Основные определения: электрические и энергетические сис-мы, электрические станции. Харак-ка энергетической и электрической сис-м. Потребители электроэнергии. Номинальный ряд напряжений (стр. 1 )

1 Основные определения: электрические и энергетические сис-мы, электрические станции. Харак-ка энергетической и электрической сис-м. Потребители электроэнергии. Номинальный ряд напряжений.

Энергосистема-это совокупность эл. станций и тепловых сетей и потребителей эл. эн-ии и тепла, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства, распред. и потреб. элек. и тепловой энергии.

Электрич. система-это часть энергосист, за исключением тепловых сетей и тепловых потребителей.

Электростанциями называют предприятия или установки, предназначенные для производства эл энергии.

Электрич. подстанциии - это эл установки предназначенные для преобразования и распределения эл энер.

Электороприемники первой категории-перерыв эл. снабжения, кот-х может повлечь за собой опасность для жизни людей, значит. ущерб народ. хоз-ву, поврежд дорогост оборуд, массов брак прод-ии, расстройство сложного технологич. проц, нарушение функций особо важных элементов коммун хоз-ва.

Электроприемники второй категории-эл приемники, перерыв эл снабж которых приводит к массовому недоотпуску продукции, к массовому простою рабочих, механизмов и пром транспорта, нарушению нормальной деятельности значит колич-ва городск и сельск жителей.

Электроприемники третьей категории все остальные эл потребит не попадающие под первые две группы.

Э. П первой категории должны обеспечивать элек энерг от 2-х независимых взаимно резервир источников энергии и перерыв электроснабж при нарушении электроснабжения от одного из источников энергии м. б допущен лишь за время автоматич восстановл питания.

Э. П второй категории рекомендуется обеспечивать элек энерг от 2-х независ взаимно резерв источн энергии.

Допущен перерыв элек снабж навремя необходимое для вкл резервного источника энергии действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

П третьей категории элек снабж может выполняться от одного источника энергии при условии, что перерывы элек снабж необход для ремонтаили замены поврежд элемента сист эл снабж не превыш 1 сутки.

Согласно ПУЭ все элек установ разд на две категор 1)До 1кВ 2)Свыше 1 кВ. Это разделение вызвано различием в типах и конструкциях аппаратов, а так же различ в требов, предъявл при сооруж и эксплуатации элк уст разных напряжений

Стандартные напряжения

До 1 кВ [В]	220; 380; 660
Выше 1 кВ [кВ]	3;6;10;20;35;110;150;220;330;500;750
Наиб рабоч напр [кВ]	3,6;7,2;12;24;40,5;123;172;252;363;525;784

2 Графики электрических нагрузок. Годовой график. Установленная мощность. Присоединенная мощность. Максимальная нагрузка потребителей. Графики активной нагрузки нагрузкой для ТЭЦ.

Электрическая нагрузка отдельных потребителей, а следовательно, и суммарная их нагрузка, определяющая режим работы электростанций в энергосистеме, непрерывно меняется. Принято отражать этот факт

гра­фиком нагрузки, т. е. диаграммой изменения мощности (тока) элек­троустановки во времени.

По виду фиксируемого параметра различают графики активной Р, ре­активной Q, полной (кажущейся) S мощностей и тока / электроустановки.

Как правило, графики отражают изменение нагрузки за определенный период времени. По этому признаку их подразделяют на суточные (24 ч), сезонные, годовые и т. п.

По месту изучения или элементу энергосистемы, к которому они отно­сятся, графики можно разделить на следующие группы:

графики нагрузки потребителей, определяемые на шинах подстанций;

сетевые графики нагрузки -~ на шинах районных и узловых подстанций;

графики нагрузки энергосистемы, характеризующие результирующую нагрузку энергосистемы;

графики нагрузки электростанций.

Графики нагрузки используют для анализа работы электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогно­зов электропотребления, планирования ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы. Годовой график продолжительности нагрузок

Этот график показывает длительность работы установки в течение года с различными нагрузками. По оси ординат откладывают нагрузки в со­ответствующем масштабе, по оси абсцисс — часы года от 0 до 87б0.На-грузки на графике располагают в порядке их убывания от Рмах до Р мин (рис. 1.30).

