Оптимизация работы силовых трансформаторов (стр. 4 из 5)

Наметилась тенденция к переходу от традиционных программ снижения потерь электроэнергии в электрических сетях к бизнес-процессам планирования и управления потерями [6].

Решение всех задач требует новых подходов к оценке технико-экономической эффективности принятия решений по инвестиционным проектам развития сетей и применению новых технологий передачи электроэнергии. Применение таких технологий и практическая реализация перечисленных путей совершенствования работы потребуют и дальнейшего повышения эффективности нормирования потерь [6].

4 Трансформаторные подстанции

На подстанциях всех напряжений, как правило, применяется не более двух трансформаторов по соображениям технической и экономической целесообразности. В большинстве случаев это обеспечивает надежное питание потребителей и в то же время дает возможность применять простейшие блочные схемы подстанций без сборных шин на первичном напряжении, что резко упрощает их конструктивные решения и уменьшает стоимость. Резервирование осуществляется при помощи складского и передвижного резерва [9].

Целесообразное число и мощность цеховых трансформаторов выбирают на основе технико-экономических расчетов (ТЭР) с учетом следующих основных факторов [7]:

- категории надежности электроснабжения потребителей;

- компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ;

- перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах;

- экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.

По количеству трансформаторов все подстанции подразделяют на однотрансформаторные, двухтрансформаторные, трехтрансформаторные. Однотрансформаторные подстанции применяют для питания потребителей III категории, а также части приемников II категории, допускающих перерыв питания на время замены трансформатора [8].

Для электроприемников I и II категорий по надежности электроснабжения, требующих резервирования питания, как правило, устанавливают двухтрансформаторные подстанции [8].

В последние годы разработана серия трехтрансформаторных подстанций, применение которых с симметричным распределением нагрузки в послеаварийном режиме на оставшиеся в работе два трансформатора позволяет увеличить загрузку каждого из трех трансформаторов в нормальном режиме [8].

Применение трехтрансформаторных подстанций при условии полного резервирования нагрузки обеспечивает 25% экономию трансформаторной мощности по сравнению с двухтрансформаторными подстанциями [8].

К преимуществам трехтрансформаторных подстанций относится также значительное снижение токов вводных и секционных выключателей в послеаварийных режимах. В то же время у трехтрансформаторных подстанций сборные шины РУ до 1 кВ конструктивно выполнить труднее вследствие необходимости соединений секций между собой, а схема АВР получается более сложной по сравнению с двухтрансформаторной подстанцией [8].

Трехтрансформаторные подстанции целесообразно применять для питания потребителей I и II категорий как при сосредоточенной, так и при распределенной нагрузке, питаемой по магистральным сетям [8].

С точки зрения замены поврежденных трансформаторов, а также удобства монтажа и эксплуатации, рекомендуется унифицировать единичные мощности трансформаторов, т.е. иметь ограниченное число типов трансформаторов [8].

Наиболее простым и дешевым решением является применение однотрансформаторных цеховых подстанций. На крупных предприятиях, имеющих складской резерв трансформаторов, их можно применять для питания электроприемников III и даже I категории [8].

Однотрансформаторные подстанции могут применяться и для питания электроприемников I категории, если мощность последних не превышает 15 - 20% мощности трансформатора и возможно резервирование подстанций на вторичном напряжении перемычками с АВР. Правила проектирования и общая тенденция повышения надежности электроснабжения ведет к установке двухтрансформаторных подстанций и для рассматриваемых случаев, т.е. к обеспечению всех потребителей как потребителей I категории. При установке однотрансформаторных подстанций они могут быть закольцованы на стороне 0,4 кВ (соединены магистралями или кабельными перемычками) [8].

Это обеспечивает сохранение электроснабжения при отключении любого трансформатора и возможность загрузки каждого трансформатора до номинального значения [8].

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяют при преобладании электроприемников I и II категорий и в энергоемких цехах [8].

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяются в тех случаях, когда большинство электроприемников относится к первой или второй категориям, которые не допускают перерыва в питании во время доставки и установки резервного трансформатора со склада, на что требуется не менее 3...4 ч. Двухтрансформаторные подстанции целесообразно применять также независимо от категории питаемых потребителей при неравномерном графике нагрузки, когда выгодно уменьшать число включенных трансформаторов при длительных снижениях нагрузки в течение суток или года [9].

