ИЭ / 6 сем (станции+реле) / Наиважнейшие методические пособия / Учебное пособие_Электрическая часть станций и подстанций_2019

3.Комбинированный режим с передачей мощности из сетей НН и СН

всеть ВН. Трансформаторный режим с передачей мощности генератора Г =

тип в сеть ВН

Режим представляет наибольший интерес. Передаваемая мощность поровну распределяется между обмотками среднего и высшего напряжения:

(ном - тип ) − СН→ВН,

тип − НН→ВН.

Режим допустимый, очень выгодный, так как потери в общей части обмотки отсутствуют.

Рис. 3.18

4.Комбинированный режим с передачей мощности из сетей НН и ВН

всеть СН.

Передаваемая мощность распределяется между обмотками:

(ном - тип ) − ВН→СН,

тип − НН→СН.

Общая часть обмотки перегружена (1,5I), режим недопустим.

Рис. 3.19

91

5.Комбинированный режим на подстанции с передачей мощности из сети ВН в сеть СН и НН.

НН

Рис. 3.20 Таким образом, автотрансформатор используют в автотрансформаторном

режиме для связи сетей ВН и СН при небольших коэффициентах трансформации, третья обмотка при этом служит для компенсации высших гармоник. В комбинированном режиме выгодно использовать автотрансформатор с передачей мощности (не более Sтип ) из сети НН в сеть ВН и дополнительно разность (Sном–Sтип) из сети СН в сеть ВН. На подстанциях - в направлении из сети ВН в сеть НН (не более типовой) и остальную мощность в сеть СН. Комбинированный режим с передачей мощности из сети НН в сеть СН и дополнительно из сети ВН в сеть СН недопустим из-за перегрузки общей обмотки автотрансформатора. Трансформаторные режимы с передачей мощности генератора (не более Sтип) в сеть СН или ВН допустимы, но не выгодны.

3.2.4 Нагрузочная способность трансформаторов

Совокупность допустимых для трансформаторов нагрузок и перегрузок называется нагрузочной способностью трансформаторов.

Допустимая нагрузка – не ограниченная во времени длительная нагрузка, при которой износ изоляции обмоток от нагрева не превосходит износ при номинальном режиме работы.

Перегрузка – режим ускоренного износа изоляции.

Нагрузки и перегрузки могут быть систематические и аварийные.

1.Систематическая нагрузка.

Систематическая нагрузка трансформатора мощностью более номинальной возможна за счёт неравномерной нагрузки в течение суток. На рис. 3.21

92

изображен условный суточный график нагрузки. Выбор мощности трансформатора по Smax неэкономичен.

S Smax

Sном

t

Рис. 3.21 Суточный график нагрузки

При выборе Sт<Smax видно, что в ночные, утренние и дневные часы трансформатор недогружен, а во время вечернего максимума перегружен. Для оценки износа изоляции рассмотрим диаграмму теплового режима трансформаторов

Рис. 3.22 Диаграмма теплового режима трансформаторов а) для систем охлаждения М и Д, б) для систем охлаждения ДЦ и Ц;

Температура масла изменяется линейно по высоте обмотки, H – высота бака трансформатора, τ - превышение температуры. ГОСТ 14209-85 устанавливает следующие температуры и превышения температуры частей трансформатора при номинальных условиях. Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой охлаждающей среды τм (воздуха или воды):

93

Превышение температуры обмотки в наиболее нагретой точке над темпе-

Базисная условная температура, при которой износ изоляции классаА (класс нагревостойкости изоляции) трансформаторов равен 1, что соответствует

Если трансформатор перегружается, то температура обмотки будет более 98°, и изоляция при этом больше изнашивается.

Зависимость износа изоляции от температуры обмотки выражается следующей формулой: = eα(θ−θн),

где a - постоянная нагрева для изоляции трансформаторов, характеризует тип изоляции, а Ѳ– текущее значение температуры нагрева обмотки. При этом

Существует так называемое 6-градусное правило, которое формулируется так: на каждые 6 градусов увеличения температуры износ изоляции увеличивается в два раза. Если предельные температуры при этом не достигнуты, трансформатор можно оставить в таком режиме. При переменной нагрузке в одни часы износ изоляции больше нормы, а в другие меньше, а в целом за рассматриваемый период износ изоляции должен быть равен расчетному. Таким обра-

зом, критерием допустимости систематических нагрузок трансформатора является износ изоляции.

