Определение оптимального количества включенных в работу трансформаторов на трехтрансформаторной подстанции по критерию минимума потерь активной мощности

Министерство образования

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Эксплуатация систем электроснабжения промышленных предприятий

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Студент:   БЛАГОДАРОВ ВИТАЛИЙ ЛЕОНИДОВИЧ

Шифр:       81-1116

Курс:         6

Факультет:           энергетический

Специальность:   (1004) электроснабжение промышленных предприятий

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2001
ЗАДАЧА 1

Определить   оптимальное   количество   включенных   в  работу трансформаторов на трехтрансформаторной подстанции по критерию минимума потерь активной мощности в трансформаторах при трехсменной работе промышленного предприятия.

Рассчитать экономию электроэнергии за сутки как разность потерь электроэнергии при включенных в работу трех трансформаторах и оптимальном количестве включенных в работу трансформаторов за каждую смену.

Суточный (трехсменный) график работы предприятия приведен на рис. 1, входные данные для решения задачи:

S_т.ном.=16 МВА                         tg j_1см=0.35                         

DР_х=20 кВт                                             tg j_2см=0.5

DР_к=85 кВт                                             tg j_3см=0.6                           

Р_1см=27 МВт

В предлагаемой задаче, в качестве критерия оптимальности принят минимум потерь активной мощности в трансформаторах. Поэтому целесообразно выразить эти потери в общем виде. Потери мощности в одном трансформаторе при протекании по нему нагрузки S составляют:

         (1)

где:  S_т.ном – номинальная мощность трансформатора.

Нагрузка S для каждой смены определяется по общему выражению:

                (2)

   где: Р, Q – активная и реактивная нагрузки засмену;

         tg ф - коэффициент мощности за смену.

Потери мощности при количестве n работающих трансформаторахнаобщую нагрузку S составляют:

       (3)

Приравняв между собой потери мощности в (n–1) и n трансформаторах, из выражения (3) получим граничную мощность:

            (4)

Следовательно, если текущая мощность графика нагрузкиS < S _(n–l),n, то минимальные потери мощности будут при (n–1) работающих трансформаторах. Если S > S_(n-l),n , то минимальные потери мощности будут при n работающих трансформаторах.

В решаемой задаче по выражению (4) находятся граничные мощности S_1,2  и S_2,3. Далее эти мощности сравниваются с мощностями S графика нагрузки за каждую смену. По результатам этого сравнения делается вывод об оптимальном количестве включенных трансформаторов в каждую смену.

P₂=P₁*0.65=27*0.65=17.55 МВт

P₃=P₁*0.25=27*0.25=6.75   МВт

1 смена: минимальные потери при 3 ^–х работающих трансформаторах;

2 смена: минимальные потери при 3 ^–х работающих трансформаторах;

3 смена: минимальные потери при 1 ^–ом работающем трансформаторе.

Экономия электроэнергии за сутки рассчитывается по выражению:

      (5)

где:  DP_i(n=3) – потери мощности при 3-х включенных в работу трансформаторах в каждую i-ую смену;

    DP_{i min}  – потери мощности при оптимальном количестве включенных в работу трансформаторов в каждую i-ю смену.

Значения DP_i(n=3)  и DP_{i min}   рассчитываются для каждой смены по выражениям (1) или (3).

ЗАДАЧА 2

Определить допустимость систематической перегрузки трансформатора для суточного двухступенчатого графика нагрузки, приведенного на рис. 2. Предварительная нагрузка К1, перегрузка К2, время перегрузки h.

Рассчитать относительный износ изоляции трансформатора за время перегрузки.

Исходные данные для решения задачи:

               К1=0.6 о.е.

               К2=1.4 о.е.

               h=12 ч

климатические условия – лето;

               Т=2.5 ч

               х=0.9

               q_охл=11 ºС (Мурманск, лето)

               у=1.6

               J_м.ном=55 ºС

               J_{ннт.м.ном}=25 ºС

При решении задачи используем положения, содержащиеся в ГОСТ 14209-85  "Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки".

На рис. 2 показан двухступенчатый график нагрузки трансформатора, где –начальная нагрузка, предшествующая перегрузке, а – перегрузка, следующая за начальной нагрузкой . Длительность перегрузки в часах составляет величину h=12 ч.

Перегрузка трансформатора сопровождается повышением температуры обмоток и масла, что приводит к повышенному износу изоляции   и, следовательно, к сокращению срока службы трансформатора. ГОСТ 14209-85 устанавливает для систематических перегрузок трансформатора максимально допустимые температуры наиболее нагретой точки обмотки Q_{ннт.доп}=140 °С и масла в верхних слоях Q_м.доп=95 °С.

Проверка трансформатора на допустимость систематической перегрузки сводится к вычислению температуры наиболее нагретойточки и температуры масла в конце интервала времени h и сравнению полученных расчетных значении с максимально допустимыми.

Вычисление указанных температур в переходном от нагрузки К1 к нагрузке К2 тепловом режиме длительностью h осуществляетсяповыражениям:

J_{м к1}=J_{м ном}                              (6)

где: J_{м к1}–превышение температуры масла над температурой охлаждающего воздухаQ_охл при нагрузке К1; x = 0.9;

J_{м К2}=J_{м ном}               (7)

где: J_{м К2}– превышение температуры масла над температурой охлаждающего воздуха Q_охл  нагрузке К2;

J_{м h}=J_{м К1}+(J_{м К2}–J_{м К1}) (8)

где: J_{м h} – превышение температуры масла над температурой охлаждающего воздуха Q_охл  к концу интервала перегрузки h;

Q_{м h}= Q_охл+J_{м h}=11+92.76=103.76 °С                  (9)

где: Q_{м h} – температура масла к концу интервала перегрузки h.

Q_охл= 11°С

J_{ннт м К2} =J_{ннт.м.ном} +К2 ^у =25*1.4^1.6 = 42.83 °С                       (10)

где: J_{ннт м К2} – превышение температуры наиболее нагретой точки над температурой масла при нагрузке К2; у=1.6;