17. Ефективність паралельної роботи тягових трансформаторів.

Тягові підстанції електричних залізниць змінного струму є, як правило, двохтрансформаторними. Живлення тягового навантаження й районних споживачів забезпечується одним трансформатором, установлення другого диктується розуміннями забезпечення високої надійності електропостачання.

Наявність надлишкових трансформаторних потужностей висуває задачу раціонального їхнього використання. Дамо кількісні оцінки навантажень трансформаторів, при яких перехід на паралельну роботу створює позитивний ефект. Відповідний підхід для симетричних не випадкове навантажень давно відомий. Застосуємо аналогічну методику до випадкових процесів зміни несиметричних навантажень тягових трансформаторів. Визначимо критичне значення математичного очікування струму навантаження, при якому перехід від паралельно включених трансформаторів до зменшує активні втрати в них.

Відповідно до формули (1.6.15) запишемо математичне очікування активних втрат при включених і - м трансформаторів, а потім дорівняємо їх:

де - втрати холостого ходу, а й - математичне очікування й дисперсія суми активних втрат у первинній, районній і тяговій обмотках трансформатора.

Рішення рівняння (1.7. 1) щодо критичного значення має вигляд:

Для переходу від одного до двох паралельно працюючих трансформаторів критичне значення визначається по формулі:

Якщо як критерій вибрати мінімум реактивних втрат, можна аналогічно (1.7.1) скласти рівняння:

де - струм неодруженого струму трансформатора;

- його номінальна потужність;

і - математичне очікування й дисперсія суми реактивних втрат у первинній, районній і тяговій обмотках трансформатора.

Рішення цього рівняння має вигляд

що для переходу на паралельну роботу двох трансформаторів дає

Вибір числа паралельно працюючих трансформаторів за критеріями (1.7.2) і (1.7.3) дає можливість мінімізувати середні активні або реактивні втрати для практично важливого випадку обмеженого числа перемикань комутуючих апаратів. У випадку мінімізації реактивних втрат середній ефект буде позитивним незалежно від розподілу завантаження фаз, тому що включення другого трансформатора приведе до зменшення сумарної реактивної потужності, споживаної трансформаторами із системи зовнішнього електропостачання. Таке зменшення веде до зниження рівня обмінної реактивної потужності між системою й тяговою підстанцією, що у свою чергу знижує втрати напруги в системі й у тягових трансформаторах, збільшуючи середній рівень напруги на тягових шинах і знижуючи розкид напруги щодо середнього.

Розглянемо ефективність вибору числа трансформаторів за критерієм (1.7.2) або (1.7.3) при відсутності районного навантаження або її зневажливої малості в порівнянні з тягової.

Активні втрати в цьому випадку виражаються формулою:

де - активний опір обмоток трансформатора; - математичні очікування й дисперсії

струмів навантаження плечей живлення й ланцюги відсмокчення. Аналогічно для реактивних втрат можна записати

де - індуктивний опір фази трансформатора;

- напруга короткого замикання трансформатора, %.

Формули (1.7. 2), (1.7. 3) з урахуванням виражень (1.7. 4) і (1.7. 5) приймають вид:

Знаючи числові характеристики струмів у плечах живлення й ланцюга отсоса тягової підстанції, можна визначити значення суми квадратів математичних очікувань М. При паралельна робота тягових трансформаторів гарантує зниження реактивних втрат і поліпшення якості напруги на тягових шинах; при забезпечується зниження активних втрат при поліпшенні якості напруги.

Використовуючи формули (1.7. 6), оцінимо критичні значення й для тягових трансформаторів різних типів. Для порівняння з номінальним навантаженням уведемо й - величини струмів симетричного навантаження, при яких забезпечується зниження відповідних втрат при . Результати розрахунків зведені в табл. 1.7.1.

Оцінимо зниження втрат напруги при паралельній роботі тягових трансформаторів. Напруги по плечах живлення можна представити у вигляді:

де - напруги на лівій і правої підстанціній зонах; - напруга в системі;

- втрати напруги, обумовлені формулами:

де й - струми лівого й правого плечей живлення;

- опір системи до шин тягової підстанції;

і - струми в робочих фазах трансформатора.

