ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Сучасні трансформатори мають досить високий коефіцієнт корисної дії, який залежно від потужностіможе досягати 99% і більше. Однак при роботі трансформатора частина трансформованої електромагнітної енергії втрачається і виділяється у вигляді тепла, яке розсіюється в навколишнє середовище. Теплові втрати в трансформаторах великої потужності становлять сотні кіловат. Для зниження цих втрат здійснюється цілий рядзаходів проведених як на стадії конструювання і виготовлення трансформаторів, так і в процесі їх експлуатації в енергосистемах. Однак теплові втрати трансформаторів і автотрансформаторів можна не тільки знижувати, але і корисно використовувати, для цілей теплопостачання.

Силові трансформатори мають досить високий коефіцієнт корисної дії. Однак більш ефективне використання енергії при її трансформації можливо шляхом утилізації частини теплових втрат трансформаторів, які зазвичай відводяться в навколишнє середовище. Для цієї мети найбільш придатні масляні трансформатори, в яких масло служить не тільки діелектриком, але і охолоджувальним середовищем, що відводить тепло від обмоток і магнітопровода до радіаторів системи охолодження. Виділяється при цьому тепло, яке може бути використано для цілей теплопостачання підстанцій (ПС).

Існують різні способи використання тепла, що виділяється силовими трансформаторами, - з подачею в систему опалення масла, повітря чи води. Пряме використання трансформаторного масла в якості теплоносія для системи опалення недоцільно через можливу його витоку з контуру опалення, ризик займання або забруднення. Крім того, потрібна велика кількість масла через його відносно низької теплоємкості.

Використовуючи в якості теплоносія повітря, можна рівномірно змінювати температуру опалювальних приміщень, відмовитися від додаткової установки опалювальних приладів, поєднувати опалення з вентиляцією і т. д. Однак відносно велике зниження температури по довжині повітроводів і низька теплоакумулююча здатність повітря обмежують його застосування як теплоносія.

Використання води як теплоносія, навпаки, дозволяє не тільки зменшити обсяг теплоносія і збільшити дальність транспорту тепла, але і застосовувати існуючі водяні опалювальні пристрої. Тому водяне опалення найбільш є прийнятним [ 12 ].

1. Актуальність теми

В даний час питанням енергозбереження приділяється все більш пильна увага, все активніше вишукуються різні варіанти зниження енерговитрат, розглядаються і реалізуються, в тому числі і з залученням значних коштів, різноманітні схеми, покликані скоротити споживання енергії. У той же час все ще залишається швидше винятком, ніж правилом відбіру тепла від різного роду охолоджуючих рідин з метою його подальшого використання.

Магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі - задачі зниження витрати електричної енергії на власні потреби підстанцій (ПС). Вона є одним з аспектів загальної проблеми по зниженню рівня втрат і підвищенню ефективності роботи електроенергетичних систем, яка набуває в даний час всебільшого значення. Це пов'язано як із збільшенням трансформаторної потужності ПС, так і з появою на ПС надвисокої напруги великих споживачів електричної і теплової енергії [ 10 ].

2. Мета і задачі дослідження магістерської роботи

Метою дослідження є аналіз використання тепла силових трансформаторів для теплопостачання електричних підстанцій.

Основні задачі дослідження:

  1. Уявити один із способів використання тепла, що виділяється силовими масляними трансформаторами для цілей теплопостачання електричних підстанцій.
  2. Показати доцільність утилізації теплових втрат трансформаторів для опалення електричних підстанцій. Розглянуті варіанти не вимагають великих капітальних витрат і можуть бути рекомендовані до застосування як для діючих, так і знову проектованих підстанцій.

