- •Введение
- •1.Задание на проектирование.
- •2. Предварительное оптимизационное проектирование и проектные исследования
- •2.1 Предварительное определение конструктивных и энергетических показателей трансформаторов
- •2.1.1. Конструктивные параметры магнитной системы и выбор величины индукции в стержне
- •2.1.2. Определение изоляционных промежутков
- •2.1.3. Определение коэффициента заполнения обмоток проводниковым материалом
- •2.1.4 Обмоточный конструктивный коэффициент -
- •2.1.5 Выбор коэффициента закрытия поверхности обмоток и удельной тепловой нагрузки обмоток
- •2.2. Критерии оптимальности трансформатора и определение начальных значений управляемых переменных.
- •2.2.1. Математическая модель критерия приведенных затрат на трансформацию электрической энергии.
- •2.2.2. Математическая модель критерия капитализированных затрат.
- •2.2.2.1. Оценка удельной капитализированной стоимости потерь холостого хода
- •2.2.2.2. Оценка капитализированной стоимости нагрузочных потерь
- •2.3 Основные уравнения расчетной математической модели трансформатора.
- •2.4. Алгоритм предварительного расчёта основных размеров и параметров трансформатора.
- •3. Методика применения программного комплекса “Аметист” для автоматизированного синтеза, анализа и оптимизации трансформаторов.
- •3.1. Общие сведения
- •Система управления сапр “Аметист”
- •3.2.3. Предварительный расчет
- •3.2.4. Оптимизация электромагнитных показателей
- •3.2.4.1. Оптимизация электромагнитных показателей по одной управляемой переменной
- •3.2.4.2. Оптимизация электромагнитных показателей по двум управляемым переменным
- •3.3. Синтез и оптимизация обмоток
- •4. Автоматизация процесса оптимизации параметров трансформаторов
- •4.2. Алгоритм процесса оптимизации методом циклического покоординатного спуска.
- •4.3. Методика автоматизированного синтеза и оптимизации трансформаторов на основе метода цпс.
- •5. Детальное проектирование трансформаторов.
- •5.1. Объём детального проектирования и его последовательность.
- •5.2. Раскладка, детальное конструирование и расчет обмоток.
- •5.2.1. Определение фазных напряжений и токов обмоток:
- •5.2.2. Определение чисел витков обмоток ( на одну фазу ):
- •Расчёт плотностей токов в обмотках нн и вн
- •Раскладка обмотки нн
- •5.2.5. Раскладка обмотки вн
- •5.2.6. Определение площади поверхностей охлаждения обмоток
- •5.2.7. Определение массы обмоток, расчёт основных и добавочных потерь короткого замыкания
- •5.3. Определение основных параметров мс, потерь в стали и тока холостого хода.
- •5.4. Расчёт механических напряжений в обмотках от радиальных усилий
- •5.5. Тепловой расчёт обмоток
- •5.6 Тепловой расчет бака.
- •5.7. Экономический расчёт
- •Пример предварительного оптимизационного расчёта трансформатора.
- •6.2. Предварительный расчет основных размеров и конструктивных показателей трансформатора.
- •Пример детального расчёта трансформатора.
- •7.1. Определение фазных напряжений и токов .
- •7.2 Определение конструктивных параметров мс и размеров изоляции в окне.
- •7.3 Определение числа витков обмоток:
- •7.4. Расчёт среднего значения плотности тока в обмотках. Определение плотности тока в обмотках нн и вн.
- •Расчёт обмотки вн.
- •7.7. Определение площадей поверхности охлаждения обмоток.
- •Определение массы обмоток, основных и добавочных потерь в обмотках, отводах, и баке. Проверка величины напряжения короткого замыкания.
- •7.9. Определение массы стали мс, определение потерь в стали и тока холостого хода.
- •7.10. Расчет механических напряжений в обмотках
- •7.11. Тепловой расчет обмоток
- •7.12. Тепловой расчет бака
- •7.13. Экономический расчет
- •Приложение а
- •Приложение б Основные данные обмоточных проводов круглого и прямоугольного сечений
- •Додаток в Форми вихідних даних для проектних досліджень Таблиця в1. Вихідні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в2. Конструктивні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в3. Техніко-економічні дані
2.2.2.1. Оценка удельной капитализированной стоимости потерь холостого хода
Для оценки потерь холостого хода можно принять, что трансформатор находится под напряжением приблизительно 8000 часов в год. При этом на каждый киловатт потерь холостого хода тратится 8000 кВт/год энергии.
При процентной ставке 14%, сроке службы 25 лет и средней стоимости энергии ,характерной сейчас для тарифов, применяемых для промышленных предприятий, удельная стоимость потерь холостого хода составит:
.
2.2.2.2. Оценка капитализированной стоимости нагрузочных потерь
Для оценки стоимости нагрузочных потерь необходимо оценить изменение нагрузки в течение дня для разных периодов года. Для этого необходимы регулярные замеры потребляемой мощности и тока. Эта информация и служит основанием для определения требований к новому трансформатору. Имея годовой график нагрузки трансформатора и стоимость энергии в какое либо конкретное время, можно рассчитать годовую стоимость потерь. Обычно используется эквивалентная экономическая нагрузка, составляющая около 50% максимальной мощности, но может достигать 100% (на заводах с непрерывным циклом производства). В зависимости от того, является ли нагрузка постоянной или в дальнейшем увеличивается, необходимая мощность трансформатора будет равна или больше первоначальной максимальной мощности.
