5. Расчет потерь электроэнергии

Потери электроэнергии в двухобмоточном трансформаторе определяются по формуле, кВтч,

,

(12)

где — потери мощности холостого хода, кВт;

—потери мощности короткого замыкания, кВт;

—расчетная (максимальная) нагрузка трансформатора, МВА;

—номинальная мощность трансформатора, МВА;

T—число часов работы трансформатора. Обычно у блочных трансформаторов принимают ч;

T=8760 – Пр,

где Пр — продолжительность ремонта трансформатора (см. приложение А), ч;

 — число часов максимальных потерь, ч, определяется по кривой на рисунке 4 в зависимости от числа часов использования максимальной нагрузки .

Величина определяется по графикам нагрузки на шинах НН подстанции или по графику выдачи мощности в энергосистему через трансформатор связи. Если построение графиков не произ­водится, то для трансформаторов, установленных на подстанциях, величина принимается равной потребителей на шинах НН.

Рисунок 4. Зависимость времени потерь от годового числа

часов использования максимума активной нагрузки

Для трансформаторов связи, установленных на ТЭЦ, ч:

,

(13)

где — электроэнергия, выработанная генераторами, присоеди­ненными к шинам 6—10 кВ, кВтч;

—электроэнергия, потребленная с шин 6—10 кВ, включая собственные нужды, кВтч,

,

где — максимальная нагрузка потребителей 6—10 кВ, кВт;

—максимальная нагрузка собственных нужд, кВт;

, — число часов использования максимальной нагрузки потребителей 6—10 кВ и собственных нужд соответст­венно, ч;

—максимальная мощность, передаваемая через трансформатор связи, кВт.

Потери энергии в трехобмо­точном трансформаторе (авто­трансформаторе) определяются по формуле, кВтч:

(14)

где индексами В, С, Н, обозначе­ны величины, относящиеся соот­ветственно к обмоткам высшего, среднего и низшего напряжения (ВН, СН, НН).

Величины , ,  определяются по соответствую­щим значениям аналогично описанному выше. Иногда для упро­щения принимают ==.

В каталогах для трехобмоточных трансформаторов обычно приводится величина потерь короткого замыкания для пары об­моток ВН и НН, кВт,

Если мощности всех трех обмоток одинаковы, то принимают:

.

Если номинальная мощность одной из обмоток 0,67 , то и по­тери  в этой обмотке уменьшаются умножением на 0,67. На­пример, если обмотка СН рассчитана на = 0,67, то

.

Потери энергии в трехфазных автотрансформаторах подсчиты­вают по (14), кВт,

;	(15)
;	(16)
;	(17)

где нагрузочные потери по ка­талогам, кВт.

Потери в нескольких параллельно работающих однотипных трансформаторах, кВтч,

,

где определяется по (12) или (14).

Примеры

Пример 1. Выбрать схему выдачи мощности ТЭЦ, если предполагается установить четыре турбогенератора типа ТВФ-63, , . Нагрузка на шинах 10 кВ в максимальном режиме 80 МВт, в минимальном 65 МВт, , ч. Нагрузка на шинах 110 кВ в максимальном режиме 100 МВт, в минимальном 75 МВт, , ч. Вся остальная мощ­ность выдается в сеть 220 кВ. Блоки станции работают с = 6500 ч. Нагрузку собствен­ных нужд принять равной 10% установленной мощности, .

Решение. Намечаются два варианта схемы выдачи мощности (рисунок 5). В обоих вариантах предусматривается установка двух трехобмоточных автотрансформаторов связи для обеспечения надежности электроснабжения нагрузки 110 кВ и выдачи всей избыточной мощности в сеть 220 кВ. Рассматриваемые варианты по степени надежности можно считать одинаковыми, поэтому сравнение производится без учета ущерба от недоотпуска электроэнергии.

а)

б)

Рисунок 5. Схемы выдачи мощности ТЭЦ к примеру 1.

а — первый вариант; б — второй вариант.

Для первого варианта выбираются трансформаторы связи по условиям баланса мощности на шинах низшего напряжения (2) и (3).

В первом варианте, МВА:

;

;

.

Примечание. Реактивная мощность подсчитывается по выражению

Q = P tg,

где tg=tg(arcos(cosφ)).

Отрицательные значения результирующих величин в скобках под корнем в выражении показывают, что при отключении одного генератора мощность передается с шин 220 кВ на шины 10 кВ.

При отключении одного генератора соответственно снижен расход на соб­ственные нужды.

Мощность трансформатора выбирается по наибольшему перетоку . Согласно (5), МВА,

.

Выбираем трансформатор ТРДН-63000/220 мощностью 63 МВА; кВт; кВт. Решение о использовании трансформатора с расщепленной обмоткой низшего напряжения (НН) является вынужденным. Обмотки НН следует соединить.

Рисунок 6 – Соединение расщепленных обмоток НН трансформатора.