3. Аналіз ситуації в паливно-енергетичному комплексі України

Національна економіка на 50% залежить від зовнішніх джерел енергопостачання, а для їх закупівлі немає коштів. Велика частка застарілого, технічно зношеного обладнання, енерговитратних технологій (особливо в енергетиці, чорній металургії, нафтохімічній промисловості, інших енергоємних галузях), орієнтація на дешеві паливно-енергетичні ресурси (ПЕР) призвели до критичних рівнів марнотратства та нераціонального використання паливно-енергетичних ресурсів. Питомі витрати енергії на виробництво продукції збільшуються [ 11 ].

4. Огляд досліджень і розробок

4.1 Класифікація схем відбору тепла від трансформаторів

Залежно від типу, кількості та потужності, встановлених трансформаторів, їх навантаження, необхідної теплової продуктивності, виду використовуваного теплоносія в системі опалення (трансформаторнемасло, вода, повітря) і віддаленості споживачів можуть застосовуватися різні схеми відбору тепла [ 1 ] - [ 2 ]: c безпосередньою подачею нагрітого масла в систему опалення; c нагріванням води в масло-водяному теплообміннику; з нагріванням води за допомогою теплового насоса; з нагріванням повітря в масло-повітряному теплообміннику; з безпосереднім відведенням нагрітого повітря від охолоджуючих радіаторів; з нагріванням повітря в водо-повітряному теплообміннику.

4.2 Схема відбору тепла для системи масляного опалення

Схема безпосереднього використання трансформаторного масла в системі опалення. Нагріте трансформаторне масло забирається масляним насосом з верхньої частини бака трансформатора і подається помастилопроводах в масляні радіатори опалювального приміщення. Масло, що віддає своє тепло, повертається в трансформатор. Ця система відрізняється максимальною простотою конструкції і підвищеною енергетичною ефективністю (через відсутність проміжних теплообмінників). Проте ця система має і суттєвий недолік, пов'язаний з можливістю витоку масла з контуру опалення, що неприпустимо як з точки зору надійності роботи трансформатора і системи опалення, так і пожежної безпеки і санітарно-гігієнічних норм. Тому за низької надійності широкого розповсюдження дана схема відбору не отримала [ 9 ].

4.3 Схеми відбору тепла для системи водяного опалення

Схема нагріву води в теплообміннику «масло - вода». Нагріте масло з верхньої частини бака трансформатора за допомогою масляного насоса подається в теплообмінник «масло - вода», встановлений поряд з трансформатором. У теплообміннику масло віддає теплоту воді, яка подається в приміщення котельні, а потім в існуючу систему опалення. При допустимій температурі масла 60-65 ° С [ 3 ] температура води в теплообміннику досягає 52-58 ° С. Найбільш широко тепло втрат використовується на підстанціях 110-400 кВ [ 4 ] - [ 5 ]. На сьогоднішній день дана система отримала найбільш широке поширення, в основному це обумовлено тим, що вона дозволяє використовувати вже існуючі радіатори водяного опалення та передавати тепло на відстані до 1 кілометра. Всі інші системи, за винятком теплонасосної, можуть передати тепло тільки споживачам, розташованим у безпосередній близькості від трансформатора.

Схема нагріву води за допомогою парокомпресійного теплового насоса і подача її споживачам. Застосування в схемі теплового насоса (ТН) дозволяє [ 6 ]: підвищити надійність трансформатора за рахунок розділення масляного контуру та контуру теплоносія і, крім того, не допустити перегріву ізоляції трансформаторів; розширити діапазон використання теплоти трансформатора, збільшити температуру води, що нагрівається і дальність транспорту тепла; використовувати систему відбору не тільки для опалення, але і для кондиціонування повітря.

Нагріте масло з верхньої частини бака трансформатора масляним насосом подається в теплообмінник «масло - вода», де віддає теплоту воді, яка циркулює в проміжному контурі. У випарнику ТН вода віддає теплоту проміжного теплоносія. Після стиснення компресором і конденсації в конденсаторі ТН температура проміжного теплоносія підвищується, і його теплота передається воді, яка подається споживачам. При температурі масла 20-30 ° С температура води досягає значень 60-70 ° С. Таку схему також застосовують на підстанціях 110-400 кВ [ 4 ], [ 6 ], [ 7 ]. До недоліків даної системи слід віднести складність і підвищені капітальних витрат, а також зниження економії електроенергії пов'язані з використанням ТН.