Уровень принятой при оценке стоимости нагрузочных потерь эквивалентной экономической нагрузки трансформатора характеризуется коэффициентом эквивалентной нагрузки :
(2.24)
где - эквивалентная экономическая нагрузка, кВт;
- номинальная ( максимальная) нагрузка трансформатора, кВт.
В зависимости от возможного графика нагрузки трансформатора значение коэффициента эквивалентной нагрузки применяется обычно в пределах .
Исходя из изложенных положений, для оценки стоимости нагрузочных потерь используется формула:
(2.25)
При использовании тех же данных, что и при расчете (,), для трансформаторов с эквивалентной экономической нагрузкой, равной 0,7 от максимальной (которая принимается равной номинальной) , оценка удельной стоимости нагрузочных потерь составит:
.
В связи с подорожанием стоимости электрической энергии стоимость потерь имеет тенденцию к увеличению.
В табл. 2.12 приведены значения капитализированной стоимости потерь в других странах [2]. Эти значения зависят от класса нагревания, типа трансформатора и мощности. Чем ниже класс напряжения трансформатора, тем эти значения выше.
Таблица 2.12. Капитализированная стоимость потерь в некоторых странах, долл./кВт. Большие значения относятся к меньшим классам напряжения.
Страна |
Стоимость потерь холостого хода |
Стоимость потерь короткого замыкания |
Великобритания |
4600÷5000 (100кВ, 33кВ) |
775÷1590 |
США |
3000÷4000 |
1500÷1250 |
Турция |
5000 |
690÷160 |
Россия |
2670 |
1300 (≤ 33 кВ, ) |
Для формирования ММ критерия капитализированных затрат, исходя из изложенных условий капитализации, необходимо выбрать управляемые (независимые) переменные для функции (2.21) и выразить ее через эти управляемые переменные (УП). Поскольку критерий по существу определяет те же характеристики трансформатора, что и критерий приведенных затрат (), то в качестве УП критерия целесообразно выбрать те же переменные, что и для критерия ; отношение потерь короткого замыкания (нагрузочных) к потерям холостого хода (), отношение стоимости системы обмоток трансформатора к стоимости его МС () и магнитную индукцию в МС ().
Кроме того, необходимо учитывать, что оценку проектных вариантов целесообразно выполнять уже на том этапе, на котором известны только основные размеры трансформатора, а также массы активных материалов (электротехнической стали МС, проводникового материала обмоток и типов обмоточных проводов). Поэтому приближенный расчет себестоимости или прейскурантной цены трансформатора основывается на данных о массе и стоимости активных материалов:
, (2.26)
где - отпускная ( прейскурантная) цена трансформатора, грн.;
- указаны в пояснениях к ММ критерия (2.15), (2.16), (2.17).
Условия приведения массы активных материалов трансформатора , через УПивыражается соотношением:
(2.27)
где - активная составляющая напряжения короткого замыкания, %
После преобразования (2.21) с учетом (2.18), (2.19) и (2.27) ММ критерия выразится следующей функцией:
(2.28)
Сопоставление ММ критериев и показывает их одинаковую структуру по отношению и составляющим суммарных затрат на трансформацию электрической энергии. Поэтому можно считать, что оптимизирующие соотношения для управляемых переменных полученных для критерияцелесообразно использовать и при применении критерия.
В табл. 2.12 и 2.13 приведены данные расчетов коэффициентов удельных стоимостей потерь холостого хода и нагрузочных по (2.22) и (2.25) при стоимости электрической энергии .
Как видно из таблиц 2.12 и 2.13 значения исущественно зависят от нормативного срока службы трансформатораи процентной ставкипри постоянной стоимости электрической энергии, но с ростом процентной ставки и нормативного срока службы значенияиуменьшаются.
Таблица 2.12. Удельная стоимость потерь холостого хода в зависимости от срока службы трансформатора и процентной ставкипри стоимости электрической энергии
-
4
24920
45416
62272
76104
87472
6
23577
41216
54376
64232
71568
8
22344
37576
45616
54992
55472
10
21224
34384
42616
47656
50848
12
20160
32760
38136
41832
43904
14
19040
29232
34384
37072
38472
Таблица 2.13. Удельная стоимость нагрузочных потерь в зависимости от срока службы трансформатора и процентной ставкипри стоимости электроэнергии
-
4
12210
22180
30550
38300
42800
6
11550
21080
26650
31420
35100
8
10960
19620
22180
26950
27150
10
10420
16840
20480
23400
24930
12
9940
16020
18680
20550
21550
14
9520
14340
16848
18300
18870
При изменении процентной ставки от 4% до 14% иуменьшаются примерно на 37%, а при изменении нормативного срока службы они уменьшаются примерно на 23%. Таким образом, срок службы трансформатораи процентная ставкасущественно влияют на капитализированные затраты.
Технико-экономические показатели критерия изменяются в широком диапазоне и более точно могут определяться по современным экономическим данным (цены на материалы, процентная ставка, стоимость электрической энергии и.т.д.). Поэтому при решении задач оптимизации силовых трансформаторов целесообразно использовать критерий капитализированных затрат.