В обоих вариантах в блоках генератор — трансформатор, работающих на сторону 110 кВ, устанавливаются трансформаторы типа ТДЦ-80000/100, характеризующиеся следующими значениями потерь: кВт; кВт. Во втором варианте в блоках, работающих на стороне 220 кВ, приняты к установке трансформаторы - ТРДЦН-100000/220 характеризующиеся следующими значениями потерь: кВт; кВт.

Максимальный переток через автотрансформатор в режиме минимальных нагрузок на 110 кВ составит, МВА:

,

Примечание. Подсчет перетока через автотрансформатор произведен по полным мощностям, так как cos  генераторов и нагрузки отличается незначи­тельно. Ошибка при этом не превышает 3%.

В режиме максимальных нагрузок на шинах 110 кВ переток будет равен, МВА:

,

В аварийном режиме при отключении одного блока и максимальной нагрузке на 110 кВ с шин 220 кВ на шины 110 кВ будет передаваться мощность, МВА,

,

Так как максимальный переток через автотрансформатор в режиме минимальной нагрузки на шинах 110 кВ, номинальная мощность рассчитывается по следующей формуле, МВА:

.

Выбирается автотрансформатор АТДЦТН-63000/220/110 мощностью 63 МВА; кВт; = 37 кВт.

Результаты подсчетов капиталовложений даны в таблице 1.

Таблица 1. - Капитальные затраты

Оборудование	Стоимость единицы, тыс. руб	Варианты
		Первый «а»		Второй «б»
		Коли­чество единиц,	Общая стоимость,	Коли­чество единиц,	Общая стоимость,
		шт.	тыс. руб.	шт.	тыс. руб
ТРДЦН-100000/220	205	—	—	2	410
ТРДН 63000/220	156,6	2	313,2	—	—
АТДЦТН-63000/220/110	159	2	318	2	318
ТДЦ-80000/110	113,7	2	227,4	2	227,4
Ячейки КРУ 10 кВ	1,9	—	—	3	5,7
Ячейки ГРУ 10 кВ	17,6	4	70,4	2	35,2
Секционный выключатель 10 кВ с реактором	21	1	21	—	—
Ячейка реактора	14,5	—	—	2	29
Итого			950		1025,3
С учетом индекса роста цен, k = 40			38000		41012

Стоимость ячеек РУ ВН и СН не учитываются т.к. их количество в обоих вариантах одинаково. Кроме того, при расчете перетоков мощности через трансформаторы, считается, что собственные нужды питаются от рабочих источников (резервные находятся в резерве).

Определяем потери энергии в трансформаторах связи.

Первый вариант. Число часов использования максимальной нагрузки по обмоткам трансфор­матора связи определяем по (13), ч,

.

По рисунку 4 определим число часов максимальных потерь, ч,

.

Потери электроэнергии в трансформаторе связи 63 МВА по (12), кВтч;

Потери электроэнергии в блочном трансформаторе 80 МВА по (12), кВтч:

Максимальный переток через автотрансформатор, МВА,

S_м = 54.

Число часов использования максимальной нагрузки, (по формуле 13), ч,

.

Число часов максимальных потерь, (по рисунку 4), ч,

.

Так как по обмоткам высшего и среднего напряжения протекает одинаковая мощность, то потери в них будут равные, кВтч,

.

Обмотка НН нормально не нагружена, поэтому нагрузочные потери в ней равны нулю.

Потери определяем по (14), кВтч,

Суммарные потери электроэнергии в двух трансформаторах связи, двух автотрансформаторах и двух блочных трансформаторах, кВтч:

Второй вариант. Потери электроэнергии в блочном трансформаторе 100 МВА, кВтч,

Потери электроэнергии в блочном трансформаторе 80 МВА и автотрансформаторе подсчитаны выше. Суммарные потери электроэнергии, кВтч,

Годовые эксплуатационные издержки :

а) издержки на обслуживание и ремонт, тыс. руб.:

;

.

б) потери электроэнергии , тыс. руб.:

; .

Дисконтированные издержки ( ; i = 0,12) , тыс. руб.:

;

.

Т.к. разница в ДИ сравниваемых вариантов составляет 1,3%, то можно сделать вывод, что варианты равноценные.

Пример 2. Выбрать схему выдачи мощности ГРЭС, на которой предпо­лагается установить четыре генератора типа ТВВ-200, МВт, cos = =0,85. Нагрузка на шинах 110 кВ: в максимальном режиме 460 МВт, cos = =0,88; в минимальном режиме 350 МВт, = 7500 ч, нагрузка на шинах 220 кВ: в максимальном режиме 230 МВт, cos =0,91; в минимальном режиме 150 МВт, = 6000 ч. Расход на собственные нужды принять 8% установленной мощности. Остальная мощность станции выдается в энергосистему по линиям 220 кВ. Блоки станции работают с = 6500 ч.

Решение. Намечаются два варианта схемы выдачи мощности (рисунок 7). В обоих вариантах предусматривается блочное соединение генераторов с трансформато­рами, так как нагрузка на генераторном напряжении отсутствует.

