Methodology for selecting distribution transformers taking into account the relationship of their parameters with the quantity and character of the load of the power supply object
DOI:
https://doi.org/10.17213/0136-3360-2024-1-90-104Keywords:
efficiency coefficient, active power losses, power three-phase two-winding transformer, power distribution networks, power supply systemAbstract
The research related to the development of a new methodology for evaluating the energy efficiency of electric power transmission by power transformers operated in distribution power grids, which allows eliminating the identified disadvantages of the generally accepted formula for calculating the efficiency factor, has been carried out. To implement the proposed methodology for calculating the efficiency factor of power three-phase two-winding transformers the substitution scheme of the module "two-winding transformer - load" has been used, T-shaped substitution scheme being used for the power transformer, characterized by the use of conditionally constant coefficients and taking into account the relationship between the parameters of the transformer with the magnitude and nature of the load. The developed methodology takes into account the peculiarities of the load of the power supply object, because the expression for calculation is presented as a function of two variables: active and inductive, reduced to the high-voltage winding, load resistance. This ensures the selection of transformer with maximum economic energy efficiency of power supply from a limited set of power transformers.
References
Amoiralis E.I., Tsili M.A., Georgilakis P.S., Kladas A.G. Energy efficient transformer selection implementing life cycle costs and environmental externalities // 9th International conference on electrical power quality and utilisation. 2007. P. 1-6.
Савинцев Ю.М. Выбор поставщика – элемент стратегии внедрения энергоэффективных трансформаторов // Энергия единой сети. 2019. № 2 (44). С. 48-56.
Janic Z., Gavrilov N., Roketinec I. Influence of cooling management to transformer efficiency and ageing // Energies. 2023. V. 16. №. 12. P. 4626.
Савинцев Ю.М. Новые аспекты рациональной эксплуатации энергоэффективных трансформаторов // Энергоэксперт. 2021. № 1 (77). С. 48-54.
Biryulin V.I., Gorlov A.N., Larin O.M., Kudelina D.V. Calculation of power losses in the transformer substation // 13th Interna-tional scientific-technical conference on actual problems of electronics instrument engineering (APEIE). 2016. V. 2. P. 210-212.
Мухаметзянова А.Ф., Грачева Е.И. Повышение эффективности эксплуатации трансформаторов, применяемых в систе-мах промышленного электроснабжения // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. Т. 2. № 1 (6). С. 117-126.
Фурсанов М.И., Радкевич В.Н. Об оптимальных режимах работы силовых трансформаторов // Изв. вузов и энергети-ческих объединений СНГ. Энергетика. 2008. №2. С. 32-38.
Baggini A., Bua F. Power transformers energy efficiency programs: a critical review // 15th International conference on envi-ronment and electrical engineering (EEEIC). 2015. P. 1961-1965.
Лансберг А.А., Сорокин Н.С., Фомин И.Н. Разработка стратегии техперевооружения парка силовых трансформаторов с высшим напряжением 6-10 кВ ПАО «Россети-Центр» - «Орелэнерго» // Научный журнал молодых ученых. 2022. № 1 (26). С. 81-88.
Савинцев Ю.М. Алгоритм выбора поставщика энергоэффективных трансформаторов разных типов // Энергоэксперт. 2020. № 3 (75). С. 63-71.
Гольдштейн В.Г., Инаходова Л.М., Казанцев А.А. Исследование электрических режимов при использовании иннова-ционных конструкций силовых трансформаторов в системах электроснабжения нефтегазодобывающих компаний // Интеллек-туальная электротехника. 2020. № 3 (11). С. 64-72.
Анализ эксплуатационных свойств трансформаторов с сердечниками из аморфных материалов и защита их с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений / В.Г. Гольдштейн, Л.М. Инаходова, А.А. Казанцев, Е.А. Молочников // Вестник СамГТУ. Серия Техн. науки. 2013. № 4 (40). С. 149-157.
Дымков А.М. Расчет и конструирование трансформаторов: учеб. для техн. М.: Высшая школа, 1971. 264 с.
Савинцев Ю.М. Анализ взаимосвязи цены распределительного трансформатора с его характеристиками потерь холо-стого хода и короткого замыкания // Энергия единой сети. 2019. № 1 (43). С. 76-82.
Хатанова И.А., Елизарова А.А. Технико-экономическое обоснование замены трансформаторов // Изв. вузов. Пробле-мы энергетики. 2007. № 11-12. С. 50-57.
Савинцев Ю.М. Зависимость цены распределительного трансформатора от потерь холостого хода и короткого замы-кания // Энергоэксперт. 2020. № 1 (73). С. 50-53.
Ивакин В.Н., Ковалев В.Д., Магницкий А.А. Нормирование энергоэффективности распределительных трансформато-ров // Энергия единой сети. 2017. № 5 (34). С. 20-31.
Georgilakis P.S. Spotlight on modern transformer design. Springer Science & Business Media, 2009. 427 p.
