CC BY
68
УДК 621.331:621.311
В. Г. КУЗНЕЦОВ (ДПТ)
ПРО КОЕФЩ1СНТ ЗАВАНТАЖЕННЯ СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТО-Р1В ТЯГОВИХ П1ДСТАНЦ1Й ЗАЛ1ЗНИЦЬ
Запропоновано критерiй i метод визначення оптимальних коефщенпв завантаження силових трансфор-MaTopiB тягових пiдстанцiй залiзниць.
Предложены критерий и метод определения оптимальных коэффициентов загрузки силовых трансформаторов тяговых подстанций железных дорог.
The author has proposed the criterion and method of determination of optimum load factors of power transformers of railway traction substations.
Вступ
Сучасний зал!зничний транспорт - це висо-котехнолог!чний механ!зм !з значним спожи-ванням енергоресурс!в для забезпечення свое! господарсько! д!яльност!. Щор!чно зал!зницями Укра!ни споживаеться значна к!льк!сть дизпа-лива, електроенерги, газу, вуг!лля, мазуту топ-кового та !нших вид!в ПЕР. В умовному обчис-ленн! це складае 3250...3350 тис. туп. Близько 60 % з ус!х вид!в енергоресурс!в припадае на електроенерг!ю.
Найб!льш ефективними енергозбер!гаючими заходами по господарствах електропостачання за останн! роки е таю:
— повернення електроенерги рекуперативного гальмування в первинну мережу;
— в!дключення з роботи по одному тяговому агрегату або тяговому трансформатору залежно в!д по!зно! ситуац!! на тягових п!д-станц!ях;
впровадження економ!чних св!тильник!в, ламп та автомат!в керування зовн!шн!м осв!тленням;
впровадження перетворювальних агрега-т!в з 12-пульсними випрямлячами на тягових п!дстанц!ях пост!йного струму;
впровадження автоматизовано! системи комерц!йного обл!ку електроенерги на зал!-зницях Укра!ни;
впровадження пристро!в компенсац!! реактивно! потужност! в тягов!й мереж!. Важливою складовою енергозбереження в господарствах електриф!кац!! та електропостачання зал!зниць Укра!ни виступае винайдення рац!ональних режим!в роботи енергетичного обладнання. В зв'язку з цим постае задача визначення рац!ональних коеф!ц!ент!в завантаження силових трансформатор!в.
Основна частина
Для тдрахунку втрат електроенерги в 3-обмоточному трансформатор! необх!дн! наступи дан! [1]:
а) паспортн! або каталожн!
- ном!нальна потужн!сть трансформатора , кВА;
- потужшсть обмоток ВН, СН, НН - 5"вн , £сн , £нн , кВА (в паспорт! або каталоз! дана у в!дсот-ках до ном!нально! потужност!);
- втрати потужност! в м!д! обмоток ВН, СН, НН при повному !хньому завантаженн! АРвн, АРСн, АРНН, кВт;
- струм холостого ходу трансформатора
1х.х., %;
- втрати реактивно! потужносп трансформатора при холостому ход!, кВАр
AQM = ^н -!хх /100;
(1)
- напруга короткого замикання кожно! з обмоток тр-ра, %
Цк = 0,5 -(^вн-сн +^вн_нн — ^сн-нн ), (2)
иск = 0,5 -(^вн-сн + исннн — ^вн-нн ), (3)
инк = 0,5 -(^вн-нн +^сн_нн — ^вн-сн), (4)
де f/вн-сн, f/сн-нн, f/вн-нн беруться з паспорта чи каталогу;
- реактивна потужн!сть, що споживаеться обмотками ВН, СН, НН трансформатора при повному навантаженн!, кВАр
Абвн = ^вн ^вк /100,
Абвн = йн иск /100, Абнн = ^ ^нк /100,
(5)
(6) (7)
б) споживання активно! (ШРвн , ЖРсн , ЖРнн), кВт-год та реактивно! (WQвн , WQсн , Жднн), кВАр-г електроенергi!, що пройшла за розраху-нковий перюд через обмотки вiдповiдно висо-ко!, середньо! та низько! напруги трансформатора. При визначенш по показниках розрахун-кових лiчильникiв на сторош середньо! та ни-зько! напруги трансформатора
