4 Определение числа и мощности сетевых трансформаторных подстанций. Определение их месторасположения

4.1 Определение числа и мощности трансформаторов и

трансформаторных подстанций

Число и мощность трансформаторных подстанций (ТП) оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели системы электроснабжения города в целом. От правильного выбора числа и мощности трансформаторов ТП, а также от размещения ТП на территории микрорайона, зависит эффективность функционирования системы.

Основой для выбора числа трансформаторов ТП является схема электроснабжения и категории по надежности электроснабжения электроприемников.

Мощность трансформаторов, а, следовательно, число и мощность ТП, непосредственно влияют на все последующие решения, связанные с построением системы электроснабжения. В общем виде задача определения мощности трансформаторов может быть решена путем нахождения аналитической зависимости приведенных затрат, связанных с передачей энергии через рассматриваемую систему, от мощности трансформаторов ТП. Однако определение наивыгоднейшей мощности трансформаторов ТП требует перебора большого числа вариантов, что в связи с большой трудоемкостью расчетов не всегда может быть выполнено. Поэтому для ориентировочного определения экономически целесообразной мощности трансформаторов ТП может быть применена формула, полученная на основании многочисленных расчетов:

, (22)

где -плотность нагрузки микрорайона (кВА/км²), определяемая по формуле:

, (23)

где S_р.мк.р.-расчетное значение полной нагрузки микрорайона, кВА;

F_мк.р.-площадь микрорайона, км².

Экономически целесообразная мощность трансформаторов ТП:

Так как значительную долю потребителей микрорайона составляют потребители 2-й категории по надежности электроснабжения и имеется один потребитель 1-й категории, то, согласно требований ПУЭ, электроснабжение необходимо производить от двух независимых источников питания имеющих одинаковую мощность, поэтому принимаем количество трансформаторов в ТП равное трём, т.е. n_тр=3.

Согласно 4.4.3. /1/ в районах многоэтажной застройки (9 этажей) при плотности нагрузки 8 МВт./км² и более оптимальная мощность двухтрансформаторных подстанций должна составлять 2*400 кВА.

Проведем сравнения трансформаторных подстанций при мощностях трансформаторов 250 кВА и 400 кВА.

1.Принимаем мощность двухтрансформаторной подстанции 2*250 кВА:

Ориентировочное число ТП определяется по выражению:

, (24)

где K_з - коэффициент загрузки трансформаторов ТП в нормальном режиме.

В соответствии с суточным графиком нагрузки ТП, питающих жилые дома и общественные здания принимаем K_з=0.6 /1/:

В результате расчета необходимо принять 3 трансформаторных подстанций, т.е. количество ТП n_тп =3.

Объекты микрорайона распределяются между ТП с учетом их загрузки и месторасположения в микрорайоне.

Результаты распределения представлены в таблице 6.

Таблица 6

Распределение объектов электроснабжения микрорайона между ТП.

№ ТП	Число и мощность трансформаторов, Nтр.*Sном.тр., кВА		Позиции объектов
ТП-1	2*250		1,2,5а,12
ТП-2	2*250		5,6,7,9,11
ТП-3	2*250		8,10,13,14

Расчетная нагрузка каждой трансформаторной подстанции определяется аналогично п. 3.4 , где за Р_р^._нб и Q_р._нб принимаются нагрузки жилых зданий, определяемые по суммарному количеству квартир и лифтовых установок, питаемых от данной трансформаторной подстанции.

Расчет электрических нагрузок ТП покажем на примере расчета нагрузочной мощности для ТП-1.

Наибольшую электрическую нагрузку трансформаторной подстанции ТП1 имеет образовательная школа. По табл.2.3.1 /1/ находим коэффициенты участия К_у остальных групп потребителей в максимуме нагрузки.

Нагрузку освещения микрорайона распределим между тремя трансформаторными подстанциями следующим образом:

ТП-1: территория охватываемая ТП-1 равна 10,75 га, следовательно Р_{р.вк.тп1}=12,9 кВт; Р_{р.ул..тп1}=14,23 кВт – сумма активных нагрузок освещения улиц местного значения и нагрузки освещения двух магистральных улиц.

ТП-2: территория охватываемая ТП-2 равна 5,6 га, следовательно Р_{р.вк.тп2}=6,72 кВт; Р_{р.ул..тп2}=16,21 кВт. - нагрузка освещения магистральной улицы.

ТП-3: территория охватываемая ТП-3 равна 5 га, следовательно Р_{р.вк.тп3}=12,9 кВт; Р_{р.ул..тп3}=19,13 кВт –активная нагрузка освещения оставшейся магистральной улицы.