Построение годового графика продолжительности нагрузок произво­дится на основании известных суточных графиков Для наиболее распространенных потребителей электроэнергии в спра­вочниках приводятся типовые графики активной и реактивной нагрузок по продолжительности.

График продолжительности нагрузок применяют в расчетах технико-экономических показателей установки, расчетах потерь электроэнергии, при опенке использования оборудован

ия в течение года и т. п.

Рис 1.30 Годовой график продолжительности нагрузок

Фактический график нагрузки может быть получен с помощью реги­стрирующих приборов, которые фиксируют изменения соответствующего параметра во времени.

Перспективный график нагрузки потребителей определяется в процессе проектирования. Для его построения надо располагать прежде всего сведе­ниями об установленной мощности электроприемников, под которой понимают их суммарную номинальную мощность. Для активной нагрузки:

2.

Присоединенная мощность на шинах подстанции потребителей:

где в знаменателе средние КПД электроустановок потребителей и местной сети при номинальной нагрузке.

В практике экстпуатации обычно действительная нагрузка потребителей меньше суммарной установленной мощности. Это обстоятельство коэффициентами одновременности и загрузки . Тогда выражение для максимальной нагрузки потребителя будет иметь вид

,

где -коэфициент спроса для рассматриваемой группы потребителей

Рис.. Графики активной нагрузки для ТЭЦ, работающей в энергосистеме: а)-поясняющая схема; б) - графини выработки и потребления мощности на генераторном на­пряжении; в) - график нагрузки трансформато­ров связи

3. Силовые трансф-ры: особенности конструкций, типы, парам-ры, сис-ма охлаждения, маркировка. Способы заземления нейтрали трансф-в.

Силовые трансформаторы, установленные на электростанциях и под­станциях, предназначены для преобразования -электроэнергии с одного на­пряжения на другое. Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12-15% ниже, а расход ак­тивных материалов и стоимость на 20-25% меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности.

Трехфазные трансформаторы на напряжение 220 кВ изготовляют мощ­ностью до 1000 MB-А, на 330 кВ - 1250 MB'А, на 500 кВ - 1000 MB-А. Предельная единичная мощность трансформаторов ограничивается мас­сой, размерами, условиями транспортировки.

Однофазные трансформаторы применяются, если невозможно изгото­вление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруд­нена их транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов напряжением 500 кВ - 3 х 533 MB-А, напряжением 750 кВ - 3 х 417 MB - А, напряжением 1150 кВ - 3 х 667 MB А.

По количеству обмоток различного напряжения на каждую фазу транс­форматоры разделяются на двухобмоточные и трехобмо-точные (рис. 2.26,а, б). Кроме того, обмотки одного и того же напряже­ния, обычно низшего, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленными обмотками (рис. 2.26,в). Обмотки высшего, среднего и низшего напря­жения принято сокращенно обозначать соответственно ВН, СН, НН.

Трансформаторы с расщепленными обмотками НН обеспечивают воз­можность присоединения нескольких генераторов к одному повышаюшему трансформатору. Такие укрупненные - энергоблоки позволяют упростить схему РУ 330-500 кВ. Широкое распростра­нение трансформаторы с расщепленной обмоткой НН получили в схемах питания собственных нужд крупных ТЭС с блоками 2МВт, а также на понижающих пс с целью ограничения токов КЗ. К основным параметрам трансформатора относят номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение КЗ; ток XX: потери XX и КЗ.

Рис 2.26 принципиальные схемы трансформаторов а) Двухобмоточного б) Трехобмоточного в-с)с расщипленными обмотками низшего напряжения

Системы охлаждения силовых трансформаторов

При работе трансформатора происходит нагрев обмоток и магнито-провода за счет потерь энергии в них. Предельный нагрев частей транс­форматора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность трансформатора, тем интен­сивнее должна быть система охлаждения.

Ниже приводится краткое описание систем охлаждения трансформато­ров.

