Subestações transformadoras em sistemas de fornecimento de energia

Áreas de aplicação de subestações de um e dois transformadores

Como regra, são usados ​​​​sistemas de fornecimento de energia de subestações de um e dois transformadores... O uso de três subestações de transformadores causa custos de capital adicionais e aumenta os custos operacionais anuais. Três subestações transformadoras raramente são usadas como solução forçada durante a reconstrução, expansão de uma subestação, com um sistema de alimentação separado para cargas elétricas e de iluminação, ao fornecer cargas fortemente alternadas.

As subestações transformadoras com um transformador 6-10 / 0,4 kV são utilizadas no fornecimento de cargas que permitem a interrupção do fornecimento de energia por um período não superior a 1 dia, necessário para o reparo ou substituição de um elemento danificado (fornecimento de consumidores de energia de categoria III), bem como para alimentação de consumidores de energia de categoria II, desde que reduzido o fornecimento de energia por pontes de tensão secundária ou na presença de reserva de estoque de transformadores.

As subestações transformadoras com um transformador também são úteis no sentido de que, se a operação da empresa for acompanhada por períodos de baixa carga, é possível, devido à presença de jumpers entre as subestações transformadoras, desligar parte do transformador de tensão secundário, portanto criando um modo economicamente conveniente de operação de transformadores.

O modo econômico de operação dos transformadores é entendido como aquele que garante perdas mínimas de potência nos transformadores. Nesse caso, o problema de escolher o número ideal de transformadores de trabalho é resolvido.

Tais subestações transformadoras podem ser econômicas em termos de convergência máxima da tensão de 6-10 kV para os consumidores de energia, reduzindo o comprimento das redes para 1 kV devido à descentralização da transformação de energia elétrica. Nesse caso, o problema é resolvido em favor do uso de dois transformadores simples em vez de uma subestação de dois transformadores.

Subestações transformadoras com dois transformadores são utilizadas com predominância de consumidores elétricos das categorias I e II. Nesse caso, a potência dos transformadores é selecionada de forma que, quando um deles deixar de funcionar, o outro transformador com sobrecarga permitida leve a carga de todos os consumidores (nessa situação, é possível desligar temporariamente os consumidores elétricos da categoria III). Tais subestações também são desejáveis, independentemente da categoria de usuários, na presença de uma programação de carga diária ou anual irregular.Nesses casos, é vantajoso alterar a potência conectada dos transformadores, por exemplo, na presença de cargas sazonais, um ou dois turnos operam com uma carga de turno significativamente diferente.

Fonte de energia um assentamento, um bairro de uma cidade, uma oficina, um grupo de oficinas ou um empreendimento inteiro pode ser atendido por uma ou mais subestações transformadoras. A possibilidade de construção de subestações de um ou dois transformadores é determinada a partir da comparação técnica e econômica de várias opções para o sistema de fornecimento de energia... O critério de escolha de uma opção é o mínimo de custos reduzidos para a construção do sistema de alimentação. As opções comparadas devem garantir o nível necessário de confiabilidade da fonte de alimentação.

Nos sistemas de fornecimento de energia de empresas industriais, as seguintes capacidades unitárias de transformadores são mais usadas: 630, 1000, 1600 kV × A, nas redes elétricas das cidades - 400, 630 kV × A. A prática de design e operação mostrou o necessidade de utilizar o mesmo tipo de transformadores com a mesma potência, pois sua diversidade gera transtornos na manutenção e acarreta custos adicionais de reparo.

Seleção de potência de transformadores em subestações transformadoras

Em geral, a escolha dos transformadores de potência é feita com base nos seguintes dados básicos de entrada: a carga estimada da instalação de fornecimento de energia, a duração da carga máxima, a taxa de aumento das cargas, o custo da eletricidade, o capacidade de carga dos transformadores e sua carga econômica.

O principal critério para escolher a potência unitária dos transformadoressubstação elétrica é, como na seleção do número de transformadores, um mínimo de redução de custos obtido com base na comparação técnica e econômica das opções.

Aproximadamente, a seleção da potência unitária dos transformadores pode ser feita de acordo com a densidade de carga de projeto específica (kV × A / m2) e a carga total de projeto do local (kV × A).

Com densidade de carga específica de até 0,2 kV × A / m2 e carga total de até 3000 kV × A, recomenda-se a utilização de 400 transformadores; 630; 1000 kVA com tensão secundária 0,4 / 0,23 kV. Em densidade específica e carga total acima dos valores especificados, os transformadores com capacidade de 1600 e 2500 kVA são mais econômicos.

No entanto, estas recomendações não são suficientemente fundamentadas devido à rápida evolução dos preços dos equipamentos elétricos e em particular dos TP.

Na prática de projeto, os transformadores de subestações transformadoras são frequentemente selecionados de acordo com a carga de projeto da instalação e os coeficientes recomendados da carga econômica dos transformadores Kze = СР / Сн.т., de acordo com os dados da tabela.

Fatores de carga recomendados de transformadores para oficina TP

Fator de carga do transformador Tipo de subestação transformadora e natureza da carga 0,65 ... 0,7 Dois subestações transformadoras com carga predominante da categoria I 0,7 ... 0,8 Subestações transformadoras simples com carga predominante da categoria II na presença de redundância mútua em jumpers com outras subestações em tensão secundária 0,9 … 0,95 subestações transformadoras com carga de categoria III ou com carga predominante de categoria II com possibilidade de utilização de reserva de estoque de transformadores

Ao escolher a potência dos transformadores, é importante considerar adequadamente sua capacidade de carga.

