4 Определение потерь электроэнергии за год в трансформаторах тяговых подстанций

Необходимо провести анализ влияния КУ на потери электроэнергии за год в трансформаторах подстанций и ЛЭП системы внешнего электроснабжения. В работе используем метод среднегодовых нагрузок.

4.1 Расчет средних токов и эффективных токов в обмотках трансформаторов тяговых подстанций.

Сложность расчетных нагрузочных (переменных) потерь в трансформаторах подстанции заключается в том, что токи в фазах обмотки трансформатора несимметричны. Поэтому расчет нагрузочных потерь электроэнергии в трансформаторах, а также на участках ЛЭП СВЭ ведется по каждой фазе отдельно по значениям средних и эффективных фазных токов.

4.1.1 Расчет средних токов плеч питания тяговых подстанций

Расчет средних токов плеч питания определяют по ежемесячным расходам активной и реактивной энергии за год по подстанциям. Величины токов приводятся к шинам высокого напряжения с учетом соединения обмоток трансформатора тяговой подстанции. Все нижеследующие расчеты выполняются для двух вариантов: без КУ и с включением КУ на подстанции с параметрами, определенными в разделе 3. Находим значения активных и реактивных токов для каждой тяговой подстанции без КУ и ток КУ по формулам:

, (4.1)

, (4.2)

, (4.3)

По величине токов подстанции и отношению тока отстающего плеча питания к току опережающего плеча питания nопределяем средние токи плеч питания без КУ и с включением КУ на тяговых подстанциях:

, (4.4)	, (4.5)
, (4.6)	, (4.7)

4.1.2 Определение углов сдвига фазы между средним током и напряжением плеча питания.

При выполнении дальнейших расчетов необходимо знать значения углов сдвига фазы между средним током и напряжением плеча питания, гр.эл.:

; (4.8)

; (4.9)

Сведем результаты расчетов в таблицу.

Средние значения токов в фазах обмотки трансформатора зависят от типа подстанции и определяются без КУ на подстанции.

Для отстающей фазы обмотки комплекс среднего значения фазного тока, А, равен:

, (4.10)

Для опережающей фазы:

, (4.11)

Для свободной фазы:

, (4.12)

где ,- модули средних значений соответственно отстающего и опережающего плеча, А;,- углы сдвига фаз, зависящие от типа подстанций.

Для расчета по (4.10) – (4.12) необходимо использовать справочные данные с таблицы 4.1.

Таблица 4.1 – Справочные данные для (4.10) – (4.12)

Параметры	Тип подстанции
	II	III
Отстающая фаза	В	С
Опережающая фаза	А	В
Свободная фаза	С	А
Угол , гр.эл
Угол , гр.эл

Средние значения токов в фазах обмотки трансформатора с включением КУ на подстанции равны:

- для отстающей фазы обмотки:

, (4.13)

- для опережающей фазы:

, (4.14)

- для свободной фазы:

, (4.15)

где – комплексный коэффициент: фаза А –, фаза В –, фаза С –.

Эффективные (среднеквадратичные) токи обмотки, питающей отстающее плечо, активный и реактивный, определяется по формулам:

, (4.16)

, (4.17)

где ,– коэффициенты эффективности графика, соответственно, активной и реактивной нагрузки тяговой подстанции. Примем равными 1,15.

По результатам расчетов составляется таблица комплексных значений средних и эффективных токов в фазах обмотки ВН трансформатора подстанции, питающей участки ЛЭП системы тягового электроснабжения для двух вариантов (без КУ и с включенными КУ).

Проведем расчет по (4.1) – (4.17) на примере подстанции 1.

Активный и реактивный токи тяговой подстанции без КУ:

Средние токи плеч питания:

;

;

;

Модули средних значений отстающего и опережающего плеча.

Углы сдвига фазы между средним током и напряжением плеча питания:

;

;

Расчет для подстанций 2 и 3 аналогичен. Сведем результаты в таблицу.

Таблица 4.2 – Средние токи плеч питания тяговых подстанций при выключенном КУ

Значения	Подстанции
	№1	№2	№3
	123,9182	102,4204	98,4839
	127,8008	103,3730	103,7505
	68,5976	60,4448	45,8187
	55,3206	41,9756	52,6652
	70,7468	61,0070	48,2689
	57,0539	42,3660	55,4815
	98,5431	85,8803	66,5526
	79,4702	59,6391	76,4972
	250,8797	201,4948	201,4948
	45,8837	45,2652	46,4918
	45,8837	45,2652	46,4918

Средние значения токов в фазах обмотки трансформатора при выключенном КУ.

Тип подстанции №1 – II, (см. таблицу 4.1).

Средние значения токов в фазах обмотки трансформатора при включении КУ. Так как КУ включается в отстающую фазу В, то примем комплексный коэффициент.

Эффективные (среднеквадратичные) токи при выключенном КУ и при включенном КУ.

Сделаем проверку:

;

;

Подстанции №2 и №3 рассчитаем аналогично. Результаты сведем в таблицу.

Таблица 4.3 – Комплексные значения средних и эффективных токов в фазах обмотки ВН трансформаторов подстанции

Состоя-ние КУ	Значе-ние	Подстанции
		№1	№2	№3
КУ отключено		-38,482+72,643i	-35,062+59,85i	-23,307+56,629i
		8,366-74,54i	9,68-58,692i	0,796-64,99i
		30,116+1,896i	25,382-1,157i	22,512+8,36i
		-44,254+83,539i	-40,321+68,828i	-26,803+65,123i
		9,621-85,721i	11,132-67,496i	0,915-74,739i
		34,633+2,18i	29,189-1,331i	25,889+9,614i

Окончание таблицы 4.3

КУ включено		-183,327+156,27i	-151,395-7,315i	-139,64-10,536i
		80,789-116,353i	67,847-25,11i	58,963-31,408i
		102,539-39,917i	83,549+32,425i	80,679+41,942i
		-210,826+179,711i	-174,104-8,412i	-160,586-12,116i
		92,907-133,806i	78,024-28,877i	67,807-36,119i
		117,92-45,905i	96,081+37,289i	92,781+48,233i