Способы экономии электрической энергии в системах электроснабжения объектов. Учебно-методическое пособие

ОАО «Минский электротехнический завод им. В.Н. Козлова» выпускает трансформаторы серии ТМГ12, ТМГ15, ТМГ35. Продукция этого производителя попадает под льготирование поставок энергоэффективной продукции, указанной в Постановлении Правительства РФ от 17 июня 2015 г. № 600.

Например, у энергосберегающего трансформатора ТМГ35 – 1000 кВА величина потерь короткого замыкания равна 9,55 кВт, а у трансформаторов традиционного исполнения 10,8–12 кВт. Еще больший эффект у СТ серии ТМГ35 достигнут в уменьшении потерь холостого хода – 0,67 кВт у ТМГ35 – 1000; 1,4÷1,5 кВт – у трансформатора традиционного исполнения ТМГ11 – 1000.

Однако стоит заметить, что стоимость трансформаторов серии ТМГ35 в среднем на 50 % выше цены трансформаторов традиционной серии ТМГ11.

Рассмотрим пример определения величины экономии ЭЭ при замене малозагруженного трансформатора с масляным заполнением мощностью 1000 кВА, работающего с коэффициентом загрузки 0,33 и временем максимальной загрузки Tмах = 5000 ч, энергоэффективным трансформатором мощностью 630 кВА марки ТМГ12 – 630/6 ( производитель – Минский электротехнический завод им. В.Н. Козлова).

Технические характеристики некоторых марок энергосберегающих трансформаторов серии ТМГ12 приведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Технические характеристики некоторых марок энергосберегающих трансформаторов серии ТМГ12

Величина фактического коэффициента загрузки энергосберегающего трансформатора 630 кВА будет равна:

нагрузки Tmax = 5000 ч. и времени включения трансформатора под напряжение T = 8448 ч. равно

С учетом этого потери электроэнергии в трансформаторах ТМ мощностью 1000 кВА и 630 кВА серии ТМГ12 составят:

DW1000 = 4,35 ×8448 +12 × 0,332 ×3289,45 = 36739 кВт ч;

DW630 = 0,8 ×8448 + 6,75 × 0,5232 ×3289,45 = 12831,7 кВт ч.

Следовательно, при замене недогруженного трансформатора 1000 кВА на энергосберегающий трансформатор 630 кВА серии потери электроэнергии уменьшатся на величину:

δDWтр = 36739 -12831,7 = 23957,3 кВт ч.

Стоимость сэкономленной ЭЭ составит

δDЭЭ = Соээ ×δDW = 5 × 23913,2 = 119566 руб.,

где Соээ – прогнозируемый средневзвешенный тариф на электроэнергию, руб./кВт× ч.

Суммарные затраты на реализацию данного варианта:

KΣ = 424 × 0,2 + 424 +127,2 = 636 тыс. руб.

где Kдем.стар. – стоимость работы по демонтажу СТ, тыс. руб. (принимается 0,2 от стоимости трансформатора);

Kтр.нов – цена СТ, предлагаемого на замену действующего трансформатора, тыс. руб.;

43

Kсмр.пнр. нов. – стоимость монтажных и пусконаладочных работ для нового трансформатора, тыс. руб.

Так как замена выполняется при существующей строительной части подстанции, то стоимость монтажных и наладочных работ можно принимать 0,25÷0,4 от стоимости СТ.

Ориентировочный срок окупаемости рассмотренного варианта замены малозагруженного СТ:

где KΣ – суммарные затраты на демонтаж работающего трансформатора, покупку, монтаж и наладку нового меньшей мощности энергосберегающего трансформатора.

При практической реализации данного мероприятия следует учитывать, что стоимость энергосберегающих трансформаторов одинаковой мощности, но различных производителей, может отличаться на 10–15 %. Например, стоимость масляного энергосберегающего СТ марки ТМэ 630/6 (производитель: ОАО «Алтайский трансформаторный завод») равна 334 тыс. руб., а стоимость трансформатора ТМГ 12

– 630/6 – (348,0 ÷ 424,0) тыс. руб.

