Экономичные режимы работы тяговых трансформаторов

6.   Экономичные   режимы  работы

тяговых     трансформаторов

Потери мощности и энергии происходят во всех звеньях электрической системы: генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи и др. [6, с.59]

Потери, обусловленные нагревом, называют нагрузочные (или переменными), потери независящие от тока нагрузки относят к потерям холостого хода (или постоянным).

Нагрузочные потери мощности в обмотках трансформаторов могут быть определены по их техническим данным, взятым из каталогов. В каталоге приведена номинальная мощность S_ном  и значения номинальных потерь в меди ∆P_{м ном}, т.е. потерь активной мощности в обмотках трансформатора при его загрузке номинальным током

                                               (6.1.)

Часто величину ∆P_{м ном} называют потерями КЗ и обозначают ∆P_КЗ, подчеркивая, что эта величина определяется в процессе опыта КЗ, когда по обмоткам протекают номинальные токи.

Предположим, что в какой-то момент нагрузка трансформатора равна мощности S (или равна току I). Тогда нагрузочные потери

                   (6.2.)

где  - коэффициент загрузки трансформатора.

С учетом активных потерь в стали ∆P_ст (потери ХХ), которые не зависят от нагрузки, получим общие потери активной мощности в двухобмоточном трансформаторе при данной нагрузке:

,                                      (6.3.)

Потери активной мощности в трехобмоточных трансформаторах можно определить по формуле

,                (6.4.)

где индексы 1,2,3 относятся к соответствующим обмоткам трансформатора.

Потери электроэнергии в двухобмоточном трансформаторе, работающем круглый год, определяются по формуле

,                         (6.5.)

где τ – время максимальных потерь.

                                    ,

где Т_и – расчетное время, берут из справочников.

На электрифицицированных железных дорогах в зависимости от годового потребления электроэнергии конкретным участком принимают следующие значения (табл.6.1.)

Таблица 6.1.

Wa, лн.кВт*ч	до 25	40	55	75	100	120 и более
Ти, ч	4500	5000	5250	5500	5750	6000

Если на подстанции установлено два одинаковых трансформатора номинальной мощностью S_ном каждый, а суммарная максимальная нагрузка подстанции S_max, то

,  +

      или                    ,                       (6.6.)

          В скобках стоит отношение суммарной нагрузки подстанции (т.е. нагрузки обоих трансформаторов) к номинальной мощности одного трансформатора.

          Нагрузочные потери и потери холостого хода в трансформаторах сопоставимы между собой. При полной загрузке или их перегрузке нагрузочные потери больше потерь холостого хода, и наоборот, в режимах недогрузки потери холостого хода превышают потери в обмотках трансформатора. В последнем случае имеет смысл отключать один из трансформаторов.

          Отключение одного из трансформаторов является одним из методов экономии электроэнергии.

          Необходимо определить при какой граничной нагрузке S_гр < S_ном целесообразно оставлять в работе один трансформатор.

          Выполним расчет потерь электроэнергии при работе одного и двух трансформаторов при различных нагрузках по формулам (6.7.) и (6.8.) соответственно

                                     (6.7.)

                                   (6.8.)

          Данные для расчета выбираем из справочника [19,с219] для трансформатора ТДН-40000/110

          Номинальная мощность         -         40 МВ*А

          Потери ХХ                              -         34 кВт

          Потери КЗ                                -         170 кВт

          U_КЗ                                                   -         10,5%

          I_ХХ                                            -         0,55%

Расчет выполним для коэффициента загрузки равного 0; 0.2; 0,4; 0,6; 0,8; 1

= 34+170*0² = 34 кВт

 2*34 + ½*170*0² = 68 кВт

Результаты расчетов сведем в таблицу 6.2.

Таблица 6.2.

β	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1
∆PIтр,кВт	34	40,8	61,2	95,2	142,8	204
∆PIIтр,кВт	68	71,4	81,6	98,6	122,4	153

По результатам расчетов построим графики зависимости потерь мощности от коэффициента загрузки (рис.6.1.)

Для определения граничной мощности S_гр или граничного коэффициента загрузки

                                                   (6.9.)

Необходимо:

1. при одной и той же неизвестной мощности S_гр записать потери по формуле (6.3.) сначала для одного трансформатора, а затем для двух по формуле (6.6.)

2. Приравнять правые части полученных выражений и найти мощность S_гр.

                       (6.10.)

=                                         (6.11.)

          Таким образом, гарантированной границей работы одного трансформатора по критерию минимума потерь являются 63% номинальной мощности трансформатора.

          Из проведенных выше расчетов видно, что при нагрузках менее 60% номинальной мощности трансформатора экономически эффективно отключение одного из трансформаторов. Такой режим работы трансформаторов позволяет предприятию снизить годовые расходы за пользование электроэнергией.