Для оценки допустимых систематических нагрузок имеются расчетные таблицы в ГОСТ. Чтобы их использовать, необходимо преобразовать реальный график нагрузки в двухступенчатый. Они должны быть эквивалентны по износу изоляции, так как критерием преобразования должен быть износ изоляции

(рис. 3.23).

По графику определяем:

94

Рис. 3.23 Исходный график нагрузки и эквивалентный двухступенчатый Зная среднюю температуру охлаждающей среды за время действия гра-

фика, вид системы охлаждения трансформатора, по таблицам определяют допустимость относительной нагрузки 2 и ее продолжительность (для примера в таблице 3.1 приведены нормы допустимых систематических нагрузок для трансформаторов с системами охлаждения М и Д).

95

Нагрузка более 1,5Sном должна быть согласована с заводомизготовителем, нагрузка более 2,0 Sном не допускается.

Если для выбранного трансформатора k2расч >k2доппри известныхk1 и h, то необходимо или выбрать другой трансформатор или изменить график нагрузки (снизить максимум или уменьшить длительность максимума).

Следует заметить, что в настоящем учебном издании приводятся таблицы и данные из ГОСТ 14209-85 (ГОСТ 1429-97, хотя и предложен был позднее, в настоящее время в Российской Федерации не утвержден).

2. Аварийная перегрузка.

Аварийная перегрузка чаще всего возникает при выходе из строя параллельно работающего трансформатора. Нецелесообразно мощность каждого из двух трансформаторов принимать равной мощности нагрузки. Один из оставшихся трансформаторов будет перегружаться.

В режиме аварийной перегрузки износ изоляции превышает номинальный. Обычно допускают перегрузку не более 2,0 Sном, приэтомтемпература масла в верхних слоях не более 115°С, температура обмотки максимальная для трансформатора с номинальным напряжением до 110 кВ – не более 160° С, для трансформатора с номинальным напряжением выше 110 кВ – 140 °С. Такой режим допускается в исключительных случаях в течение ограниченного времени для обеспечения надежности электроснабжения.

Анализируя данные таблиц, приведенных в ГОСТ 14209-85, можно сделать вывод, что при первоначальной нагрузке не более 0,9Sном трансформаторы всех типов допускают перегрузку на 40% в течение 6 ч при θ0 не более +20°С и 30% в течение 6 ч при θ0 = +30° С (таблица 3.3).

96

Таблица 3.3

Обычно этими данными пользуются для выбора мощности трансформаторов. При двух трансформаторах и известной мощности нагрузки:

нагр = 1,4 ∙ Т ,

1Т ном ≥ 1,4 ∙ нагр ≈ 0,7 ∙ нагр

Для n-параллельно работающих трансформаторов:

нагр = 1,4 ∙ Т ( − 1),

нагр

Т ном ≥ 1,4 ∙ ( − 1)

Здесь критерием допустимости аварийных перегрузок является не износ изоляции (он больше расчетного), а предельные температуры трансформато-

ра (обмоток и масла).

В соответствии с техническими условиями ТУ № 3411-001-498-90-270- 2005, согласованными с ПАО «ФСК ЕЭС», автотрансформаторы в зависимости от предшествующей нагрузки 0,7 номинального значения мощности и температуры охлаждающего воздуха во время перегрузки 25 С допускают следующие кратности и длительности аварийных перегрузок: 1,0 ч - 1,4; 2,0 ч – 1,3; 4,0 ч – 1,2.

97

4. ОБЩИЕ УСЛОВИЯ ВЫБОРА АППАРАТОВ И ПРОВОДНИКОВ

Электрические аппараты распределительных устройств должны надёжно работать как в нормальном режиме, так и при возможных отклонениях от него. При проектировании электроустановок все аппараты и проводники выбирают по условиям длительной работы при нормальном режиме и по условиям работы при коротких замыканиях.

