Определение потерь мощности и электроэнергии в силовых трансформаторах

Потери электроэнергии в трансформаторах - важнейший показатель экономичности их работы, индикатор состояния системы учета электроэнергии. Он показывает о проблемах, которые требуют решений в развитии, реконструкции и техническом перевооружении электрически соединены, что обусловливает передачу мощности не только электромагнитным, но и электрическим путем.

Автотрансформаторы широко применяют в сетях напряжением 150 кВ и выше благодаря их меньшей стоимости и меньшим суммарным потерям активной мощности в обмотках по сравнению с трансформаторами той же мощности. Исходными данными для расчета потерь электрической энергии в силовых трансформаторах являются: тип трансформаторов; мощность; номинальный ток, потери холостого хода и короткого замыкания (по паспортным данным); сведения об отключении трансформаторов в течение расчетного периода; средний максимальный рабочий ток трансформатора, взятый из суточных графиков нагрузки в период контрольных замеров:

количество активной энергии, поступившей в силовые трансформаторы, Wтр, количество активной энергии, поступившей в абонентские трансформаторы Wтр.а (кВт∙ч) за расчетный период.

Годовые потери электроэнергии в силовом трансформаторе определяются: где t - число часов работы трансформатора за расчетный период; τ - время максимальных потерь (условное время, в течение которого потери в активном сопротивлении элемента сети при постоянной максимальной нагрузке были бы равны потерям энергии в том же элементе запреобразования электроэнергии одного напряжения в другое, связи между отдельными элементами электрической сети, регулирования напряжения и перетоков мощности. Они представляют собой статическое электромагнитное устройство, имеющее две и более индуктивно связанных обмотки. По назначению трансформаторы делятся на повышающие и понижающие, по числу обмоток — на 2-х, 3-х и с расщепленными обмотками. Автотрансформатор отличается от силового трансформатора тем, что две его обмотки

расчетный период времени при действительном графике нагрузки), ч; ΔРх.х.i, ΔРк.з.i - потери мощности холостого хода и короткого замыкания, кВт; Kз - коэффициент загрузки трансформатора в период годового максимума, определяемый как где Iнi - номинальный ток i-го трансформатора, А; Iср.макс - средний максимальный ток по суточным графикам в период контрольных замеров. Приближенно величину τ определяют по следующей формуле:

Другим условием является установление рационального режима работы включенных трансформаторов, что обеспечивается установлением оптимального коэффициента загрузки. Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием электроэнергетических систем. Они служат для

где Т- число часов использования максимальной нагрузки, ч. Число часов использования максимальной нагрузки Т определяется по формуле: где Uтр.н. - номинальное линейное напряжение трансформатора на низкой стороне. На основании расчетных величин Т и τ можно построить график зависимости τ = ƒ(Т) . Годовые потери электроэнергии во всех трансформаторах определяются: где n - число трансформаторов в электрической сети. Относительная величина потерь электроэнергии в силовых трансформаторах: где Wтр - количество электроэнергии поступившей в силовые трансформаторы, кВт∙ч: трансформаторов, совершенствовании методов и средств их эксплуатации. Потери в трансформаторах определяются числом часов их работы, поэтому одним из условий, обеспечивающих экономию электроэнергии в трансформаторах, является отключение их при малых загрузках. Это возможно осуществить, если в ночное время питать электроустановки, предназначенные для ремонтных работ, дежурного освещения и пр., от одного трансформатора.

В системах электроснабжения нередко прибегают к установке трехобмоточных тр-ров для обеспечения питания потребителей на разных напряжениях. Целесообразность их установки объясняется экономическими затратами, которые складываются из общих капиталовложений и стоимости годовых эксплуатационных расходов Cэ, в kt входят потери электроэнергии. Расчет потерь электроэнергии осложняется тем, что в справочных материалах потери мощ­ности в трехобмоточных трансформаторах даны суммарно при условии 100 %-ной загрузки всех трех обмоток (высшего, среднего и низ­шего напряжений). В действительных условиях загрузка обмоток трансфор­матора не имеет такого соотношения. Например, когда нагрузка обмоток высшего напряжения равна 100 %, сумма нагрузок обмоток среднего и низшего напряжений должна быть равна тоже 100 % . Таким образом, вследствие того, что до настоящего времени в каталожных данных потери в металле обмоток трехобмоточных трансформаторов приво­дятся для одновременной загрузки на 100 % каждой обмотки, расчетные потери для трехобмоточных трансформаторов получаются не соответствующими дей­ствительным с ошибкой в сторону превышения. Вследствие этого могут получаться ошибочные решения, особенно при экономическом сопо­ставлении использования трехобмоточного трансформатора и двух двухобмоточных на соот­ветствующие напряжения и мощность. Для правильного определения потерь мощности в трехобмоточных транс­форматорах следует пользоваться выражением

∆PT.T = ∆P­­хх + ∆PО.У + k2з.ВН ∆Pк.ВН + k2з.СН ∆Pк.СН + k2з.НН ∆Pк.НН,

где ΔРХХ — потери мощности холостого хода трансформатора; ΔР0,у — мощность охлаждающих устройств; ΔРквн — потери мощности в металле "обмоток выс­шего напряжения при 100 "-ной загрузке; k3вн — коэффициент загрузки обмотки высшего напряжения; ΔРКсн — потери мощности в металле обмотки среднего напряжения при 100%-ной загрузке; k3сн — коэффициент загрузки обмотки среднего напряжения; ΔРКнн — потери мощности в металле обмотки низшего напряжения при 100% -ной загрузке; k3нн — коэффициент загрузки обмотки низшего напряжения.При этом выражение преобразуют, как и для двухобмоточных трансформато­ров, к виду, соответствующему учету потерь активной мощности от реактив­ной нагрузки трансформатора, а именно:

∆P’T.T = ∆P’­­х + ∆PО.У + к2з.ВН ∆P’к.ВН + к2з.СН ∆P’к.СН + к2з.НН ∆P’к.НН

Величина ΔРОУ учитывается для времени, когда нагрузка трансформатора имеет значение большие 70 % номинальной мощности, т. е. когда работают охлаждающие установки.

Так как в каталогах, заводских данных и других источниках даются сведения о ΔРКвн, ΔРКсн и ΔРКнн, то приводим методику их определения, основанную на том, что в исходных технических данных по трехобмоточным трансформаторам потери мощности в металле обмоток задаются по­парно:

ΔРК вн . нн — потери мощности в обмотках высшего и низшего напря­жений; ΔРК вн _ сн — потери мощности в обмотках высшего и среднего напряже­ний; ΔРК сн . нн — потери мощности в обмотках среднего и низшего напряже­ний.Для определения потерь при нагрузке каждой обмотки на номинальную мощность трансформатора составляем уравнения

∆Pк, ВН-СН = ∆Pк, ВН + ∆Pк, СН

∆Pк, ВН = (∆Pк, ВН-СН +∆Pк, ВН-НН - ∆Pк, СН-СН)/2

∆Pк, ВН-НН = ∆Pк, ВН + ∆Pк НН =>

∆Pк, СН = (∆Pк, ВН-СН +∆Pк, СН-НН - ∆Pк, ВН-СН)/2

∆Pк, СН-НН = ∆Pк, СН + ∆Pк, НН

∆Pк, ВН = (∆Pк, ВН-НН +∆Pк, СН-НН - ∆Pк, ВН-СН)/2.

Для использования в дальнейших расчетах величины в выражениях должны быть с помощью kип пересчитаны в приведенные. Данные этих расчетов сводятся в таблицу в виде приведенных потерь. После определения потерь мощности следует определить стоимость потерь электроэнергии.