ГОСТ 14209-97. Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов

12

естественной вентиляцией

3

10

13

15

17

Сооружения с хорошей естественной вентиляцией,

1

3

4

5

6

подземные камеры и подвальные этажи с

2

4

5

6

7

принудительной вентиляцией

3

6

9

10

13

Трансформаторные киоски (см. примечание 2)

1

10

15

20

-

Примечания

1. Приведенные выше значения температурных поправок были рассчитаны для типичных режимов нагрузки подстанций с использованием характерных значений потерь в трансформаторах. Поправки получены в результате проведения серии испытаний с естественным и принудительным охлаждением в подземных камерах и закрытых подстанциях, а также в результате выборочных измерений, проводимых на подстанциях и в трансформаторных киосках.

2. Если испытание на нагрев было проведено на трансформаторе, установленном в киоске, как на едином собранном устройстве, внесение поправки на температуру внутри киоска не требуется.

2.8 Программа машинного расчета 2.8.1 Логическая схема

Расчет коэффициентов нагрузки применительно к данному трансформатору при заданном графике нагрузки с учетом изменения температуры охлаждающей среды, заданного ограничения температуры наиболее нагретой точки и износа производится методом итерации, при выполнении которого необходимо использование компьютера. Логическая схема такого метода итерации, включающая основные принципы, установленные настоящим стандартом, показана на рисунке 3.

Подобный метод итерации используется при выборе проектировщиком номинальных значений параметров для новых трансформаторов, если известны режимы нагрузки и температура охлаждающей среды.

Программа должна быть составлена таким образом, чтобы потребитель смог ввести исходные тепловые характеристики трансформатора, график нагрузки на заданный период, характер изменения температуры охлаждающей среды на этот период, а также необходимые, по его мнению, специальные ограничения температуры и износа.

Максимальную температуру наиболее нагретой точки и относительный износ рассчитывают для заданного графика нагрузки. Если максимальная температура не превышена и износ ниже принятого предельного значения, расчет повторяют при увеличенном значении множителя F, применяемого к каждой отдельной нагрузке К₁ К₂,..., К_n через постоянные интервалы времени t₁, t₂..., t_n. Множитель F повышают ступенями на 1 % для каждой итерации до тех пор, пока не будет достигнут один из пределов. Если при начальном расчете относительный износ больше принятого значения, расчет повторяют, используя уменьшенное до 2 % значение F.

Увеличение на множитель нагрузки и допуски на предельную температуру могут быть выбраны по-разному, в зависимости от типа трансформатора и параметров нагрузки. Составителю программы следует учитывать, что при температуре наиболее нагретой точки в пределах от 100 до 140 °С с увеличением коэффициента нагрузки на 2 % максимальная температура наиболее нагретой точки увеличивается более чем на 2 °С, а относительный износ приблизительно на 25 %.

Начало

ВВОД ДАННЫХ

Характеристики трансформатора

Вид охлаждения: ONAN, ONAF, OF или OD

_or - превышение температуры масла в верхних слоях при номинальном токе для видов охлаждения ONAN и ONAF;

_br - превышение температуры масла в нижних слоях при номинальном токе для видов охлаждения OF и OD;

_imr – превышение средней температуры масла при номинальном токе;

H_gr – разность температур наиболее нагретой точки и масла на выходе при номинальном токе;

х – показатель степени при расчете температуры масла;

y – показатель степени при расчете температуры обмотки;

R – отношение нагрузочных потерь к потерям холостого хода;

₀ – тепловая постоянная времени масла, ч;

_hr – номинальная температура наиболее нагретой точки при скорости износа, равной единице (98 С, 110 С или другое соответствующее базовое значение (см. 2.6.1)

Цикл нагрузки

Продолжительность цикла, количество интервалов в цикле, значение нагрузки в относительных единицах для каждого интервала;

Температура охлаждающей среды

Эквивалентная температура охлаждающей среды и суточная температура (_E, _M) или температура охлаждающей среды для каждого интервала цикла нагрузки или характеристики для расчета по методу двойной синусоиды (_ay, А, В, Вт, ДХ, ТХ)

Ограничения

_hмакс - максимально допустимая температура наиболее нагретой точки;

_омакс - максимально допустимая температура масла в верхних слоях;

L_макс - максимально допустимый относительный износ;

F - уточнить, имеет ли множитель нагрузки установленное значение F = 1.