Савинцев Ю.М. Новая фаза в развитии инновационного трансформаторостроения // Энергия единой сети. 2018. № 6 (42). С. 56-64.
Jabr R.A. Application of geometric programming to transformer design // IEEE transactions on magnetics. 2005. V. 41. №. 11. P. 4261-4269.
Petkovska L., Digalovski M., Cvetkovski G., Lefley P. A novel approach to multi-objective efficiency optimisation for a distri-bution transformer based on the Taguchi method // International conference on electrical machines (ICEM). 2014. P. 2228-2234.
Савинцев Ю.М. Базовый принцип повышения энергоэффективности трансформаторных подстанций в сетях электро-снабжения России // Elec.ru. Технологии. Передача, распределение и накопление электроэнергии. 2019. URL: https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/5437/ (дата обращения: 24.01.2024).
Пекелис В.Г., Мышковец Е.В., Леус Ю.В. Определение оптимальных уровней потерь холостого хода и короткого за-мыкания для различных режимных условий работы трансформаторов мощностью до 1600 кВА // ЭЛЕКТРО. 2003. № 1. С. 42-46.
Якшина Н.В. Целесообразность применения трансформаторов со сниженным электропотреблением // Энергоэксперт. 2015. № 2. С. 4-8.
Савинцев Ю.М. Экспертный анализ рынка силовых трансформаторов: Часть 1: I – III габарит. М.: Издательские реше-ния, 2015. 86 с.
Бухвал А.В., Швек Р.Р., Юндин М.А. К вопросу о потерях электроэнергии в силовом трансформаторе 10/0,4 кВ // Ин-новации в сельском хозяйстве. 2015. № 1 (11). С. 26-28.
Krishnamoorthy S., Jayabal D. Evaluation of transformer loading and energy loss for increasing energy efficiency in distribu-tion system // 12th International conference on electrical engineering / electronics, computer, telecommunications and information tech-nology (ECTI-CON). 2015. P. 1-4.
Power transformer no-load loss prediction with FEM modeling and building factor optimization / Hajipour E., Rezaei P., Vakilian M., Ghafouri M. // Journal of electromagnetic analysis and applications. 2011. V. 3. P. 430-438.
Hazrat Ali M., Chakma U., Howlader D., Tawhidul Islam M., Khan K.A. Studies on performance parameters of a practical transformer for various utilizations // Microsystem Technologies. 2020. V. 26. P. 1661-1670.
Джендубаев А.З.Р. Точный расчет по каталожным данным коэффициента полезного действия силовых трансформато-ров электросетей // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. № 5. С. 34-37.
Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 527 с.
Ермаков И.И., Киселёв В.В. Обобщённая теория электрических и магнитных цепей. Казань: КазВАКУ, 2007. 126 с.
Ермаков И.И., Киселев В.В., Кузнецов Б.В. К вопросу повышения КПД классических трансформаторов // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2012. № 3-4. С. 60-65.
Зависимость намагничивающего тока силовых трансформаторов от характера нагрузки / Д.В. Гуков, С.Д. Загуляев, С.М. Иваньков, О.С. Бычкова // В сб.: Современные проблемы электроэнергетики и пути их решения. Материалы III Всерос. научно-техн. конф. Махачкала, 21-22 декабря 2018 г. Махачкала: Дагестанский гос. техн. ун-т, 2018. С. 44-49.
Патент РФ № 2328749 МПК G01R 19/00. Бюл. № 19 от 10.07.2008. Способ измерения намагничивающего тока транс-форматора, работающего под нагрузкой / Д.В. Гуков, А.Д. Гуков, И.О. Прутчиков, В.Е. Прокофьев, А.Е. Спиридонов, В.В. Камлюк, В.Н. Солдатов //
Вольдек А.И. Электрические машины: учеб. для студ. высш. техн. учебн. зав. 3-е изд., перераб. Л.: Энергия, 1978. 832 с.
Копылов И.П. Электрические машины: учеб. для вузов. 5-е изд. М.: Высшая школа, 2006. 607 с.
Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины: учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования. М.: Из-дат. центр «Академия», 2013. 320 с.
Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980. 928 с.
Orosz T., Poor P., Karban P., Panek D. Power transformer design optimization for carbon footprint // Electric power quality and supply reliability conference (PQ) & Symposium on electrical engineering and mechatronics (SEEM). 2019. P. 1-4.
Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Т. II. М.: Папирус Про, 2004. 688 с.
Галимова А.А. Методика расчета относительного срока службы трансформатора в распределительных сетях на этапе проектирования // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2019. Т. 15. № 4. С. 56-60.
Тульчинская Я.И. Оценка эффективности применения трансформаторов с низким коэффициентом загрузки // Элек-тронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2012. № 5. C. 580-590.
Investigation and estimation of transformer load factor for rationalization of transformer's efficiency / Kim C.M., Kim Y.S., Gil H.J., Shong K.M. // Journal of the Korean institute of illuminating and electrical installation engineers. 2016. V. 30. №. 1. P. 96-101.