Применение цеховых подстанций с числом трансформаторов более двух, как правило, экономически нецелесообразно. Более двух трансформаторов на одной цеховой подстанции применяется в следующих случаях [9]:

- при наличии крупных сосредоточенных нагрузок;

- при отсутствии места в цехе для рассредоточенного расположения подстанций по производственным условиям;

- при раздельных трансформаторах для «силы» и «света», если установка этих трансформаторов целесообразна на одной подстанции;

- при питании территориально совмещенных силовых нагрузок на различных напряжениях;

- при необходимости выделения питания нагрузок с резкими, часто повторяющимися толчками, например крупных сварочных аппаратов и т. п.

Число и мощность трансформаторов цеховых подстанций являются взаимосвязанными величинами, поскольку при заданной расчетной нагрузке цеха число трансформаторов будет меняться в зависимости от принятой единичной мощности подстанции [8].

Увеличение единичной мощности снижает общее количество устанавливаемых трансформаторов, но увеличивает протяженность сетей, а также затраты на коммутационную аппаратуру и другие, связанные с ростом токов КЗ. Практика проектирования и эксплуатации отдает предпочтение трансформаторам 1000 кВ·А (и в меньшей степени 630 кВ·А), считая эту мощность оптимальной [8].

5 Компенсация реактивной мощности

Экономию электроэнергии в силовых трансформаторах можно получить также, уменьшив мощность цеховых трансформаторов за счет компенсации реактивной мощности. Известно, что большинство электроприемников промышленных предприятий потребляет реактивную мощность (асинхронные двигатели, трансформаторы, дроссели и др.) [7].

Компенсация реактивной мощности означает снижение реактивной мощности, циркулирующей между источником тока и приемником, а, следовательно, снижение реактивного тока в генераторах и сетях. Снизить потребление реактивной мощности, т.е. уменьшить потери активной мощности, можно двумя способами: без применения и с применением компенсирующих устройств (КУ) [10].

Потребление реактивной мощности только на 30 % может покрываться синхронными генераторами электростанций, работающими при cosφ = 0,85. Важной задачей при эксплуатации систем цехового электроснабжения является уменьшение потребления реактивной мощности. Уменьшение потоков реактивной мощности приводит к существенному снижению потерь электроэнергии в системах электроснабжения. Компенсация реактивной мощности необходима в тех случаях, когда cosφ ниже нормативного cosφн = 0,95. При этом разгрузить цеховой трансформатор от реактивной мощности можно, установив компенсирующие устройства на НН цеховых ТП. Низкий cosφ может иметь место, например, при наличии большого числа асинхронных двигателей на напряжение 0,4 кВ [7].

Наиболее эффективный путь уменьшения реактивной мощности, потребляемой электроприводом, состоит в замене асинхронных двигателей синхронными там, где это возможно [7].

Другим эффективным путем уменьшения реактивной мощности является замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности [7].

При выборе средств КРМ следует учитывать, что наибольший экономических эффект достигается при их размещении вблизи электроприемников, потребляющих реактивную мощность [7].

Следует помнить, что в сетях 0,4 и 6 — 10 кВ следует в первую очередь для КРМ использовать работающие с cosφ ≥ 0,9 синхронные двигатели, а затем дополнительно, если необходимо, и батареи конденсаторов [7].

За счет КРМ по НН можно разгрузить цеховой трансформатор ТП и при росте нагрузки загрузить его дополнительно активной мощностью [9].

Пример. Полностью загруженный цеховой трансформатор имеет мощность Sт.ном = 1600 кВ·А, причем РТ = 1000 кВт, QT = 1250 квар

[10].

После установки батареи конденсаторов, реактивная мощность трансформатора снизилась до 500 квар, т.е. QKУ = 1250 — 500 = 750 квар. Полная нагрузка трансформатора составила

т.е. коэффициент загрузки трансформатора снизился с 1 до 0,7 ( ). Эксплуатация трансформатора с k3 = 0,7 соответствует более экономичному режиму его работы, так как потери активной мощности в нем меньше, чем с k3 = 1,0. При росте нагрузке этот трансформатор можно дополнительно нагрузить активной мощностью, равной [10]