Sous-stations de transformation dans les systèmes d'alimentation électrique
Domaines d'application des postes à un et deux transformateurs
En règle générale, des systèmes d'alimentation de sous-stations à un et deux transformateurs sont utilisés... L'utilisation de trois sous-stations de transformation entraîne des coûts d'investissement supplémentaires et augmente les coûts d'exploitation annuels. Trois sous-stations de transformation sont rarement utilisées comme solution forcée lors de la reconstruction, de l'extension d'une sous-station, avec un système d'alimentation séparé pour les charges électriques et d'éclairage, lors de l'alimentation de charges fortement alternées.
Les sous-stations de transformation avec un transformateur 6-10 / 0,4 kV sont utilisées lors de l'alimentation de charges permettant une interruption de l'alimentation électrique pendant une période ne dépassant pas 1 jour, ce qui est nécessaire pour la réparation ou le remplacement d'un élément endommagé (alimentation de consommateurs d'énergie de catégorie III), ainsi que pour alimenter des consommateurs d'énergie de catégorie II, sous réserve de la réduction de l'alimentation par des jarretières de la tension secondaire ou en présence d'une réserve de stock de transformateurs.
Les sous-stations de transformation avec un transformateur sont également utiles en ce sens que si le fonctionnement de l'entreprise s'accompagne de périodes de faible charge, il est alors possible, en raison de la présence de cavaliers entre les sous-stations de transformation, d'éteindre une partie du transformateur de tension secondaire, ainsi créer un mode de fonctionnement économiquement avantageux des transformateurs .
Le mode de fonctionnement économique des transformateurs s'entend comme un mode qui assure des pertes de puissance minimales dans les transformateurs. Dans ce cas, le problème du choix du nombre optimal de transformateurs de travail est résolu.
De tels postes de transformation peuvent être économiques en termes de convergence maximale de la tension de 6-10 kV vers les consommateurs d'énergie, réduisant la longueur des réseaux à 1 kV en raison de la décentralisation de la transformation de l'énergie électrique. Dans ce cas, le problème est résolu en faveur de l'utilisation de deux sous-stations à un seul transformateur par rapport à une sous-station à deux transformateurs.
Les postes de transformation à deux transformateurs sont utilisés avec une prédominance de consommateurs électriques de catégories I et II. Dans ce cas, la puissance des transformateurs est choisie de sorte que lorsque l'un d'eux quitte le travail, l'autre transformateur avec une surcharge admissible prendra la charge de tous les consommateurs (dans cette situation, il est possible d'éteindre temporairement les consommateurs électriques de catégorie III). De telles sous-stations sont également souhaitables, quelle que soit la catégorie d'utilisateurs, en présence d'un programme de charge journalier ou annuel irrégulier.Dans ces cas, il est avantageux de modifier la puissance connectée des transformateurs, par exemple, en présence de charges saisonnières, une ou deux équipes fonctionnent avec une charge d'équipe sensiblement différente.
Source de courant une agglomération, un quartier d'une ville, un atelier, un groupe d'ateliers ou une entreprise entière peuvent être alimentés par un ou plusieurs postes de transformation. La possibilité de construire des sous-stations à un ou deux transformateurs est déterminée à la suite d'une comparaison technique et économique de plusieurs options pour le système d'alimentation électrique... Le critère de choix d'une option est le minimum de coûts réduits pour la construction du système d'alimentation. Les options comparées doivent garantir le niveau requis de fiabilité de l'alimentation électrique.
Dans les systèmes d'alimentation des entreprises industrielles, les capacités unitaires suivantes des transformateurs sont le plus souvent utilisées: 630, 1000, 1600 kV × A, dans les réseaux électriques des villes - 400, 630 kV × A. La pratique de conception et d'exploitation a montré la besoin d'utiliser le même type de transformateurs avec la même puissance, car leur diversité crée des inconvénients dans la maintenance et entraîne des coûts de réparation supplémentaires.
Sélection de puissance des transformateurs dans les postes de transformation
En général, le choix des transformateurs de puissance se fait sur la base des données d'entrée de base suivantes : la charge estimée de l'installation d'alimentation, la durée de la charge maximale, le taux d'augmentation des charges, le coût de l'électricité, la capacité de charge des transformateurs et leur charge économique.