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется путем естественной конвекции воздуха и частично луче­испускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих».

крытом исполнении С; при защищенном исполнении СЗ, при герметизиро­ванном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха СД. Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому применяется Для трансформаторов мощностью до 1600 кВ. А при напряжении до 15 кВ.

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВ-А включительно. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается окружающему маслу, которое, циркулируя по баку и радиаторным трубам, передает его окружающему воздуху.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб помещаются вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть трубы.

3.

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) применяется для трансформаторов мощностьюкВ • А и более.

Охладители состоят из системы тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, соз­дают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Благодаря большой скорости циркуляции масла, развитой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой тепло­отдачей и компактностью. Переход к такой системе охлаждения позво­ляет значительно уменьшить габариты трансформаторов.

Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.

В трансформаторах с направленным потоком масла (НДЦ) интенсивность охлаждения повышается, что позволяет увеличить допустимые температуры обмоток

Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как систе­ма ДЦ, но в отличие от последнего охладители состоят из трубок, по ко­торым циркулирует вода, а между трубками движется масло.

Масляно водяное охлаждение с направленным потоком масла (НЦ) применяется для трансформаторов мощностью 630 MB-А и более. На трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц устройства

одновременно с включением трансформатора и работать непрерывно неза­висимо от нагрузки трансформаторов. В то же время число включаемых в работу охладителей определяется нагрузкой трансформатора. Такие трансформаторы должны иметь сигнализацию о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или об останове вентилятора.

Каждый трансформатор имеет условное буквенное обозначение, кото­рое содержит следующие данные в том порядке, как указано ниже:

1) число фаз (для однофазных - О; для трехфазных - Т)

2) вид охлаждения в соответствии с пояснениями привед выше

3) число обмоток, работающих на различные сети (если оно больше двух), для трехобмоточного трансформатора Т; для трансформатора с расщепленными обмотками Р (после числа фаз);

4) буква Н в обозначении при выполнении одной из обмоток с устрой­ством РПН;

5) буква А на первом месте для обозначения автотрансформатора.

Способы заземления нейтрали трансформаторов

Соединение обмоток в звезду с выведенной нулевой точкой применяется в том случае, когда нейтраль обмотки должна быть заземлена. Эффективное заземление нейтрали обмоток ВН обязательно в трансформаторах 330 кВ и выше и во всех автотрансформ

Системы 110, 150 и 220 кВ также ' работают с эффективно-заземленной нейтралью, однако для уменьшения токов однофазного КЗ нейтрали части трансформаторов могут быть расземлены Так как изоолиция нулевых выво­дов обычно не рассчитывается на полное напряжение, то в режиме разземле-ния нейтрали необходимо снизить возможные перенапряжения путем при­соединения вентильных разрядников к нулевой точке трансформатора (рис. 2.28). Нейтраль заземляется также на вторичных обмотках трансфор­маторов, питающих четырехпроводные сети 380/220 и 220/127 В. Нейтрали обмоток при напряжении 10-35 кВ не заземляются или заземляются через дугогасящую катушку для компенсации емкостных токов.

4. Стандарты силовых трансформ-в: шкала номинальных мощностей, номинальные напряжения обмоток, схемы и группы соединения обмоток.

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в за­водском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно мо­жет быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места уста­новки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении

За номинальную мощность автотрансформатора принимается номинальная мощность каждой из сторон, имеющих между собой автотрансформаторную связь («проходная мощность»).

Шкала номинальных мощностей

10	-	16	-	25	-	40	-	63
100	-	160	-	250	-	400	-	630
1000	-	1600	-	2500	-	4000	-	6300
10000	-	16000	-	25000	32000	40000	-	63000	80000
100000	125000	160000	200000	250000	320000	400000	500000	630000	800000
1000000	1250000

Номинальные напряжения обмоток трансформатора – это напряжение первичной и вторичной обмоток при х. х трансформатора. Для 3-х фаз тр-раэто его линейное (междуфазное) напряжение. Для однофазного трансформатора, предназначенного для включения в трех­фазную группу, соединенную в звезду, - это . При работе трансфор­матора под нагрузкой и подведении к зажимам его первичной обмотки номинального напряжения напряжение на вторичной обмотке меньше но­минального на величину потери напряжения в трансформаторе. (3,15;6,3;10,5;13,8;15,75;18;20;24;37;115;154;230;340;515;770 кВ))

Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Обмотки трансформаторов имеют обычно схемы соединения: звезда Y, звезда с выведенной нейтралью Y - и треугольник.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток (Е, и Е2) принято выражать условно группой соединении.