ЖРвн = ЖРСН+ ИРШ, WQвн = WQCн + WQнн ;
в) кшьюсть годин роботи трансформатора в розрахунковий перюд (календарне число годин) Тп ;
г) кiлькiсть годин роботи трансформатора шд навантаженням в розрахунковий перюд -Т
При обчисленнi втрат електроенергi! в трансформаторi послiдовно визначаються:
а) фактична потужнiсть кожно! обмотки трансформатора за даними фактичного спожи-вання активно! та реактивно! електроенергп за розрахунковий перюд, кВА
Кз нн ^ф нн / ^н нн ,
(19)
^фвн = " \!Р фвн " + Q фвн
^фсн = 1 р2 -у* ф сн ^ 2фсн
^фнн = '
фнн
(8) (9) (10)
де
Р = WP / Т =
г фвн _ "-"ф вн ' 1 р _
= (^фсн + ^Рфнн)/Тр ; Офвн = WQф вн / Тр =
= (WQфсн + WQфнн)/Тр ;
(11)
(12)
Р фсн = ПРфсн / Тр; (13)
^сн = WQфсн / Тр; (14)
Р фнн = Щнн / Тр; (15)
Qфнн = ^(Зфнн / Тр; (16)
б) коефщент завантаження кожно! з обмоток трансформатора
Кз вн ^ф вн / ^н вн :
7 _ О /О •
з сн — ф сн н сн *
(17)
де 5"вн , £сн , ^нн - номшальна потужнiсть обмоток високо!, середньо! та низько! напруги трансформатора, кВА;
в) втрати активно! електроенергп, кВт-год:
АКР = АРХ.Х-ТП +(АРвн ■ К вн2 +
+АРсн К сн2 +АРнн К нн2)Тр ; (20)
г) втрати реактивно! електроенергп, кВАр-г:
АWQ = АQх.х•Tп +(АQвн К вн 2 +
+АQсн К сн2 +АQнн К нн2)Тр . (21)
Втрати активно! електроенергп як у самому трансформатор^ так i створюванi ним в елеме-нтах системи електропостачання (вiд генерато-рiв електростанцiй до даного трансформатора) залежно вiд реактивно! потужностi, споживано! трансформатором, можна визначити за виразом
[3]:
АWP'=АP'XJl■Tп +(АРвн ■ К вн2 +
+АРсн К сн2
+ АРнн К нн2)Тр ,
(22)
де АР хх = АРХХ + Кзв • АQxx - приведенi активнi втрати потужностi холостого ходу;
Кзв - коефщент змiни втрат або економiч-ний еквiвалент реактивно! потужностi, що ха-рактеризуе активнi втрати вщ джерела живлен-ня до трансформатора, що доводяться на 1 квар реактивно! потужносп, кВт/квар (значення ко-ефiцieнта Кзв наведенi в табл. 1 [3]);
де АР' = АР + К •АQ ,
в в зв в
АР' = АР + К •АQ , АР' = АР + К • АQ
с с зв с зв
- приведет активш втрати потужносп при по-вному завантаженш трансформатора для обмоток ВН,СН, НН вщповщно.
В умовах експлуатацi! оптимальним коеф> цieнтом завантаження вважають такий, який забезпечуе максимальний приведений ККД. Для двохобмоточних трансформаторiв цей ви-раз буде наступним:
V
АРХ
АР.
(23)
Однак, в умовах експлуатацi! не завжди мо-жливо регулювати навантаження трансформатора для одержання оптимального коефiцieнта
завантаження, оскшьки навантаження залежить вiд умов технолопчного процесу виробництва. Розрахунки, проведет на кафедрi «Електропос-тачання залiзниць», показали, що коефiцieнти завантаження трансформаторiв, розрахованi по мiнiмуму приведених втрат потужносп, мають низьке значення. Так, для трансформаторiв типу ТМ потужтстю 630... 16000 кВА при кзв =
= 0,07 кВт/квар коефщент завантаження дорiв-нюе 0,4... 0,5. На пiдставi цих розрахункiв було запропоновано при виборi оптимально! потуж-ностi трансформаторiв, !х рацiональних коеф> цieнтiв завантаження використовувати основ-ний економiчний критерш, а саме мiнiмум приведених рiчних витрат.
