Тяговые трансформаторные подстанции практические

ЭКОНОМИЧНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫХ
ТРАНСФОРМАТОРОВ.

• 1. Цель работы

Определить оптимальное количество параллельно включенных
трансформаторов на подстанции для заданного нагрузочного режима по
минимуму суммарных потерь мощности в трансформаторах.

• 2. Задание на проведение работы

Для трехтрансформаторной подстанции определить диапазоны нагрузок,
при которых будут работать один, два или три трансформатора по критерию
минимум потерь мощности в трансформаторах. Построить графики потери
мощности при одном включенном трансформаторе ΔP1(S),при двух ΔP2(S), при
трех ΔP3(S). Графически и аналитически найти значения границы (критичной)
мощности Sк при которой следует включать (отключать) очередной
трансформатор.

• 3. Основные теоретические положения

Рекомендуется перед началом работы ознакомиться с учебной и
справочной литературой по прилагаемому списку [1 — 8].

Понижающие трансформаторы на подстанциях переменного тока и
выпрямительные агрегаты на подстанциях постоянного тока должны иметь
возможность раздельной и параллельной работы на тяговые шины подстанции,
а также должны соблюдаться следующие условия параллельной работы
трансформаторов:

• — группы соединения обмоток одинаковы, а соотношение между их
  номинальными мощностями не превышает 1:3;

— коэффициенты трансформации различаются не более чем на ± 0,5 %;

— напряжение короткого замыкания различаются не более чем на ± 10 %
среднего арифметического значения напряжения короткого замыкания
включаемых на параллельную работу трансформаторов;

• — произведена фазировка трансформаторов, [1].

Потери мощности происходят во всех звеньях электрической системы:
генераторах, линях электропередач, трансформаторах и др. В
электрических расчетах рассматриваются не сами электротехнические
установки, а их схемы замещения, представляющие собой комбинации
соединенных определенным образом сопротивлений и проводимостей. Потери
мощности, обусловленные нагревом проводников, определяются
сопротивлениями, проводимостями и квадратами протекающих по ним токов,
согласно закона Джоуля —Ленца. Ток в сопротивлениях зависит от меняющихся
во времени токов нагрузок. Поэтому потери в сопротивлениях схемы замещения
называют нагрузочными (переменными). Ток в проводимостях определяется
подведенным к точке их присоединения напряжением, которое практически не
зависит от тока нагрузки. Поэтому потери активной мощности в проводимостях
относят к потерям холостого хода (условно постоянные).

Нагрузочные потери и потери холостого хода в трансформаторах
сопоставимы между собой. При большой нагрузке нагрузочные потери, как
правило, больше потерь холостого хода, и наоборот, в режиме недогрузки

потери холостого хода превышают потери в обмотках трансформатора. В
последнем случае имеет смысл отключать часть параллельно работающих
трансформаторов, так как при этом снижаются суммарные потери в
трансформаторах[2, 3].

Покажем порядок анализа потерь в трансформаторах на примере
понижающей подстанции с двумя одинаковыми двухобмоточными
трансформаторами.

Общие потери в каждом из трансформаторов равны сумме нагрузочных
потерь (потерь в обмотках) Рн и потерь холостого хода (потерь в стали)
Рхх:

²

A Ph + A Pxx=U • R+A Pxx (1)

где: S — мощность нагрузки трансформаторов, кВА;

U — напряжение на трансформаторе, кВ;

R — активное сопротивление обмоток трансформатора Ом.

A P_K-U2ом

^R 7

²

ном

Рекомендуется все расчеты привести к напряжению первичной обмотки
трансформатора.

В работе принимаем напряжение U равным номинальному напряжению
первичной обмотки трансформатора (Uн) .

Запишем формулы потерь активной мощности в трансформаторах для

случая работы одного трансформатора (ΔР1) и для случая, когда
параллельно работают два трансформатора(ΔР2).

²

A P 1=• R+A Pxx (2)

ном

²

A P2= S 2 +2A Pxx (3)

ном

Если приравнять Р1 = Р2, то можно получить ту границу нагрузки Sк, при
которой потери мощности при одном и при двух трансформаторах равны.
Следовательно, при нагрузке S меньшей Sк потери Р1 будут меньше, чем Р2 и
тогда выгодно отключать один из трансформаторов, и, наоборот, если S больше,
чем Sк, то выгодно держать оба трансформатора включенными.

