Centros de transformación en sistemas de suministro de energía

Campos de aplicación de subestaciones de uno y dos transformadores

Como regla general, se utilizan sistemas de suministro de energía de subestaciones de uno y dos transformadores... El uso de tres subestaciones transformadoras genera costos de capital adicionales y aumenta los costos operativos anuales. Tres subestaciones transformadoras rara vez se usan como una solución forzada durante la reconstrucción, la expansión de una subestación, con un sistema de suministro de energía separado para cargas eléctricas y de iluminación, cuando se alimentan cargas que alternan bruscamente.

Las subestaciones transformadoras con un transformador 6-10 / 0,4 kV se utilizan cuando se alimentan cargas que permiten la interrupción del suministro de energía por un período de no más de 1 día, que es necesario para la reparación o reemplazo de un elemento dañado (suministro de consumidores de energía de categoría III), así como para alimentar consumidores de energía de categoría II, sujeto a la reducción de la alimentación por puentes de tensión secundaria o en presencia de una reserva de transformadores.

Las subestaciones transformadoras con un transformador también son útiles en el sentido de que si la operación de la empresa va acompañada de períodos de baja carga, entonces es posible, debido a la presencia de puentes entre las subestaciones transformadoras, apagar parte del transformador de voltaje secundario, por lo tanto creando un modo económicamente conveniente de operación de transformadores.

El modo económico de operación de los transformadores se entiende como un modo que asegura mínimas pérdidas de potencia en los transformadores. En este caso, se resuelve el problema de elegir el número óptimo de transformadores de trabajo.

Tales subestaciones transformadoras pueden ser económicas en cuanto a la máxima convergencia de la tensión de 6-10 kV a los consumidores de energía, reduciendo la longitud de las redes a 1 kV debido a la descentralización de la transformación de la energía eléctrica. En este caso, el problema se resuelve a favor del uso de dos subestaciones de un solo transformador versus una subestación de dos transformadores.

Se utilizan centros de transformación con dos transformadores con predominio de consumidores eléctricos de las categorías I y II. En este caso, la potencia de los transformadores se selecciona de modo que cuando uno de ellos deje de funcionar, el otro transformador con una sobrecarga admisible tomará la carga de todos los consumidores (en esta situación, es posible apagar temporalmente los consumidores eléctricos de categoría III). Tales subestaciones también son deseables, independientemente de la categoría de usuarios, en presencia de un programa de carga diario o anual irregular.En estos casos, es ventajoso cambiar la potencia conectada de los transformadores, por ejemplo, en presencia de cargas estacionales, uno o dos turnos operan con una carga de turno significativamente diferente.

Fuente de alimentación un asentamiento, un distrito de una ciudad, un taller, un grupo de talleres o toda una empresa pueden ser alimentados por una o más subestaciones transformadoras. La posibilidad de construir subestaciones de uno o dos transformadores se determina como resultado de una comparación técnica y económica de varias opciones para el sistema de suministro de energía... El criterio para elegir una opción es el mínimo de costos reducidos para la construcción del sistema de suministro de potencia. Las opciones comparadas deberían garantizar el nivel requerido de confiabilidad de la fuente de alimentación.

En los sistemas de suministro de energía de empresas industriales, las siguientes capacidades unitarias de transformadores se usan con mayor frecuencia: 630, 1000, 1600 kV × A, en las redes eléctricas de las ciudades: 400, 630 kV × A. La práctica de diseño y operación ha demostrado la necesidad de utilizar el mismo tipo de transformadores con la misma potencia, ya que su diversidad genera inconvenientes en el mantenimiento y genera costos adicionales de reparación.

Selección de potencia de transformadores en subestaciones transformadoras

En general, la elección de los transformadores de potencia se realiza sobre la base de los siguientes datos básicos de entrada: la carga estimada de la instalación de suministro de energía, la duración de la carga máxima, la tasa de aumento de las cargas, el costo de la electricidad, la capacidad de carga de los transformadores y su carga económica.