Le principal critère de choix de la puissance unitaire des transformateursposte électrique est, comme dans le choix du nombre de transformateurs, un minimum de coûts réduits obtenu sur la base d'une comparaison technico-économique des options.
Approximativement, la sélection de la puissance unitaire des transformateurs peut être effectuée en fonction de la densité de charge de conception spécifique (kV × A / m2) et de la charge de conception complète du site (kV × A).
Avec une densité de charge spécifique jusqu'à 0,2 kV × A / m2 et une charge totale jusqu'à 3000 kV × A, il est recommandé d'utiliser 400 transformateurs; 630 ; 1000 kVA avec tension secondaire 0,4 / 0,23 kV. À une densité spécifique et à une charge totale supérieures aux valeurs spécifiées, les transformateurs d'une capacité de 1600 et 2500 kVA sont plus économiques.
Cependant, ces recommandations ne sont pas suffisamment étayées en raison de l'évolution rapide des prix des équipements électriques et notamment des TP.
Dans la pratique de conception, les transformateurs des postes de transformation sont souvent sélectionnés en fonction de la charge de conception de l'installation et des coefficients recommandés de la charge économique des transformateurs Kze = СР / Сн.т., conformément aux données du tableau.
Facteurs de charge recommandés des transformateurs pour l'atelier TP
Facteur de charge du transformateur Type de poste de transformation et nature de la charge 0,65 ... 0,7 Postes de transformation à deux transformateurs avec une charge prédominante de catégorie I 0,7 ... 0,8 Postes de transformation à transformateur unique avec une charge prédominante de catégorie II en présence de redondance mutuelle en pontage avec d'autres sous-stations à tension secondaire 0,9 … 0,95 sous-stations de transformation avec une charge de catégorie III ou avec une charge prédominante de catégorie II avec possibilité d'utiliser une réserve de stock de transformateurs
Lors du choix de la puissance des transformateurs, il est important de bien tenir compte de leur capacité de charge.
Sous la capacité de charge du transformateur, l'ensemble des charges admissibles, des surcharges systématiques et d'urgence est compris à partir du calcul de l'usure thermique de l'isolation du transformateur. Si vous ne tenez pas compte de la capacité de charge des transformateurs, vous pouvez surestimer de manière injustifiée leur puissance nominale lors du choix, ce qui est économiquement peu pratique.
Dans la majorité des sous-stations, la charge des transformateurs varie et reste longtemps inférieure à la valeur nominale. Une partie importante des transformateurs est sélectionnée en tenant compte du mode post-urgence et reste donc généralement sous-chargée pendant une longue période. De plus, les transformateurs de puissance sont conçus pour fonctionner à une température ambiante admissible de + 40 ° C. En fait, ils fonctionnent dans des conditions normales à des températures ambiantes allant jusqu'à 20 ... 30 ° C. Par conséquent, un transformateur de puissance à un certain moment peut être surchargé , en tenant compte des circonstances décrites ci-dessus, sans endommager la durée de vie établie (20 ... 25 ans).
Sur la base d'études de différents modes de fonctionnement des transformateurs, GOST 14209-85 a été développé, qui réglemente les charges systématiques admissibles et les surcharges d'urgence des transformateurs à huile de puissance à usage général d'une capacité allant jusqu'à 100 mV × A, y compris les types de refroidissement M, D , DC et C , en tenant compte de la température du milieu.
Pour déterminer les charges systématiques et les surcharges d'urgence conformément à GOST 14209-85, il est également nécessaire de connaître la charge initiale précédant la surcharge et la durée de la surcharge. Ces données sont déterminées à partir de la courbe de charge initiale réelle (puissance apparente ou courant) convertie en équivalent thermique dans une courbe rectangulaire à deux ou plusieurs étages.
En raison de la nécessité d'avoir une véritable courbe de charge d'origine, un calcul des charges et des surcharges admissibles conformément à peut être effectué pour les sous-stations existantes afin de vérifier l'admissibilité du programme de charge existant, ainsi que de déterminer les options possibles pour les programmes journaliers avec valeurs maximales des facteurs de charge à l'instant précédent du mode surcharge et en mode surcharge.
