2. Нагрузочная способность трансформаторов (ат)

Выбор номинальной мощности трансформаторов (АТ) и оценка допустимости возникающих в эксплуатации режимов перегрузок осуществляется с учётом нагрузочной способности трансформаторов (АТ).

Нагрузочная способность трансформаторов характеризуется допустимыми систематическими и аварийными перегрузками, нормированными ГОСТ 14209-99.

Систематические перегрузки не ведут к сокращению срока службы изоляции трансформатора, следовательно, могут быть отнесены к нормальному режиму работы. Они могут иметь место при неравномерном суточном графике нагрузок.

Допустимость систематических перегрузок согласно ГОСТ 14209–99 лимитируется, прежде всего, относительным износом изоляции.

Аварийные перегрузки допускаются при аварийных ситуациях, когда требуется обеспечить электроснабжение потребителей. Допускаются такие перегрузки ограниченное время.

Аварийные перегрузки учитываются при выборе номинальной мощности трансформатора.

Для определения допустимой систематической перегрузки действительный график преобразуется в двухступенчатый (см. рис. 1).

Коэффициент начальной нагрузки эквивалентного графика определяется по выражению

, (2.1)

где , , , - значения нагрузки в интервалах , , ,

Рисунок 1 – двухступенчатый график нагрузок

Коэффициент максимальной нагрузки в интервале

, (2.2)

Если ≥ 0.9 k , то принимают , если < 0.9 k , то принимают = 0.9 k.

Зная среднюю температуру охлаждающей среды за время действия графика, систему охлаждения трансформатора (М, Д; ДЦ, Ц) по таблицам, приведенным в ГОСТ (для трансформаторов до I00MBA), определяют допустимость систематической нагрузки k₂ и ее продолжительность.

Нагрузка более 1.5∙ должна быть согласована с заводом-изготовителем. Нагрузка более 2.0∙ не допускается.

Аварийная перегрузка разрешается в аварийных случаях, например, при выходе из строя одного из трансформаторов.

Допустимая аварийная перегрузка определяется предельно допустимыми температурами обмотки (140⁰ С для трансформаторов напряжением выше 110 кВ и 160⁰ С для остальных трансформаторов) и температурой масла в верхних слоях +115⁰ С.

Трансформаторы с системами охлаждения М, Д; ДЦ и Ц при первоначальной нагрузке не более 0.9∙S допускают перегрузку на 40 % в течение 6 часов при температуре охлаждающего воздуха не более +20⁰ С.

Пример 2.1

Определить допустимость систематической перегрузки трансформатора ТД - 10000/110 сверх номинальной в соответствии с графиком, приведенным на рис. 2 средняя температура охлажденного воздуха +10⁰С.

Решение.

Определим коэффициент начальной нагрузки, принимая = 10МВ∙А и подсчитывая нагрузки и интервалы

Коэффициент максимальной нагрузки эквивалентного графика

Так как > 0.9 k = 0.9 ∙1.15 = 1.35, то принимаем

По табл. ГОСТ 14209-99 определяем при k₁ = 0.87 и k₂ = 1.45 длительность допустимой нагрузки h = 3 ч, что меньше длительности максимума по графику – 4 ч, следовательно нагрузка в указанных пределах недопустима.

По той же таблице можно определить, что в течении 4 часов допустима нагрузка 1.33 _. При температуре охлаждающего воздуха 0⁰ С нагрузка 1.45∙ допустима в течение 4 ч.

Пример 2.2

Выбрать номинальную мощность и тип трансформатора для двухтрансформаторной подстанции ПС 110/10 кВ, предназначенной для электроснабжения потребителей I-й и II-й категории.

Максимальная нагрузка сети 10 кВ = 102МВт при сosφ = 0.85.

Эквивалентная температура воздуха Ө_охл = 0⁰ С зимой и 20⁰ С летом.

Суточные графики нагрузки приведены на рис. 2

Рисунок 2 – Графики нагрузки двухтрансформаторной ПС.

Решение

Максимальное значение полной мощности, передаваемой через трансформаторы ПС зимой

= 102/0.85 = 120 МВ∙А

Намечаем к выбору трансформаторы типа ТДЦ-80000/110 номинальной мощности 80 МВ∙А и преобразуем исходный зимний график в двухступенчатый с эквивалентными параметрами k₁, k₂ ,h.

Перегрузка в период максимума аварийной нагрузки (одного трансформатора) продолжительностью h = 12ч составит k₂ = 120/80 = 1.5

Коэффициент начальной нагрузки

Для допустимых аварийных перегрузок при системе охлаждения ДЦ, Ө_охл=0⁰ С, k₁ = 0,86; h = 12 ч. по табл. находим k_2доп = 1,5, что равно фактической перегрузке k₂ = 1,5.

Определим параметры летнего эквивалентного графика, необходимые для оценки возможности систематической перегрузки одного трансформатора при ремонте другого:

коэффициент начальной нагрузки

Для допустимых систематических нагрузок при Ө_охл = 20⁰С, k₁ = 0,589, h = 12ч (система охлаждения ДЦ) по таблице ГОСТ 14209-97 находим k_2доп = 1,06, а кратность максимальной нагрузки летом k₂ = .

Таким образом, трансформаторы типа ТДЦ – 80000/110 удовлетворяют расчетным условиям при всех возможных режимах работы ПС.

Пример 2.3

Выбрать номинальную мощность и тип трансформатора для однотрансформаторной ПС 110/10 кВ, предназначенной для электроснабжения потребителей III-й категории (централизованный трансформаторный резерв предусмотрен) с максимальной нагрузкой Р_mах = 10МВт при сosφ = 0.8 температура воздуха зимой -10⁰ С и летом +20⁰ С. Суточные графики зимний и летний приведены на рис. 3

Рисунок 3 – Двухступенчатый график однотрансформаторной ПС.

Решение

Максимальное значение полной мощности, передаваемой через трансформатор ПС.

φ = 10/8 = 12.5 МВт

С учетом возможных систематических перегрузок целесообразно наметить к выбору трансформатора тип ТДН–10000/110 номинальной мощностью 10 МВ∙А.

Повышенная нагрузка продолжительностью h = 8 ч в период зимнего максимума составит k₂ = 12.5/10 = 1.25.

Коэффициент начальной нагрузки эквивалентного двухступенчатого суточного зимнего графика

Для допустимых систематических перегрузок по табл. ГОСТ при системе охлаждения Д и Ө_{охл .}= -10⁰ С, k₁ = 0.696, h = 8ч находим k₂ = 1.39, что выше k₂ = 1.25.

Коэффициент начальной нагрузки эквивалентного суточного летнего графика

Для допустимых аварийных перегрузок при системе охлаждения ДЦ, температура охлаждающей среды Ө_охл.= 0⁰С, k₁ = 0,534, h = 8 ч по табл. находим

k₂ = 1.165, а кратность максимальной нагрузки летом

Таким образом, трансформаторы типа ТДН – 10000/110 удовлетворяют расчетным условиям при всех возможных режимах работы ПС.