El criterio principal para elegir la potencia unitaria de los transformadores.subestacion electrica es, como en la selección del número de transformadores, un mínimo de costes reducidos obtenidos sobre la base de una comparación técnica y económica de las opciones.

Aproximadamente, la selección de la potencia unitaria de los transformadores se puede realizar de acuerdo con la densidad de carga de diseño específica (kV × A / m2) y la carga de diseño total del sitio (kV × A).

Con una densidad de carga específica de hasta 0,2 kV × A/m2 y una carga total de hasta 3000 kV × A, se recomienda utilizar 400 transformadores; 630; 1000 kVA con tensión secundaria 0,4/0,23 kV. A densidad específica y carga total por encima de los valores especificados, los transformadores con una capacidad de 1600 y 2500 kVA son más económicos.

Sin embargo, estas recomendaciones no están suficientemente fundamentadas debido a la rápida evolución de los precios de los equipos eléctricos y, en particular, de los TP.

En la práctica de diseño, los transformadores de las subestaciones transformadoras a menudo se seleccionan de acuerdo con la carga de diseño de la instalación y los coeficientes recomendados de la carga económica de los transformadores Kze = СР / Сн.т., de acuerdo con los datos de la tabla.

Factores de carga recomendados de transformadores para taller TP

Factor de carga del transformador Tipo de centro de transformación y naturaleza de la carga 0,65 ... 0,7 Centros de transformación de dos transformadores con carga predominante de categoría I 0,7 ... 0,8 Centros de transformación de un solo transformador con carga predominante de categoría II en presencia de redundancia mutua en puentes con otras subestaciones a tensión secundaria 0,9 … 0,95 centros de transformación con carga de categoría III o con carga predominante de categoría II con posibilidad de utilizar una reserva de transformadores

Al elegir la potencia de los transformadores, es importante considerar adecuadamente su capacidad de carga.

Bajo la capacidad de carga del transformador, se entiende a partir del cálculo del desgaste térmico del aislamiento del transformador, el conjunto de cargas admisibles, sobrecargas sistemáticas y de emergencia. Si no tiene en cuenta la capacidad de carga de los transformadores, puede sobrestimar injustificadamente su potencia nominal al elegir, lo que no es económicamente práctico.

En la mayoría de las subestaciones, la carga de los transformadores varía y permanece por debajo de la nominal durante mucho tiempo. Una parte importante de los transformadores se seleccionan teniendo en cuenta el modo de postemergencia y, por lo tanto, suelen permanecer bajo carga durante mucho tiempo. Además, los transformadores de potencia están diseñados para funcionar a una temperatura ambiente admisible de + 40 °C. De hecho, funcionan en condiciones normales a temperaturas ambiente de hasta 20 ... 30 °C. Por lo tanto, un transformador de potencia en un momento determinado se puede sobrecargar, teniendo en cuenta las circunstancias comentadas anteriormente, sin perjudicar la vida útil establecida (20...25 años).

Basado en estudios de diferentes modos de operación de transformadores, se desarrolló GOST 14209-85, que regula las cargas sistemáticas permisibles y las sobrecargas de emergencia de los transformadores de aceite de potencia de uso general con una capacidad de hasta 100 mV × A, incluidos los tipos de enfriamiento M, D , DC y C , teniendo en cuenta la temperatura del medio.

Para determinar cargas sistemáticas y sobrecargas de emergencia de acuerdo con GOST 14209-85, también es necesario conocer la carga inicial que precede a la sobrecarga y la duración de la sobrecarga. Estos datos se determinan a partir de la curva de carga inicial real (potencia aparente o corriente) convertida a equivalente térmico en una curva rectangular de dos o varias etapas.

Debido a la necesidad de contar con una curva de carga original real, se puede realizar un cálculo de cargas y sobrecargas admisibles de acuerdo con las subestaciones existentes para verificar la admisibilidad del programa de carga existente, así como para determinar las posibles opciones para programas diarios con valores máximos de los factores de carga en el momento previo al modo de sobrecarga y en el modo de sobrecarga.