Макоклюев Б.И. Структура и тенденции электропотребления энергосистем России // Энергия единой сети. 2012. № 4. С. 56-61.
Шарифуллин В.Н., Шарифуллина А.В. Нейросетевое и стохастическое прогнозирование потребления электроэнергии предприятием // Промышленная энергетика. 2012. № 11. С. 21-25.
Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие. 9-е изд., стереотип. М.: Высшая шко-ла, 2003. 479 с.
Шарифуллин В.Н., Шарифуллин А.В., Мардиханов А.Х. Математический анализ энергоэффективности эксплуатации трансформаторов в условиях неравномерности их нагрузки // Промышленная энергетика. 2013. № 11. С. 11-13.
Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практиче-ских расчетов. М.: ЭНАС, 2009. 456 с.
Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии: Руководство для практических расчетов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 176 с.
Фурсанов М.И. Определение и анализ потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Минск: Белэнерго-сбережение, 2005. 207 с.
Фурсанов М.И., Петрашевич Н.С. Определение оптимальных коэффициентов загрузки трансформаторов распредели-тельных сетей в условиях эксплуатации // Изв. вузов и энергетических объединений СНГ. Энергетика. 2012. №4. С. 9-18.
Суеркулов М.А., Попова И.Э., Суеркулов С.М. Компенсация реактивной мощности, обеспечивающая максимальный КПД трансформатора // Изв. Кыргызского гос. техн. ун-та им. И. Раззакова. 2017. № 1-1 (41). С. 72-77.
Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. Л.: Энергия, 1970. 432 с.
Гончар А.А. О критериях оптимизации работы силового трансформатора // Изв. вузов и энергетических объединений СНГ. Энергетика. 2006. № 1. С. 26-30.
Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы. М.: Высш. шк., 1976. 181 с.
Анализ электрических потерь в силовых трансформаторах с длительным сроком эксплуатации / Н.Н. Дружинин, А.А. Сарлыбаев, Е.А. Храмшина, О.И. Карандаева // Электротехнические системы и комплексы. 2019. № 4 (45). С. 64-73. DOI:10.18503/2311-8318-2019-4(45)-64-73
Sacotte M. How to optimize the cost of transformer use and save money // Transformers magazine. 2019. V. 6. №. 3. P. 126-129.
Georgilakis P.S., Amoiralis E.I. Distribution transformer cost evaluation methodology incorporating environmental cost // IET generation, transmission & distribution. 2010. V. 4. № 7. P. 861-872.
Kondrateva N., Terentyev P., Filatov D., Maksimov I., Kirillov N., Ovchukova S., Rybakov L. The effect of greenhouse irradi-ators on the load factor of step-down transformers // IOP conference series: Earth and environmental science. 2020. V. 433. №. 1. P. 012051.
Лизунов С.Д., Лоханин А.К. Силовые трансформаторы. Справочная книга. М.: Энергоиздат, 2004. 616 с.
Knutson T. Conducting distribution transformer evaluations using the total ownership cost method // Rural electric power con-ference. 2015. P. 97-101.
Дуль И.И., Фурсанов М.И. Совершенствование метода выбора номинальной мощности силовых трансформаторов // В сб.: Наука – образованию, производству, экономике. Материалы 12-й Междунар. научно-техн. конф. Минск, 29-31 мая 2014 г. Минск: Белорусский нац. техн. ун., 2014. С. 62-63.
Georgilakis P.S. Environmental cost of distribution transformer losses // Applied Energy. 2011. V. 88. №. 9. P. 3146-3155.
Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.1. Машины постоянного тока. 2-е. изд: учеб. М.-Л.: Изд-во Энергия, 1964. 548 с.
Kulkarni S.V., Khaparde S.A. Transformer engineering: design, technology, and diagnostics. CRC press, 2017. 742 p.
Безъязычный В.С., Костинский С.С., Троицкий А.И. Определение погрешности расчетов потерь в двухобмоточных трансформаторах с использованием Г-образной схемы замещения методом условно постоянных коэффициентов // Изв. вузов. Электромеханика. 2021. Т. 64. № 1. С. 101-107. DOI:10.17213/0136-3360-2021-1-101-107
Троицкий А.И., Костинский С.С. Безопасная и энергоэффективная эксплуатация систем электроснабжения: учеб. посо-бие. Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2016. 244 с.
Безъязычный В.С., Костинский С.С., Троицкий А.И. Исследование режимов работы силовых двухобмоточных транс-форматоров распределительных сетей методом условно постоянных коэффициентов в зависимости от их нагрузки // В сб.: Кибернетика энергетических систем. Материалы ХLI междунар. научно-техн. конф. Новочеркасск, 15-17 октября 2019 г. Но-вочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2020. С. 89-93.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
https://orcid.org/0000-0002-7955-939
