ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Юсупов А.Р., магистрант, Казанский Государственный Энергетический Университет, Россия, Казань

Грачева Е.И., к.т.н.,

доцент кафедры Электроснабжение промышленных предприятий и городов, Казанский Государственный Энергетический Университет, Россия, Казань

DOI: 10.12737/2297

Аннотация: Представлены расчеты зависимости коэффициента

реактивной мощности от коэффициента загрузки трансформаторов марок ТМ и ТСЗ, а также технико-экономическое обоснование замены одного трансформатора на два меньшей мощности.

Ключевые слова: трансформаторы, коэффициент загрузки, реактивная мощность, потери мощности.

Summary: Dependence calculations between OT’s and DPT’s reactive power and loading factor with feasibility of replacing one transformer for two transformer with less power are represented.

Key words: transformer, loading factor, reactive power, power losses.

За последние годы характер потребления электроэнергии сильно изменился. Это обусловлено увеличением мощности нелинейных потребителей, а также опережающим ростом потребления реактивной мощности по отношению к активной вследствие уменьшения загрузки силовых трансформаторов. Это является характерной чертой современной электроэнергетики, отрицательно влияющей на качество и потери электроэнергии.

Основными негативными последствиями, вызванными ростом потребления реактивной мощности являются:

  • • Общее снижение уровней напряжения в распределительных сетях, на шинах потребителей и снижение качества электрической энергии;
  • • увеличение потерь активной мощности в элементах электрической сети;
  • • дополнительная загрузка ЛЭП и силовых трансформаторов потоками реактивной мощности, которые увеличивают токовую нагрузку электросети, снижают резерв пропускной способности и устойчивость сети;
  • • значительное увеличение потребности в источниках реактивной мощности в энергосистеме.

Как известно, силовые трансформаторы являются крупными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях. [1, 2]. На их долю приходится около 30% всей реактивной мощности, потребляемой в промышленных электрических сетях.

Реактивная мощность, потребляемая силовыми трансформаторами, в общем случае, складывается из двух составляющих: реактивной мощности намагничивания Qo и реактивной мощности полей рассеяния Qp и определяется по выражению (1). [3].

где Q0 - мощность намагничивания; QP - мощность рассеяния; SHT. - номинальная мощность трансформатора; 1хх - ток холостого хода трансформатора; UK - напряжение короткого замыкания трансформатора; к3 - коэффициент загрузки трансформатора.

где SHArp ~ мощность нагрузки.

С помощью математических преобразований найдем коэффициент реактивной мощности:

Из этого следует, что коэффициент реактивной мощности tg(p определяется по выражению (3)

Потребление реактивной мощности силовыми трансформаторами зависит от их загрузки (1, 2). Для оценки влияния нагрузки трансформаторов на потребление реактивной мощности по выражению (2) определены значения коэффициента реактивной мощности для силовых трансформаторов типа ТМ и ТСЗ номинальной мощностью 25 - 2500 кВА при различных значениях коэффициента загрузки. Исходные данные при этом - каталожные данные силовых трансформаторов.

По результатам расчета для каждого из трансформаторов построен график зависимости tgcp =f(k3) (рис.1).

Зависимость tg(p от коэффициента загрузки к для трансформаторов марки

Рисунок 1. Зависимость tg(p от коэффициента загрузки к3 для трансформаторов марки

ТМ и ТСЗ

Характер изменения коэффициента реактивной мощности в зависимости от коэффициента загрузки имеет примерно одинаковый вид для отдельных групп силовых трансформаторов в определенных диапазонах их номинальных мощностей. Это позволило аппроксимировать графики зависимостей tg(p =f(k3) с использованием степенной функции. На рис. 1 приведены

аппроксимированные графики зависимости tg(p = f(k3) для силовых

трансформаторов типа ТМ и ТСЗ.

Графики (рис. 1) показывают, что коэффициент реактивной мощности трансформаторов увеличивается при снижении их коэффициента загрузки.