Первый вариант. Максимальный переток через автотрансформатор в режиме минимальных нагрузок на 110 кВ составит, МВА:

,

Примечание. Подсчет перетока через автотрансформатор произведен по полным мощностям, так как cos  генераторов и нагрузки отличается незначи­тельно. Ошибка при этом не превышает 3%.

Рисунок 7. Схемы выдачи мощности ГРЭС к примеру 2.

а — первый вариант; б — второй вариант.

В режиме максимальных нагрузок на шинах 110 кВ переток будет равен, МВА:

,

Знак минус свидетельствует о том, что мощность передается с шин 220 кВ.

В аварийном режиме при отключении одного блока и максимальной нагрузке на 110 кВ с шин 220 кВ на шины 110 кВ будет передаваться мощность, МВА,

,

Так как максимальный переток через автотрансформатор в аварийном режиме, номинальная мощность рассчитывается по следующей формуле, МВА:

Принимаются два автотрансформатора АТДЦТН-200000/220/110 мощностью 200 МВА; = 105 кВт; кВт; кВт; кВт.

Второй вариант. Максимальный переток через автотрансформатор в режиме минимальных нагрузок на 110 кВ составит, МВА:

,

Примечание. Подсчет перетока через автотрансформатор произведен по полным мощностям, так как cos  генераторов и нагрузки отличается незначи­тельно. Ошибка при этом не превышает 3%.

В режиме максимальных нагрузок на шинах 110 кВ переток будет равен, МВА:

,

В аварийном режиме при отключении одного блока и максимальной нагрузке на 110 кВ с шин 220 кВ на шины 110 кВ будет передаваться мощность, МВА,

,

Так как максимальный переток через автотрансформатор в режиме минимальных нагрузок на 110 кВ, номинальная мощность рассчитывается по следующей формуле, МВА:

.

Принимются два автотрансформатора АТДЦТН-200000/220/110 мощностью 200 МВА; = 105 кВт; кВт; кВт; кВт.

В обоих вариантах в блоках, работающих на сторону 110 кВ, устанавли­ваются трансформаторы ТДЦ-250000/110 мощностью 250 МВА; ;; в блоках, работающих на сторону 220 кВ, устанавли­ваются трансформаторы ТДЦ-250000/220 мощностью 250 МВА; ;.

Подсчет капиталовложений сведен в таблице 2.

Таблица 2. - Капитальные затраты

Оборудование	Стоимость единицы, тыс. руб	Варианты
		первый		Второй
		Коли­чество единиц, шт.	Общая стоимость тыс. руб.	Коли­чество единиц,	Общая стоимость,
				шт.	тыс. руб
Трансформатор ТДЦ-250000/220	284	2	568	1	284
Трансформатор ТДЦ-250000/110	255	2	510	3	765
Автотрансформатор АТДЦТН-200000-220/110	270	2	540	2	540
Ячейка 220 кВ	70	4	280	3	210
Ячейка 110 кВ	23	4	92	5	115
Итого			1450		1374
С учетом индекса роста цен, k = 40			58000		54960

При расчете перетоков мощности через трансформаторы, считается, что собственные нужды питаются от рабочих источников (резервные находятся в резерве).

Максимальная мощность, протекающая в блочном трансформаторе, МВА,

.

Число часов максимальных потерь (по рисунку 4), ч,

.

Потери электроэнергии в блочном трансформаторе с ВН 110кВ, кВтч,

,

Потери электроэнергии в блочном трансформаторе с ВН 220кВ, кВтч,

Максимальный переток через два автотрансформатора в нормальном режиме в первом варианте, МВА,

S_м = 90.

Число часов использования максимальной нагрузки, (по формуле 13), ч,

.

Число часов максимальных потерь, (по рисунку 4), ч,

.

Потери электроэнергии в автотрансформаторе в первом варианте опреде­ляются по (15) и (16), кВтч,

Обмотка НН нормально не нагружена, поэтому нагрузочные потери в ней равны нулю.

Потери определяются по (14), кВтч,

Максимальный переток через два автотрансформатора в нормальном режиме в первом варианте, МВА,

S_м = 252.

Подсчет произведен по (13), в результате находим число часов максимальных потерь, ч,

Потери электроэнергии в автотрансформаторе во втором варианте, кВтч,

В первом варианте суммарные потери электроэнергии в двух блочных трансформаторах с ВН 220 кВ, двух блочных трансформаторах с ВН 110 кВ и двух автотрансформаторах составят, кВтч,

Во втором варианте суммарные потери электроэнергии в одном блочном трансформаторе с ВН 220 кВ, трех блочных трансформаторах с ВН 110 кВ и двух автотрансформаторах составят, кВтч,

Годовые эксплуатационные издержки :

а) издержки на обслуживание и ремонт, тыс. руб.,

;

.

б) потери электроэнергии , тыс. руб.,

; .

Дисконтированные издержки ( ; i = 0,12) , тыс. руб.,

;

.

Исходя из критерия минимума дисконтированных издержек, можно сделать вывод, что экономическое преимущество имеет первый вариант, т.к. его ДИ меньше на 6,6% по сравнению со вторым вариантом.