Оптимизация нагрузки на трансформатор

С того момента, как начали появляться первые автоматизированные системы проектирования и управления на основе компьютеров стали уделять все больше внимания задачам оптимизации управления системами электроснабжения.

Действующие на данный момент программные системы позволяют нам проверять:

• оптимальность и реальность проектных решений в отдельных энергетических объектах;
• надежность работы в целом функционирующей энергосистемы с помощью решения конкретных технологических задач.

Также программное обеспечение применяется при принятии решений на основании состояния и параметров режима электрической сети для сравнительного анализа разнообразных стратегий проектирования, монтажа, оптимизации и эксплуатации устройства.

Оптимальный коэффициент нагрузки трансформатора – это прежде всего отсутствие колебаний напряжений в первичной и вторичной сети.

К организационным мероприятиям для оптимизации нагрузки относятся:

• совершенствование рабочих напряжений в центрах питания радиальных электрических сетей. Оптимизация проводится в качестве обязательной сертификации электрической энергии, что соответствует ГОСТ 13109-97. Процедура снизит потери электроэнергии благодаря повышению ее качества;
• оптимизация за счет переключений в схеме электрической сети, что обеспечивает экономию. Оптимизация нагрузки производится между подстанциями основной электрической сети 110 кВ и выше;
• повышение эффективности организации ремонтной кампании;
• оптимизация режимов электрических сетей по реактивной и активной мощности;
• проведение анализа изменений в потреблении по результатам контрольных замеров. Благодаря этому появляется возможность выявить возможные нехарактерные режимы работы сетей. В последствии принимаются меры по недопущению таких режимов. Для устранения проблемы требуется установка оборудования компенсации реактивной мощности;
• чрезвычайно эффективный результат произведет отключение линий и трансформаторов, которое производится в режиме малых нагрузок. Это снижает потери холостого хода силовых трансформаторов благодаря отключению одного из устройств в период летних нагрузок;
• проведение снижения расходов электроэнергии на собственные нужды;
• равномерное распределение нагрузки по фазам;
• внедрение модернизированных программных продуктов программного обеспечения;
• оптимизация электросетей с помощью строительства кабельных линий 6-20 кВ. В данном случае производится замена сечений (с меньшего на большее) кабельных и воздушных линий на перегруженных линиях электропередачи. Затем выравнивается нагрузка в трансформаторных подстанциях и электрических сетях 0,38 кВ.

Чтобы найти оптимальную нагрузку трансформатора (S_ОПТ), которая бы отвечала наиболее возможному коэффициенту полезного действия, следует воспользоваться следующей формулой:

где S_НОМ - номинальная мощность трансформатора, кВ·А;

ΔP_Х - потери холостого хода, кВт;

ΔP_К - потери короткого замыкания, кВт.

Взаимосвязь оптимальной нагрузки устройства и его номинальной мощности является оптимальным коэффициентом загрузки трансформатора (k_З):

Используя данные формулы коэффициент загрузки трансформаторов получается в пределах 0,45-0,55. Это происходит из-за того, что трансформаторы выпускаются с соотношением потерь холостого хода и короткого замыкания в диапазоне 3,3-5,0. Чаще всего пользуются максимальными значениями нагрузки. По этим значениям определяется загрузка трансформаторов. Коэффициент загрузки на деле получается значительно ниже оптимального значения. Именно поэтому силовые трансформаторы, которые сейчас находятся в эксплуатации, имеют низкую загрузку и многие из них работают в неоптимальном режиме.

Определить потери мощности можно по формуле:

С помощью формулы, приведенной ниже, можно определить потери электроэнергии в трансформаторе. Потери зависят от времени включения устройства и формы графика электрических нагрузок.

Т_ГОД - это количество часов работы трансформатора в году, ч.

τ - время наибольших потерь. Оно определяется или по фактическому графику нагрузки или через справочное значение количества часов использования максимальной нагрузки, ч.

Минимальные потери энергии в устройстве за год будут в том случае, если потери энергии холостого хода и короткого замыкания будут равны.

Нагрузку силового трансформатора, которая учитывает показатели графика электрической нагрузки (Т_ГОД), и отвечающую минимуму потерь электроэнергии можно рассчитать по этой формуле:

В определенных может оказаться эффективным отключение части трансформаторов, работающих на общую нагрузку (S_Н).

Можно также определить экономически выгодную нагрузку (S_ЭК,ΔP) при работе, когда достигается максимально выгодная загрузка трансформаторов. При преобразовании нагрузки от нуля до S_ЭК,ΔP разумно будет использовать работу одного трансформатора. Работа двух устройств экономически выгодна при нагрузке свыше S_ЭК,Δ.

По приведенной ниже формуле можно рассчитать нагрузку S_ЭК,ΔP. При ней желательно отключать один из трансформаторов Данная нагрузка обусловлена равенством потерь мощности при работе одного и двух трансформаторов.

Обратите внимание, что отключение части трансформаторов по экономическим причинам ни в коем случае не должно отразиться на надежности электроснабжения потребителей. Поэтому отключенные трансформаторы необходимо сопровождать устройствами автоматического ввода резерва. Целесообразно будет автоматизировать операции отключения и включения силовых трансформаторов. Чтобы сократить число оперативных переключений частота вывода устройств в резерв не должна превышать 2-3 раз в сутки. Кроме того, загрузка трансформаторов, определяемая по формуле

Если брать во внимание показатели экономичности надежности, рассматриваемые подходы будут наиболее актуальными для подстанций, которые имеют сезонные колебания нагрузки.

Необходимо отметить также бытующую сейчас тенденцию перехода от стандартных программ оптимизации работы силовых трансформаторов и снижения потерь электрической энергии в сетях к бизнес-процессам управления потерями.

Использование подобных технологий и осуществление на практике перечисленных путей оптимизации работы сетей в перспективе принесут повышение эффективности нормирования потерь электрической энергии.