При этом в диапазоне коэффициентов загрузки трансформаторов к3 = 0,35 ^ 1 коэффициент реактивной мощности изменяется незначительно. Существенно tg(p трансформаторов увеличивается при снижении их коэффициента загрузки менее к3 = 0,35. При снижении коэффициента загрузки менее к3 = 0,2 tg(p резко возрастает, что свидетельствует о повышении потребления ими реактивной мощности. При этом большую часть реактивной мощности, потребляемой силовыми трансформаторами при малой загрузке составляет реактивная мощность намагничивания. [5].

Графики зависимости tg(p = f(k3) показывает, что потребление реактивной мощности силовыми трансформаторами зависит от номинальной мощности трансформаторов. С уменьшением номинальной мощности трансформаторов увеличивается относительная величина потребляемой ими реактивной мощности.

В настоящее время особенно важным является решение проблемы малой загрузки электрооборудования систем электроснабжения промышленных предприятий. В современных условиях при дальнейшем спаде промышленного производства это становится особенно актуальным. Уменьшение коэффициента загрузки трансформаторов приводит к росту потребления ими реактивной мощности, поэтому эксплуатационным службам предприятий следует обеспечивать режимы работы трансформаторов с оптимальной загрузкой - как для снижения потребляемой реактивной мощности, так и для снижения потерь холостого хода. При этом на предприятиях для обеспечения оптимальных режимов трансформаторов возможна замена малозагруженных трансформаторов на трансформаторы меньшей мощности, переключение нагрузки трансформаторов с низким коэффициентом загрузки на другие трансформаторы и отключение трансформаторов на время работы на холостом ходу. Данные мероприятия будут обеспечивать оптимальную загрузку трансформаторов, и улучшать технико-экономические показатели работы систем промышленного электроснабжения.

Вид построенных зависимостей показывает, что нецелесообразно использовать трансформаторы при малом коэффициенте загрузки. Оптимальным значением коэффициента загрузки для трансформатора марки ТМ или ТСЗ является его значение свыше 0,4 для трансформаторов с

кВ А, свыше 0,35 для трансформаторов с кВ А и свыше 0,3 для трансформаторов с кВ-А, при котором

отношением реактивной мощности трансформаторов к его активной мощности является минимальным.

Для определения целесообразности замены одного трансформатора на два меньшей суммарной номинальной мощностью проведем техникоэкономическое сопоставление вариантов схем электроснабжения на рис. 2,а и б.

Схемы электроснабжения

Рисунок 2. Схемы электроснабжения: а - совместное питание от одного трансформатора с Sh.t. = Ю00 кВ-А; б - раздельное питание нагрузки от двух трансформаторов с Sh.ii = 630 кВ А и Sh.t.2 = 250 кВ-А

Рассмотрим цех предприятия с расположенной в нем подстанцией. Режим работы цеха - односменный; круглосуточная нагрузка подстанции составляет 23% от общей нагрузки цеха. Мощность силовых трансформаторов: в первой схеме - 1000 кВ А, во второй - 630 и 250 кВ-А (паспортные параметры трансформаторов приведены в табл. 1)

Таблица 1.

Sh.t., кВ-A

Ut/l/2,

кВ

Потери, кВт

А, %

АРх

АРк

1000

10/0,4

3,3

11,6

3

630

10/0,4

2,27

7,6

2

250

10/0,4

1,05

3,7

2,3

При расчете примем следующие исходные данные: продолжительность недели - 168 часов, продолжительность включения оборудования в рабочие сутки - 9 часов, число рабочих суток - 5, число рабочих часов Траб = 45 часов, число нерабочих часов ТНЕр = 123 часов, расчетная нагрузки РР = k3-SH.T. , потери в цеховой высоковольтной сети АРс = (3^-4) % от Рр (получены на основе анализа [6-8]).

Выполним приближенный расчет потерь электроэнергии.