Рисунок 3 - Логическая схема программы машинного расчета коэффициента допустимой нагрузки

Продолжение рисунка 3

Окончание рисунка 3

Следует принимать такие допуски, чтобы избежать колебания результатов, обеспечивая при этом достаточную точность. При проверке программы с примерами, приведенными в таблицах 4 и 5, желательно получить более высокую точность, уменьшая эти допуски.

При расчете может быть использован не только метод итерации, но и другие альтернативные методы, если они дают аналогичные результаты.

2.8.2 Примеры расчета

Для того, чтобы показать диапазон значений входных и выходных данных и дать возможность потребителю проверить свою программу, в таблицах 4 и 5 приведены примеры расчета.

В первом примере (таблица 4) приведен простой расчет нагрузки за одни сутки с постоянной температурой охлаждающей среды и простым графиком нагрузки.

Второй пример (таблица 5) является расчетом нагрузки за целый год с тремя различными графиками нагрузки в течение года и температурой охлаждающей среды, представленной двойной синусоидальной функцией.

Таблица 4 - Данные для расчета нагрузки за одни сутки при постоянной эквивалентной температуре охлаждающей среды

*** Ввод (1) *** Номинальные характеристики и данные трансформатора

категория трансформатора: распределительный;

вид охлаждения: ONAN

_or

- превышение температуры масла в верхних слоях, °С

55,00

_imr

- превышение средней температуры масла, °С

44,00

H_qr

- разность температур наиболее нагретой точки и масла в верхних слоях, °С

23,00

х

- показатель степени при расчете температуры масла

0,80

у

- показатель степени при расчете температуры обмотки

1,60

R

- отношение нагрузочных потерь к потерям холостого хода

5,00

₀

- тепловая постоянная времени масла, ч

3,00

_hr

- температура наиболее нагретой точки нормального износа, °С

98,00

*** Ввод (2) *** Заданный график нагрузки

Начало

Конец

Продолжительность, ч

Нагрузка, отн. ед.

1

0:00

12:00

12,00

0,70

2

12:00

14:00

2,00

1,340

3

14:00

24:00

10,00

0,700

*** Ввод (3) *** Данные температуры охлаждающей среды

_E

- эквивалентная температура охлаждающей среды, °С

30,00

_амакс

- максимальная суточная температура, °С

40,00

*** Ввод (4) *** Ограничения по температуре и нагрузке

_омакс

- предельная температура масла в верхних слоях, °С

115,00

_hмакс

- предельная температура наиболее нагретой точки, °С

140,00

L_макс

- предельный относительный износ

1,00

F

- множитель кривой нагрузки (постоянная или изменяющаяся величина)

ПОСТОЯННАЯ

*** Вывод ***

Температура масла в верхних слоях, макс, °С

Температура наиболее

нагретой точки, макс,°С

Относительный износ

за сутки, отн. ед.

98,35

135,08

0,935

Температура масла в верхних слоях, °С

Температура наиболее нагретой точки, °С

1

75,34

88,34

2

98,35

135,08

3

76,15

89,15

Таблица 5 - Данные для расчета нагрузки на полный год при температуре охлаждающей среды, определяемой методом двух синусоид, и по трем различным графикам нагрузки

*** Ввод (1) *** Номинальные характеристики и данные трансформатора

категория трансформатора: распределительный;

вид охлаждения: ONAN

_or

- превышение температуры масла в верхних слоях, °С

55,00

_imr

- превышение средней температуры масла, °С

44,00

H_qr

- разность температур наиболее нагретой точки и масла в верхних слоях, °С

23,00

х

- показатель степени при расчете температуры масла

0,80

у

- показатель степени при расчете температуры обмотки

1,60

R

- отношение нагрузочных потерь к потерям холостого хода

5,00

₀

- тепловая постоянная времени масла, ч

3,00

_hr

- температура наиболее нагретой точки нормального износа, °С

98,00

*** Ввод (2) *** Заданный график нагрузки

Период 1

1/1

17/4*

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ

(в сутках):

107

Начало

Конец

Продолжительность, ч

Нагрузка, отн. ед.