Расчетная нагрузка ТП с учетом коэффициента максимума по формулам (14), (15) равна:

Р_р.тп1.= Р_р.ж.д.1*К_у.ж.д.+ Р_р.ж.д.2*К_у.ж.д.+ Р_р.ж.д.5а*К_у.ж.д.+

+Р_{р.дет.сад}*К_{у.дет.сад}+ Р_{р.ул.тп1}+ Р_{р.вк.тп1} (25)

Q_р._тп1= (Р_р.кв*tg _кв)₍₁₎*К_у.ж.д.(1)+ (Р_р.кв*tg _кв)₍₂₎*К_у.ж.д.(2)+ (Р_р.кв*tg _кв)_(5а)*К_{у.ж.д.(5а)}+ +(Р_р.кв*tg _кв)₍₁₂₎*К_{у.ж.д.(12)}+Р_{р.дет.сад.}*tg _{дет.сад}*К_{у.дет.сад}+ Р_{р.ул.тп1} *tg + +Р_{р.вк.тп1} *tg , (26)

где Р_{р.ул..тп1}, Р_{р.вк.тп1}- расчетные активные нагрузки освещения улиц (улиц магистрального и местного значения) и внутриквартальных территорий соответственно, запитываемых от ТП-1, кВт.

На основании формул (25) (26) получим:

Р_р.тп1=60+65,25+165,44+56*0,8+12,9+14,23=362,62(кВт)

Q_р.тп1=60*0,29+65,25*0,29+165,44*0,29+56*0,25*0,8+12,9*0,62+14,23*0,62=

=112,32 (кВАр)

Полная нагрузка трасформаторной подстанции равна:

Загруженность каждой ТП в нормальном рабочем режиме определяется коэффициентом загрузки, который должен быть в пределах: 0,6-0,9 (60-90%):

, (27)

где S_н.тр.- номинальная мощность трансформатора, кВА;

n_тр.- количество трансформаторов в ТП.

Перегрузка каждой ТП определяется коэффициентом перегрузки, который вычисляется при выходе из строя одного из двух трансформаторов:

, (28)

Коэффициент перегрузки в послеаварийном режиме сравнивается с допустимым коэффициентом перегрузки:

K_{доп.пер.}≥ (29)

где K_{доп.пер.}- допустимый коэффициент перегрузки трансформатора.

Коэффициент допустимой перегрузки определяется в зависимости от длительности перегрузки. Длительность перегрузки определяется временем прохождения максимальной нагрузки, которое определяется посуточному графику нагрузки потребителя.

Согласно /1/ получаем K_{доп.пер.}=1.5, т.е. перегрузка возможна на 50%. Если данное условие выполняется, то выбор мощности трансформаторов сделан правильно.

Для ТП-1 получили:

1,5 > 1,395,

т.е. трансформаторы в послеаварийном режиме загружены в допустимых пределах.

Таким образом, выбор мощности трансформаторов для ТП-1 произведен верно. Принимается ТП-1 2250 с учетом дальнейшего развития микрорайона, т.е. предполагается изменения нагрузок этой части микрорайона в сторону увеличения.

Результаты расчетов электрических нагрузок трансформаторных подстанций приведены в таблице 7

Расчет электрических нагрузок трансформаторных подстанций. Таблица 7

№ поз	Расчетная активная нагрузка, Рр, кВт	Расчетная реактивная нагрузка, Qр, кВАр		Коэф-т участия, Ку	Рр*Ку, кВт	Qр*Ку, кВАр
ТП-1
1	60	17,4	---		60		17,4
2	65,25	18,92	---		65,25		18,92
5а	165,44	47,98	---		165,44		47,98
12	56	14	0,8		44,8		11,2
Освещение	27,13	16,82	---		27,13		16,82
Итого:					362,62		112,32
ТП-2
5	264,015	66,553	---		264,015		66,553
6	229,703	65,518	1,0		229,703		65,518
7	62,5	46,875	0,6		37,5		28,125
9	62,5	46,875	0,6		37,5		28,125
11	62,5	46,875	0,6		37,5		28,125
Освещение	14,75	9,145	1,0		14,75		9,145
Итого:					545,968		169,341
ТП-3
8	219,690	67,029	---		219,690		67,029
10	215,647	65,718	1,0		215,647		65,718
13	52,3	10,4	0,7		36,4		7,28
11	73,6	18,4	0,4		29,44		7,36
14	25,6	12,288	0,6		15,36		7,373
Освещение	18,5	11,47	1,0		18,5		11,47
Итого					535,037		166,23

Таблица 8

Значения коэффициентов загрузки трансформаторных подстанций в нормальном и послеаварийном режимах.

