Трансформаторное оборудование

Энергетическое обследование трансформаторного оборудования позволяет оценить собственные потери электроэнергии и определить, насколько фактическая загрузка соответствует выбранной схеме электроснабжения. Особенность трансформаторов заключается в наличии двух составляющих потерь: постоянных, возникающих при нахождении оборудования под напряжением, и нагрузочных, величина которых зависит от протекающего тока.

Для оценки энергоэффективности необходимо учитывать паспортные характеристики, почасовую нагрузку, продолжительность работы и количество одновременно включённых трансформаторов. Особенно важно это для подстанций с несколькими аппаратами: при небольшой нагрузке параллельная работа может увеличивать суммарные потери холостого хода, однако возможность изменения схемы ограничивается требованиями к надёжности питания и максимальной нагрузкой потребителей.

Потери холостого хода и нагрузочные потери

Даже когда трансформатор практически не передаёт мощность потребителям, его магнитная система расходует энергию при нахождении оборудования под напряжением. Такие затраты называют потерями холостого хода. Для расчётной оценки используют соответствующее паспортное значение и фактическую продолжительность включения трансформатора.

Нагрузочные потери возникают преимущественно в обмотках при прохождении электрического тока. В отличие от потерь холостого хода, они изменяются вместе с нагрузкой: чем выше ток, тем больше соответствующая составляющая потерь при прочих равных условиях.

Поэтому суммарные потери нельзя достоверно оценить только по номинальной мощности трансформатора или одному измерению нагрузки. Необходимо учитывать, сколько времени аппарат находился под напряжением и с какой нагрузкой работал в течение рассматриваемого периода.

Например, малозагруженный трансформатор может иметь небольшие нагрузочные потери, но продолжать расходовать энергию на намагничивание. При высокой загрузке возрастает значение потерь в обмотках. Соотношение этих составляющих определяет, какой режим требует более подробного рассмотрения.

Оценка потерь по фактическому графику нагрузки

Для анализа используют паспортные данные оборудования и почасовой график нагрузки. Паспорт позволяет установить номинальные характеристики и расчётные величины потерь, а график показывает, как менялась загрузка трансформатора в течение суток.

Коэффициент загрузки характеризует отношение фактической нагрузки к номинальной. Его используют при оценке нагрузочной составляющей потерь, тогда как для потерь холостого хода определяющее значение имеет время нахождения трансформатора под напряжением.

Специалист рассматривает характерные периоды работы, оценивает условные потери при соответствующих нагрузках и суммирует их за выбранный интервал. Такой подход позволяет сравнивать не только отдельные значения мощности, но и энергетические затраты за весь период эксплуатации.

При этом необходимо учитывать границы измерения. Если прибор фиксирует нагрузку нескольких трансформаторов совместно, распределение мощности между аппаратами следует подтвердить схемой подключения и дополнительными данными. Иначе расчёт нагрузочных потерь каждого трансформатора может оказаться недостоверным.

Параллельная работа трансформаторов

На подстанциях с несколькими трансформаторами энергетический баланс зависит от количества включённых аппаратов и распределения нагрузки между ними. При параллельной работе двух трансформаторов потери холостого хода возникают в каждом аппарате, находящемся под напряжением. Одновременно электрическая нагрузка распределяется между работающим оборудованием.

При небольшой суммарной нагрузке работа двух трансформаторов может сопровождаться большими постоянными потерями, чем работа одного. Однако при перераспределении всей нагрузки на один аппарат увеличивается ток через его обмотки и соответствующая нагрузочная составляющая потерь.

Поэтому для сравнения вариантов необходимо оценить оба режима целиком:

• Параллельная работа. Учитывают потери холостого хода каждого включённого трансформатора и нагрузочные потери при фактическом распределении мощности.
• Работа одного трансформатора. Оценивают собственные потери оставшегося под напряжением аппарата и его нагрузку при питании предусмотренных потребителей.

Энергетически предпочтительный вариант нельзя установить только по количеству трансформаторов. Он зависит от паспортных характеристик, распределения нагрузки и продолжительности соответствующих режимов.

Резервирование и ограничения изменения схемы

Резервный трансформатор может находиться под напряжением продолжительное время даже при небольшой нагрузке. В таком случае его собственные потери связаны с выбранной схемой резервирования, а не обязательно с неисправностью оборудования.

Журналы включений и оперативных переключений позволяют установить, сколько трансформаторов фактически работало в разные периоды. Эти сведения сопоставляют с графиком нагрузки и действующей схемой электроснабжения.

При рассмотрении возможности изменения количества включённых аппаратов обязательно учитывают максимальные нагрузки и требования к надёжности питания. Режим, достаточный для ночного минимума, может оказаться неприемлемым при дневном пике потребления.

Кроме того, отключение резервного трансформатора способно изменить готовность системы к обеспечению электроснабжения при отказе основного оборудования. Поэтому расчёт возможного снижения потерь не является самостоятельным основанием для такого решения.

Рекомендовать изменение схемы работы можно только после проверки категории надёжности электроснабжения, пиков нагрузки и предусмотренного порядка резервирования.

Исходные данные для обследования

Для сопоставления энергетических потерь и фактических режимов необходимы следующие сведения:

• Паспорта трансформаторов — номинальная мощность и установленные изготовителем значения потерь холостого хода и короткого замыкания, используемые при оценке нагрузочной составляющей.
• Почасовые графики нагрузки — изменение нагрузки и продолжительность характерных режимов.
• Коэффициенты загрузки — соотношение фактической и номинальной нагрузки оборудования.
• Схемы подключения — количество трансформаторов, характер их совместной работы и границы электроснабжения.
• Журналы включений и переключений — фактическое время нахождения каждого аппарата под напряжением.
• Сведения о резервировании и максимальных нагрузках — ограничения, которые необходимо учитывать при сравнении вариантов эксплуатации.

Паспортные характеристики описывают параметры оборудования, но не подтверждают его фактическую загрузку. Эксплуатационные журналы устанавливают режим включения, однако сами по себе не определяют величину нагрузочных потерь. Для обоснованного расчёта эти сведения рассматривают совместно.

Результаты обследования трансформаторного оборудования

По результатам анализа получают расчётное распределение собственных потерь между составляющими холостого хода и нагрузочными потерями. Для подстанций с несколькими трансформаторами сопоставляют варианты их работы при характерных нагрузках и установленном порядке резервирования.

В технических выводах отражают режимы, при которых изменение числа включённых аппаратов может повлиять на суммарные потери, необходимые контрольные измерения и ограничения по надёжности электроснабжения. Если фактическое распределение нагрузки или время включения не подтверждены, результаты соответствующих расчётов рассматривают как предварительные.

Такое обследование позволяет определить, есть ли основания для изменения схемы эксплуатации или дополнительного контроля нагрузки. При этом повышенные собственные потери не доказывают повреждение трансформатора: они могут объясняться длительным нахождением оборудования под напряжением и выбранным режимом резервирования. Окончательное решение должно учитывать одновременно энергетические затраты, максимальную нагрузку и надёжность электроснабжения потребителей.