Анализ мероприятий по снижению потерь мощности в городских распределительных сетях

В городских распределительных сетях, как правило, выполненных напряжением 6-10 кВ,  существует много проблем, связанных с потерями электроэнергии. Главными причинами являются использование устаревшего оборудования, отсутствие модернизации распределительных сетей и оснащения современными технологиями. В связи с этим возникают неблагоприятные последствия: образуются большое количество аварий, которые тоже приводят к потерям электрической энергии.

Использование морально устаревшего оборудования приводят к таким недостаткам как:

‒  плохие контактные  соединения в линиях или других элементах сети;

‒ изменения характера нагрузок, который образуется ввиду появления новых потребителей электрической энергии или наоборот исчезновении старых (закрытие фабрик, заводов);

‒ неправильное разделение линии электропередач с двухсторонним питанием;

‒ утечки в изоляцию кабеля или в изоляторы опор на воздушных линиях электропередач;

‒  частые аварийные отключения.

Проведение полных реконструкций сетей приводят к большим затратам. Чтобы не приходить к этим затратам на данный момент времени существуют мероприятия, которые способствуют к снижению потерь активной мощности [1]:

‒  частичная реконструкция городских распределительных сетей;

‒  поиск оптимального размыкания линий электропередач 6-10 кВ;

‒  компенсация реактивной мощности;

‒ отключение некоторых трансформаторов в режиме потребления малых мощностей;

Рассмотрим каждое из перечисленных мероприятий.

1. Частичная реконструкция городских распределительных сетей

Под частичной реконструкцией городских распределительных сетей стоит понимать как замена отдельных ее элементов. Замена элементов может существенно снизить потери электрической энергии. Для того, чтобы правильно провести данную замену, нужно выяснить в каком из элементов сети возникают потери, выходящие из нормативных показателей, или какой из них работает неправильно.

К примеру, это может быть какой-то из трансформаторов в определенной линии, или сама линия электропередач создает данные потери. В случае с трансформатором, необходимо просто его заменить, рассчитав сначала его надлежащие параметры и заменить его на современный.

Снижение потерь в проводах линии снижают заменой неизолированных проводов на самонесущие изолированные провода (СИП). Использование СИП приводит к уменьшениям реактивной мощности, к уменьшениям затрат на создание больших просек в лесных массивах, невозможностью хищения электрической энергии [2]. Недостатком является цена провода. Замена 10 км проводов на линиях 6-10 кВ обойдется в порядке 5 млн рублей, вместе с монтажными работами.

Частичная реконструкция сетей позволяет вовремя менять устаревшее оборудование на новое, приводя к небольшим затратам по сравнению с полной.

2. Поиск оптимального места размыкания линии электропередач 6-10 кВ

Линии электропередач классом напряжения 6-10 кВ с двухсторонним питанием работают в разомкнутом режиме. Известно, что наименьшие потери активной мощности происходят при работе сети в режиме, в котором распределение мощности пропорциональны активным сопротивлениям. Поэтому необходимо учитывать место размыкания линии.

Оптимальная точка разделения линии с двухсторонним питанием определяется методом подбора. Необходимо при каждом варианте проверять однородность сети по формуле:

где:  значение однородности сети;

R ‒ активное сопротивление части контура;

X ‒ реактивное сопротивление части контура.

Если питание линий осуществляется с разных подстанций или системы сборных шин, то при уменьшении нагрузки на одной линии, то она возрастает на другой. В данном случае необходимо знать зависимость потерь во внешней сети от нагрузки одной из подстанции.

где:  нагрузка первой подстанции;

 нагрузка второй подстанции.

Коэффициенты a, b, c определяются диспетчерской службой с помощью программ, т.к. необходима информация о перераспределении подстанций, питающих линии. Еще служба проводит все необходимые расчеты для максимальной нагрузки на подстанции.

Обозначим изменение потерь мощности в сети при увеличении нагрузки первой подстанции  на δ через δ, а изменение потерь при уменьшении нагрузки  δ через δ

Далее производится расчет потерь мощности:

После проведения расчета в каждом варианте раздела линий оптимальное место размыкания выбирается по наименьшим потерям активной мощности.

3. Компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность линии приводит к потерям на излучение и нагрев проводящих частей. Для того, чтобы снизить данное влияние на электрические сети, устанавливают конденсаторные установки.

После установки конденсаторной установки происходит снижение реактивной мощности за счет конденсаторной установки, размещенной в конце линии. Генерируемая установкой реактивная мощность снижет ее поток в самой линии. Так как реактивная нагрузка на линию снижается, следовательно, снижается и потери активной мощности.

Применение установок, компенсирующих реактивную мощность на напряжении 6-10 кВ, может быть только в тех случаях, когда невозможно их применить на напряжении 0.4 кВ (питание насосных станций). В городских распределительных сетях такие установки устанавливаются на стороне 0.4 кВ. Их стоимость гораздо ниже, чем в сетях 10 кВ [3].

Преимуществами конденсаторных установок помимо цены являются: удобство монтажа, установка в любой точке сети, при работе нет шума от установки, отсутствие вращающихся частей.

4. Отключение части трансформаторов в режиме малых нагрузок

При работе сети в режиме малых нагрузок потери мощности возникают в силовых трансформаторах напряжения. Связано это с тем, что трансформаторы работают в режиме близком к режиму холостого хода, при котором возникают потери на холостой ход.

Чем больше мощность трансформатор, тем больше потери на холостой ход. К примеру, потери мощности холостого хода в трансформаторе ТМ 100/10 равны 0.3 кВт, а в трансформаторе ТМ250/10 ‒ 1.05 кВт.

Целесообразно в таком режиме работы отключать параллельные трансформаторы, тем самым снижая потери активной мощности.

Условия отключения трансформаторов:

1) При отключении трансформатора снижение потерь холостого хода должно оказываться большим, чем увеличение нагрузочных потерь, вследствие, перераспределения всей нагрузки между меньшим числом трансформаторов.

2) Отключение трансформатора будет разумно, если коэффициент загрузки трансформаторов становится ниже, коэффициента загрузки трансформатора:

где:  коэффициент загрузки трансформатора;

 потери короткого замыкания трансформатора;

 потери холостого хода трансформатора;

 количество трансформаторов.

Главным преимуществом данного метода являются низкие затраты на его реализацию. Капиталовложений в данном случае не требуются. Все работы выполняются оперативным персоналом, обслуживающим электрическую сеть.

Выводы:

Были рассмотрены основные мероприятия, обеспечивающие снижение потерь активной мощности. Эффективность каждого из них в отдельности может оцениваться в конкретных режимах работы линии, но очевидно, что наибольший эффект будет при реализации нескольких мероприятий.