Оптимальный режим работы цеховых трансформаторов

УДК 621.311

ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Грачева Е.И., Игнатьева С.Б. ФГБОУ ВПО «КГЭУ»

В статье рассмотрены эффективные режимы работы цеховых трансформаторов с точки зрения минимизации потерь мощности в них. Дано аналитическое и графическое определение значениям граничных мощностей нагрузки, при которых эффективно изменять режим работы подстанций с трансформаторами разной номинальной мощности. Ключевые слова: режим работы, трансформаторы, потери мощности, экономичность.

В условиях постоянного увеличения цен на топливно - энергетические ресурсы остро стоит проблема энергосбережения, затрагивающая все отрасли народного хозяйства страны. Данная проблема актуальна и для энергетики.

Экономичный режим работы трансформаторов определяет число одновременно включенных трансформаторов, обеспечивающих минимум потерь электроэнергии в этих устройствах. Наиболее выгодный по ежегодным издержкам и потерям будет работа трансформатора в часы максимума - работа с перегрузкой.

В реальных условиях значение допустимой нагрузки выбирают в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки и в зависимости от температуры окружающей среды.

Наиболее экономичный режим соответствует нагрузке трансформаторов, пропорциональной их номинальной мощности. Экономическое распределение нагрузок между параллельно работающими трансформаторами наступает в том случае, если их параметры одинаковы. К сожалению, на практике не удается достигнуть такого положения, чтобы па каждой подстанции трансформаторы были однотипными. Допускается параллельная работа разнотипных трансформаторов, если отношение их мощностей не более 1: 3, напряжения короткого замыкания отличаются не более чем на 10%, напряжения ответвлений - не более чем на 0.5% и группы соединений обмоток одинаковые.

На подстанциях, оборудованных однотипными трансформаторами одинаковой мощности, число одновременно включенных трансформаторов определяется следующими условиями:

22

1) при расчете нагрузки подключения (п+1)-го трансформатора экономически оправдано, когда коэффициент нагрузки работающих трансформаторов достигает значения

2) при снижении нагрузки экономически целесообразно отключать один из трансформаторов, когда коэффициент нагрузки работающих трансформаторов достигает значения

где п- число включенных трансформаторов.

Исследуем возможность оптимального режима трансформаторов механического цеха авторемонтного завода мощностью 1000 кВА при эксплуатации одного трансформатора мощностью 1000 кВА или двух трансформаторов мощностью по 630 кВА.

Исходные данные:

кВт- потери холостого хода трансформатора; кВт- короткого замыкания трансформатора; %- ток холостого хода трансформатора; %- напряжение короткого замыкания трансформатора;

- номинальная мощность трансформатора; кВт/квар- коэффициент потерь.

На рис.1 представлен годовой график электрической нагрузки механического цеха, а на рис.2- годовой график электрической нагрузки механического цеха по продолжительности.

Построим зависимости потерь активной мощности в трансформаторах от полной мощности нагрузок (рис.3) для одного (£Д ) и двух (£Д ) одновременно работающих трансформаторов.

Определим приведенные потери мощности для построения этих кривых

23

где п- число трансформаторов; --коэффициент загрузки трансформатора.

1000 750 500 250

0 750 1500 2250 3000 3750 4500 Т.ч

Рис.1. Годовой график электрической нагрузки механического цеха

750 500 250

1000

0 750 1500 2250 3000 3750 4500 Т.ч

Рис.2. Годовой график электрической нагрузки механического цеха по продолжительности

йнг, кВА

Бнг, кВА

Бнг, кВА 200 300 400 500 600 800 1000

ХД 3.4 4.1 5.1 6.3 7.8 9.1 10.2

ХД 5.7 5.8 5.9 6.1 6.3 6.74 7.37

Рис.3. График зависимости активных потерь от нагрузки трансформаторов: 1- 1х1000кВА,

2- 2х630кВА

24

Таким образом, при изменении от 200 кВА до 450 кВА экономически выгодна работа 1-го трансформатора мощностью 1000 кВА, а при следует включить 2 трансформатора по 630 кВА. Определим затраты для механического цеха:

Таким образом, второй вариант более экономичный. Исследуем возможность оптимального режима цеховых трансформаторов мощностью 2х630 кВА или 3х400 кВА литейного цеха авторемонтного завода.

Исходные данные:

кВт- потери холостого хода трансформатора; кВт- короткого замыкания трансформатора; %- ток холостого хода трансформатора; %- напряжение короткого замыкания трансформатора;

- номинальная мощность трансформатора; кВт/квар- коэффициент потерь. На рис.4 и 5 приведены годовые графики нагрузки и по продолжительности приемников литейного цеха.

8„, кВА

1200 _ _

630 -

310

0 750 1500 2250 3000 3750 4500 Т"ч

кВА

1200

Рис.4. Годовой график электрической нагрузки литейного цеха

630 310

0 750 1500 2250 3000 3750 4500 Т.ч

Рис. 5. Годовой график электрической нагрузки литейного цеха по продолжительности

25

При наличии на подстанции двух или более трансформаторов различной мощности целесообразно строить кривые зависимости потерь от нагрузки трансформаторов.

Определим приведенные потери мощности для построения кривых (рис.6), одновременно работающих трансформаторов для случая двух по 630 кВА или трёх трансформаторов мощностью по 400 кВА.

Бнг, кВА 63 126 189 252 378 504 630

ХАР2 5,19 5,24 5,27 5,3 5,5 5,7 6,1

ХАРз 7,71 7,77 7,8 7,85 7,9 7,93 8

Рис.6 показывает, что при изменении нагрузки от 63 до 370 кВА целесообразна работа 2-х трансформаторов, а при нагрузке свыше 370 кВА экономически выгодна работа 3-х трансформаторов. Определим затраты для литейного цеха:

Таким образом путём определения затрат по каждому из вариантов приходим к выводу, что наиболее экономически-целесообразным является второй вариант.

8,0 7,7 5,7 5,3 3,7 2,9

Рис. 6. График зависимости активных потерь от нагрузки трансформаторов: 2 - 2х630 кВА,

3- 3х400 кВА

При номинальном режиме трансформаторов экономически целесообразного режима работы трансформаторов, с целью экономии электроэнергии, следует исходить из следующих положений:

• не должна снижаться надежность электроснабжения потребителей;

26

• трансформаторы должны снабжаться устройством автоматического ввода резерва;

• целесообразно автоматизировать операции включения и отключения трансформаторов.

Необходимо отметить, что работа трансформаторов в режиме холостого хода вызывает излишние потери, как отмечалось, не только в самом трансформаторе, но и во всей системе питания из -за низкого коэффициента мощности при работе на холостом ходу.

Источники

1. Белашов В.Ю., Иванов В.О., Грачева Е.И. Составление и анализ балансов потребления электрической энергии промышленными предприятиями: учеб. пособие. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2003. 148 с.

OPTIMUM OPERATING MODE OF WORKSHOP TRANSFORMERS

Ignateva S.B., Gracheva E.I. Effective modes workshop transformers in terms of minimizing power losses in them are discussed in the article. There is the analytical and graphical definition of the boundary values of load capacity for which effectively change the mode of operation of substations with transformers of different rated. power.

Keywords: mode of operation, transformers, power losses, economical operation.

Дата поступления 02.12.2015.

27