Содержание
В настоящее время в связи с существенным снижением объемов промышленного производства на большинстве российских предприятий сложилась ситуация, при которой системы электроснабжения эксплуатируются не в номинальном режиме. При этом одной из основных проблем, которые имеют место в промышленных электрических сетях, на сегодняшний день является низкий уровень загрузки электрооборудования.
Снижение уровня загрузки электрооборудования приводит к увеличению потерь электроэнергии в электрических сетях, к дополнительному непроизводительному расходу электрической энергии и, как следствие, к снижению энергетической эффективности технологических процессов и промышленного предприятия в целом:
- В данных условиях на промышленных предприятиях значительно увеличилась доля потерь электроэнергии, обусловленная малой загрузкой силовых трансформаторов. При малых загрузках потери электроэнергии в трансформаторах могут быть весьма существенными, так как при снижении коэффициента загрузки происходит увеличение потребляемой трансформаторами реактивной мощности намагничивания, которая расходуется ими на создание магнитного потока холостого хода.
- Влияние коэффициента загрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности подробно рассмотрено в [1, 2]. При этом установлено, что при снижении загрузки трансформаторов менее 30 % номинальной мощности наблюдается существенное повышение величины реактивной мощности, потребляемой силовыми трансформаторами.
- Это в свою очередь приводит к увеличению коэффициента реактивной мощности tgϕ промышленного предприятия, росту потерь электроэнергии в электрических сетях, увеличению затрат на электрическую энергию и др.
Расчетные формулы для анализа коэффициента загрузки силовых трансформаторов
Для оценки влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности и потери электроэнергии в электрических сетях был произведен анализ коэффициента загрузки силовых трансформаторов на одном из промышленных предприятий г. Кемерово за период с 2007 по 2009 гг. включительно.
В балансовой принадлежности предприятия находится 22 трансформатора, общая установленная мощность которых составляет 14800 кВА. Исходными данными для анализа являлись сведения об отпуске электроэнергии в сеть предприятия за 2007-2009 гг., а также ведомость результатов контрольного замера активной и реактивной электроэнергии, снятого в один из режимных дней.
На основании ведомости результатов контрольного замера были построены графики нагрузки предприятия по активной и реактивной мощности и произведена их математическая обработка, которая позволила получить ряд показателей, необходимых для выполнения дальнейших расчетов. Расчет потерь электроэнергии в силовых трансформаторах производился в соответствии с требованиями Инструкции [3].
Потери электроэнергии холостого хода силовых трансформаторов определялись по формуле:
(1)
где
- ΔPX — потери холостого хода трансформатора, кВт (определяются на основе паспортных данных силовых трансформаторов).
- Трi— число часов работы трансформатора в i-м режиме, ч.
- Ui — напряжение на высшей стороне трансформатора в i-м режиме, кВ.
- UHOM — номинальное напряжение высшей обмотки трансформатора, кВ.
Расчет нагрузочных потерь электроэнергии в силовых трансформаторах производился по методу средних нагрузок по формуле:
(2)
где
- kк — коэффициент, учитывающий различие конфигураций графиков активной и реактивной нагрузки.
- ΔРср — потери мощности в силовых трансформаторах при средних за расчетный период нагрузках, кВт.
- Т — число часов в расчетном периоде, ч.
- kф2 — квадрат коэффициента формы графика нагрузки за расчетный период.
Значение kф2 определяется по формуле:
(3)
где
- k3 — коэффициент заполнения графика суммарной нагрузки сети:
(4)
где
- Рср — среднее значение активной мощности за расчетный период, МВт.
- Рmах— максимальное значение активной мощности за расчетный период, МВт.
Нагрузочные потери мощности в силовых трансформаторах при средних за расчетный период нагрузках узлов определяются по формуле:
(5)
где
- tgϕ — коэффициент реактивной мощности.
- Ucp — среднее напряжение трансформатора за расчетный период, кВ.
- R — активное сопротивление трансформатора, Ом.
Из формулы (5) следует, что потери мощности, а, следовательно, и электроэнергии в силовых трансформаторах пропорциональны (1+tg2ϕ), то есть зависят от величины передаваемой через трансформаторы реактивной мощности.