En las etapas de diseño de la subestación, se pueden usar curvas de carga típicas o, de acuerdo con las recomendaciones también propuestas en GOST 14209-85, seleccionar la potencia del transformador de acuerdo con las condiciones de sobrecarga de emergencia.

Luego, para las subestaciones donde es posible la sobrecarga de emergencia de los transformadores (dos transformadores, un transformador con conexiones de respaldo en el lado secundario), si se conocen la carga calculada del sitio Sp y el coeficiente de sobrecarga de emergencia permisible Kz.av, el La potencia nominal del transformador se determina como

Universidad de Ciencias Aplicadas = Sp / Kz.promedio

También se debe tener en cuenta que solo se permite cargar el transformador en exceso de su potencia nominal cuando el sistema de enfriamiento del transformador está en buen estado de funcionamiento y completamente conectado.

En cuanto a los gráficos típicos, actualmente están diseñados para un número limitado de nodos de carga.

Dado que la elección del número y potencia de los transformadores, especialmente de las subestaciones consumidoras 6-10 / 0,4-0,23 kV, suele estar determinada principalmente por un factor económico, es fundamental tener en cuenta la compensación de potencia reactiva en las redes eléctricas de los usuario.

Compensando la potencia reactiva en redes hasta 1 kV, es posible reducir el número de 10/0,4 centros de transformación, su potencia nominal. Esto es especialmente importante para usuarios industriales, en redes de hasta 1 kV, que tienen que compensar valores significativos de cargas reactivas. La metodología existente para el diseño de compensación de potencia reactiva en redes eléctricas de empresas industriales e implica la selección de la capacidad de los dispositivos de compensación con la selección simultánea del número de transformadores de la subestación y su capacidad.

Por lo tanto, teniendo en cuenta lo anterior, la complejidad de los cálculos económicos directos, en vista de los indicadores rápidamente cambiantes de los costos de construcción de subestaciones y los costos de electricidad, en el diseño de subestaciones de consumo nuevas y en la reconstrucción de las existentes 6-10 / 0, 4 -0.23 kV, la selección de potencia del transformador de potencia se puede hacer de la siguiente manera:

— en redes industriales:

a) seleccionar la potencia unitaria de los transformadores de acuerdo con las recomendaciones para la densidad específica de la carga de diseño y la carga total de diseño de la instalación;

b) el número de transformadores de la subestación y su potencia nominal deben seleccionarse de acuerdo con las pautas de diseño compensación de potencia reactiva en redes eléctricas de empresas industriales;

c) la selección de la potencia de los transformadores debe realizarse teniendo en cuenta los factores de carga recomendados y las sobrecargas de emergencia permisibles de los transformadores;

d) en presencia de horarios de carga típicos, la selección debe realizarse de acuerdo con GOST 14209-85, teniendo en cuenta la compensación de potencia reactiva en redes de hasta 1 kV;

— en las redes eléctricas urbanas:

a) con las curvas de carga típicas disponibles de la subestación, la elección de la potencia del transformador debe realizarse de acuerdo con GOST 14209-85;

b) conociendo el tipo de carga de la subestación, en ausencia de sus horarios típicos, es aconsejable hacer la elección de acuerdo con las instrucciones metodológicas.

Un ejemplo. La selección del número y la capacidad de los transformadores de las subestaciones transformadoras del taller de acuerdo con los siguientes datos iniciales: Пр = 250 kW, Qp = 270 kvar; categoría de receptores eléctricos del taller según el grado de confiabilidad de la fuente de alimentación - 3.

Respuesta. Plena capacidad de diseño del taller.

De poder de diseño (377 kV × A) el nivel requerido de confiabilidad del suministro de energía (categoría 3 de consumidores de electricidad) se puede tomar como una subestación de transporte único con una potencia de transformador Snt = 400 kV × A.

El factor de carga del transformador será

que cumple con los requisitos correspondientes.