При рассмотрении мероприятия, обеспечивающего экономию ЭЭ путем замены малозагруженных трансформаторов, следует обратить внимание на вариант использования трансформаторов силовых сухих с литой изоляцией [9, 10, 11].

Предприятиями России и других стран налажено производство таких СТ различных номинальных мощностей.

Следует отметить, что имеются трансформаторы сухие с литой изоляцией с нормальными потерями и трансформаторы ТСЛ 10 кВ пониженными потерями.

Технические характеристики у многих трансформаторов этих исполнений лучше по сравнению с трансформаторами с масляным заполнением традиционного исполнения. В табл. 2.7 для сравнения

44

приведены основные характеристики СТ сухих с литой изоляцией мощностью 630 кВА различных производителей.

Следует отметить, что применение сухих трансформаторов значительно повышает энергонадежность и энергобезопасность объектов, упрощает и снижает затраты по обслуживанию СТ.

Рассмотрим пример расчета экономии ЭЭ при применении трансформаторов силовых сухих с литой изоляцией, используемых при замене малозагруженного трансформатора.

На существующей подстанции установлен трансформатор ТМ 1000/6 (год ввода в эксплуатацию 1966). Полная мощность, создаваемая электроприемниками, подключенными к РУ 0,4 кВ подстанции, составляет Sсм.м. = 357 кВт. Фактический коэффициент за-

грузки СТ K З1000 = 357 = 0,357 .

1000

Число часов максимальной нагрузки Тмах = 4000 ч.

Определим величину изменения потерь ЭЭ и срок окупаемости мероприятия по замене указанного трансформатора трансформатором меньшей мощности 630 кВА с литой изоляцией марки aTSE 772/10 [11].

45

Величина фактического коэффициента загрузки трансформатора сухого с литой изоляцией мощностью 630 кВА будет равна

Время максимальных потерь с учетом заданного времени максимальной нагрузки 4000 ч и времени включения трансформатора под напряжение 8760 ч равно

При определении потерь ЭЭ в СТ серии ТМ учтем увеличение потерь ХХ на 1,75 % на каждый год после 20 лет эксплуатации [6]. Данный трансформатор введен в эксплуатацию в 1966 г., следовательно, увеличение ∆PХХ учитывается за 31 год. С учетом этого потери ЭЭ согласно формуле (2.5) в трансформаторе с масляным заполнением мощностью 1000 кВА (серия ТМ) и в сухом трансформаторе мощностью 630 кВА (марка aTSE 772/10) составят:

DW1000 = (2,6 + 0,0175 × 31× 2,6) ×8760 +13,6 × 0,3572 × 2105 = 39300 кВт ч;

DW630 = 1,1×8760 + 6,0 × 0,5762 × 2405 = 9636 + 4622,73 = 14258,7 кВт ч.

Следовательно, при замене недогруженного трансформатора 1000 кВА на энергосберегающий сухой СТ с литой изоляцией 630 кВА потери электроэнергии уменьшатся на величину:

δDWТР = DW1000 - DW630 = 39300 -14258,7 = 25041кВт ч.

Стоимость сэкономленной ЭЭ составит:

DСЭЭ = СОЭЭ × DδW = 5,45 × 25041 = 136473,4 руб.,

где Соээ – среднее значение тарифа на электроэнергию, руб./кВт× ч. Ориентировочный срок окупаемости рассмотренного варианта замены маслонаполненного СТ энергосберегающим сухим равен:

где KΣ – суммарные затраты на реализацию мероприятия.

46

Для определения KΣ используется формула

работ по демонтажу старого трансформатора K дем = 0,17 × K трстар и стоимости работы по монтажу и наладке нового СТ K СМР, ПНР = 0,3 × K трнов суммарные затраты на реализацию мероприятия составят (при курсе евро/руб. = 70):

KΣ = 0,17×350000+ 21531×70 + 0,3×21531×70 = 59500+1507170+ 452151=

= 2018821 руб.