1

0:00

8:00

8,00

0,700

2

8:00

11:00

3,00

1,000

3

11:00

14:00

3,00

0,800

4

14:00

16:00

2,00

1,360

5

16:00

19:30

3,50

0,850

6

19:30

24:00

4,50

0,700

Период 2

18/4

17/10

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ

(в сутках):

183

Начало

Конец

Продолжительность, ч

Нагрузка, отн. ед.

1

0:00

10:00

10,00

0,700

2

10:00

13:00

3,00

1,000

3

13:00

15:00

2,00

1,360

4

15:00

20:00

5,00

0,900

5

20:00

24:00

4,00

0,700

Период 3

18/10

31/12

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ

(в сутках):

75

Начало

Конец

Продолжительность, ч

Нагрузка, отн. ед.

1

0:00

8:00

8,00

0,700

2

8:00

11:00

3,00

1,000

3

11:00

14:00

3,00

0,800

4

14:00

16:00

2,00

1,360

5

16:00

19:30

3,50

0,850

6

19:30

24:00

4,50

0,700

17/4* - 17 апреля

*** Ввод (3) *** Данные температуры охлаждающей среды

_au

- среднегодовая температура охлаждающей среды, °С

11,47

А

- амплитуда годового изменения, °С

8,05

В

- амплитуда суточного изменения при расчете износа, °С

5,10

В_m

- амплитуда суточного изменения при расчете максимальной температуры, °С

11,15

DX

- самый жаркий день в году

199

ТХ

- самое жаркое время дня

14:00

*** Ввод (4) *** Ограничения температуры и нагрузки

_омакс

- предельная температура масла в верхних слоях, °С

115,00

_hмакс

- предельная температура наиболее нагретой точки, °С

140,00

L_макс

- предельный относительный износ, отн. Ед.

1,00

F

- множитель кривой нагрузки (постоянная или изменяющаяся величина)

ПОСТОЯННАЯ

*** Вывод ***

Период

Начало

Конец

Температура масла в верхних слоях, макс, °С

Температура наиболее нагретой точки, макс, °С

Относительный износ, отн. ед.

1

1/1

17/4

84,77

122,39

0,237

2

18/4

17/10

96,20

133,82

1,160

3

18/10

31/12

84,84

122,46

0,266

Относительный износ за год L = 0,706 отн. ед.

Период 1

Температура масла в верхних слоях, °С

Температура наиболее нагретой точки, °С

1

46,89

59,89

2

67,28

90,28

3

66,52

82,61

4

84,77

122,39

5

63,29

81,03

6

40,12

53,12

Относительный износ за период L (1) = 0,237 отн. ед.

Период 2

Температура масла в верхних слоях, °С

Температура наиболее нагретой точки, °С

1

60,72

73,72

2

78,40

101,40

3

96,20

133,82

4

70,78

90,21

5

49,13

62,13

Относительный износ за период L (2) = 1,160 отн. ед.

Период 3

Температура масла в верхних слоях, °С

Температура наиболее нагретой точки, °С

1

46,96

59,96

2

67,34

90,34

3

66,59

82,68

4

84,84

122,46

5

63,36

81,10

6

40,19

53,19

Относительный износ за период L (3) = 0,266 отн. ед,

3 ТАБЛИЦЫ ДОПУСТИМЫХ НАГРУЗОК 3.1 Ограничения, принятые в таблицах допустимых нагрузок В настоящей части приведены допустимые режимы нагрузок различных типов трансформаторов. Данные таблиц и рисунков 3.2-3.4 рассчитаны по формулам, приведенным в 2.4-2.6, и с использованием тепловых характеристик трансформатора (таблица 2).