Таким образом, в ходе расчетов были определены потери холостого хода, нагрузочные потери и суммарные потери мощности и электроэнергии в трансформаторах в абсолютном выражении и в процентах от отпуска электроэнергии в сеть предприятия за период 2007-2009 гг., а также мощность нагрузки и коэффициент загрузки трансформаторов за рассматриваемый период.
Результаты расчетов и основные выводы
На основании результатов произведенных расчетов была построена гистограмма распределения коэффициента загрузки силовых трансформаторов Р на предприятии (рисунок 1).
Из гистограммы на рисунка 1 и расчетов следует:
- Что более 80 % трансформаторов на предприятии работает с коэффициентом загрузки, не превышающим 0,2.
- Средний коэффициент загрузки трансформаторов составляет всего 0,15.
- Из графиков зависимости, приведенных в [1, 2], следует, что при таких значениях коэффициента загрузки силовых трансформаторов величина их коэффициента реактивной мощности возрастает в несколько раз по сравнению с нормируемым значением tgϕн в зависимости от номинальной мощности трансформаторов.
- Как показали расчеты, потери электроэнергии в силовых трансформаторах составляют в среднем 5,05 % от отпуска электроэнергии в сеть предприятия.
- При этом в среднем 86,3 % от суммарных потерь электроэнергии в силовых трансформаторах приходится на потери холостого хода, которые связаны с потреблением трансформаторами реактивной мощности намагничивания.
Это наглядно иллюстрирует гистограмма распределения потерь холостого хода в процентах от суммарных потерь электроэнергии в силовых трансформаторах ΔWXX/ ΔWТР, представленная на рисунке 2.
Таким образом, проведенный анализ коэффициента загрузки силовых трансформаторов показал:
- Что значительная часть потребляемой предприятием реактивной мощности.
- Значительная часть потерь электроэнергии в электрической сети предприятия обусловлена именно малой загрузкой силовых трансформаторов.
Следует отметить, что на сегодняшний день подобная ситуация является характерной для многих промышленных предприятий.
Поэтому важной практической задачей на сегодняшний день является выявление в промышленных электрических сетях малозагруженных силовых трансформаторов с последующим проведением мероприятий по рационализации их работы.
Выявление малозагруженных силовых трансформаторов должно осуществляться в ходе энергетических обследований промышленных предприятий, проведение которых предусмотрено Федеральным законом № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» [4].
К числу мероприятий, направленных на рационализацию работы силовых трансформаторов, следует отнести замену трансформаторов:
- Систематически загруженных менее 30-40 % номинальной мощности, и их перегруппировку, перевод нагрузки трансформаторов.
- Временно загруженных менее 30-40 % номинальной мощности, на другие трансформаторы, а также отключение трансформаторов на время работы на холостом ходу.
Реализация указанных мероприятий должна способствовать естественному уменьшению реактивной мощности, потребляемой силовыми трансформаторами, снижению величины tgϕ, уменьшению потерь электроэнергии в электрических сетях и должна быть направлена на повышение энергетической эффективности промышленных предприятий.
Список литературы
- Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности / В.М. Ефременко, Р.В. Беляевский // Вести. Кузбасского гос. тех. унив., 2009. № 6. — С. 46—48.
- Анализ зависимости коэффициента реактивной мощности от коэффициента загрузки силовых трансформаторов / В.М. Ефременко, Р.В. Беляевский // Вести. Кузбасского гос. тех. унив., 2010. — № 1. — С. 107-109.
- Инструкция по организации в Министерстве энергетики Российской Федерации работы по расчету и обоснованию нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям: утв. Приказом Мин-ва энергетики РФ №326 от 30.12.2008 г.
- Российская Федерация. Законы. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ [Текст]: федер. закон: [принят Гос. Думой 11 ноября 2009 г.: одобр. Советом Федерации 18 ноября 2009 г.].
Источник: Анализ коэффициента загрузки силовых трансформаторов в электрической сети промышленного предприятия / В.М. Ефременко, Р.В. Беляевский // Вестник КузГТУ. — 2010. — №6. — C. 69-71.
