3.Выбор цеховых трансформаторов и расчёт компенсации реактивной мощности

Произведём разбивку цехов на группы с учетом их геометрического расположения на плане, а также распределению мощностей между цехами. Выделим 5 групп.

Для каждой группы цеховых трансформаторов одинаковой мощности определяется минимальное их число, необходимое для питания расчётной активной нагрузки, по выражению

(3.1)

где Р_рн – расчётная активная нагрузка до 1кВт данной группы трансформаторов, кВт;

S_т – единичная мощность цеховых трансформаторов, принимаемая в зависимости от удельной плотности нагрузки, кВА;

β_т – коэффициент активной нагрузки трансформаторов, определяемый в зависимости от категории электроприёмников по надёжности электроснабжения.

Для литейного цеха, обрубочного цеха, административно-бытового и складского корпуса среднее значение коэффициента использования находим по выражению (2.2)

Эффективное число электроприёмников вычисляется по упрощённой формуле(2.3)

Определяем коэффициент расчётной нагрузки, который принимается в зависимости от эффективного числа электроприёмников n_э и средневзвешенного коэффициента использования К_и, значение К_р берётся из [1] табл.П7,стр.273 :

Расчетную активную и реактивную нагрузки определим по (2.7) и (2.8)

По (2.9) полная мощность расчётной нагрузки вычисляется

Определяем минимальное число цеховых трансформаторов по (3.1)

Аналогично произведём расчёт трансформаторов для всех остальных цехов завода и результаты сведём в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Каталожные данные трансформаторов цеховых ТП

Наименование цеха	Кол. тран-ов в цехе	Тип тран-ра	Ном. мощность, кВА	Потери, кВт		Напряже- ние КЗ, %	Ток холос- того хода,%
				Холостого хода	Короткого замыкания
Заготовительный цех №1 Механический цех №2 Инструментальный цех №3 Термический цех №4 Кузнечный цех №5 Сборочный цех №6	8	ТМЗ	1000	2	10,2	5,5	1
Литейный цех №7 Обрубочный цех №8 Складской корпус №9 Административно-бытовой корпус №13	5	ТМЗ	1000	2	10,2	5,5	1
Компрессорный цех №11	2	ТМЗ	1000	2	10,2	5,5	1

Наибольшее значение реактивной мощности, которое может быть передано через трансформаторы в сеть до 1кВ при принятом коэффициенте загрузки трансформаторов β_т, определяется по следующему выражению, квар

(3.2)

где коэффициент 1,1 учитывает допустимую систематическую перегрузку трансформатора.

Суммарная мощность блока низковольтных конденсаторов БНК по критерию выбора минимального числа трансформаторов

(3.3)

где Q_рн – расчётная реактивная нагрузка до 1кВ рассматриваемой группы трансформаторов, квар.

Определим расчётную реактивную нагрузку до 1кВ рассматриваемой группы трансформаторов, квар

; (3.4)

где tgφ – коэффициент реактивной мощности, определяемый в зависимости от соответствующего cosφ для данного цеха.

Если Q_нк1< 0, то следует принять Q_нк1= 0.

Величина Q_нк1 распределяется между цеховыми трансформаторами прямо пропорционально их реактивным нагрузкам. Затем выбираются стандартные номинальные мощности БНК для сети до 1кВ каждого трансформатора.

Определим мощность БНК для группы цехов кузнечный цех №1, литейный цех, кузнечный цех №2 .

По (3.2) значение реактивной мощности, которое может быть передано через трансформатор в сеть до 1кВ равно

Суммарная мощность блока низковольтных конденсаторов по формуле (3.3)

Т.к. Q_нк1>0, то следует применить блок низковольтных конденсаторов.

Условия выбора БНК:

,

где -суммарная реактивная мощность выбранных БНК, квар.

Выбираем БНК типаАКУ-0,4-100-25, суммарная реактивная мощность которых равна

Аналогично произведём расчёты для остальных цехов завода, и результаты сведём в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 Расчёт низковольтных конденсаторных батарей

Наименование цеха	Qрн,квар	Qт, квар	Qнк1, квар	Тип БНК	Qнк1, квар
Заготовительный цех №1 Механический цех №2 Инструментальный цех №3 Термический цех №4 Кузнечный цех №5 Сборочный цех №6	3272,85	3079,52	193,33	АКУ-0,4-50-10	200
Литейный цех №7 Обрубочный цех №8 Складской корпус №9 Административно-бытовой корпус №13	2126,22	1630,2	496,02	АКУ-0,4-100-25	500
Компрессорный цех №11	791,98	765,7	26,28	АКУ-0,4-50-10	50

Потери активной мощности в трансформаторе, кВт

(3.5)

(3.6)

Потери реактивной мощности в трансформаторе, квар

(3.7)

Определим потери в трансформаторе для блока цехов.