Не следует ожидать высокой точности от кривых на рисунках и данных таблиц из-за принятых необходимых допущений:

а) суточное изменение нагрузки представлено упрощенным и двухступенчатым графиком (рисунок 4);

б) используемые при расчете тепловые характеристики (указанные в таблице 2) могут не соответствовать характеристикам рассматриваемого трансформатора;

в) температура охлаждающей среды за всю продолжительность графика нагрузки (24 ч) принимается постоянной;

г) нецелесообразно учитывать при расчете поправочный коэффициент на изменение сопротивления обмоток от температуры (2.4.3) в таблицах, в которых значения не зависят от температуры охлаждающей среды. Вместо него для трансформаторов с охлаждением OD этот поправочный коэффициент заменен следующим

(12)

Потребителям настоятельно рекомендуется делать свои собственные расчеты на основе более точных тепловых характеристик и использовать более реальный график нагрузки.

3.2 Метод преобразования реальных суточных графиков нагрузки в эквивалентные им суточные двухступенчатые прямоугольные графики 3.2.1 О пользовании руководством

Для того, чтобы пользоваться рисунками и таблицами, приведенными в 1.4 и 3.5, необходимо преобразовать суточный график нагрузки в упрощенный двухступенчатый в соответствии с рисунком 4. К₁ и К₂ - ступени нагрузки, где К₂ - максимум нагрузки. Продолжительность максимума нагрузки - t часов. Методы определения этой продолжительности для прямоугольного графика нагрузки зависят от некоторых факторов; в 3.2.2, 3.2.3 и 3.2.4 приведены рекомендуемые методы для различных видов реальных графиков нагрузки.

Если эквивалентность двухступенчатого графика нагрузки вызывает сомнение, следует сделать несколько допущений и принять график с наибольшим запасом.

Пример упрощенного применения руководства по нагрузке силовых масляных трансформаторов приведено в приложении Е.

Рисунок 4 - Эквивалентный двухступенчатый график нагрузки

3.2.2 График нагрузки с одним максимумом

В этом случае значение t следует определять, как показано на рисунке 5.

Для участка графика нагрузки без максимума значение К₁ определяют как среднее значение нагрузки без максимума.

Рисунок 5 - График нагрузки с одним максимумом

3.2.3 График нагрузки с двумя максимумами равной амплитуды, но различной продолжительности

При двух максимумах примерно равной амплитуды, но различной продолжительности значение t определяют для максимума большей продолжительности, а значение К₁ должно соответствовать среднему значению оставшейся нагрузки.

Пример графика нагрузки представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 - График нагрузки с двумя максимумами равной амплитуды и различной продолжительности

3.2.4 График нагрузки с последовательными максимумами

Если график нагрузки состоит из нескольких последовательных максимумов, значение t принимают достаточной продолжительности, чтобы охватить все максимумы, а значение К₁ должно соответствовать среднему значению оставшейся нагрузки, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7 - График нагрузки с последовательными максимумами

3.3 Нормальный продолжительный режим нагрузки Если ток нагрузки в течение некоторого времени значительно не изменяется, допускается использовать постоянный эквивалентный ток нагрузки. Значения приемлемого коэффициента нагрузки К = К₂₄ для продолжительного режима при различных температурах охлаждающей среды приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Допустимый коэффициент нагрузки для продолжительного режима K₂₄ при различных температурах охлаждающей среды (охлаждение ONAN, ON, OF и OD)

Температура

Превышение

Трансформаторы

охлаждающей

температуры наиболее

распределительные

средней и большой мощности

среды, °С

нагретой точки, °С

ONAN

ON

OF

OD

-25

123

1,37

1,33

1,31

1,24

-20

118

1,33

1,30

1,28

1,22

-10

108

1,25

1,22

1,21

1,17

0

98

1,17

1,15

1,14

1,11

10

88

1,09

1,08

1,08

1,06

20

78

1,00

1,00

1,00

1,00

30

68

0,91

0,92

0,92

0,94

40

58

0,81

0,82

0,83

0,87

3.4 Нормальные режимы систематических нагрузок На рисунках, помещенных ниже, приведены сведения для четырех категорий трансформаторов и восьми значений температуры охлаждающей среды:

- распределительные трансформаторы с охлаждением ONAN - рисунок 9;

- трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением ON - рисунок 10;

- трансформаторы средней и большой мощности c охлаждением OF - рисунок 11;

- трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением OD - рисунок 12

Если температура охлаждающей среды находится в интервале между двумя значениями, следует выбрать ближайшее большее значение или проинтерполировать между двумя наиболее близкими значениями.