Вузький діапазон зміни кута зсуву фаз напруг і струмів по плечах живлення, що становить , робить функцію втрат напруги в тяговому трансформаторі майже лінійної.

Скористуємося відомою методикою статистичної лінеаризації, для чого розкладемо функції й у ряд. Тейлора в околиці точки , де й - математичні очікування струмів навантаження лівого й правого плечей живлення; і - математичні очікування кутів зсуву фаз по плечах живлення. У розкладанні втримуємо тільки лінійні члени, а й думаємо рівними 35°. Беремо відповідні частки похідні:

Тоді

Математичне очікування втрат напруги виходить підстановкою у формули (1.7.7) математичних очікувань струмів і кутів зсуву фаз по плечах живлення, тобто

Для визначення дисперсій втрат напруги по плечах живлення скористаємося відомою формулою

де й - кореляція між відповідними величинами.

Як показали статистичні дослідження, кореляція між струмами різних плечей живлення, між зсувами фаз струмів по різних плечах близька до нуля. Ненульовою є кореляція між струмами й зсувами фаз на одному плечі живлення. Для всіх цих величин кореляційна матриця буде мати вигляд:

де - кореляція між і ; - кореляція між і .

Підставляючи у формулу (1.7.10) значення, визначені в (1.7.8), одержуємо:

У відсутності оцінок дисперсії кута зсуву фаз можна скористатися правилом , уважаючи . Тоді й формула приймає вид:

Відкидаючи четверте й шосте складові правої частини через їхню малість, остаточно одержуємо:

Застосовуючи аналогічні викладення для дисперсії втрати напруги на правому плечі живлення, одержуємо вираження:

Погрішність статистичної лінеаризації оцінюється відношенням максимального значення залишкового члена ряду Тейлора до максимуму функції . Взявши другі частки похідні й проробивши викладення, аналогічні попередньої, одержуємо наступні оцінки:

Відносна погрішність статистичної лінеаризації визначається вираженням:

де .

Результати розрахунку по формулі (1.7.13) для значень показують, що відносна погрішність змінюється від 0,03 до 0,011.

Як і слід було сподіватися в даних умовах, статистична лінеаризація вносить малу погрішність через те, що нелінійна функція кута змінюється у вузьких межах, а функція струму, що змінюється в широких межах, входить у вихідні формули лінійно.

Оцінимо ефективність перемикання тягових трансформаторів в умовах приклада, розглянутого в попередньому параграфі. Два тягових трансформатори ТДТНЭ-25000/110 установлені на підстанції, що живить від системи, опір якої становить Ом. Опір одного трансформатора Ом. По формулі (1.7. 6) маємо: . На мал. 1.7. 1 приведена крива зміни . Найбільше значення , однак у період від 9 до 19 ч 30 хв раціонально підключати другий трансформатор для зниження втрат реактивної потужності в тягових трансформаторах. Для найбільшого навантаження в 17 год. проценим

Рис. 15.1.

зниження втрат напруги по плечах живлення, вважаючи кореляцію . Середні навантаження в цей час становлять . При одному працюючому трансформаторі по формулах (1.7. 9), (1.7.11), (1.7.12) маємо для лівого плеча живлення ,

; для правого плеча живлення . Для режиму найбільшого навантаження з імовірністю 0,965 одержуємо , що при дає . Різниця в напрузі 2 кв.

При паралельній роботі трансформаторів для того ж режиму одержуємо . Для найбільших навантажень із імовірністю 0,956 маємо: , що при дає . Різниця в напрузі по плечах живлення становить кв. Таким чином, паралельна робота трансформаторів знижує приблизно на 0,7 кв перекіс напруг по плечах живленні й приводить до підвищення напруги на відстаючій фазі приблизно на 1,3 кв. Такі ж результати отримані на практиці. Слід зазначити, що в даному прикладі середні активні втрати зростуть на 264 квт-ч у добу.

