ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Число трансформаторов на подстанциях выбирается в зависимости от мощности и ответственности потребителей, а также наличия резервных источников питания в сетях среднего и низшего напряжений. Таким образом, выбор количества трансформаторов является технико-экономической задачей.
Применение однотрансформаторных подстанций допускается:
- в качестве первого этапа сооружения двухтрансформаторной подстанции при постепенном росте нагрузки. При этом на период работы одного трансформатора должно быть обеспечено резервирование электроснабжения потребителей по сетям вторичного напряжения;
- при дроблении подстанций для питания узла с сосредоточенной нагрузкой и схеме сети НН, обеспечивающей резервирование каждой из однотрансформаторных подстанций;
- когда от подстанции питаются неответственные приемники, причем на случай отказа трансформатора предусмотрен централизованный трансформаторный резерв с возможностью замены поврежденного трансформатора в течение суток, не более;
- если для резервирования питания потребителей первой и второй категорий в сетях среднего и низшего напряжений имеются вторые источники питания, причем для потребителей первой категории обеспечен автоматический ввод резерва.
Так как большей частью от подстанций питаются потребители всех трех категорий, и питание от системы подводится лишь со стороны высшего напряжения, то по условиям надежности требуется установка двух трансформаторов. На очень мощных узловых подстанциях может оказаться экономически целесообразной установка трех-четырех трансформаторов (автотрансформаторов).
На подстанциях с высшим напряжением 220 кВ и выше, как правило, устанавливаются автотрансформаторы, обладающие рядом преимуществ по сравнению с трансформаторами (меньшие масса, стоимость и потери энергии при той же мощности).
При существующей шкале номинальных мощностей трансформаторов можно заметно снизить необходимую суммарную мощность на подстанции при увеличении количества трансформаторов свыше двух. Однако несмотря на это, капитальные затраты и эксплуатационные расходы в целом по подстанции получаются, как правило, большими вследствие роста удельных затрат на 1 кВ·А с уменьшением единичной мощности трансформатора. С учетом изложенного установка на подстанциях более двух трансформаторов (автотрансформаторов) применяется в следующих случаях:
- на подстанциях промышленных предприятий, если необходимо выделить по режиму работы толчковые нагрузки (электропечи и т.п.);
- если по технико-экономическим соображениям целесообразно использование на подстанциях двух средних напряжений;
- если для покрытия нагрузки недостаточно предельной мощности двух автотрансформаторов по существующей шкале (например, 330/110 кВ, 200 МВ·А);
- если вариант групп из двух спаренных трансформаторов имеет технико-экономические преимущества по сравнению с группами из однофазных автотрансформаторов.
В трех последних случаях два автотрансформатора, как правило, подключены на стороне ВН под общий выключатель.
На подстанциях сельскохозяйственного назначения, как правило, устанавливают не более двух трансформаторов. В соответствии с РУМ 12 (1974 г.) два трансформатора устанавливают в следующих случаях:
1) если расстояние до ближайшей соседней подстанции больше 45 км;
2) если преграда по местности (водоемы, полигоны и пр.) не дают возможности зарезервировать хотя бы одну из линий 10(6) кВ от соседней подстанции;
3) если по расчетной нагрузке требуется установить трансформатор мощностью более 6300 кВА;
4) если невозможно заменить поврежденный трансформатор в течение суток с момента повреждения;
5) если при реконструкции однотрансформаторной подстанции требуется установить трансформатор большей мощности и время, необходимое для этого, больше 24 ч;
6) если суммарная расчетная нагрузка потребителей первой категории, расположенных на расстоянии менее 10 км от подстанции, равна 1100 кВА или больше и уменьшить ее за счет присоединения некоторых потребителей первой категории к другой подстанции невозможно;
7) если невозможно обеспечить нормированное отклонение напряжения у потребителей первой категории в послеаварийном режиме при резервировании их по линии 10(6) кВ от соседней подстанции.
Во всех остальных случаях на подстанции устанавливают один трансформатор.
На двухтрансформаторных подстанциях рекомендуется устанавливать трансформаторы одинаковой мощности, причем мощность каждого из них должна составлять 65…70 % расчетной нагрузки подстанции на конец расчетного периода. На вновь сооружаемых подстанциях при постепенном росте нагрузок рекомендуется на первый период эксплуатации на однотрансформаторной подстанции устанавливать трансформатор мощностью на одну ступень ниже расчетной, на двухтрансформаторной – один трансформатор расчетной мощности, или, если при этом не обеспечивается необходимая степень надежности электроснабжения, два трансформатора каждый мощностью на одну ступень ниже расчетной.
Как правило, нужно принимать трансформаторы типа ТМН с автоматическим регулированием напряжения под нагрузкой (РПН), так как при действующих нормах отклонений напряжения ± 5 % установка трансформаторов без РПН предопределяет в большинстве случаев необходимость применять другие средства регулирования напряжения, более дорогостоящего, чем РПН.
