2.3. Выбор типа, числа и мощности трансформаторов на пс

Выбор трансформаторов (или автотрансформаторов) для организации электроснабжения промпредприятий производится на основании расчетов и обоснований по изложенной ниже общей схеме: определяют число трансформаторов на подстанции, исходя из обеспечения надежности электроснабжения с учетом категории потребителей; намечают возможные варианты мощности выбираемых трансформаторов с учетом допустимой нагрузки их в нормальном режиме и допустимой перегрузки в случае аварийного режима; определяют экономически целесообразное решение из наме­ченных вариантов, приемлемое для данных конкретных условий.

Тип и количество устанавливаемых трансформаторов определяются количеством ступеней трансформации напряжения и категорийностью потребителей, подключаемых к проектируемой подстанции. Возможна установка одного, двух и более трансформаторов. В настоящее время обычно проектируются одно- и двухтрансформаторные подстанции с одной и двумя ступенями трансформации напряжения.

При выборе мощности трансформаторов необходимо руководство­ваться суточным графиком нагрузки. Нагрузка трансформатора меняется в течение суток, и если мощность выбрать по максимальной нагрузке, то в периоды её спада трансформатор будет не загружен, т.е. недоиспользована его мощность. Опыт эксплуатации показывает, что трансформатор может работать часть суток с перегрузкой, если в другую часть суток его нагрузка меньше номинальной. Критерием различных режимов является износ изоляции трансформатора. Нагрузочная способность трансформатора - это совокупность допустимых нагрузок и перегрузок.

При наличии потребителей первой и второй категорий в конкретных объемах на всех сторонах напряжений в соответствии с требованиями ПУЭ на проектируемой подстанции должно быть установлено два трансформатора. В установках 220 кВ и выше широкое применение находят автотрансформаторы большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с трансформаторами:

меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;

меньшая масса, следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы бо́льших номинальных мощностей, чем трансформаторы;

меньшие потери и бо́льший КПД;

более легкие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов:

необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ;

сложность регулирования напряжения;

опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.

Исходными данными для выбора автотрансформаторов являются:

суточные графики нагрузки подстанции для характерных дней зимнего и летнего периодов,

сезонные эквивалентные температуры охлаждающего воздуха для населенного пункта, в котором находится подстанция.

предполагаемый вид охлаждения трансформатора - ДЦ.

2.3.1. Выбор автотрансформаторов 220/110 кВ

Выбор номинальной мощности силовых автотрансформаторов осуществляется по имеющемуся суточному графику нагрузки (Рис. 2.9.).

Рис. 2.9. График электрических нагрузок на АТ 220/110 кВ

Для подсчёта допустимой систематической нагрузки действительный график преобразуется в эквивалентный двухступенчатый график.

Предполагая, что мощность трансформатора неизвестна, для преобразования графика используем приближённый подход. Найдём среднюю нагрузку из суточного графика по формуле:

На исходном графике нагрузки трансформатора выделяется пиковая часть из условия и проводится линия номинальной мощности трансформатора , она же линия относительной номинальной нагрузки . На графике выделяется участок перегрузки продолжительностью .

Оставшаяся часть исходного графика с меньшей нагрузкой разбивается на интервалов , а затем определяются значения _, , .

Коэффициент начальной нагрузки эквивалентного графика рассчитывается по формуле:

,

Участок перегрузки на исходном графике нагрузки разбиваем на интервалов в каждом интервале, а затем определим значения , , .

Предварительное превышение перегрузки эквивалентного графика нагрузки в интервале считается по формуле:

Полученное значение сравниваем с ( ) исходного графика нагрузки: . Принимается .

Рис. 2.10. Эквивалентный двухступенчатый график электрических нагрузок на АТ 220/110 кВ

С учетом вида системы охлаждения автотрансформатора, постоянной времени его нагрева и эквивалентной температуры окружающей среды, пользуясь таблицей 2.2, выбирается соответствующая таблица нагрузочной способности, зависимость К₂ =ƒ(K₁), приведенная в МЭК 354-91. Под эквивалентной температурой понимают температуру окружающей среды, зависящую от средне­месячных и среднегодовых температур климатической зоны расположения подстанции. ДЦ (OF), +10⁰С, мощность свыше 125000 кВА => Таблица 2.2. По таблице 2.2 с учетом коэффициентов начальной нагрузки К₁ и максимальной нагрузки К₂ определяется допустимая продолжительность перегрузки в часах и сравнивается со временем максимума заданного суточного графика. Делается заключение о допустимости такого режима работы трансформатора.

Таблица 2.2.

t. ч	К1
	0,25	0,5	0,7	0,8	0,9	1,0
0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 24,0	1,5 1,5 1,38 1,26 1,17 1,08	1,5 1,5 1,37 1,25 1,17 1,08	1,5 1,48 1,34 1,24 1,17 1,08	1,5 1,45 1,33 1,23 1,15 1,08	1,5 1,41 1,3 1,22 1,15 1,08	1,44 1,34 1,26 1,19 1,14 1,08

По полученным значениям и при средней температуре охлаждающей среды за время действия графика по таблице 2.2 определяем допустимое время перегрузки - 8 ч.

По условиям аварийных перегрузок при выборе трансформаторов нужно воспользоваться таблицей 2.3. Допустимость аварийных перегрузок лимитируется не износом изоляции, а предельно допустимыми температурами для обмотки и масла не более 140°С и 115°С соответственно. При продолжительности перегрузки 8 часов, эквивалентной температурой +10,1 ⁰С и типом охлаждения ДЦ принимаем коэффициент перегрузки – .

Таблица 2.3

Продол­житель­ность пе­регрузки, ч	Эквивалентная температура охлаждающего воздуха, °С
	-10		0			+ 10			+20			+30
	М, Д	ДЦ	М, Д	ДЦ, Ц	М, Д		ДЦ, Ц	М, Д		ДЦ, Ц	М, Д		ДЦ, Ц
1,0	2,0	1,7	2,0	1,7	2,0		1,6	2,0		1,5	1,9		1,5
2,0	2,0	1,6	1,9	1,6	1,8		1,5	1,7		1,4	1,6		1,4
4,0	1,7	1,5	1,7	1,5	1,6		1,4	1,4		1,4	1,3		1,3
6,0	1,6	1,5	1,5	1,5	1,5		1,4	1,4		1,4	1,3		1,3
8,0	1,6	1,5	1,5	1,5	1,4		1,4	1,3		1,4	1,2		1,3
12	1,5	1,5	1,5	1,5	1,4		1,4	1,3		1,4	1,2		1,3
24	1,5	1,5	1,5	1,5	1,4		1,4	1,3		1,4	1,2		1,3

Номинальная мощность силового автотрансформатора находится из выражения:

На основании выполненного расчёта примем к рассмотрению два варианта автотрансформаторов: вариант 1 – автотрансформаторы с номинальной мощностью 200000 кВА; вариант 2 – автотрансформаторы с номинальной мощностью 125000 кВА.