточный график изменения активной мощности P(t) третьей секции

Рис. 6 Суточный график изменения реактивной мощности Q (й) третьей секции

Рис. 7 Суточный график изменения активной мощности P(t) четвертой секции

Рис. 8 Суточный график изменения реактивной мощности Q (!) четвертой секции

В связи с малостью ординат суточного графика изменения реактивной мощности Q(t) энергорайона этот график в дальнейших расчетах не учитывается, поскольку учет графика Q(t) мало влияет на протекание тепловых процессов в автотрансформаторах.

Принимается приближенно при проведении расчетов, что S ~ P.

Для определения загрузки трансформаторов на подстанции используем суточный график изменения суммарной активной мощности P(t) мощности всех 4 секций.

трансформатор подстанция тепловой обмотка

Рис. 9 Суточный график изменения суммарной активной мощности P(t) всех 4 секции

Рис.10 Суточный график изменения суммарной реактивной мощности Q (1)всех 4 секции

Суточный график суммарной активной P(t) мощности нагрузки приведен на рис. 9, а суммарной реактивной Q(t) - на рис. 10.

По суточному графику нагрузки Р(t) (рис.9) может быть:

1. Определена загрузка трансформаторов;

2. Выбрана мощность силовых трансформаторов на подстанции, достаточная для питания присоединенной нагрузки.

В проектной практике общепринятым является метод выбора мощности трансформатора Ј по средней мощности за наиболее загруженную смену предприятия Јсм. Средняя мощность за сутки по графику нагрузки на рисунке 9 составляет Р_ср = 4,62 МВт. Значение Р_ср автоматически рассчитывается программой, приведенной в [10]. При дальнейших расчетах и выводах принято использование в качестве средней мощности Рср.

При реконструкции подстанции первоначально был установлен трансформатор, номинальная мощность которого составляла Ј = 40МВА.

Если принять во внимание существующий график нагрузки (рис. 9) загрузка трансформатора при питании всех 4 секций составляет всего 11,5%. Это означает, что мощность выбрана излишне и можно было обойтись менее мощными трансформаторами.

В настоящее врем принято выбирать мощность силовых трансформаторов на районных ПС и ГПП по средней суммарной мощности, которая равна 4,62 МВт. Расчетную мощность трансформатора с учетом допустимой перегрузки в аварийном режиме на 40 % выбираем по формуле:

Рі = Рср/1,4 = 3,3 МВт.

Предварительно выбираем ближайшую мощность трансформатора по шкале стандартных мощностей 8 = 4 МВА.

Проверим, проходит ли выбранный трансформатор мощностью 8 = 4 МВА по максимальному нагреву (используя расчетный математический аппарат [10]).

Рис 11 Скриншот используемой программы

Рис. 12 Суточный график изменения температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора вобм номинальной мощности 4 МВА при температуре окружающей среды окр = 20 оС; обм.макс = 147,99 оС

Процесс изменения температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора обм (рис. 12) получен путем решения дифференциального уравнения (1), в котором вместо отношения I(t)/I использовано отношение P(t)/P.; постоянная ном t нагрева равна т = 1,7 часа.

Предельное значение температуры наиболее нагретой точки трансформатора в режиме систематических нагрузок согласно ГОСТ 14209-97 [12] составляет 140^оС, а в режиме кратковременных перегрузок 160^оС. Суточный график изменения температуры (рис.12) показывает что при имеющимся суточном графики суммарной нагрузки (рис.9) трансформатор будет перегреваться до недопустимой температуры 147,99 ^оС более 5 часов, что значительно больше постоянной времени нагрева данного трансформатора (1,7 час; данное условие предписывает ГОСТ 14209-97 [12]), и эти нагрузки не могут считаться кратковременными.

Следовательно, можно сделать вывод о том, что трансформатор мощностью 4 МВА не подходит при выборе по максимальному нагреву.

