Установка выключателей нагрузки 10 кВ перед вводами силовых трансформаторов

Мероприятие рекомендовано для внедрения на промышленных предприятиях, имеющих собственное электросетевое хозяйство.

Аннотация

Значительная часть потерь электроэнергии в сетях приходится на потери электроэнергии в силовых трансформаторах, причем основная доля приходится на потери холостого хода силовых трансформаторов. Чем ниже трансформатор загружен, тем больше в нем относительные потери холостого хода электроэнергии. Для снижения данных потерь необходимо отключать часть малозагруженных трансформаторов, увеличивая тем самым загрузку трансформаторов оставшихся в работе и тем самым повышая их коэффициент полезного действия.

Предлагаемое техническое решение

Для обеспечения возможности отключения силовых трансформаторов предлагается установить перед их вводом 10 кВ выключатели нагрузки, предназначенные для включения и отключения под нагрузкой участков цепей переменного трехфазного тока частотой 50–60 Гц, номинальным напряжением 6, 10 кВ, а также заземления отключенных участков при помощи заземлителей. Выключатели нагрузки установить в ячейки КСО (Рисунок 1).

Это позволит отключать силовые трансформаторы, не отключая питающие их кабельные линии.

Рисунок 1 – Выключатель нагрузки и камера КСО

Технический расчёт

Потери электроэнергии в трансформаторах определяются методом приведенных потерь.

Потери электроэнергии в трансформаторах до внедрения выключателей нагрузки, тыс. кВт×ч

где   − приведенные потери мощности холостого хода, кВт;

 − приведенные потери мощности короткого замыкания, кВт;
 − коэффициент загрузки трансформатора по схеме до внедрения выключателей;
  − время работы трансформатора по схеме до внедрения выключателей.

;

где  − потери мощности холостого хода, кВт;

  − потери мощности короткого замыкания, кВт;

 − номинальная мощность трансформатора, кВ×А;
 − коэффициент изменения потерь, зависящий от передачи реактивной мощности, для понижающих трансформаторов 6–10/0,4 кВ;
 − ток холостого хода, %;
 − напряжение короткого замыкания, %.

При расчете потерь после введения в эксплуатацию выключателей нагрузки принимается отключение на летний период нескольких трансформаторов с переводом их нагрузок на трансформаторы, оставшиеся в работе.

Потери электроэнергии при сезонном отключении части трансформаторов, тыс. кВт∙ч

где  − время работы трансформатора по схеме после внедрения выключателей.

Потери, связанные с тем, что другая часть трансформаторов вынуждена в этом времени работать с более высокой загрузкой, тыс. кВт×ч

где  − коэффициент загрузки трансформатора по схеме после внедрения выключателей.

Таким образом, экономия электроэнергии после внедрения мероприятия составит

В денежном выражении экономия от данного мероприятия составит, тыс. руб./год.

где   – стоимость 1 кВт×ч электроэнергии, руб/кВт×ч;

Выводы

Внедрение данного мероприятия позволяет снизить потери электроэнергии в сети предприятия. Кроме того снизятся эксплуатационные затраты на обслуживание и ремонт трансформаторов

Практическое применение

Подобное мероприятие было предложено к реализации для научно-исследовательского института (потребление энергоресурсов за 2010 год составило  3300 т.у.т. в том числе электрической энергии  5750 МВт).

Анализ режимов работы трансформаторного оборудования на площадке предприятия показал, что трансформаторы малозагружены, работают в режиме близком к холостому ходу, что приводит к увеличению относительных потерь при передаче электроэнергии. Для увеличения загрузки трансформаторов возможно часть трансформаторов на летний период времени отключить, а нагрузки перевести на трансформаторы, оставшиеся в работе. Категория потребителей по надежности электроснабжения позволяет отключить часть трансформаторов.

Произведем расчет для ТП-1. В ТП-1 установлено два трансформатора марки ТМ-1000/10 от каждого запитано по одной секции 0,4 кВ секционированных между собой разъединителями.

Трансформаторы Т1 и Т2 запитаны от 2 секции шин и работают параллельно. Коэффициенты загрузки трансформаторов в зимний период

=0,312

, в летний период:

=0,21.

Паспортные данные трансформаторов ТМ – 1000/10 сведены в Таблицу 1.

Для обеспечения возможности отключения силовых трансформаторов предлагается установить перед их вводом 10 кВ выключатели нагрузки. Выключатели нагрузки установить в ячейки КСО.

Это позволит отключать силовые трансформаторы, не отключая питающие их кабельные линии.

Таблица 1 – Паспортные данные трансформаторов марки ТМ – 1000/10

№ п.п.	Тип трансформатора	Sн, кВА	∆Рхх, кВт	∆Pкз, кВт	Uкз, %	Iхх, %
1	ТМ-1000/10	1000	1,9	11,6	5,5	1,7

Капитальные затраты на реализацию данного мероприятия составят, K = 130 тыс.руб.

Произведем расчет потерь электроэнергии в трансформаторе методом приведенных потерь.

Определим реактивные потери мощности холостого хода в трансформаторе

Рассчитаем реактивные потери мощности короткого замыкания в трансформаторе

Приведенные потери мощности холостого хода для трансформатора будут равны

Определим приведенные потери мощности короткого замыкания для трансформатора

Приведенные потери активной мощности в трансформаторах составят

Рассчитаем годовое потребление электроэнергии для трансформаторов

Результаты расчета до и после установки выключателей нагрузки приведены ниже в Таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчета потерь до установки выключателей нагрузки

Место установки	Тип трансформатора	Wa, кВт·ч	∆P'xx, кВт	∆P'кз, кВт	∆P, кВт	Время Работы, ч	Суммарные потери, тыс. кВт·ч
ТП-1 Т1	ТМ-1000/10	549790	5,25	17,10	5,38	8 760	46,12
ТП-1 Т2	ТМ-1000/10	186478	5,25	17,10	5,38	8 760	46,12
Всего							92,24

Потери электроэнергии в трансформаторе ТМ – 1000/10 при сезонном отключении части трансформаторов

Потери, связанные с тем, что другая часть трансформаторов вынуждена в этом времени работать с более высокой загрузкой

Таблица 3 – Результаты расчета потерь электроэнергии после модернизации

Место установки	Тип трансформатора	Wa, кВт·ч	∆P'xx, кВт	∆P'ес, кВт	∆P'о, кВт	Время рабо-ты, ч	Суммарные потери, тыс. кВт·ч
ТП-1 Т1	ТМ-1000/10	634210	5,25	17,10	5,42	8760	51,08
ТП-1 Т2	ТМ-1000/10	102058	5,25	17,10	5,26	5088	26,79
Всего							77,87

Объем экономии электрической энергии в год

Снижение затрат на приобретение электроэнергии в год при тарифе Ц= 3,80 руб/кВт∙ч

На данном предприятии при указанных условиях - мероприятие окупается за