Sob a capacidade de carga do transformador, o conjunto de cargas admissíveis, sobrecargas sistemáticas e de emergência é compreendido a partir do cálculo do desgaste térmico da isolação do transformador. Se você não levar em consideração a capacidade de carga dos transformadores, poderá superestimar injustificadamente sua potência nominal ao escolher, o que é economicamente impraticável.

Na maioria das subestações, a carga nos transformadores varia e fica muito tempo abaixo da nominal. Uma parte significativa dos transformadores é selecionada levando em consideração o modo pós-emergência e, portanto, eles geralmente permanecem subcarregados por um longo tempo. Além disso, os transformadores de potência são projetados para funcionar em uma temperatura ambiente admissível de + 40 ° C. Na verdade, eles funcionam em condições normais em temperaturas ambientes de até 20 ... 30 ° C. Portanto, um transformador de potência em um determinado momento pode ser sobrecarregado, levando em consideração as circunstâncias discutidas acima, sem prejudicar a vida útil estabelecida (20 ... 25 anos).

Com base em estudos de diferentes modos de operação de transformadores, foi desenvolvido o GOST 14209-85, que regula cargas sistemáticas permissíveis e sobrecargas de emergência de transformadores a óleo de uso geral com capacidade de até 100 mV × A, incluindo tipos de resfriamento M, D , DC e C , levando em consideração a temperatura do meio.

Para determinar cargas sistemáticas e sobrecargas de emergência de acordo com GOST 14209-85, também é necessário conhecer a carga inicial anterior à sobrecarga e a duração da sobrecarga. Esses dados são determinados a partir da curva de carga inicial real (potência ou corrente aparente) convertida em equivalente térmico em uma curva retangular de dois ou vários estágios.

Devido à necessidade de se ter uma curva de carga original real, pode-se realizar um cálculo de cargas e sobrecargas admissíveis de acordo com as subestações existentes para verificar a admissibilidade do cronograma de carga existente, bem como determinar as possíveis opções de cronogramas diários com valores máximos dos fatores de carga no momento anterior ao modo sobrecarga e no modo sobrecarga.

Nas etapas de projeto da subestação, curvas de carga típicas podem ser usadas ou, de acordo com as recomendações também propostas no GOST 14209-85, selecionar a potência do transformador de acordo com as condições de sobrecarga de emergência.

Então, para subestações onde a sobrecarga de emergência dos transformadores é possível (dois transformadores, um transformador com conexões de backup no lado secundário), se a carga calculada do local Sp e o coeficiente de sobrecarga de emergência admissível Kz.av forem conhecidos, o potência nominal do transformador é determinada como

Universidade de Ciências Aplicadas = Sp / Kz.av

Também deve ser observado que carregar o transformador além de sua potência nominal só é permitido quando o sistema de resfriamento do transformador estiver em boas condições de funcionamento e totalmente acionado.

Quanto aos gráficos típicos, eles são atualmente projetados para um número limitado de nós de carga.

Como a escolha do número e da potência dos transformadores, principalmente das subestações consumidoras 6-10 / 0,4-0,23 kV, muitas vezes é determinada principalmente por um fator econômico, é essencial levar em consideração a compensação de potência reativa em redes elétricas do do utilizador.

Compensando a potência reativa em redes até 1 kV, é possível reduzir o número de subestações transformadoras de 10/0,4, sua potência nominal. Isso é especialmente importante para usuários industriais, em redes de até 1 kV, que precisam compensar valores significativos de cargas reativas. A metodologia existente para o projeto de compensação de potência reativa em redes elétricas de empreendimentos industriais e implica a seleção da capacidade dos dispositivos de compensação com a seleção simultânea do número de transformadores da subestação e sua capacidade.

Assim, levando em consideração o exposto, a complexidade dos cálculos econômicos diretos, tendo em vista os indicadores em rápida mudança dos custos de construção de subestações e custos de eletricidade, no projeto de novas e reconstruções de subestações de consumo existentes 6-10 / 0, 4 -0,23 kV, a seleção de potência do transformador de potência pode ser feita da seguinte forma:

— em redes industriais:

a) selecionar a potência unitária dos transformadores de acordo com as recomendações para a densidade específica da carga de projeto e a carga total de projeto da instalação;

b) o número de transformadores da subestação e sua potência nominal devem ser selecionados de acordo com as diretrizes de projeto compensação de potência reativa em redes elétricas de empreendimentos industriais;

c) a seleção da potência dos transformadores deve ser realizada levando em consideração os fatores de carga recomendados e as sobrecargas de emergência admissíveis dos transformadores;

d) na presença de esquemas de carga típicos, a seleção deve ser feita de acordo com GOST 14209-85, levando em consideração a compensação de potência reativa em redes de até 1 kV;

— nas redes elétricas urbanas:

a) com curvas de carga típicas disponíveis da subestação, a escolha da potência do transformador deve ser feita de acordo com GOST 14209-85;

b) conhecendo o tipo de carga da subestação, na ausência de seus horários típicos, é aconselhável fazer a escolha de acordo com as instruções metodológicas.

Um exemplo. A seleção do número e capacidade de transformadores de subestações transformadoras de oficina de acordo com os seguintes dados iniciais: Пр = 250 kW, Qp = 270 kvar; categoria de receptores elétricos da oficina de acordo com o grau de confiabilidade da fonte de alimentação — 3.

Responder. Capacidade total de design da oficina.

De poder de design (377 kV × A), o nível necessário de confiabilidade da fonte de alimentação (categoria 3 de consumidores de eletricidade) pode ser considerado uma subestação de transporte único com uma potência de transformador Snt = 400 kV × A.

O fator de carga do transformador será

que atenda aos requisitos relevantes.