Выбор количества и мощности трансформаторов
Выбор количества и мощности трансформаторов как на реконструируемых, так и на вновь строящихся подстанциях является сложной комплексной задачей, при решении которой необходимо учитывать надежность электроснабжения, допустимые систематические перегрузки трансформатора, ожидаемый ущерб при отсутствии резервирования, поэтапное развитие подстанции в соответствии с динамикой роста нагрузки и т.д. Окончательное решение принимается на основании технико-экономического сравнения вариантов. При выполнении учебного проекта реконструкции сети выбор числа и мощности трансформаторов рассматривается без детальной проработки.
Приступая к решению этого вопроса, необходимо в первую очередь определить номинальные напряжения обмоток трансформатора. Номинальные напряжения для обмотки высшего, напряжения равны ранее принятому номинальному напряжению сети. Напряжения со стороны обмотки низшего и среднего напряжения для понизительных подстанций зависят от вида нагрузки (предпочтение следует отдавать более высокому напряжению), а для повышающих трансформаторов определяются номинальным напряжением генератора.
В практике проектирования на подстанциях всех категорий, как правило, предусматривается установка двух трансформаторов. При этом мощность определяется из условия
где для понижающих трансформаторов и – наибольшая возможная мощность наиболее загруженной обмотки для повышающих трансформаторов и трансформаторов связи; .
Выбранный трансформатор должен иметь коэффициент нагрузки в нормальном режиме
в послеаварийном режиме
Применение однотрансформаторных подстанций допускается:
– для питания потребителей 3-й категории мощностью до 6,3 МВА при наличии передвижного резерва в системе, обеспечивающего замену трансформатора в течение суток;
– при наличии резервирования по сети низкого напряжения.
Мощность однотрансформаторной подстанции определяется максимальной загрузкой трансформатора ( ).
При существующей шкале номинальных мощностей трансформаторов можно снизить необходимую суммарную мощность подстанции, если увеличить число трансформаторов и более. Однако при этом значительно возрастают как капитальные, так и ежегодные расходы. Поэтому установка более двух трансформаторов допускается:
– если для передачи мощности не достаточно предельной мощности двух трансформаторов по существующей шкале;
– если потребитель имеет толчковые нагрузки.
Номинальная мощность трансформатора в этом случае выбирается из условия
Для блочных схем генератор-трансформатор мощность трансформатора должна соответствовать номинальной мощности генератора. Например,
Рассмотренная методика справедлива как для выбора двухобмоточных, так и трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов. Сведения по выбору трансформаторов целесообразно свести в табл. 6.
3.4. Выбор конфигурации схемысети
При реконструкции электрической сети можно наметить много вариантов конфигурации схемы сети, которые должны отвечать следующим требованиям.
1. Обеспечение надежности электроснабжения. Требования к надежности электрических сетей общего назначения регламентированы в [7,9]. Если рассматриваемые варианты существенно различаются по надежности электроснабжения, то рекомендуется производить экономическую оценку ущерба от недоотпуска электроэнергии в соответствии с методикой, изложенной в [6].
2. Обеспечение нормируемого качества электроэнергии потребителей в соответствие с ГОСТ 13109-97.
3. Схема сети должна быть достаточно гибкой, приспособленной к разным режимам, обусловленным изменением мощности источников или потребителей, а также плановыми или аварийными отключениями элементов сети; конфигурация и параметры сети должны обеспечивать возможность её дальнейшего развития без коренных перестроек.
4. Электрическая сеть должна обеспечивать рациональное сочетание сооружаемых линий с действующими, максимальное использование действующей сети с учетом её возможной реконструкции.
5. Схема сети должна строиться с максимальным охватом территории для комплексного электроснабжения всех расположенных здесь потребителей, при этом следует избегать сооружения протяженных малозагруженных участков, используемых только в послеаварийных режимах.
6. Построение сети должно учитывать вопросы экологии: уменьшение отчуждаемой для сетевого строительства земли, использование старых трасс, применение простых схем.
7. Одним из важнейших условий является обеспечение экономичности сооружения сети за счет внедрения новейших решений в области передачи электрической энергии, использования для её построения унифицированных элементов, рациональной организации строительно-монтажных работ.
Основой рационального построения сети является применение простых типов конфигураций (радиальные, магистральные, замкнутые сети с одноцепными линиями на всех участках). При этом следует по возможности исключить обратные перетоки мощности по линиям и уменьшить длину линий. Применение сложнозамкнутых конфигураций (многоконтурные схемы) нецелесообразно, т.к. это связано со сложными схемами подключения подстанций, с трудностями по обеспечению оптимальных режимов работы, с повышенными уровнями токов к.з. Однако, если простые схемы оказываются неудовлетворительными по техническим требованиям (линии не проходят по нагреву, не обеспечивается допустимая потеря напряжения), следует рассмотреть варианты сложных схем. Учитывая сказанное, намечают 5-6 вариантов сети. Необходимо подчеркнуть, что намечаемые варианты не должны быть случайными. Каждый вариант должен иметь ведущую идею построения сети (радиальная сеть, кольцевая и т.д.).
Разработку вариантов электроснабжения рекомендуется выполнять по следующей схеме.
1. Наметить возможные источники мощности дня всех потребителей, планируя осуществить их питание по кратчайшему пути.
2. Выделить подстанции, потребители которых требуют 100 % резерва по сети и наметить варианты их подключения.
3. Выделить подстанции, расположенные близко друг от друга, и предусмотреть их питание от общей сети.
4. Наметить удаленные подстанции, электроснабжение которых следует осуществить отдельными линиями.
5. Приближенно оценить потоки мощности по сети, исключить малозагруженные линии. Приближенные потоки мощности в сети можно рассчитать без учета потерь мощности в линиях и трансформаторах.
Для магистральных и радиальных сетей такой расчет производится достаточно просто с использованием только первого закона Кирхгофа: последовательно рассматриваются участки сети, идя от наиболее удаленных потребителей к источникам питания. В замкнутых сетях приближенный расчет потокораспределения называется расчетом по «приведенным длинам». В высоковольтных воздушных линиях погонные реактивные сопротивления практически неизменны для всех сечений и значительно превышают погонные активные сопротивления. Пренебрегая последними и принимая неизменными напряжения во всех узлах схемы, получим запись второго закона Кирхгофа для контура сети в следующем виде:
. (1)
Количество указанных уравнений зависит от числа контуров, а , – соответственно мощности и сопротивления линий рассматриваемого контура. При этом
, (2)
где – длина участка, а – число параллельных цепей.
Подставляя (2) в (1) можно получить следующие формулы, которые и применяются при расчетах по «приведенным длинам»:
и или . (3)
Выражения (3) можно использовать, если контур содержит линии одного номинального напряжения. Если в контуре наряду с линиями основного ( – базисного) напряжения имеются линии другого номинального напряжения и трансформаторы связи, то для них необходимо рассчитать эквивалентные длины:
для линий
для трансформаторов
где – индуктивное суммарное сопротивление обмоток трансформатора, входящих в рассматриваемый замкнутый контур, – количество параллельно работающих трансформаторов.
Для расчета приближенного потокораспределения в сложной многоконгурной схеме необходимо воспользоваться программными средствами. На кафедре разработана программа Networks.exe.
После тщательного анализа с учетом выше сформулированных требований из намеченных 5-6 вариантов схем электроснабжения, выбираются 2 наиболее конкурентоспособных, из которых на основе технико-экономических расчетов определяется оптимальный.