Таблиця 1
Коефщент змши втрат к у трансформаторах
Характеристика трансформатора й системи електропостачання кзв, кВт/квар
у години максимуму енергосистеми у години мшмуму енергосистеми
Трансформатори, що живляться безпосередньо ввд шин електростанцш 0,02 0,02
С!тьов! трансформатори, що живляться вщ електростанц!й на генераторн!й напруз! 0,07 0,04
Понижувальш трансформатори 110/35/10 кВ, що живляться вщ районних мереж 0,1 0,06
Понижувальн! трансформатори 6 — 10/0,4 кВ, що живляться вщ районних мереж 0,15 0,1
Застосування цього критерiю дозволяе, з огляду на ефектившсть капiталовкладень у тра-нсформатори, з одного боку, уникнути зайвих втрат електроенергп, а з шшого боку - переви-трат матерiальних цiнностей i трудових витрат. При цьому умови експлуатацп найвипдшшим чином сполучаються з параметрами трансфор-маторiв.
Приведенi витрати на один силовий трансформатор тягово! шдстанцп залежно вiд навантаження можуть бути отриманi за виразом:
З1т = кн • К + (Ар + кз2вН -АРвн + к -АР! н + кз2нн •АРн н ) • Тп • Се
2 > зсн
(24)
приведенi витрати, вiднесенi до передано! потужносп 5":
Ат =
5
(25)
Анатз залежностей питомих приведених витрат (25) вщ коефiцiентiв завантаження тран-сформаторiв типу ТМ потужнiстю 630.16000 кВА показав, що питомi приведет витрати рiз-ко зростають при коефщентах завантаження, менших 0,6. При кз > 0,6 питомi приведет витрати збшьшуються незначно.
На пiдставi останнього виразу можна отри-мати оптимальний коефiцiент завантаження, що вщповщае мiнiмуму приведених витрат:
де кн = ке + ка - нормативний коефiцiент; ке -нормативний коефщент ефективностi катта-льних вкладень, ке = 0,15; ка - нормативний коефiцiент амортизацiйних вщрахувань; ка = = 0,06; К - одноразовi капiтальнi вкладення в один трансформатор; се - вартють (тариф) 1 кВт-год електроенергi!.
Методика технiко-економiчних розрахункiв, за оцiнками фахiвцiв, повинна бути перегляну-та.
З метою зютавлення трансформаторiв рiзно! потужност^ у розрахунках кафедри «Електро-постачання затзниць» використалися питомi
=
V
АРх
кн • К
АР се • Т„ •АР,,
(26)
Коефiцiент завантаження, розрахований за останшм виразом, бiльше, нiж коефiцiент завантаження, що вщповщае мiнiмуму витрат. Для будь-якого типорозмiру трансформатору кое-фiцiент завантаження, розрахований за мшму-мом приведених витрат, збiльшуеться при зме-ншеннi вартостi 1 кВт-год електроенергi!. Зi збiльшенням номiнально! потужносп трансформатора оптимальний коефiцiент завантаження при однш i тiй самш вартостi електроенергi! зменшуеться.
На рис. 1 наведена залежшсть питомих при- трансформатора , побудована за формулою (25) ведених витрат силового трьохобмоткового за даними Львiвськоï з^знищ.
Рис. 1. Графж залежносп приведених витрат силових трансформатор1в тягових пвдстанцш в1д коефщентш завантаження обмоток середньо!' та низько! напруги
Висновок
Для вибору оптимальноï потужносп трансформатора, ращонального коефiцieнта завантаження потрiбно користуватись критерieм м> нiмуму приведених рiчних витрат. При цьому оптимальний коефiцieнт завантаження оберне-но пропорцшно залежить вiд вартостi 1 кВт-год електроенергiï i вiд номiнальноï потужносп трансформатора.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИИ СПИСОК
1. ГНД 34.09.203-2004 «Нормування витрат електроенергп на власш потреби пвдстанцш 35-750 кВ 1 розпод1льчих пункта 6-10 кВ. 1нструкц1я» [Текст].
2. 1нструкц1я з нормування витрат електроенергп на власш потреби шдстанцш 6-220 кВ 1 розпо-дшьчих пункта 6-10 кВ зал1зниць Украши [Текст] : Затв.: Наказ № 526-Ц вщ 08.11.2007 р.
3. Киреева, Э. А. Рациональное использование электроэнергии в системах промышленного электроснабжения [Текст] / Э. А. Киреева. - М.: Энергетик, 2000. - 74 с.
Надшшла до редколегп 18.03.2009.
S