Еще одним вариантом реализации мероприятия по замене малозагруженных СТ с масляным заполнением является вариант применения трансформаторов с магнитопроводом из аморфной стали. Потери ХХ в сердечнике таких трансформаторов на 75–80 % ниже по сравнению с СТ, у которых магнитопровод выполнен из обычной электротехнической стали.

Например, потери XX у трансформатора 630 кВА с сердечником из аморфной стали равны 0,28 кВт, а у трансформатора с сердечником из холоднокатанной электротехнической стали – 1,200 кВт; потери КЗ у трансформатора 630 кВА с сердечником из аморфной стали равны 6,353 кВт, у трансформатора с сердечником из электротехнической стали – 6,2 кВт.

Выпуск энергосберегающих масляных трансформаторов серии АТМГ с магнитопроводом из аморфной стали мощностью 32– 1000 кВА напряжением 6–20 кВ освоен производственной группой «Трансформер».

Следует отметить, что стоимость СТ с магнитопроводом из аморфных сплавов на 30–35 % выше стоимости трансформаторов с сердечником из электротехнической стали.

3.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Ознакомиться с предварительными сведениями по работе.

2.Выбрать исходные данные для расчетов из табл. 2.8 (вариант задается преподавателем). Основные формулы для расчетов приведены выше.

47

3.Найти из справочной литературы или из табл. 2.3 данной работы технические характеристики силовых трансформаторов (незагруженного и намеченного к установке для замены).

4.С учетом исходных данных, приведенных в табл. 2.8, выполнить расчеты по определению потерь электроэнергии в силовых трансформаторах (для незагруженного и предлагаемого на замену) для первоначальной мощности потребителей, подключенной к незагруженному трансформатору. Основные формулы для расчетов приведены выше.

5.Выполнить расчеты по определению разности потерь электроэнергии в незагруженном и предлагаемого на замену трансформаторах. Расчет выполнить исходя из предельно допустимого значения коэффициента загрузки предлагаемого на замену трансформатора.

6.Выполнить расчеты по пункту 5 для трех различных значений времени максимальных потерь, приведенных в табл. 2.8.

7. Выполненные расчеты свести в таблицу, аналогичную табл. 2.5.

48

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Название, цель и задачи работы. Основные теоретические сведения о расчете потерь электроэнергии в силовых трансформаторах.

2.Результаты расчетов по определению целесообразности замены незагруженных трансформаторов (для заданного варианта), оформленные в виде таблицы (см. табл. 2.5).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие технические характеристики силовых трансформаторов используются при расчете потерь активной мощности в обмотках?

2.Какие технические характеристики силовых трансформаторов используются при расчете потерь активной мощности, обусловленных током нагрузки?

3.Какая техническая характеристика силовых трансформаторов используется при определении потерь активной мощности, обусловленных потерями в стали?

4.Какие потери реактивной мощности имеются в силовых трансформаторах?

5.Объясните физический смысл величин, входящих в формулу определения потерь электроэнергии в силовом трансформаторе.

6.Объясните физический смысл времени максимальных потерь.

7.Укажите несколько марок энергосберегающих и энергоэффективных силовых трансформаторов.

8.Укажите факторы и особенности, которые используются в конструкции энергоэффективных силовых трансформаторов.

9.Объясните последовательность выполнения расчетов по определению целесообразности замены малозагруженных силовых трансформаторов.

10.Какая составляющая потерь электроэнергии в силовом трансформаторе увеличивается при увеличении его коэффициента загрузки?

11.Укажите основные достоинства трансформаторов силовых сухих с литой изоляцией.

12.Укажите основные достоинства силовых трансформаторов с магнитопроводом из аморфной стали.

13.Какие факторы могут повлиять на уменьшение срока окупаемости внедрения силовых трансформаторов с магнитопроводом из аморфной стали?

14.Какие технологические решения используются при изготовлении энергосберегающих и энергоэффективных силовых трансформаторов?

50