По (5.14) коэффициент загрузки трансформатора

Аналогично произведём расчёты потерь для остальных цеховых трансформаторов завода, и результаты сведём в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 Расчёт потерь мощности в трансформаторах

Наименование цеха	Коэф. загрузки тран-ра	Потери активной мощности ∆Рт, кВт	Потери реактивной мощности ∆Qт, квар
Заготовительный цех №1 Механический цех №2 Инструментальный цех №3 Термический цех №4 Кузнечный цех №5 Сборочный цех №6	0,77	64,38	340,88
Литейный цех №7 Обрубочный цех №8 Складской корпус №9 Административно-бытовой корпус №13	0,77	40,24	213,05
Компрессорный цех №11	0,82	17,72	93,96

Экономически целесообразное значение РМ, потребляемой предприятием в часы больших нагрузок из энергосистемы, определяется по выражению, квар

(3.8)

где – математическое ожидание активной расчетной нагрузки потребителя на границе балансового разграничения с энергосистемой, кВт;

tgφ_э – максимальное значение экономического коэффициента РМ, определяемого оптимизационным (tgφ_э0) или нормированным методом (tgφ_эн).

Математическое ожидание активной расчетной и реактивной нагрузки потребителя

(3.9)

(3.10)

где κ_о – коэффициент приведения расчётной нагрузки к математическому ожиданию, κ_о =0,9;

Рр, Qр – расчётная активная и реактивная мощность предприятия (с учётом потерь в трансформаторах).

В расчётах компенсации, как правило, определяется нормативное значение экономического коэффициента РМ по выражению

(3.11)

где d_max – отношение потребления энергии в квартале максимума нагрузки энергосистемы к потреблению в квартале максимальной нагрузки предприятия ( при отсутствии таких сведений принимают d_max=1);

a – основная ставка тарифа на активную мощность, руб/кВт·год;

b – дополнительная ставка тарифа на активную мощность, руб/кВт·ч;

tgφ_б – базовый коэффициент РМ, принимаемый равным 0,25; 0,3 и 0,4 для сетей 6…20кВ, присоединённых к шинам подстанции с высшим напряжением соответственно 35,110 и 220…330кВ.

К₁ – коэффициент, отражающий изменение цен на конденсаторные установки.

Величина К₁ может принята равной коэффициенту увеличения ставки двухставочного тарифа на электроэнергию Кw (по сравнению со значениями а = 60 руб/кВт·год и b =1,8 коп/кВт·ч, установленными для Беларуси прейскурантом №09-01, введённым в действие с 1.01.91г), который определяется по формуле

; (3.12)

где К_w1 и К_w2 – коэффициенты увеличения основной и дополнительной ставки тарифа на электроэнергию (определяются делением действующих ставок тарифа на а = 60 руб/кВт·год и b =1,8 коп/кВт·ч соответственно), т.е.

Tmax – число часов использования максимальной нагрузки предприятия, которое принимается для подшипникового завода равным T_max= 5000ч по [1] табл.П3,стр.271

По (3.12) определим коэффициент увеличения ставки двухставочного тарифа на электроэнергию

По (3.11) нормативное значение экономического коэффициента РМ

По (3.9) и (3.10) математическое ожидание активной расчетной и реактивной нагрузки потребителя

По (3.8) экономически целесообразное значение РМ, квар

Произведём анализ баланса реактивной мощности на границе балансового разграничения с энергосистемой. Вычислим величину:

При ∆Q’>0 должна быть рассмотрена возможность получения недостающей РМ следующими способами:

1. дополнительным генерированием РМ СД мощностью до 2500 кВт и n≤1000мин-1, если их располагаемая РМ не использована полностью при определении Q_д( α<1,2);

2. дополнительной установкой БНК (сверх Q_нк1);

3. установкой батарей высоковольтных конденсаторов (БВК) в узлах нагрузки 6…10кВ (для предприятий с непрерывным режимом работы);

4. дополнительным потреблением РМ из энергосистемы, превышающем экономическое значение, Q_пэ=∆Q’.

Т.к. в нашем случае отсутствуют для компенсации РМ СД 6…10кВ при ∆Q’>0, то должна быть рассмотрена эффективность дополнительной установки БНК мощностью Q_нк2. Для этого определяется значение экономически целесообразной реактивной мощности Q_тэ, которая может быть передана через цеховые трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ:

(3.13)

где З_нк – удельные затраты на компенсацию РМ установками БНК, руб./квар;

С_QП – удельная стоимость потребления РМ и энергии, превышающего экономическое значение, руб./квар·год;

А – расчётная величина, характеризующая затраты на потери активной мощности при передаче РМ в сеть напряжением до 1 кВ, определяемая как, руб/кВт²

(3.14)

где С_рп – удельная стоимость потерь активной мощности и энергии при передаче РМ в сети внутризаводской системы электроснабжения, руб./кВт·год;

R_э – эквивалентное сопротивление сети 6…10кВ (от шин 6…10кВ РП, ГПП до шин 0,4кВ цеховых ТП), Ом;

U_н – номинальное напряжение сети (6 или 10 кВ).

