Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для главных понизительных подстанций (ГПП) промышленных предприятий должен быть технически и экономически обоснован, так как это оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения. При выборе числа и мощности силовых трансформаторов используют методику технико-экономических расчетов, а также учитывают такие показатели, как надежность электроснабжения потребителей, расход цветного металла и потребная трансформаторная мощность. Для удобства эксплуатации систем промышленного электроснабжения стремятся к применению не более двух-трех стандартных мощностей трансформаторов, что ведет к сокращению складского резерва и облегчает взаимозаменяемость трансформаторов. Желательна установка трансформаторов одинаковой мощности, но такое решение не всегда выполнимо. Выбор трансформаторов следует производить с учетом схем электрических соединений подстанций, которые оказывают существенное влияние на капитальные вложения и ежегодные издержки по системе электроснабжения в целом, определяют ее эксплуатационные и режимные характеристики.
В целях удешевления подстанций (ГПП или ГРП) напряжением 35 — 220 кВ широко применяют схемы без установки выключателей на стороне высшего напряжения (по схеме блока линия — трансформатор), приведенные на рис. 1. Цеховые трансформаторы, как правило, не должны иметь распределительного устройства на стороне высшего напряжения (рис. 2). Следует широко применять непосредственное (глухое) присоединение питающего кабеля к трансформатору при радиальных схемах питания трансформатора (рис. 2, а) или присоединение через разъединитель или выключатель нагрузки при магистральных схемах питания (рис. 2,6, в, г). При магистральной схеме питания трансформатора мощностью 1000 кВ А и выше вместо разъединителя устанавливают выключатель нагрузки, так как при напряжении 6 — 20 кВ разъединителем можно отключать XX трансформатора мощностью не более 630 кВ А. В настоящее время вновь сооружаемые цеховые трансформаторные подстанции выполняют комплектными (КТП), полностью изготовленными на заводах и крупными блоками монтируемыми на промышленных предприятиях.
Конструктивно цеховые трансформаторные подстанции (ТП) подразделяют на внутрицеховые, которые размещают в многопролетных цехах; встроенные в контур цеха, но имеющие выкатку трансформаторов наружу; пристроенные к зданию; отдельно расположенные на территории предприятий, которые применяют при невозможности размещения внутрицеховых, встроенных или пристроенных подстанций по условиям производства.
Выбор числа трансформаторов связан с режимом работы станции или подстанции. График нагрузки может быть таким, при котором по экономическим соображениям необходимо установить не один, а два трансформатора. Такие случаи, как правило, имеют место при плохом коэффициенте заполнения графика нагрузки (0,5 и ниже). В этом случае установка отключающих аппаратов необходима для оперативных действий (производящихся дежурным персоналом или происходящих автоматически) с силовыми трансформаторами при соблюдении экономически целесообразного режима их работы. Важными факторами, наиболее существенно влияющими на выбор номинальной мощности трансформатора и, следовательно, на его экономически целесообразный режим работы, являются температура охлаждающей среды в месте его установки и график нагрузки потребителя (изменения нагрузки в течение суток, недели, месяца, сезона и года).
Выбор типа трансформаторов
Выбор типа трансформаторов производят с учетом условий их установки, температуры окружающей среды и т. п. Основное применение на промышленных предприятиях находят двухобмоточные трансформаторы. Трехобмоточные трансформаторы 110/35/6 — 20 кВ на ГПП применяют лишь при наличии удаленных потребителей средней мощности, относящихся к данному предприятию. Трансформаторы с расщепленными обмотками 110/10—10 кВ или 110/6—10 кВ применяют на предприятиях с напряжениями 6 и 10 кВ при необходимости снижения тока КЗ и выделения питания ударных нагрузок.
Выбор числа трансформаторов
Основными требованиями при выборе числа трансформаторов ГПП и цеховых ТП являются: надежность электроснабжения потребителей (учет категории приемников электроэнергии в отношении требуемой надежности), а также минимум приведенных затрат на трансформаторы с учетом динамики роста электрических нагрузок.
При проектировании подстанции учитывают требования, исходя из следующих основных положений. Надежности электроснабжения потребителей I категории достигают за счет наличия двух независимых источников питания, при этом обеспечивают резервирование питания и всех других потребителей. При питании потребителей I категории от одной подстанции необходимо иметь минимум по одному трансформатору на каждой секции шин, при этом мощность трансформаторов выбирают так, чтобы при выходе из строя одного из них второй (с учетом допустимой перегрузки) обеспечивал питание всех потребителей I категории. Резервное питание потребителей I категории вводится автоматически. Потребителей II категории обеспечивают резервом, вводимым автоматически или действиями дежурного персонала. При питании этих потребителей от одной подстанции следует иметь два трансформатора или складской резервный трансформатор для нескольких подстанций, питающий потребителей II категории, при условии, что замена трансформатора может быть произведена в течение нескольких часов. На время замены трансформатора вводят ограничение питания потребителей с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора. Потребители III категории получают питание от однотрансформаторной подстанции при наличии «складского» резервного трансформатора.
При выборе числа трансформаторов исходят из того, что сооружение однотрансформаторных подстанций не всегда обеспечивает наименьшие затраты. Если по условиям резервирования питания потребителей необходима установка более чем одного трансформатора, то стремятся, чтобы число трансформаторов на подстанции не превышало двух. Двухтрансформаторные подстанции экономически более целесообразны, чем подстанции с одним или большим числом трансформаторов. При сооружении двух- трансформаторных подстанций ГПП выбирают наиболее простую схему электрических соединений со стороны высшего напряжения (рис. 1). Все остальные решения (подстанции с тремя и большим числом трансформаторов) являются обычно более дорогими. Однако они могут быть необходимы, когда приходится строить подстанции для питания потребителей, требующих разных напряжений. Главные понизительные подстанции, подстанции глубоких вводов (ПГВ) и цеховые ТП выполняют с числом трансформаторов не более двух. Для потребителей III и частично II категорий рассматривают вариант установки одного трансформатора с резервным питанием от соседней трансформаторной подстанции. В этом случае резервная подстанция является второй подстанцией и должна иметь запас мощности. На цеховых подстанциях с двумя трансформаторами рабочие секции шин низшего напряжения целесообразно держать в работе раздельно. При таком режиме ток КЗ уменьшается в 2 раза и облегчаются условия работы аппаратов напряжением до 1 кВ. При отключении одного работающего трансформатора второй принимает на себя нагрузку отключившегося в результате включения секционного автоматического выключателя.