Условия выбора у всех аппаратов разные, так как отличаются функции этих устройств, но есть и общие положения, которые рассмотрим.

Общие условия выбора аппаратов и проводников:

1.Изоляция аппаратов и проводников должна обладать достаточной электрической прочностью, чтобы противостоять приложенному напряжению и возможным перенапряжениям в электроустановке.

2.Аппараты и проводники должны длительно проводить рабочий ток электроустановки без чрезмерного нагрева.

3.Аппараты и проводники должны выдерживать кратковременное тепловое действие токов короткого замыкания (должны быть термически стойкие).

4.Аппараты и проводники должны выдерживать кратковременное электродинамическое действие токов короткого замыкания (должны быть электродинамически стойкие).

4.1.ВЫБОР АППАРАТОВ И ПРОВОДНИКОВ ПО НАПРЯЖЕНИЮ

Известны номинальные напряжения электроустановок. Действительные напряжения могут несколько отличаться от номинальных, однако они не должны превышать рабочие максимальные напряжения, установленные для продолжительной работы для каждого класса напряжений. Изоляция должна быть рассчитана на продолжительную работу при данных напряжениях.

Номинальные междуфазные напряжения трехфазных электрических сетей, генераторов, трансформаторов, а также их наибольшие междуфазные рабочие напряжения, установленные ГОСТ 721-77, приведены в Таблице 4.1.

В установках возможны также перенапряжения, от них предусматривается специальная защита.

Формально условие выбора аппаратов и изолированных проводников по напряжению имеет вид: ном ап, пров ≥ ном сети

98

Примечание:

1. *Для трансформаторов и автотрансформаторов, присоединяемых непосредственно к шинам генераторного напряжения электрических станций или к выводам генераторов.

Для турбогенераторов мощностью 100 МВт и выше, гидрогенераторов мощностью 50 МВт и выше, и присоединяемых непосредственно к ним первичных обмоток трансформаторов и автотрансформаторов, а также соответствующего электрооборудования также используются номинальные напряжения 13,8; 15,75; 18,0; 20,0; 24,0 и 27,0 кВ. Наибольшие рабочие напряжения электрооборудования должны быть соответственно

17,5; 17,5; 24; 24; 26,5; 30 кВ

4.2. ВЫБОР АППАРАТОВ И ПРОВОДНИКОВ ПО ТОКУ МАКСИМАЛЬНОМУ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

Электрический ток, проходя по проводнику, нагревает его. Если иметь зависимость тока от температуры нагрева проводника = ( ), установить допустимую температуру нагрева в нормальном режиме, тогда получим допустимый (для проводников) или номинальный (для аппаратов) ток.

Номинальный ток, на который рассчитан аппарат, должен превышать наибольший ток рабочего режима:

ном ≥ раб макс

Для проводников введено понятие допустимого тока:

99

доп ≥ раб макс

Существует понятие допустимой температуры в нормальном режиме работы (доп), которая определяет уровень допустимого тока, тогда:

доп = (доп)

От каких факторов может зависеть допустимая температура нагрева? Значение доп определяют такие факторы, как:

1.Износ изоляции. Изоляция имеет свои допустимые температуры по нагревостойкости, при которых изоляционные свойства сохраняются в течение всего срока службы (эти температуры для различных классов изоляции составляют от 90 до 180 ).

2.Механическая прочность проводника. Для проводников из разного металла температуры, при которых происходит разрушение проводника, различны. Зависимость напряжения разрушения проводника разр от температуры

показана на рис. 4.1. Как мы видим, это температуры не менее 200 С для алюминиевого и 300 С для медного проводников.

Рис. 4.1 Зависимость напряжения разрушения проводника разр от

3.Для неизолированных проводников температура нагрева часто ограничивается надежной работой контактов и примыкающих частей (70-75

С).

4.Масло также ограничивает θдоп (например, при 120○С может быть пожар, а при 100○Cвозможны потери изоляционных свойств).

В ГОСТ 30323-95 приводятся следующие данные для длительно допустимой температуры нагрева в нормальном режиме работы θдоп н.р.:

100