Аналогічні дослідження на одній з тягових підстанцій вантажонапруженого напрямку виявило стаціонарність тягового навантаження з наступними статистичними характеристиками: ; . На цій підстанції встановлені два тягових трансформатори ТДТНЭ-25000/110. Опір системи Ом. У результаті розрахунків були отримані наступні оцінки: . Тому що в роботі раціонально тримати обидва трансформатори включеними. Розрахунок по формулах попереднього параграфа показав, що активні втрати в цьому випадку знижуються на , що становить 4,7 % економії, а споживана із системи реактивна потужність зменшується в середньому на 0,64 Мвар (31,5 % економії). При одному працюючому трансформаторі втрати напруги по плечах живлення становлять (з імовірністю 0,956): при перекосі напруг по плечах живлення в режимі максимальної : навантаження кв.

Включення другого трансформатора на паралельну роботу істотно поліпшує режим напруги, тому що в цьому випадку втрати напруги по плечах живлення складуть: , тобто при перекосі напруг у режимі максимального навантаження кв. Зменшення перекосу напруг по плечах живлення полегшує роботу системи регулювання напруги під навантаженням, а значне зниження втрат напруги зменшує необхідне число перемикань цієї системи.

18. Вибір оптимального числа паралельно працюючих трансформаторів за критерієм втрат активного електроенергії.

19. Вибір оптимального числа паралельно працюючих трансформаторів за критерієм втрат реактивної електроенергії.

20. Визначення потенціалу енергозбереження в освітлювальних установках. Збір початкової інформації.

Останнім часом, у зв'язку з ростом цін на енергоносії, актуальної стає їхня економія. Першим етапом процесу економії енергії є проведення комплексного енергетичного обстеження об'єкта (енергоаудит) і розробка на його основі економічно доцільних заходів щодо економії енергії. Дані заходи розробляються для кожного окремого типу споживача енергії: опалення, технологія, освітлення, вентиляція й т.п. Спочатку провадиться аналіз стану систем енергоспоживання, а потім - розрахунок економії енергії по визначених методиках.

Система освітлення є вагомим споживачем електроенергії, особливо в адміністративних будинках (до 80%). Тому застосування пропонованої методики здобуває велике значення при енергоаудиті.

Для аналізу стану системи освітлення обстежуваного об'єкта необхідно зібрати наступну інформацію:

• тип і кількість існуючих світильників;

• тип, кількість і потужність використовуваних ламп;

• режим роботи системи штучного освітлення;

• характеристики поверхонь приміщень (коефіцієнти відбиття);

• рік установлення світильників;

• періодичність чищення світильників;

• фактичний і нормований рівень освітленості;

• значення напруги електромережі освітлення на початку й наприкінці вимірювань освітленості;

• розміри приміщення;

• середній фактичний термін служби ламп;

• фактичне й нормоване значення коефіцієнта природної освітленості.

Потім, провадиться розрахунок показників енергоспоживання на підставі перерахованих вище даних отриманих у результаті інструментального обстеження об'єкта.

Установлена потужність:

, [Вт]

(1)

де P_i - потужність освітлювальної установки i-го приміщення в обстежуваному об'єкті; K_пра - коефіцієнт втрат у пускорегулюучій апаратурі освітлювальних приладів; P_л - потужність лампи; N - кількість однотипних ламп в освітлювальній установці i-го приміщення.

Річне й питоме енергоспоживання:

[кВт·г]

(2)

де Wр - сумарне річне споживання електроенергії; Wр_i - річне споживання ОУ i-го приміщення; Tр_i - річне число годин роботи системи i-го приміщення; kв_i - коефіцієнт використання встановленої електричної потужності в ОУ i-го приміщення.

[кВт·г/м2]

(3)

де - річне питоме споживання електроенергії; S_i - площа i-го приміщення в досліджуваному об'єкті.