В трехфазном трансформаторе применением разных способов соедине-ний обмоток можно образовать двенадцать различных групп соединений, причем при схемах соединения обмоток звезда - звезда мы можем получить любую четную группу (2, 4, б, 8, 10, 0), а при схеме звезда - треугольник или треугольник - звезда любую нечетную группу (1, 3, 5, 7, 9, 11).

Группы соединений указываются справа от знаков схем соединения об­моток.

Соединение в звезду обмотки ВН позволяет выполнить внутреннюю изоляцию из расчета фазной ЭДС, т. е. в раз меньше линейной. Обмот­ки НН преимущественно соединяются в треугольник, что позволяет умень­шить сечение обмотки, рассчитав ее на фазный ток . Кроме того, при соединении обмотки трансформатора в треугольник создается замкнутый контур для токов высших гармоник, кратный трем, которые при этом не выходят во внешнюю сеть, вследствие чего улучшается симметрия напря­жения на нагрузке.

5. Включение трансформаторов на параллельную работу. Нагрузочная способность. Систематические и аварийные перегрузки.

Под параллельной работой 2х обмот трансформаторов понимают работу трансформаторов при параллельном соединении как первичной так и вторичной обмоток. Параллельная работа трансформаторов имеет ряд приемуществж 1)Надежность снабжения потребителей, нагрузка выбывшего трансформатора может быть временно принята полностью или частично оставшимися трансформаторами 2) Резервная мощность трансформатора будет значительно меньше, чем при питании потребителей от одного моцного трансформатора 3) часть трансформаторов может быть выключена (время суток, весеннее летний период)

4) Постоянное развитие подстанций (включение дополнительных трансформаторов.) Следует сторго отличать параллельную работу трансфораматоров от совместной, когда они вкл лишь одной стороной на общие шины.

Условия параллельной работы трансформаторов

1)Номинальные напряжения первичной и вторичной обмоток тра-ра должны быть соответственно равны

2)Напряжения к. з должны быть равны 3)Группы соед обмоток тра-ра должны быть тождественно равны

4) отношение наибольшей номинальной мощности к наименьшей не должно превышать 3:1

Суммарная нагрузка парал вкл трансформаторов должна быть такова, что бы ни один из трансформаторов не был нагружен более его нагр способности. Допускается парал работа 2х обмот и 3-х обмоточных трансф м-у собойна всех трех обмотках, а так же 2- х обмот с 3-х обмот, если ни одна из обмоток не нагружена выше своей нагр способности на тех ответвлениях и в тех режимах. Параллельная работа трансформаторов с отношением номинальных мощностей больше, чем 3 не рекомендуется. Трансформаторы с РПН мощнотью ниже 100кВА не предназначены для параллельной работы.

Одним из основ условий параллельной работы тр-ов является равенство напряжений перв и втор обмоток, а следов и одно для всех параллель раб тр-ов отношение числа витков первичной и втор обмотки. Силовые тр-ры должны по услов эксплуат допускать изменение напряжен обмоток ВН в пределах +-5%, что осуществл при помощи регулиров ответвл обмоток, эти ответвления делают обычно на обмотках ВН и подводят отводами к перекл, наход внутри бака.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов

При выборе мощности трансформаторов нельзя руководствоваться только их номинальной мощностью, так как в реальных условиях температypa охлаждающей среды, условия установки трансформатора могут быть отличными от принятых. Нагрузка трансф-ра меняется в течении суток,

и если мощность выбрать по максимальной нагрузке, то в периоды спада ее тр-р будет не загружен, т. е недоисследована его мощность. Опыт эксплуатации показывает, что трансформатор может ра­ботать часть суток с перегрузкой, если в другую часть суток его нагрузка меньше номинальной. Критерием различных режимов является износ изо­ляции трансформатора.

