Распределение отходящих линий между секциями шин вторичного напряжения

Оптимизация режима работы трансформаторных подстанций должна начинается на стадии проек­тирования подстанции. Задачей оптимиза­ции является, распределение отходящих линий вто­ричного напряжения между секциями шин по крите­рию минимума суммарного технологического расхода электрической энергии в обмотках трансформато­ров и питающих их линиях высшего напряжения. Записав целевую функцию в виде годового техно­логического расхода электрической энергии, возможно нахождение условия оптимального распределения нагрузки между секциями трансфор­маторных подстанций.

При составлении уравнений целевой функции учитывают схему включения трансформаторов на сто­роне высшего напряжения (ВН). Учет включения трансформаторов на стороне ВН важен по следующим соображениям. При параллельном включении распре­деление нагрузок между трансформаторами будет влиять только на величину технологического расхода энергии в трансформаторах, а величина технологиче­ского расхода энергии в линиях, питающих данную подстанцию, будет определяться "естественным" потокораспределением мощности в сети. При раздель­ном включении, когда линия и трансформатор рабо­тают в блоке, распределение нагрузок между транс­форматорами будет определять потокораспределение в питающих линиях и влиять на величину техноло­гического расхода энергии в блоке питающая линия – трансформатор

Условие оптимального распределения нагрузок между секциями подстанции с двухобмоточными транс­форматорами рассмотрим на примере двухтрансформаторной подстанции с раздельным включением транс­форматоров. Суммарный годовой технологический рас­ход энергии, кВт • ч, в двух блоках линия – трансформатор равен:

                                (5.11)

 – потери х. х. в трансформаторах, кВт; ,  – максимальные мощности суммар­ных нагрузок трансформаторов, кВ • A; t₁, t₂ – вре­мя работы трансформаторов в течение года, ч; , – время максимальных потерь в трансформаторах, зависящее от соотношения максимальных мощностей и времени максимальных нагрузок линий, питающих­ся от первого и второго трансформаторов, ч; U – номинальное напряжение сети ВН, кВ; R_l, R₂ – актив­ные сопротивления первого и второго трансформато­ров, Ом; r_l и r₂ – эквивалентные активные сопротив­ления линий, питающих первый и второй трансформа­торы, Ом.

Максимальная и средняя квадратичная мощности связаны соотношением:

S = S_max√¯τ/√¯8760                                                              (5.12)

Соотношение (5.11) с учетом выражения (5.12) можно представить:

                                (5.13)                                               

 Продифференцировав выражение (5.13) по S₁(S₁ + S₂ = S_Σ),

 получим условие минимума годового технологического расхода энергии

                                                               (5.14)

Предположим, к подстанции присоединено n ли­ний вторичного напряжения, из которых n питается от первого трансформатора, а m – от второго (n + m = h). Для каждой линии известны значения мак­симальной нагрузки и времени максимальных потерь. Средняя квадратичная нагрузка трансформаторов:

                                             (515)

                                             (5.16)

Подставив выражения (5.15), (5.16) в соотношение (5.14), получим условие минимума технологического расхода энергии:

Так как значение величины  для различных вариантов распределения линии из­меняется дискретно, то условием оптимального рас­пределения линий будет являться минимум отклонения этой величины от значения при оптимальном распреде­лении.

5.3 Оптимизация режима работы подстанции

Оптимальный режим подстанций с трансформатора­ми одинаковой мощности.

Подстанции с двумя транс­форматорами одинаковой мощности представляют собой наиболее распространенный вариант многотранс­форматорных подстанций. Если работает n трансформаторов, то переходить на (n+1)-ый включенный трансформатор необходимо в том случае, если фактическая нагрузка превысит "критическое" значение . Для двухтрансформаторной подстанции можно по­лучить два вида одной и той же формулы. Если ра­ботает один трансформатор, то принимая, что n=1, второй следует включать при превышении нагрузки. Если работают два трансформатора, то принимая n=2, найдем, что второй трансформатор надо нагрузить ниже . Нетрудно заметить, что получаем в обоих случаях одно и то же значение критической нагрузки.

Отношение критической нагрузки к номинальной а = S_к/S_н для трансформаторной подстанции с транс­форматорами одинаковой мощности в значительной степени зависит от экономического эквивалента реак­тивной мощности. Отсюда вытекает, что на величину отношения а должно оказывать значительное влияние соотношение между потерями реактивной и актив­ной мощности при номинальной нагрузке, а также со­отношение между переменными и постоянными поте­рями в трансформаторе. Так, для трансформаторов с первичным напряжением 110 кВ, напряжение КЗ со­ставляет 10,5, а для трансформаторов с первичным напряжением 0,38 кВ – 4,5...5,5 %. Токи х.х. состав­ляют в первом случае 0,7...0,9, а во втором – 3,2– 2,0 %. Следовательно, для трансформаторов РТП отношение а будет 12... 15, а для потребительских трансформаторов всего 1,5...3.

Оптимальный режим подстанций с трансформато­рами различной мощности.Статистические данные по­казывают, что в системах электроснабжения около трети двухтрансформаторных подстанций с пер­вичным напряжением 110 и 35 кВ имеют трансформа­торы различной мощности. В основном эти трансформаторы соседних по шкале стандарта мощностей. Так как для силовых трансформаторов шкала стандарта построена с коэффици­ентом 1,6, то с некоторым приближением можно при­нять, что номинальная мощность трансформатора боль­шей мощности составляет 160 % номинальной мощ­ности трансформатора меньшей мощности, т. е. S_H.o = = 1,65_н.м. Это соотношение будет использовано ни­же. При двух трансформаторах различной мощ­ности необходимо определить значения критической нагрузки: первое будет определять условие перехода с трансформатора меньшей мощности на транс­форматор большей мощности, а второе – усло­вие перехода с трансформатора большей мощности на два параллельно включенных трансформатора (при возрастании нагрузки). Используя общий вид выра­жения для критической нагрузки, легко получить выражения для указанных двух значений критиче­ской нагрузки:

Здесь , которое приближенно можно принимать равным 1,6.

Так же как для трансформаторов одинаковой мощ­ности, при определении критической нагрузки необ­ходимо учитывать потери реактивной мощности, при­водя их к потерям активной мощности с помощью эко­номического эквивалента реактивной нагрузки , кВт/кВАр. Для некоторых сочетаний мощностей трансформа­торов величина критической нагрузки  намного больше (или меньше), чем для других сочетаний мощ­ностей (например, для трансформаторов 160– 250кВА –  10/0,4 кВ, 40 000– 60 000 кВА – 110/10 кВ, 25 000– 40 000 кВА – 35/10 кВ). Это объясняется тем, что величины потерь х. х. и к.з. трансформаторов этих сочетаний отличаются друг от друга больше (или меньше), нежели трансформаторов других сочетаний.

Имея в виду пологий характер зависимости потерь мощности в трансформаторах от нагрузки в окрест­ностях оптимального режима работы подстанции, можно рекомендовать для рассматриваемого вида под­станций переходить с трансформатора меньшей на тран­сформатор большей мощности при достижении нагруз­кой 42 % мощности работающего трансформатора (при возрастании нагрузки). При снижении нагрузки эта величина будет соответствовать 37 %. Если работает трансформатор большей мощности, то при возраста­нии нагрузки включать второй трансформатор сле­дует при достижении нагрузкой величины, равной 56 %. При снижении нагрузки эта величина, будет соответ­ствовать 39% суммарной мощности двух работающих трансформаторов.

ЛЕКЦИЯ 6 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ПОДСТАНЦИЙ

С ТРЕХОБМОТОЧНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