Наведемо одну з схем приєднання пристроїв відбору тепла трансформаторів до водяної системи опалення ПС на рисунку.

Рисунок - Принципові схеми приєднання пристроїв відбору тепла трансформаторів до водяної системи опалення ПС з комбінованим використанням теплоти трансформаторного масла в пристроях відбору тепла: а - нагрів води в теплообміннику масло-вода або тепловому насосі з подачею масла через теплообмінник; б - нагрів води в теплообміннику масло-вода і конденсаторі ТН з подачею води після теплообмінника у випарник ТН; в - послідовний нагрів води в теплообміннику масло-вода і конденсаторі ТН з послідовною подачею води з тепломережі через випарник ТН і теплообмінник; 1 - трансформатор; 2 - охолоджувач; 3 - масляний насос, 4 - теплообмінник масло-вода;5 - водяний насос; 6 - ТН; 7 - споживач тепла

4.4 Схеми відбору тепла для системи повітряного опалення

Такі варіанти засновані на використанні теплоти вентиляційних викидів системи охолодження трансформаторів і є перспективними для ПС без обслуговуючого персоналу, а також закритих ПС. Вони поєднують в собі простоту конструкції і надійність, не вимагають регулювання і будь-якого нагляду [ 4 ], [ 8 ].

Схема подачі нагрітого масла в теплообмінник «масло - повітря», розташований поруч з приміщенням, що гріється. Нагріте масло з верхній частині бака трансформатора за допомогою масляного насоса подається в теплообмінник «масло - повітря», установлений поруч з приміщенням, яке гріється. У теплообміннику масло віддає теплоту повітрю, який за допомогою вентилятора подається в приміщення.

Потужність відбору теплоти становить 15-20 кВт. Температура повітря у приміщенні залежить від температури масла і температури зовнішнього повітря. При негативних температурах зовнішнього повітря вона знаходиться в межах від +5 до +9 ° С. Установки можуть використовуватися на ПС 110 кВ на трансформаторах потужністю 16 і 25 МВА.

Схема відбору нагрітого повітря від радіаторів і подача його в приміщення, що гріється. Радіатори трансформаторів потужністю 16-40МВА обладнуються камерами і повітропроводами з ізоляційних матеріалів. У нижній частині камери встановлений вентилятор, що нагнітає повітря. Повітря при русі знизу вгору вздовж радіаторів нагрівається і при допомозі вентилятора подається по повітроводу в приміщення.

Потужність відбору теплоти становить 15-20 кВт. Температура повітря в приміщенні залежить від зовнішньої температури повітря і навантаження трансформатора.

Схема відбору нагрітого повітря від маслоохладителя і подача його в приміщення, що обігрівається. Типові охолоджувачі великих трансформаторів із системою охолодження ДЦ обладнуються камерами і повітропроводами з ізоляційних матеріалів. Нагріте повітря за допомогою вентиляторів за повітропроводи подається в приміщення. Система опалення може бути поєднана з вентиляцією. У теплу пору року камери демонтуються.

Дана схема аналогічна схемі наведеної вище, але потужність відбору значно більше і складає 60-160 кВт. Температура повітря в приміщенні 18-20 ° С. Такий варіант може застосовуватися на ПС 220 кВ на трансформаторах 160 МВА.

Схема подачі нагрітої води в теплообмінник «вода - повітря», розташований поруч з приміщенням, що гріється. Якщо трансформатори розташовані далеко від будівлі ПС, то застосування мастилопроводів великої довжини неприпустимо внаслідок малої надійності, а застосування повітроводів неекономічно. У цих випадках біля трансформатора встановлюють теплообмінник «масло-вода». Вода, нагріта в такому теплообміннику, за допомогою насоса подається по ізольованих трубопроводах у теплообмінник «вода - повітря», установлений безпосередньо біля приміщення, що гріється. Нагрітий у цьому теплообміннику повітря подається за повітропроводи в приміщення. Такий варіант може застосовуватися на ПС 400 кВ на трансформаторах 250 МВА [ 13 ].

