Проект системы электроснабжения оборудования для группы цехов Челябинского тракторного завода (стр. 3 из 17)

2. Выбор числа, мощности и типа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций предприятия

Мощность трансформаторов цеховых ТП зависит от величины нагрузки электроприемников, их категории по надежности электроснабжения, от размеров площади, на которой они размещены и т.п. При одной и той же равномерно распределенной нагрузке с увеличением площади цеха должна уменьшаться единичная мощность трансформаторов. Так, в цехе, занимающем значительную площадь, установка трансформаторов заведомо большой единичной мощности увеличивает длину питающих линий цеховой сети и потери электроэнергии в них.

, (2.1)

где S_р – расчетная электрическая нагрузка цеха, кВА;

F_ц – площадь цеха, м².

Таблица 2.1 – Связь между экономически целесообразной мощностью отдельного трансформатора цеховой ТП и σ.

Плотность электрической нагрузки цеха σ, кВА/м2	0,03…0,05	0,05…0,06	0,06…0,08	0,08…0,11	0,11…0,14	0,14…0,18	0,18…0,25	0,25…0,34	0,34…0,5	0,5… выше
Экономически целесообразная мощность 1-го тр-ра цеховой ТП Sэ.т, кВА	250	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500

Выбор цеховых ТП сводится к решению нескольких задач:

- выбор единичной мощности трансформатора;

- выбор общего числа трансформаторов (оптимального);

- выбор числа трансформаторов на каждой подстанции;

- выбор местоположения.

Минимальное число трансформаторов в цехе:

N_{т min} =

+ΔN_т, (2.2)

где К_{з доп} – коэффициент загрузки – допустимый.

ΔN_т – добавка до ближайшего целого числа.

Допустимые значения коэффициента загрузки для двухтрансформаторных подстанций:

К_{з доп} = 0,65…0,7 – I категория

К_{з доп} = 0,8…0,85 – II категория (при наличие складского резерва трансформаторов)

К_{з доп} = 0,93…0,95 – III категория

Найденное число трансформаторов не может быть меньше, чем число трансформаторов, требуемых по условиям надежности.

Предельную величина реактивной мощности, которую могут пропустить выбранные трансформаторы:

Q_1р =

; (2.3)

, (2.4)

где N_т – число трансформаторов цеховой ТП;

К_{з доп} – допустимый коэффициент загрузки трансформаторов цеховой ТП в нормальном режиме;

S_{н тi} – номинальная мощность трансформаторов цеховой ТП;

Р_рi – расчетная активная нагрузка на ТП.

При Q_1рi < Q_1р трансформаторы ТП не могут пропустить всю реактивную нагрузку и поэтому часть ее должна быть скомпенсирована с помощью конденсаторов, которые следуют установить на стороне низшего напряжения на ТП. Мощность этих конденсаторов будет составлять

Q_ку = Q_рi - Q_1i . (2.5)

и они должны устанавливаться на ТП обязательно.

Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах будут соответственно:

К_{з норм} =

; К_{з п/ав} = , (2.6)

где N_т – число взаиморезервируемых трансформаторов цеховой ТП;

S_р.тi – полная расчетная нагрузка, приходящаяся на один трансформатор ТП.

Потери активной мощности в трансформаторах:

ΔР_т = N×(ΔР_хх +

·ΔР_кз), (2.7)

где N – число ТП в цехе;

К_{з норм} – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме;

ΔР_хх – потери холостого хода в трансформаторе;

ΔР_кз – потери короткого замыкания.

Потери реактивной мощности в трансформаторах:

ΔQ_т = N·

, (2.8)

где I_хх – ток холостого хода;

U_кз – напряжение короткого замыкания;

S_{н т} – номинальная мощность трансформатора.

Результаты расчётов по выбору числа и мощности трансформаторов приведены в таблице 2.2.

3. Выбор напряжения, схемы внешнего электроснабжения и трансформаторов ГПП предприятия

Величина напряжения питания главной понизительной подстанции предприятия определяется наличием конкретных источников питания, уровнями напряжения на них, расстоянием от главной понизительной подстанции до этих источников, возможность сооружения воздушных линий для передачи электроэнергии и другими факторами.

