Обоснование графиков работы трансформаторов, обеспечивающих снижение расхода электроэнергии на её трансформацию

Одной из проблем электросетевого комплекса ОАО «Россети», указанной в [1], является – «существенные потери в сетях относительно зарубежных компаний – аналогов».

Причин наличия этой проблемы достаточно много. Для трансформаторных подстанций (ПС), как элемента комплекса, она частично обусловлена снижением в последние годы нагрузок подстанций из-за использования потребителями энергосберегающих технологий, спада промышленного производства.

Снижение нагрузок ПС привело к росту в структуре потерь электроэнергии составляющей, вызванной потерями в стали трансформаторов.

Одним из реализуемых в настоящее время мероприятий, направленных на снижение этой составляющей, является изменение числа работающих трансформаторов в зависимости от нагрузки подстанции. Однако, из-за упрощенной методики, используемой при обосновании графиков работы трансформаторов и приближенной оценки величины снижаемых потерь, на сегодняшний день нельзя считать, что это мероприятие дает максимально возможный эффект.

В данной публикации приведены результаты исследований по разработке рекомендаций, необходимых при составлении перспективных графиков работы трансформаторов в зависимости от нагрузки ПС.

Оптимизация числа включенных трансформаторов рассматривается для ПС, на которых имеется возможность проводить такое мероприятие без снижения надежности электроснабжения потребителей.

Эффект снижения потерь электроэнергии в трансформаторах при включении и отключении трансформаторов обусловлены изменением потерь в стали (магнитопроводах) и меди (обмотках).

Нагрузка (Sп) двухтрансформаторной ПС с одинаковыми трансформаторами, при которой потери в двух и одном трансформаторах одинаковы и, соответственно, при переходе через которую целесообразно менять количество включенных трансформаторов, находится по формуле [2,3]

^ = 5НОМ72ДРХХ/ДР

кз ,

где: S ном – номинальная мощность трансформатора;

ДР хх и ДР_кз - каталожные данные трансформатора.

Большинство силовых трансформаторов современных энергосистем имеют сверхнормативный срок службы, т.е. изготовлены более 25 лет назад [1] и, соответственно, с применением, в основном, горячекатанной электротехнической стали. Для них отношение ДРхх/ДРкз практически постоянно и составляет около 0,25.

С учетом этого выражение (1) приобретает вид:

S n = 0,75 ном                 (2)

Из (2) следует, что при снижении нагрузки ПС ниже 0,7Shom по    соображениям уменьшения расхода электроэнергии на ее трансформацию целесообразна работа лишь одного трансформатора.

Условия, при которых необходимо менять количество работающих трансформаторов при их разной номинальной мощности, найдем, приняв допущение о пропорциональном S_H0Mi распределении максимальной нагрузки ПС между секциями сборных шин и примерно одинаковых графиках изменения нагрузок секций.

При этом допущении коэффициенты загрузки трансформаторов

К 31 = S t i /S homi и К 32 = S t 2 /S hom 2 будут одинаковы.

Исходное уравнение для нахождения условий получим, приравняв потери мощности в двух и одном трансформаторе:

ДР хх1 + ДР хх2 + ДР_Ю 1 * к 21 + ДР_К3 2 * к_з 22 = ДР хх1 +

ДР кз1 * к |ц ,                                               (3)

где Кз11-коэффициент загрузки оставшегося в работе трансформатора, определяемый как    кз11 = (S Т1 + ST2)/Sном 1 =

Sп 1/Sном 1, где Sп1-нагрузка ПС, при прохождении через которую целесообразно менять количество работающих трансформаторов.

Зная численное значение соотношения ДР хх/ /ДР_кз / , а так же учитывая, что каталожные данные ДР хх и ДР_кз 1 меняются пропорционально величинам S_H0Mi , из (3) получим:

^Sn1   ^{015 S}H0M1 71 + ДР кз2 /ДР кз1          (4)

Аналогично, сравнивая потери в двух трансформаторах и потери во втором (считая его оставшимся в работе), получим:

⁵п2 0.5 ⁵ном2 V1 + ДР_Ю 1 /ДР_Ю 2         (5)

Найденные выражения (4) и (5) позволяют находить значения нагрузок ПС, при снижении ниже которых целесообразно оставить в работе трансформатор с S_H0M1 и, соответственно , с S_H0M2 .

Рассматриваемые трансформаторы имеют разные номинальные мощности. Поэтому представляет интерес найти отношение между 5 п 1 и 5 п2 , приняв, что 5 ном 1 >  ном 2 .

Поделив (4) на (5), после преобразований, получим:

5 n 1 /S n 2 = ^^р Кз 1 /ДР _ю 2 .            (6)

У трансформатора большей номинальной мощности и большая величина Д Р_кз . С учетом этого полученное отношение превышает единицу, т.е. 5 п 1 > 5 п2 .

Таким образом, для двухтрансформаторных ПС с разными 5 ном трансформаторов изменение количества работающих трансформаторов может быть следующим.

При нагрузке трансформаторов на уровне их номинальных мощностей работают оба трансформатора. Если нагрузка ПС снижается ниже, определяемой по (4), целесообразно отключать трансформатор с меньшей номинальной мощностью. При еще большем снижении, до величины, рассчитываемой по (5), включается трансформатор меньшей мощности, а большей -отключается.

В условиях эксплуатации реально сезонное изменение числа работающих трансформаторов, основанное на использовании графиков нагрузок ПС, полученных в летний и зимний режимные дни энергосистемы. Общеизвестно, что для большинства ПС зимний максимум нагрузки (Sз max) превышает летний (Sл тах). Аналогичное соотношение характерное для наименьших нагрузок, т.е. S3min > S лmin. С учетом этого, а так же полученных выше результатов, рекомендации по составлению перспективных графиков работы трансформаторов двухтрансформаторных ПС можно представить в виде следующей таблицы:

Таблица 1 - Рекомендуемое количество работающих трансфрматоров в зависимости от нагрузки ПС.

Характеристика нагрузки ПС	Количество работающих трансформаторов
ПС с одинаковыми трансформаторами
aл min — nn	Весь год 2 трансформатора
a з тах — ап	Весь год 1 трансформатор
Sл тах <  Sn <  S3 min	Зима – 2 трансформатора Лето - 1 трансформатор
Sл max — S3min <  Sn < J3 max	Лето – 1 трансформатор Зима- определяется расчетом и сравнением потерь электроэнергии
ПС с разными трансформаторами (SH0m1 > SH0M 2 )
Sn min >  Sn 1	Весь год два трансформатора
S3 max <  Sn2	Весь год 1 трансформатор с SH0M2
S3 max <  Sn1 Sn min >  Sn 2	Весь год 1 трансформатор с SH0M1
S3 max <  Sn1 S3min >  Sn 2 >  Sл max	Зима - трансформатор с SH0M1 Лето - трансформатор с SH0M2
Другие сочетания характеристик	Определяется расчетом и сравнением потерь электроэнергии

Вывод: Проведенные исследования позволили сформулировать достаточно простые рекомендации по составлению графиков работы трансформаторов двухтрансформаторных       ПС       энергосистемы, обеспечивающих снижение расхода электроэнергии на её трансформацию.

Developed guidelines for preparing work schedules two-transformer substations with the power system, allowing to reduce the consumption for its transformation.