Aux étapes de conception des sous-stations, des courbes de charge typiques peuvent être utilisées ou, conformément aux recommandations également proposées dans GOST 14209-85, sélectionner la puissance du transformateur en fonction des conditions de surcharge d'urgence.
Ensuite, pour les sous-stations où la surcharge d'urgence des transformateurs est possible (deux transformateurs, un transformateur avec connexions de secours du côté secondaire), si la charge calculée du site Sp et le coefficient de surcharge d'urgence admissible Kz.av sont connus, le la puissance nominale du transformateur est déterminée comme
Université des Sciences Appliquées = Sp / Kz.av
Il convient également de noter que la charge du transformateur au-delà de sa puissance nominale n'est autorisée que lorsque le système de refroidissement du transformateur est en bon état de fonctionnement et entièrement engagé.
Quant aux graphes typiques, ils sont actuellement conçus pour un nombre limité de nœuds de charge.
Le choix du nombre et de la puissance des transformateurs, notamment des postes consommateurs 6-10 / 0,4-0,23 kV, étant souvent déterminé principalement par un facteur économique, il est indispensable de prendre en compte la compensation de la puissance réactive dans les réseaux électriques du utilisateur.
En compensant la puissance réactive dans les réseaux jusqu'à 1 kV, il est possible de réduire le nombre de postes de transformation 10/0,4, leur puissance nominale. Ceci est particulièrement important pour les utilisateurs industriels, dans les réseaux jusqu'à 1 kV, qui doivent compenser des valeurs importantes de charges réactives. La méthodologie existante pour la conception de la compensation de puissance réactive dans les réseaux électriques des entreprises industrielles et implique la sélection de la capacité des dispositifs de compensation avec la sélection simultanée du nombre de transformateurs de la sous-station et de leur capacité.
Ainsi, compte tenu de ce qui précède, la complexité des calculs économiques directs, compte tenu de l'évolution rapide des indicateurs des coûts de construction des sous-stations et des coûts de l'électricité, dans la conception de nouvelles sous-stations et la reconstruction de sous-stations de consommation existantes 6-10 / 0, 4 -0,23 kV, la sélection de la puissance du transformateur de puissance peut être effectuée comme suit :
— dans les réseaux industriels :
a) sélectionner la puissance unitaire des transformateurs conformément aux recommandations pour la densité spécifique de la charge de conception et la pleine charge de conception de l'installation ;
b) le nombre de transformateurs de sous-station et leur puissance nominale doivent être sélectionnés conformément aux directives de conception compensation de puissance réactive dans les réseaux électriques des entreprises industrielles ;
c) le choix de la puissance des transformateurs doit être effectué en tenant compte des facteurs de charge recommandés et des surcharges d'urgence admissibles des transformateurs ;
d) en présence de programmes de charge typiques, la sélection doit être effectuée conformément à GOST 14209-85, en tenant compte de la compensation de la puissance réactive dans les réseaux jusqu'à 1 kV;
— dans les réseaux électriques urbains :
a) avec les courbes de charge typiques disponibles de la sous-station, le choix de la puissance du transformateur doit être effectué conformément à GOST 14209-85 ;
b) connaissant le type de charge du poste, en l'absence de ses horaires types, il convient de faire le choix conformément aux instructions méthodologiques.
Un exemple. La sélection du nombre et de la capacité des transformateurs des postes de transformation d'atelier selon les données initiales suivantes : Пр = 250 kW, Qp = 270 kvar ; catégorie de récepteurs électriques de l'atelier selon le degré de fiabilité de l'alimentation électrique — 3.
Répondre. Pleine capacité de conception de l'atelier.
Depuis puissance de conception (377 kV × A) le niveau requis de fiabilité de l'alimentation électrique (consommateurs d'électricité de catégorie 3) peut être considéré comme un poste de transport unique avec une puissance de transformateur Snt = 400 kV × A.
Le facteur de charge du transformateur sera
qui répond aux exigences pertinentes.