Предварительный оптимизационный расчет трансфоматора

Вступ

Задача проектирования силового трансформатора высокого напряжения с оптимальными параметрами в своей общей постановке относятся к классу многокритериальных задач нелинейного математического программирования. Для решения такого задания необходим четкий учет множества противоречивых проектных факторов, проектных ограничений и критериев, невозможно без выполнения огромного объема творческой, вычислительной и конструкторской работы.

Как объем проектирования рассматривается трехфазный силовой распределительный трансформатор с естественным масляным охлаждением класса напряжения до 10 кВ включительно и мощностью от 560 кВА.

Для успешного достижения поставленной цели процесс проектирования трансформатора разделен на два этапа.

Задача первого этапа проектирования связанные с выбором и обоснованием рассчитанных технико- экономических параметров трансформатора с позиции энерго- и ресурсосбережения.

Задача второго этапа проектирования имеют практическое значение, так как в практической работе инженера-электрика (электромеханика, электротехника) достаточно часто приходится решать задачи перерахунку обмоток трансформатора (для заданной магнитной системы) при его модернизации или ремонте.

Спроектированный трансформатор должен соответствовать требованиям проектного задания и государственного стандарта на силовые масляные трансформаторы общего назначения напряжением до 35 кВ включительно.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ОПТИМИЗАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОМАТОРА

1.1 Определение основных размеров и конструктивных показателей трансформатора

Принимаем отношение стоимостей обмоток к стоимости магнитопровода равной: X₀ = 0,9

Удельная стоимость приведенной массы трансформатора рассчитывается как:

g_y = K · K_ст · C_cт, грн/кг (1.1)

где: К – коэффициент отношения прейскурантной стоимости всего трансформатора (с отводами, вводами, баком, арматурой, маслом и т.п.) к стоимости магнитопровода с обмотками в собранном виде (выемной части трансформатора); для рассчитываемого трансформатора номинальной мощностью S_н = 560 кВА и классом напряжения 10 кВ принимается равным 1,6;

К_ст – коэффициент разности стоимости изготовленного магнитопровода и стоимости его электротехнической стали принимается равным 1,35;

C_ст – цена стали 3407, принимается равной 8 грн/кг.

g_y = 1,6 · 1,35 · 8 = 17,28 грн/кг

Согласно п. 2.1.1 [1] по выбору конструктивных параметров магнитной системы и величины индукции в стержне B_c для стали 3407 толщиной 0,35 мм рекомендуется значение находится в диапазоне (1,54ч1,7) Тл. Но следует учитывать и номинальную мощность трансформатора S_н, которая в нашем случае больше 160 кВА. Поэтому, согласно таблице 2.1 [1], подходит диапазон (1,6ч1,68) Тл. Принимаем усредненное значение: В_с = 1,65 Тл.

По таблице А7 [1] для стали 3407, толщиной 0,35 мм при значении индукции B_c = 1,65 Тл, удельные потери составляют: Р_у = 1,116 Bт/кг.

Удельная намагничивающая мощность: g_y = 1,7 .

Удельные потери в стыке: Р_ст = 1057 Вт/кг.

Отсюда, средние удельные потери в стали собранного магнитопровода:

α₀ = 1,25 · Р_у, Вт/кг (1.2)

α₀ = 1,25 · 1,116 = 1,395 ≈ 1,4 Вт/кг

средняя удельная намагничивающая мощность магнитопровода:

β₀ = 4,0 · q₁ , (1.3)

β₀ = 4,0 · 1,7= 6,8

коэффициент стоимости компенсации намагничивающей мощности трансформатора:

k_β = (1.4)

=1,097 ≈ 1,1

где: – удельные затраты на 1 кВт потерь холостого хода за год;

– годовая стоимость 1 кВАр часа реактивной энергии, вырабатываемой статическими конденсаторами.

Экономическое отношение потерь:

(1.5)

≈ 15,6

Где - удельные затраты на 1 кВт потерь короткого замыкания за год;

n = 1,65 – для трансформатора с цилиндрическими слоевыми обмотками;

К_д - коэффициент учета добавочных потерь.

Выбор начального значения активной составляющей напряжения короткого замыкания U_a0

Величина начального значения активной составляющей напряжения короткого замыкания, U_a0, изменяется в пределах (3,0ч1,2)%. Для значения S_н = 560 кВА выберем: U_a0=1,65%.