По графикам нагрузки можно определить допустимую перегрузку K₂ при заданных продолжительности t перегрузки и начальной нагрузке K₁

Эти графики нагрузки можно также использовать для выбора номинальной мощности трансформатора (с нормальным сроком службы) для заданного прямоугольного графика нагрузки, выраженного отношением K₂/K₁ принимая, что прикладываемые напряжения остаются постоянными. Для этого достаточно найти точку пересечения кривой, соответствующей продолжительности перегрузки K₂ с прямой постоянного наклона K₂/K₁. Эту прямую определяют так: на оси ординат откладывают точки K₂ = 1, на оси абсцисс - K₁ = 1, затем соединяют их (см. приведенный ниже пример 2 и соответствующий рисунок 8).

Пример 1. Распределительный трансформатор мощностью 2 МВ·А с охлаждением ONAN, начальная нагрузка 1 МВА. Определить допустимую нагрузку продолжительностью 2 ч при температуре охлаждающей среды 20 °С, принимая напряжение неизменным

_а = 20 ^oC; K₁ = 0,5; t = 2 ч

На рисунке 9 K₂ = 1,56, однако в стандарте приведено предельное значение 1,5. Следовательно, допустимая нагрузка продолжительностью 2 ч равна 3 MBА (затем снижается до 1 МВА).

Пример 2. Распределительный трансформатор с охлаждением ONAN должен эксплуатироваться каждый день с нагрузкой 1750 кВА в течение 8 ч и с нагрузкой 1000 кВА в течение остальных 16 ч при _а = 20 °С

По графику, приведенному на рисунке 9, по прямой t = 8 и по отношению K₁/K₂, = 1,75 находят значения K₂ = 1,15 и K₁ = 0,66 (см. рисунок 8). Отсюда номинальная мощность трансформатора составляет

кВ·А

Рисунок 8 - Иллюстрация примера 2

Рисунок 9 - Распределительные трансформаторы с охлаждением ONAN

Допустимые режимы нагрузки с нормальным сокращением срока службы

Окончание рисунка 9

Рисунок 10 - Трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением ON.

Допустимые режимы нагрузки с нормальным сокращением срока службы

Окончание рисунка 10

Рисунок 11 - Трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением OF.

Допустимые режимы нагрузки с нормальным сокращением срока службы

Окончание рисунка 11

Рисунок 12 - Трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением OD

Допустимые режимы нагрузки с нормальным сокращением срока службы

Окончание рисунка 12

3.5 Режим аварийных перегрузок Приведенные ниже таблицы предназначены для информирования потребителя о перегрузках, которые может выдержать трансформатор без превышения предельного значения температуры наиболее нагретой точки обмотки (таблица 1), а также о сокращении срока службы, вызываемом этими перегрузками, если тепловые характеристики трансформатора соответствуют приведенным в таблице 2. В 24 таблицах приведены значения для трансформаторов четырех категорий и шести значений t (от 0,5 до 24 ч):

распределительные трансформаторы с охлаждением ONAN - таблицы 7-12;

трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением ON - таблицы 13-18;

трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением OF - таблицы 19-24;

трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением OD - таблицы 25-30.

С помощью этих таблиц можно проверить графики допустимых режимов нагрузки при различных значениях K₁ и K₂ для данной температуры охлаждающей среды и определить для данного случая сокращение срока службы (выражается в «нормальных» сутках, т. е, в эквивалентных сутках работы при номинальной мощности и температуре охлаждающей среды 20 °С).

Температура и суточное сокращение срока службы для этих аварийных режимов рассчитывались на основе циклического режима. Если реальная ситуация требует только односуточного аварийного режима, которому предшествуют и за которым следуют сутки с более низкой нагрузкой, то рассчитанные значения сокращения срока службы будут больше фактических и, таким образом, будут содержать определенный запас по износу.