Удельная стоимость потерь активной мощности и энергии при передаче РМ:

(3.15)

где: τ_Q – число часов максимальных потерь при передаче реактивной мощности:

При ≤К_м : (3.16)

При >К_м : (3.17)

где Т_г – годовой фонд рабочего времени, ч, принимаемый равным для двухсменных предприятий Т_г=4000ч;

К_м – принимается для двухсменных предприятий равным К_м=0,8.

 - степень компенсации определяется по формуле (3.20) при Q_пэ=Q’(т.к. СД не применяются для дополнительной компенсации РМ);

Q_пэ – величина потребляемой из энергосистемы РМ, превышающей экономическое значение, Q_пэ=Q’.

(3.18)

Т.к.   К_м ,то число часов максимальных потерь при передаче реактивной мощности вычисляем по формуле (3.17):

ч.

По (3.15) удельная стоимость потерь активной мощности и энергии при передаче РМ

Эквивалентное сопротивление сети 6…10кВ, Ом

(3.19)

где R_т – активное сопротивление схемы замещения трансформатора, приведенное к высшему напряжению, Ом, которое принимается для трансформаторов типа ТМЗ и Sт=1000кВА по 4, R_т =1,08Ом;

r₀ – удельное активное сопротивление кабельной линии, Ом/км, которое можно принять для трансформаторов Sт=1000кВА r₀=0,447 Ом/км;

N_т – количество цеховых трансформаторов;

L_ср – средняя длина линии питающей трансформатор, км

Средняя длина кабельной линии, км

(3.20)

где L – суммарная длина линий, км.

Таблица 3.4 Расчёт средних длин линий питающий трансформаторы и эквивалентное сопротивление сети 10кВ

Наименование цеха	L, км	,км	Кол-во трансформа- торов,шт	Rэ, Ом
Кузнечныйцех№1 Литейный цех Кузнечный цех №2	0,744	0,124	6	0,189
Термическое отделение №1 Шарико-подщипниковый заводоуправление	0,045	0,015	3	0,36
Токарныйучасток№1 Шлифовальный Участок Токарныйучасток №2	0,346	0,173	2	0,58
Термическое отделение №2	1,36	0,34	130,397	0,3
Сепараторный цех	0,396	0,396	1	1,25

Ом

По (3.14) расчётная величина, характеризующая затраты на потери активной мощности при передаче РМ в сеть напряжением до 1 кВ

Удельные затраты на компенсацию РМ установками БНК, руб./квар

(3.21)

где С_кн – удельная стоимость низковольтных конденсаторов, принимается с учётом коэффициента изменения цен по укрупнённым показателям, принимается равным 7,5…10,5 (на 1.10.91г), руб./квар;

З_рнк – удельные затраты на потери мощности в установках БНК, руб./квар

(3.22)

где С_рг – удельная стоимость потерь активной мощности в компенсирующих установках, руб/кВт

= 0,004кВт/квар.

По (3.24) удельные затраты на потери мощности в установках БНК, руб./квар

По (3.23) удельные затраты на компенсацию РМ установками БНК, руб./квар

При наличии на предприятии приборов учёта максимальной РМ удельная стоимость потребления дополнительной РМ и энергии

(3.23)

где: С₂ – плата за 1квар потребляемой РМ, превышающей экономическое значение, которую принимаем равной С₂=3,6руб/(кваргод);

d₂ – плата за 1кварч потребляемой реактивной энергии, которую принимаем равной d₂=0,09 коп/кварч;

T_мQп – годовое число часов использования максимальной РМ при потреблении, превышающем экономическое значение, которое определяется при ≤К_м , ч

(3.24)

По (3.23)

По (3.13) при потреблении РМ из энергосистемы, превышающем экономическое значение,

Т.к. Qтэ<0, то принимаем Qнк2=Qт, а именно:

Qнк2=2209,5+383,5+1053,42+1186,5+1732,8=6565,7квар

но поскольку это больше чем Q', то принимаем Qнк2=611,5квар.

Произведем распределение Qнк2 пропорционально потребляемой реактивной мощности:

выбираем АКУ-0,4-200-25

выбираем АКУ-0,4-225-25

Произведем анализ баланса реактивной мощности на границе балансового разграничения с энергосистемой:

Корректируем значение РМ, потребляемой предприятием в часы больших нагрузок из энергосистемы:

Qэ=5414,53-108,5=5306,04квар

Таблица 3.5 Расчёт низковольтных конденсаторных батарей

Наименование цеха	Qнкт1, квар	Qнкт2, квар	Кол-во трансформаторов	Тип БНК
Кузнечныйцех№1 Литейный цех Кузнечный цех №2	100	100	6	АКУ-0,4-200-25
Термическое отделение №1 Шарико-подщипниковый заводоуправление	----------------	----------------	3	----------------
Токарныйучасток№1 Шлифовальный Участок Токарныйучасток №2	----------------	----------------	2	----------------
Термическое отделение №2	----------------	----------------	4	----------------
Сепараторный цех	125	100	1	АКУ-0,4-225-25