Висновки

Дана робота передбачає, тепло, що відводиться від силових трансформаторів в навколишнє середовище, можна було рентабельно використовувати для цілей опалення та кондиціонуванняна трансформаторних підстанціях, але лише в тих випадках, коли для цього передбачено оптимальне для кожного конкретного випадку технічне рішення з урахуванням внутрішніх і зовнішніх чинників (наприклад, потреба в навантаженнях з опалення та охолодження, типу і коефіцієнта навантаження трансформатора, віддаленість споживачів тепла, вартість електроенергії, кліматичні умови та ін.). Для того, щоб правильно оцінити вплив названих чинників, необхідні дослідження з визначення меж доцільного використання кожної з розглянутих вище схем утилізації тепла силових масляних трансформаторів.

Раціональне використання тепла обумовленого втратами силових трансформаторів, для покриття теплових навантажень є одним з можливих шляхів економії електроенергії на власні потреби підстанцій. Економічний ефект при цьому досягається за рахунок зниження частки електроенергії, що використовується на покриття теплових навантажень (а в ряді випадків також на охолодження і обдування трансформаторів) в загальному обсязі електроенергії витрачається на власні потреби підстанції.

Для вирішення питання про техніко-економічну доцільність зниження втрат і можливих розмірах такого зниження необхідно брати до уваги такі фактори як віддаленість підстанції від джерел централізованого теплопостачання, сумірність втрат тепла трансформаторів з його потребою та ін., а також на конкретні умови виробництва і передачі електроенергії, що склалися в розглянутому регіоні.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.

Перелік посилань

  1. Гусар Ф.Г. Шляхи використання скидного тепла силових трансформаторiв // Энергетика и электрификация, 1999. № 9. С. 38-40.
  2. Schwarz H.-D., Bell G. Nutzung der Transformatorenverlustwaerme (TVW) in 110-kV-Umspannwerken // Energietechnik, 1987. № 2. S 68-72.
  3. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
  4. Воротницкий В.Э., Люблин А.С. Использование потерь силовых трансформаторов. – М.: ЭНАС, 1995. – 172 c.
  5. Eickenhorst H., Siefen H. Transformatoren heizen ein Buerogebaeude // ETA: Elektrowaerme techn. Ausbau, 1989. № 4. S 140-145.
  6. Швед П. и др. Утилизация тепловых потерь силовых трансформаторов с помощью тепловых насосов // Техническая электродинамика, 1993. № 5. С 47-49.
  7. Dittmann A. Trafoverlustwaermenutzung fuer die Waermeversorgung // Energietechnik, 1984. № 8. S 305-309.
  8. Domzalski Т. Wykorzystanie ciepla odpadowego transformatorow w Polnocnym Okregu Energetycznym // Еnergetyka, 1989. № 1. Str 1-6.
  9. Воротницкий В.Э., Стасюкинас А.В., Щегольков Е.Е. и др. Использование теплоты нагрева трансформаторов для снижения расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций // Электрические станции. – 1989. – № 8. – С. 89–93.
  10. Копытов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности: Справочник. - М.: Энергия, 1978 . - 120 с.
  11. Гольстрем В.А., Кузнецов Ю.Л. Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов. -К.: Техніка, 1985. - 383 с.
  12. Енергетичний менеджмент: навчальний посібник / Праховник А.В., Розен В.П., Розумовський О.В. та інші. – К.: Київ. нот. ф-ка, 1999.- 184 с.
  13. Справочник по электропотреблению в промышленности / под ред. Г.П.Минина, Ю.В.Копытова, - М.: Энергия, 1978. - 496 с.