При продолжительности ремонта в несколько суток износ изоляции трансформатора составит 2034/24 = 85 суток за 1 сутки.

Проверим нагрев следующего по шкале мощностей трансформатора мощностью 6,3МВА. Результаты расчетов приведены на рис. 13 и 14.

Рис 13 Скриншот используемой программы

Для этого трансформатора процесс изменения температуры наиболее нагретой точки обмотки изображен на рисунке 14.

Рис. 14 Суточный график изменения температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора jбм номинальной мощности 6,3МВА при температуре окружающей среды окр = 20^оС; обм.макс = 71,52^оС

Согласно ГОСТ 14209-97 [12] номинальная длительно допустимая температура наиболее нагретой точки обмотки трансформатора составляет _{обм ном} = 98^оС, можно считать успешным выбор трансформатора мощностью 6,3МВА для питания аэропорта «Платов», пос. Грушевский и остальных потребителей, суточный график нагрузки которых, изображенный на рисунке 9.

Вывод

Выбор трансформаторов при реконструкции был выполнен не правильно, что лишь увеличило стоимость проекта, так как стоимость ТРДН 40000/110/10/10 составляет от 8000000руб., а стоимость ТМН 6300/110/10/10 от 3500000руб. Учитывая, что подстанция двухтрансформаторная, выгода составляет ~ 9000000 руб. Выбор трансформаторов мощностью 40 МВА можно считать обоснованным с учетом перспективного плана развития энергетического района.

Список использованной литературы

1. Фокин Ю.А. Вероятностно-статистические методы в расчетах систем электроснабжения. М.: Энергоатомиздат, 1985. 240 с.

2. Кудрин Б.И. О комплексном методе расчета электрических нагрузок //Изв. вузов. Электромеханика. 1981. № 2. С. 209 - 210.

3. Вагин Г.Я. О причинах завышения расчетных нагрузок по нагреву //Промышленная энергетика. 1980. № 3. С. 28 - 29.

4. Ермаков В.Ф. Анализ составляющих погрешности определения расчетной электрической нагрузки /Электрические нагрузки и электропотребление в новых условиях хозяйствования: Материалы семинара. М.: МДНТП, 1989. С. 93 - 96.

5. Ермаков В.Ф. Исследование процессов в электрических сетях: методы, средства, детерминированные и вероятностные модели. Ростов н/Д: Изд-во Ростовского ун-та, 2003. 288 с.

6. Силовые трансформаторы: Справочная книга /Под ред. С.Д. Лизунова, А.Е. Лоханина. М.: Энергоиздат, 2004.

7. Киш Л. Нагрев и охлаждение трансформаторов /Пер. с венг. Под ред. Г.Е. Тарле. М.: Энергия, 1980. 208 с.

8. Быстрицкий Г.Ф., Кудрин Б.И. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. М.: Издательский центр «Академия», 2003. 176 с.

9. Брагин С.М. Электрический и тепловой расчет кабеля. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960. 328 с.

10. Ермаков В.Ф., Зайцева И.В. Выбор электрооборудования по нагреву. Ростов н/Д: ЗАО «Книга», 2018. 176 с.

11. Ермаков В.Ф., Балыкин Е.С., Еволенко Н.А. и др. Опытное определение постоянной времени нагрева электрооборудования // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2012. № 1. С. 66 - 68.

12. ГОСТ 14209-97 (МЭК 354-91) Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов. Минск: Межгосуд. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1997. 80 с.

13. Каталог оборудования ТРАНСФОРМАТОР ТДТН-40000/110-У1 ТРЕХОБМОТОЧНЫЙ. http://WWW.STRO!- OBORUDOVANIE.ru/GOODS/86664330- TRANSFORMATOR TDTN 40000 110 Ц1 ТИН

14. Каталог товаров: Трансформатор силовой ТМН 6300/110/10 https://tiu.ru/p358934263-trans- formator-silovoi-tmn.html

Размещено на Allbest.ru