Потери мощности в трансформаторах определим по формуле

Потери мощности в высоковольтной сети вычислим из выражения

где 1а, АРа и 1Р, АРр - активные и реактивные составляющие соответственно тока и потерь мощности; - сопротивление сети, приведенное к

вторичному напряжению трансформатора; - ток

трансформатора, приведенный к вторичному напряжению.

Общие потери электроэнергии найдем как сумму потерь электроэнергии в рабочее и нерабочее время.

В этом выражении - потери

мощности в рабочее и нерабочее время;

/ кзшр - коэффициент загрузки трансформатора в нерабочее

время.

Результаты расчета приведены в таблице 2. Общие потери электроэнергии в варианте 1 составили AW = 1988,9 кВт-ч, а в варианте 2 - AW=l6,l кВт-ч. Как видно, при использовании раздельного питания, эконономия электроэнергии за неделю составит 378,8 кВт-ч.

Таблица 2.

Вариант

Sh.t.,

кВА

Рр,

кВА

АРС,

кВА

к32

/т,А

Рпр,

Ом

АРрАБ

кВт

АРнер

кВт

AWpas

кВтч

AWHEp

кВтч

AW,

кВтч

1

1000

700

21

0,49

1842

0,0062

29,9

5,2

1349,3

639,6

1988,9

О

630

539

16,2

0,73

1418

0,008

23,9

-

1079,5

-

1079,5

Z

250

161

4,83

0,41

432,7

0,027

7,4

1,6

333,7

196,9

530,6

Определив эту экономию, можно при заданных стоимостях электроэнергии и оборудования провести технико-экономический расчет и на его основе сделать выводы о целесообразности перехода на два трансформатора.

Предложенные схемы электроснабжения могут быть рекомендованы к применению на промышленных предприятиях, работающих в одну смену, но эффективность модернизируемой схемы конкретного промышленного предприятия может быть определена только на основании техникоэкономического расчета.

Для приведенного выше примера стоимость сэкономленной электроэнергии в год составит

где N = 52 - число недель в году; С0 = 2 руб./( кВт-ч) - стоимость 1 кВт-ч электроэнергии.

Расходы на установку трансформаторов составят (в ценах настоящего времени с учетом монтажа и пуско-наладочных работ)

При этом предприятие может получить прибыль с возможной продажи трансформатора мощностью 1000 кВ-А в размере (с учетом демонтажа) Стюоо = 290500 руб.

Капиталовложения в данном случае будут равны А срок окупаемости капиталовложений составит

Исходя из произведенных расчетов, можно с уверенностью утверждать, что замена одного трансформатора на два трансформатора меньшей суммарной мощности приведет к уменьшению суммарных потерь электроэнергии, что в свою очередь уменьшит эксплуатационные расходы и через 6 лет предложенная схема электроснабжения полностью окупится.

Список литературы

  • 1. Быстрицкий Г. Ф. «Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов» Академия. 2003.
  • 2. Цирель Я. А., Поляков В. С. «Эксплуатация силовых трансформаторов на электростанциях и в электросетях» Л.: Энергоатомиздат, 1985.
  • 3. Васютинский С. Б. «Вопросы теории и расчета трансформаторов» Л.: Энергия. 1970.
  • 4. Фёдоров А. А., Каменева В. В. «Основы электроснабжения промышленных предприятий» М.: Энергия. 1979.
  • 5. Китаев В. Е. Трансформаторы. М.: Высшая школа. 1974.
  • 6. Вольман Н. С. Электроснабжение целлюлозно-бумажных предприятий. -М.: Лесная промышленность, 1964.
  • 7. Аваев С. А., Гартунг С. В., Шмелев А. Н. Подстанции, сети и освещение промышленных предприятий легкой промышленности. - М.: Гос. науч.-техн. изд-во легкой пром-сти. 1956.
  • 8. Зимин Е. Н. Электрооборудование промышленных предприятий и установок в машиностроении. - М.: Энергия. 1968.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >