Вестник МГТУ, 2025, Т. 28, № 4/1.

Виноградова А. В. и др. Оценка эффективности замены одного силового трансформатора. Введение Электрические нагрузки сельских потребителей чаще всего сезонны как по времени года, так и по времени суток. Это касается как производственных, так и коммунально-бытовых потребителей. У последних данная особенность наиболее выражена в населенных пунктах, где высока доля приусадебных участков, используемых как дачные. Такие выводы делаются в экономических исследованиях, работах по электрификации и автоматизации, механизации сельскохозяйственных технологических процессов сельского хозяйства1( Геращенкова, 2011; Морозов, 2011; Кузьменкова, 2010; Виноградов и др., 2023а). Сезонность электрических нагрузок приводит к тому, что силовые трансформаторы (СТ) на трансформаторных подстанциях (ТП) 10/0,4 кВ загружены в течение года неравномерно. Невысоким является и средний коэффициент загрузки СТ 10/0,4 кВ в течение года. Так, в работе (Виноградов и др., 2023б) показано, что в условиях Орловской области годовые потери электроэнергии холостого хода СТ 10/0,4 кВ в 1,8-2,9 выше потерь короткого замыкания в них. Показано, что 74 % от общего количества СТ загружены не более, чем на 20 % в течение года (Виноградов и др., 2023б). Одной из причин указанного является и то, что до 1 июля 2022 г. потребители могли подавать заявку на технологическое мощности 15 кВт за одинаковую стоимость. При этом фактически присоединяемая мощность часто не превышала 3-5 кВт. Исследователями ведется поиск решений по сокращению потерь электроэнергии в СТ, особенно потерь холостого хода. Для этого разрабатываются СТ с сердечниками из аморфных сплавов (Хавроничев и др., 2015), предлагаются методы выявления СТ с повышенными потерями (в том числе возникающими вследствие ремонтов и большого срока эксплуатации) для их замены на энергоэффективные (Балабин, 2011; Хисматуллин и др., 2016; Левин и др., 2016). Рассматриваются вопросы применения СТ с различными схемами соединения для снижения потерь (Федоровская и др., 2021). Данные решения, тем не менее, не позволяют сезонно изменять потери холостого хода в трансформаторах. Наряду с низкой загрузкой СТ на ТП 10/0,4 кВ в сельских электрических сетях существует проблема низкой надежности. Потоки отказов составляют до 37 год-1 на 100 км, а время восстановления - до 8 ч (Виноградов и др., 2023в). На примере электрических сетей Мценского района Орловской области показано, что порядка 8,25 % отказов в электрических сетях связаны с отказами оборудования ТП 10/0,4 кВ, которые приводят к большим материальным затратам и наносят большой экономический ущерб из-за нарушения электроснабжения значительного числа потребителей. Частота отказов оборудования ТП составляет порядка 6 год-1 на 100 единиц оборудования (Васильев и др., 2018). Одним из вариантов сокращения потерь электроэнергии в СТ ТП 10/0,4 кВ и одновременно повышения надежности электроснабжения сельских потребителей является замена одного СТ на однотрансформаторной ТП 10/0,4 кВ на два. При этом предполагается сезонная работа каждого из СТ отдельно или их работа параллельно при необходимости питать нагрузку с мощностью, превышающей мощность каждого из СТ в отдельности. Применение сезонной работы СТ рассматривалось в ряде работ. В ( Хорольский и др., 2017) предложено ручное отключение одного из СТ при малых сезонных нагрузках и выполнена оценка условия, когда это выгодно. В (Kaya et al., 2018) разработана модель автоматического управления СТ. Она предполагает выбор включаемого трансформатора в зависимости от мощности нагрузки. Вариант алгоритма автоматического переключения СТ при замене одного СТ на два предложен в (Большев и др., 2024). Алгоритм отражает способ, предложенный в (Способ..., 2023). Эффект сокращения потерь электроэнергии ТП 10/0,4 кВ при замене одного СТ на два при наличии фотоэлектрической установки в подключенной к ТП сети рассмотрен в (Виноградов и др., 2023г), а эффект повышения надежности от этого - в работе (Виноградова и др., 2023). Однако в вышеуказанных работах не приводится методик комплексной оценки эффективности замены одного СТ на два в ТП 10/0,4 кВ при сезонной нагрузке. Материалы и методы На рис. 1 показана структурная схема реализации способа замены одного СТ на два ( Способ ..., 2023). Схема содержит: Т1, Т2 - силовые трансформаторы, Л3 - питающая линия; Л4 - отходящая линия; ІІІВН5 - шины высокого напряжения; ШНН6 - шины низкого напряжения; УКА7, УКА8 - управляемые коммутационные аппараты высокого напряжения (например, вакуумные выключатели); УКА9, УКА10 - управляемые коммутационные аппараты низкого напряжения (например, вакуумные контакторы); КА11 - коммутационный аппарат отходящей линии (автоматический выключатель); НТП12 - нагрузка 1 Карамнова Н. В., Белоусов В. М. Управление технологиями. Мичуринск : Изд-во Мичуринского ГАУ, 2018. 275 с. EDN: XUXIHB. 466