Питомі показники енергоспоживання або встановленої потужності (Вт/м²) дозволяють на основі норм приблизно (±20%) оцінити загальний потенціал економії енергії. Для більш точної оцінки по кожному заходу необхідно виконати розрахунок економії електроенергії за нижченаведеною методикою.

Спочатку необхідно визначити фактичне середнє значення освітленості з урахуванням відхилення напруги в мережі від номінального. Для обліку відхилення фактичної освітленості від нормативних значень визначаємо коефіцієнт приведення:

kni=Eфi/Eнi

(4)

де k_ni - коефіциєнти приведення освітленості i-го приміщення; E_фi - нормоване значення освітленості в i-ом приміщенні; E_нi - фактичне значення освітленості в в i-ом приміщенні.

Потенціал річної економії електроенергії в ОУ обстежуваного приміщення розраховується по формулі:

[кВт·г/рік]

(6)

де W_i^k- потенціал економії електроенергії у кВт•г/рік для i-го приміщення й k-го заходу.

До основних заходів ставляться:

1. Перехід на інший тип джерела світла з більше високою світловіддачею (лм/вт).

2. Підвищення ККД існуючих освітлювальних приладів внаслідок їхнього чищення.

3. Підвищення ефективності використання відбиття світла.

4. Підвищення ефективності використання електроенергії при автоматизації керування висвітленням.

5. Установка енергоефективної пускорегулюючої апаратури (ПРА).

6. Заміна світильників є найбільш ефективним комплексним заходом, тому що містить у собі заміну ламп, підвищення ККД світильника, оптимізацію світлорозподілу світильника і його розташування. Для точної оцінки економії електроенергії необхідно робити світлотехнічний розрахунок освітленості для передбачуваних до установки світильників методом коефіцієнта використання або точковим методом [1].

У середньому економічно реальний потенціал економії електроенергії в системах висвітлення склав 15-20%.

21. Ефективність переходу на іншій тип світильників.

Перехід на інший тип джерела світла з більше високою світловіддачею (лм/вт). Економія електроенергії в результаті даного заходу визначається по формулі:

Wi = WГi (1 - kисi kзпi) [кВт•г/рік]

(7)

де k_исi - коефіцієнт ефективності заміни типу джерела світла; k_зпi - коефіцієнт запасу враховуюче зниження світлового потоку лампи протягом терміну служби [1] (при заміні ламп із близьким за значенням k_зп але з різною ефективністю k_зп виключається або коректується, крім випадку коли обстеження проводилося після групової заміни джерел світла).

kисi =  /  N

(8)

де  - світловіддача існуючого джерела світла [лм/вт]; _N - світловіддача пропонованого до установки джерела світла [лм/вт].

22. Підвищення ККД існуючих освітлювальних приладів.

Підвищення ККД існуючих освітлювальних приладів внаслідок їхнього чищення. Економія електроенергії в результаті даного заходу визначається по формулі:

Wi = Wрi kчi [кВт•г/рік]

(9)

де k_чi - коефіцієнт ефективності чищення світильників.

kЧi = 1 - (с + с e-(t/tc))

(10)

де  _с ,  _с , t_с - постійні для заданих умов експлуатації світильників [1];

t - тривалість експлуатації світильників між двома найближчими чищеннями.

23. Підвищення ефективності відбиття світла.

Підвищення ефективності використання відбиття світла. Збільшення коефіцієнтів відбиття поверхонь приміщень на 20% і більше (фарбування в більше світлі тони, побілка, мийка) дозволяє заощаджувати 5-15% електроенергії, внаслідок збільшення рівня освітленості від природного й штучного освітлення. Ефективність даного заходу залежить від великої кількості факторів: розміри приміщення, коефіцієнти відбиття поверхонь приміщення, розташування світлопроємів, коефіцієнт природної освітленості (КЕО), режим роботи людей у приміщенні, світлорозподіл і розташування світильників. Тому більше точне значення економії електроенергії можна одержати на підставі світлотехнічного розрахунку методом коефіцієнта використання [1].