Площадку для строительства подстанции нужно размещать на незаселенной территории, не затопляемой паводковыми водами, в центре нагрузок или вблизи от центра, по возможности близко от населенного пункта, автодороги, железнодорожной станции. Площадку нужно размещать так, чтобы не требовалось большого объема планировочных работ.
Компоновка оборудования подстанции должна обеспечивать следующее:
а) простые и удобные подходы ВЛ всех напряжений с минимальным числом пересечений и углов;
б) удобные подъезды передвижных средств и механизмов для транспортировки и ремонта оборудования;
в) возможность дальнейшего расширения подстанции.
Для снижения стоимости сооружения подстанций и упрощения их схем электрических соединений принимают следующие меры:
1) на стороне высшего напряжения подстанции вместо высоковольтных выключателей устанавливают высоковольтные предохранители или, если при помощи предохранителей невозможно обеспечить селективность работы с защитой питающей и отходящих линий, короткозамыкатели и отделители;
2) на стороне напряжения 10 и 20 кВ однотрансформаторных подстанций сборные шины выполняют несекционированными, на двухтрансформаторных подстанциях шины секционируют выключателем с автоматическим вводом резерва. При этом в нормальном режиме предусматривается раздельная работа трансформаторов на секции сборных шин;
3) применяют оперативный переменный ток;
4) используют упрощенные защиты от повреждений и ненормальных режимов;
5) применяют комплектные распределительные устройства.
Мощность трансформаторов выбирается по нагрузке пятого года эксплуатации подстанции, считая с года ввода первого трансформатора.
Суммарная установленная мощность трансформаторов должна удовлетворять условиям:
;
,
где nT, ST – количество и единичная мощность трансформаторов;
Pmax – максимальная нагрузка подстанции в нормальном режиме;
Pав = Pmax - Pрез – нагрузка подстанции в послеаварийном режиме выхода одного трансформатора;
Pрез – часть нагрузки подстанции, резервируемая по сетям вторичного напряжения;
nотк – количество отключенных трансформаторов;
Kав – допустимый коэффициент перегрузки трансформаторов в аварийных случаях по ГОСТ 1429 – 85.
Согласно упомянутому стандарту в аварийных случаях трансформаторы допускают в течение не более 5 суток перегрузку в 1,4 номинальной мощности на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки. Поэтому для двухтрансформаторной подстанции при отсутствии резервирования по сетям вторичного напряжения мощность каждого трансформатора принимается равной 0,7Pmax. При наличии резервирования мощность каждого трансформатора должна быть равной 0,7Paв, но не менее Pmax/2.
Мощность однотрансформаторной подстанции определяется максимальной нагрузкой трансформатора в нормальном режиме (до 100 %). При проектировании нескольких взаиморезервируемых однотрансформаторных подстанций мощность трансформаторов на них должна выбираться таким образом, чтобы в послеаварийном режиме с учетом указанной выше перегрузки обеспечивалось резервирование наиболее мощной из подстанций.
При наличии перспективных графиков нагрузок проектируемых подстанций мощность трансформаторов может быть уменьшена за счет учета их допустимой систематической перегрузки.
При установке на подстанции одной группы однофазных трансформаторов предусматривается одна резервная фаза.
Увеличение мощности однотрансформаторных подстанций осуществляется, как правило, путем установки второго трансформатора, двухтрансформаторных – заменой трансформаторов более мощными.
При выборе автотрансформаторов решаются две специфические задачи: выбор напряжения третичной обмотки (35 или 10 кВ) и проверка загрузки общей обмотки. Выбор напряжения третичной обмотки определяется следующими факторами:
- наличием вблизи площадки подстанции достаточно крупного потребителя, электроснабжение которого целесообразно осуществлять на напряжении 10 кВ;
- необходимость и целесообразность установки на подстанции синхронных компенсаторов, присоединяемых на напряжении 10 кВ;
- целесообразностью установки на подстанции шунтовых конденсаторных батарей на напряжение 35 кВ.
В условиях, когда возможны перетоки мощности из сети СН и ВН в сеть НН, и в случаях присоединения к обмотке НН синхронных компенсаторов требуется проверка загрузки общей обмотки автотрансформатора, которая может быть выполнена по формуле
где S0 – загрузка общей обмотки;
S1, S2 – соответственно загрузка обмотки ВН и СН;
Sном – номинальная мощность АТ;
– коэффициент выгодности АТ; U1 – ВН;U2 – СН.
Как уже отмечалось, трансформаторы (автотрансформаторы) принимаются со встроенным регулированием напряжения под нагрузкой (РПН). Установка отдельных последовательных регулировочных трансформаторов допускается только при отсутствии соответствующих трансформаторов (автотрансформаторов) с РПН (в частности, при питании потребителей от третичных обмоток автотрансформаторов).