Нагрузочная способность тр-ра –это совокупность допустимых нагрузок и перегрузок

Допустимая нагрузка - это длительная нагрузка, при которой рас­четный износ изоляции обмоток от нагрева не превосходит износ, соответ­ствующий номинальному режиму работы.

Перегрузка трансформатора — режим, при котором расчетный износ изоляции обмоток превосходит износ, соответствующий номинальному ре­жиму работы. Такой режим возникает, если нагрузка окажется больше номинальной мощности трансформатора или температура охлаж­дающей среды больше принятой расчетной.

Допустимые систематические нагрузки трансформатора больше его номинальной мощности возможны за счет неравномерности нагрузки в течение суток. При недогрузке износ изоляции мал, а во время перегрузки значительно увеличивается. Максимально допустимая систематическая нагрузка определяется при условии, что наи­большая температура обмотки + 140 °С, наибольшая температура масла в верхних слоях + 95 °С и износ изоляции за время максимальной нагруз­ки такой же, как при работе трансформатора при постоянной номиналь­ной нагрузке, когда температура наиболее нагретой точки не превышает + 98°С (ГОСТ ). Для подсчета допустимой систематической нагрузки действительный график преобразуется в двухступенчатый.

Коэффициент начальной нагрузки эквивалентного графика onpeделяется по выражению

Если К2(штрих) >=0/9Kмах то принимают К2(штрих)=К2, если K2(штрих) < Кмах, то при­нимают

5.

К2=0,9Кмахк.

Зная среднюю температуру охлаждающей среды за время действия графика (0охл). систему охлаждения трансформатора (М, Д, ДЦ, Щ по таблицам, приведенным в ГОСТ (для трансформаторов до 100 MB-А), определяют допустимость относительной нагрузки К2 и ее продолжительность.

Нагрузка более 1,5SHOM должна быть согласована с за во до м-изготовите­лем. Нагрузка более 2,0 Sном не допускается.

Аварийная перегрузка разрешается в аварийных случаях, например при выходе из строя параллельно включенного трансформатора.

Допустимая аварийная перегрузка определяется предельно допустимы­ми температурами обмотки (140°С для трансформаторов напряжением выше 110 кВ и 160°С для остальных трансформаторов) и температурой масла в верхних слоях (1150С). Аварийные перегрузка вызывают повы­шенный износ витковой изоляции, что может привести к сокращению нор­мированного срока службы трансформатора, если повышенный износ впоследствии не компенсирован нагрузкой с износом изоляции ниже нормального.

Значение допустимой аварийной перегрузки определяется по ГОСТ в зависимости от коэффициента начальной нагрузки К{, темпе­ратуры охлаждающей среды во время возникновения аварийной перегруз­ки Oохл и длительности перегрузки. Максимальная аварийная перегрузка не должна превышать 2.0 Sном

Допустимые нагрузки и аварийные перегрузки для трансформаторов мощностью свыше 100 MB-А устанавливаются в инструкциях но эксплуа­тации; для сухих трансформаторов и трансформаторов с негорючим жид­ким диэлектриком - в стандартах или технических условиях на кон­кретные тнпы трансформаторов {ГОСТ ).

6. Автотрансформаторы. Номинальная типовая и проходная мощности, коэффициент типовой мощности. Векторная диаграмма при однофазном КЗ.

В установках 110 кВ к выше широкое применение находят автотрансфор­маторы большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, кото­рые они имеют по сравнению с трансформаторами.

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки ОВ и ОС (рис. 2.34). Часть обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и 0-общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток Iв, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток Iо. Ток нагрузки вторичной об­мотки Ic складывается из тока Iв, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока Io, созданного магнитной связью этих обмоток: 1С = 1В +10, откуда 10 = 1С - 1В. Полная мощность, передаваемая автотрансформаторам из первичной cети во вторичную, называется проходной.