Из всех возможных вариантов внешнего электроснабжения нужно выбрать оптимальный, т.е. имеющий наилучшие технико-экономические показатели. Для этого, прежде всего, следует найти величину рационального напряжения, которую возможно оценить по приближенной формуле Стилла:

U_р.рац = 4,34∙

, (3.1)

где l – длина питающей линии главной понизительной подстанции, км;

Р_р.n – расчетная нагрузка предприятия на стороне низшего напряжения, кВт.

Расчетная активная нагрузка предприятия:

Р_р.n = ( Р_р.н + Р_р.В + ∆Р_mΣ) + Р_{р.о ,} (3.2)

где Р_р.н, Р_р.В – расчетные низковольтная и высоковольтная нагрузка всех цехов предприятия, кВт;

∆Р_mΣ – суммарные потери активной мощности в трансформаторах цеховых трансформаторных подстанций, кВт;

Р_р.о – расчетная активная освещения цехов и территории, кВт.

Р_р.n = 27164 кВт.

Подставив все найденные данные в формулу (3.1) найдем рациональное напряжение:

U_р.рац = 64,27 кВ.

Для сравнения заданы два варианта внешнего электроснабжения предприятия 35 и 110 кВ.

Полная расчетная нагрузка предприятия, необходимая для выбора трансформаторов ГПП:

S_р =

, (3.3)

где Q_э1 – экономически целесообразная реактивная мощность на стороне внешнего напряжения ГПП, потребляемая предприятием от энергосистемы (tgφ₃₅ = 0,27;tgφ₁₁₀ = 0,31);

Q_э1 = Р_р.n∙ tgφ ; (3.4)

∆Q_гпп = 0,07∙

, (3.5)

где ∆Q_гпп – потери реактивной мощности в трансформаторах ГПП, кВАр.

Результаты расчетов сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 выбор трансформаторов на ГПП.

Выбор трансформаторов на ГПП
Напряжение, кВ	n, штук	kзн	Sт, кВА	Sнт, кВА	Тип	Кзн	Кз па
110 кВ	2	0,7	15034	25000	ТРДН-25000/110	0,42	0,84
35 кВ	2	0,7	14913	25000	ТРДН-25000/35	0,42	0,84

Параметры	Напряжение сети,кВ
	110	35
Экономически целесообразная реактивная мощность Qэс,кВар	6350	20878
Потери реактивной мощности в силовых трансформаторов ГПП ∆Qтр.гпп,кВар	1255	1165
Полная расчетная нагрузка Sр кВа	21048	20878
Мощностьтрансформаторов ГПП Sт,кВа	15034	14913
Тип трансформаторов ГПП	ТРДН-25000/110	ТРДН-25000/35
Номинальная мощность трансформатора, кВа	25000	25000
Напряжение на высокой стороне Uвн,кВ	115	35
Напряжение на низкой стороне Uнн,кВ	10,5-10,5	10,5-10,5
Потери холостого хода Рхх,кВт	25	25
Потери короткого замыкания Рк,кВт	120	115
Напряжение короткого замыкания Uк,%	10,5	10,5
Ток холостого хода Iхх,%	0,65	0,5
Коэффициент загрузки в нормальном режиме Кзн	0,42	0,42
Коэффициент загрузки в послеаварийном режиме Кзп	0,84	0,84
*-в аварийном режиме часть нагрузки снимается

Мощность трансформаторов ГПП выбирается исходя из соотношения:

S_т =

. (3.6)

На главной понизительной подстанции устанавливаем два трансформатора, что обеспечивает необходимую надежность при достаточно простой схеме и конструкции главной понизительной подстанции. Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме работы не должен превышать 0,7.

Варианты схем электроснабжения предприятия на напряжение 35 и 110 кВ представлены на рисунках 3.1 и 3.2 соответственно.

Рисунок 3.1- Вариант схемы электроснабжения предприятия на напряжение 35 кВ.

Рисунок 3.2- Вариант схемы электроснабжения предприятия на напряжение 110 кВ

4. Технико-экономическое обоснование схемы внешнего электроснабжения предприятия

4.1 Вариант 35 кВ

Определим потери мощности в силовых трансформаторах ГПП. Параметры трансформаторов ТРДН–25000/35: Р_хх = 25 кВт, Р_кз = 115 кВт, I_хх = 0,42%, U_к =10,5%. Потери мощности в трансформаторах находим по формулам: (2.7) и (2.8).