Величину Sк определим из равенства Р1 = Р2, подставляя (2) и (3):

²

-S- • R+A P_xx

2 xx

ном

-2- -R+2 A Pxx (4)

ном

S²

^U н²ом

•

2=Pxx (5)

Откуда

r I 2ΔP
^S1^=Uном√ _R ^xx (6)

В работе требуется исследовать экономичность работы
трехтрансформаторной подстанции. Для этого студенту необходимо само
стоятельно определить потери активной мощности при трех включенных
трансформаторах, и по аналогии с выводом формул (2) — (6), найти для трех
трансформаторов Δ P₃ и затем определить Sк — границу (критичной)
мощности, при которой следует включить (отключить) третий трансформатор.

• 4. Порядок проведения работы
  • 4.1 По таблице 1. (приложение 1) в соответствии с последней цифрой
    учебного шифра определяются основные параметры и тип трансформатора.
  • 4.2 Определяются функции потерь активной мощности от мощности
    нагрузки Рх(S), ΔР1(S), ΔР2(S), ΔР3(S) и строятся их графики [2].
  • 4.3 Графически определяются критические мощности (Sк) при включении
    второго, а затем и третьего трансформатора.
  • 4.4 Аналитически определяются эти же мощности Sк и сравниваются с
    результатами по п. 4.3 [3].
  • 4.5 В выводах по работе следует указать, при какой нагрузке (выразить в
    % от номинальной мощности трансформатора — 100 (S/Sтр) %) целесообразно
    включить второй и третий трансформаторы.
  • 54.6 Исследования целесообразно провести на ПЭВМ в интегрированной
    системе MATHCAD[4]
• 5. Содержание и оформление

Отчет составляется в виде распечатки на ПЭВМ.

• 5.1 Указываются цель и задачи лабораторной работы.
• 5.2 Указываются исходные данные по работе.
• 5.3 В отчете представляются расчетные формулы, таблицы, графики и
  проведенные расчеты.
• 5.4 Указывается литература, используемая в исследованиях. В тексте
  отчета даются соответствующие ссылки на литературу.
• 5.5 В конце отчета дать выводы.

В выполненных расчетах указывать единицы измерения соответствующих
величин. В отчете давать текстовые пояснения к проводимым расчетам.

• 6. Контрольные вопросы
  • 6.1 Напишите формулу суммарных потерь активной мощности при двух
    работающих трансформаторах.
  • 6.2 То же для подстанции с четырьмя трансформаторами .
  • 6.3 От каких параметров трансформатора зависят потери активной и
    реактивной мощности в нем?
  • 6.4 От каких параметров трансформатора зависит нагрев его обмоток?
  • 6.5 Какие параметры трансформатора влияют на потери холостого хода?
  • 6.6 Параллельно одному трансформатору включили второй такой же: —
    суммарные нагрузочные потери трансформатора увеличатся или уменьшатся и
    во сколько раз?

— суммарные потери холостого хода трансформатора увеличатся или
уменьшатся и во сколько раз?

• 6.7 Параллельно одному трансформатору подключили второй такой же.
  Напряжение на вторичной обмотке увеличится или уменьшится?

Таблица 1

Основные данные двухобмоточных трехфазных трансформаторов

Рекомендуемая литература по теме работы

• 1. Правила устройства систем тягового электроснабжения железных дорог
  Российской Федерации ЦЭ-462. М.:МПС, 1997 — 77 с.
• 2. Караев Р.И. Волобринский С.Д. Ковалев И.Н. Электрические сети и
  энергосистемы. М.: Транспорт — 1988 — 326с.
• 3. Лыкин А.В. Электрические системы и сети. Уч. Пособие. Новосибирск.
  Изд-во НГТУ, 2002 — 248с.
• 4. Серебряков А.С. Шумейко В.В. MATHCAD и решение задач
  электротехники. М.: Маршрут, 2005 — 240с.