Номер ТП	Коэффициент загрузки в нормальном режиме работы:	Коэффициент загрузки в послеаварийном режиме работы:	Условие проверки по послеаварийному режиму работы: Kдоп.пер.≥
1	0,648	1,395	выполняется
2	0,715	1,429	выполняется
3	0,7	1,4	выполняется

2. Принимаем мощность двухтрансформаторной подстанции 2*400 кВА:

В результате расчета необходимо принять 2 трансформаторных подстанций, т.е. количество ТП n_тп=2.

Объекты микрорайона распределяются между ТП с учетом их загрузки и месторасположения в микрорайоне.

Результаты распределения представлены в таблице 9.

Таблица 9

Распределение объектов электроснабжения микрорайона между ТП

№ ТП	Число и мощность трансформаторов, Nтр.*Sном.тр., кВА		Позиции объектов
ТП-1	2*400		1,2,5а,5,6,12
ТП-2	2*400		7,8,9,10,11,13,14

При расчете электрических нагрузок ТП с мощностью трансформаторов 400 кВА, проводим аналогичные вычисления, что и для ТП с мощностью трансформаторов 250 кВА. Расчет покажем на примере расчета нагрузочной мощности для ТП-1.

Наибольшую электрическую нагрузку трансформаторной подстанции ТП1 имеет образовательная школа. По табл.2.3.1 /1/ находим коэффициенты участия К_у остальных групп потребителей в максимуме нагрузки.

Нагрузку освещения микрорайона распределим между двумя трансформаторными подстанциями следующим образом:

ТП-1: территория охватываемая ТП-1 равна 12,5 га, следовательно Р_{р.вк.тп1}=15 кВт; Р_{р.ул..тп1}=25,91 кВт –активная нагрузка освещения магистральной улицы;

ТП-2: территория охватываемая ТП-2 равна 14,6 га, следовательно Р_{р.вк.тп2}=17,5 кВт; Р_{р.ул..тп1}=28 кВт –сумма активных нагрузок оставшейся части нагрузки освещения магистральных улиц и нагрузки освещения улиц местного значения.

Расчетная нагрузка ТП-1 с учетом коэффициента максимума равна:

Р_р.тп1.= Р_р.ж.д.(1)*К_у.ж.д.(1)+ Р_р.ж.д.(2)*К_у.ж.д.(2)+ Р_{р.ж.д.(5а)}*К_{у.ж.д.(5а)}+ Р_р.ж.д.(5)*К_у.ж.д.(5)+ Р_р.ж.д.(6)*К_у.ж.д.(6)+Р_{р.дет.сад}*К_{у.дет.сад}+ Р_{р.ул.тп1}+ Р_{р.вк.тп1} (26)

Q_р._тп1= (Р_р.кв*tg _кв+0,9*Р_р.л*tg _л)_(р.ж.д.1)* К_{у.р.ж.д.1}

+(Р_р.кв*tg _кв+0,9*Р_р.л*tg _л)_(р.ж.д.2)*К_{у.р.ж.д.2}+(Р_р.кв*tg _кв+0,9*Р_р.л*tg _л)_{(р.ж.д.5а)}* *К_у.р.ж.д.+(Р_р.кв*tg _кв+0,9*Р_р.л*tg _л)_(р.ж.д.5)*К_у.р.ж.д.+(Р_р.кв*tg _кв+0,9*Р_р.л*tg _л)_(р.ж.д.6)*

*К_{у.р.ж.д.6}+Р_{р.дет.сад.}*tg _{дет.сад}*К_{у.дет.сад}+ Р_{р.ул.тп1}* tg _кв + Р_{р.вк.тп1}* tg _кв (27)

где Р_{р.ул..тп1}, Р_{р.вк.тп1}- расчетные активные нагрузки освещения улиц (улиц магистрального и местного значения) и внутриквартальных территорий соответственно, запитываемых от ТП-1, кВт.

На основании формул получим:

Р_р.тп1=235,9(кВт)

Q_р.тп1=66,62(кВАр)

Полная мощность ТП-1 равна:

Загруженность каждой ТП в нормальном рабочем режиме определяется коэффициентом загрузки по формуле (23):

Полученный коэффициент должен быть в пределах: 0,6-0,9 (60-90%), что не выполняется, следовательно, мощность трансформаторов ТП необходимо уменьшить с 400 кВА до 250 кВА.

Применение двух ТП, одна из которых мощностью 2*400 кВА, а другая 2*250 кВА, экономически и технически не выгодно в связи с большими затратами на прокладку кабелей.

Окончательно принимаем к установке на территории микрорайона три двухтрансформаторные ТП мощностью 2*250 кВА.