Выбор номинальной мощности трансформаторов на СЭС и ВЭС

В данной статье будет рассматриваться выбор номинальной мощности трансформаторов на СЭС и ВЭС.

В соответствии с [1] трансформаторы могут без ущерба для номинального срока службы работать в течение части суток или года с нагрузкой, превышающей номинальную, если в другую часть рассматриваемого периода их нагрузка меньше номинальной.

Критерием допустимости того или иного режима является не номинальный ток, а износ изоляции за рассматриваемый период.

В интервалах времени, когда нагрузка трансформатора превышает номинальную, износ изоляции выше номинального, зато в остальное время, когда нагрузка меньше номинальной, износ изоляции ниже номинального.

В целом износ изоляции не должен превышать номинального, то есть число «отжитых нормальных» трансформатором часов или суток не должен превышать действительно истекшего времени.

Износ изоляции в течение года равен сумме суточных износов за все сутки года. Например, если число «отжитых нормальных» суток получится равным 365, это означает, что трансформатор работает в условиях в отношении износа, близких к номинальным.

При этом в течение ряда суток износ изоляции может значительно превышать номинальный при условии, что в другие периоды года износ меньше номинального.

Одной из отличительной особенностью работы солнечных и ветровых электростанций (СЭС и ВЭС) является нестабильность и изменчивость величины генерируемой мощности в течении суток и года.

Величина генерируемой мощности обуславливается суточной закономерностью, сезонными колебаниями, длительностью светового дня, количеством солнечных дней, часов, состоянием погоды, температурой окружающей среды в летний и зимний периоды.

На величину генерируемой мощности оказывает интенсивность солнечной инсоляции, оптимальный угол наклона панели фотоэлементов, степень их загрязнения.

На протяжении суток генерация ВЭС характеризуется максимальным отклонением, которое достигает 90%. Наибольший коэффициент использования установленной мощности ВЭС приходится на холодные месяцы и составляет всего 18-27%.

Неравномерность генерации мощности в течении суток и года предопределяет возможность расчета номинальной мощности по предельно допустимому значению тока для режима систематических нагрузок, в течение части цикла которого температура охлаждающей среды может быть более высокой и ток нагрузки превышает номинальный, однако с точки зрения термического износа такая нагрузка эквивалентна номинальной нагрузке при номинальной температуре охлаждающей среды.

Это достигается за счет понижения температуры охлаждающей среды или тока нагрузки в течение остальной части периода. Режим продолжительных аварийных перегрузок (более получаса) в результате выхода из строя одного из трансформаторов, который возникает редко, однако может длится в течение недель или даже месяцев, ограничивает мощность генерации величиной, которая составляет 1,5 номинальной мощности [1].

Трансформатор является наиболее надежным элементом системы электроснабжения. Его удельная повреждаемость λ= 0,01 год-1, что составляет повторяемость τ = 1/ λ = 100, то есть один раз в сто лет [2].

Капитальный ремонт трансформатора, который выполняется чаще указанной повторяемости повреждения в трансформаторе, необходимо осуществлять в периоды минимальной генерации.

Указанные обстоятельства дают возможность существенно уменьшить номинальную мощность трансформаторов на СЭС и ВЭС, что не всегда учитываются при выборе номинальной мощности.

Трансформаторы работают с недогрузкой или в режиме холостого хода, что наносит значительный экономический ущерб.

Пример 1

Исходные данные:

• Максимальная генерируемая мощность СЭС Sтах = 100 МВА в течении 4 часов.
• Среднее значение генерируемой мощности в остальное время суток Sсред. = 100 МВА.
• Эквивалентная температура охлаждающей среды Qa = 20°.
• Предполагается установка двух трансформаторов мощностью 40 МВА каждый.

Расчет

1. Коэффициент перегрузки К2 определяется по выражению c учетом двух трансформаторов по 40 МВА:

2. Коэффициент нагрузки определяется по выражению:

При указанных значениях K1 и K2 и температуре охлаждающей среды Qa = 20° в соответствии с рис. 11 [1] допускается систематическая нагрузка в течении 4 часов.

3. В аварийном режиме c учетом одно трансформатора 40 МВА:

В соответствии с [2] коэффициент перегрузки не должен превышать 1,5. Следовательно, генерируемая максимальная мощность в аварийном режиме Sтах. = 1,5×40 = 60 МВА.

При К2 = 1,5 и К1 = 0,5 в соответствии с таблицей 16 [1] число «нормальных отжитых» часов в течение суток L = 25,3, а температура наиболее нагретой точки Qh = 134°, что менее допустимой, равной 140° [1].

Как указывалось, ранее, вероятность повреждения трансформатора очень мала и приводит к ограничению генерации мощности в течение 4 часов в сутки.

Пример 2

Исходные данные:

• Максимальная генерируемая мощность инверторного трансформатора Smax =2, 4 MBA в течении 4 часов.
• Среднее значение генерируемой мощности Sсред. = 0,48 МВА.
• Эквивалентная температура охлаждающей среды Qa = 20°.
• Предполагается установка инверторного трансформатора мощностью Sном. = 1,6 МВА.

Расчет

1. Коэффициент перегрузки:

2. Коэффициент нагрузки:

При указанных значениях K1 и K2 и температуре окружающей среды Qa = 20° в соответствии с рис. 9 [1] допускается систематическая нагрузка в течение 4 часов.

Вывод

Неравномерность генерации мощности в течение суток и года предопределяет возможность уменьшения номинальной мощности трансформаторов на СЕС и ВЕС.

Литература:

1. ГОСТ 14209-97 Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов.
2. Дырацу В. С., и др. Электроснабжение промышленных предприятий // Издательство объединения.