Модернизация городских электрических сетей для уменьшения потерь электроэнергии

Аннотация. В данной статье рассмотрен участок городской распределительной сети 10 кВ. Создана компьютерная модель данной сети и произведен расчет потерь электроэнергии.

Abstract. This article describes a section of the urban distribution network of 10 kV. A computer model of this network has been created and electricity losses have been calculated.

Ключевые слова: электрическая сеть, напряжение, потери электроэнергии, компьютерная модель, линия, трансформатор, баланс электроэнергии.

Keywords: electric network, voltage, electric power loss, computer model, line, transformer, electric power balance.

К городским электрическим сетям 10 кВ предъявляются следующие основные требования:

1) Надежность электроснабжения потребителей как в нормальном, так и в послеаварийных режимах. Электрическая сеть считается надежной и бесперебойной, если в своем составе имеет два независимых источника питания, и время перерыва электроснабжения составляет 1 – 5 секунд (данное время достаточно для срабатывания автоматических устройств).

2) Сеть должна обеспечить требуемое качество электроснабжения потребителей. Под качеством подразумевается частота переменного тока, напряжение, синусоидальность формы напряжения и симметрия трёхфазной системы напряжений и токов.  

3) Электрическая сеть должна быть гибкой и иметь дальнейшее развитие, так как города расширяются, появляются новые районы и предприятия. 

Городские электрические сети проектируются кольцевыми, в таких сетях наблюдается неоднородность, вызванная непостоянным соотношением реактивных и активных сопротивлений. В сети появляется уравнительная мощность, что соответственно увеличивает потери электроэнергии [3].

Снижения неоднородности можно добиться следующим образом:

1) Снижение неоднородности параметров сети

- изменение сечения проводов

- включение в линию УПК

2) Компенсацией контурного уравнительного потока мощности:

- Создание потока мощности, компенсирующего контурный поток путем введения в неоднородный контур добавочных ЭДС за счет линейных регуляторов;

- Размыкание замкнутых контуров в сети и устранение пути уравнительного потока мощности.

На примере участка сети из западной РЭС города Ростов-на-Дону, которая включает в себя 37 подстанций напряжением 10/0,4 кВ, необходимо определить место, где необходимо разомкнуть сеть рисунок 1.

Рисунок1. Структурная схема участка распределительной сети 10 кВ

Для выполнения такой операции составлена компьютерная модель электрической сети в программе RastrWin.

Этапы создания компьютерной модели:

1) Начертить схему замещения сети и определить её параметры;

Линии представляются П-образными схемами замещения (рисунок 2), двухобмоточные трансформаторы - Г-образными схемами замещения (рисунок 3).

Рисунок 2. Схема замещения линии

Параметры линии R_л, X_л, Ом, B_л, мкСм, состоящей из n цепей, определяются по формулам:

Рисунок 3. Схемы замещения двухобмоточного трансформатора

Параметры двухобмоточного трансформатора R_т, X_т, Ом, ΔP_xх, МВт, ΔQ_xх, Мвар определяются по формулам [1]:

.

2) В программе RastrWin заполнить таблицу узлов и ветвей.

Для заполнения таблицу узлов необходимо:

‒ задать напряжение сети;

‒ прописать значение нагрузок, отходящих с ТП;

‒ создать балансирующий узел

При заполнении в таблицу ветвей необходимо внести расчетные параметры.

3) Расчет установившегося и послеаварийного режимов. Послеаварийный режим создается путем поочередного отключения фидеров.

4) Анализ режима и оптимизация электрической сети.

Анализ результатов расчёта нормального и послеаварийного режимов по соответствию уровней напряжения в узлах сети нормативам, потоков мощности, токов в ветвях допустимым значениям позволяет сделать выводы о работоспособности электрической сети в перспективных условиях работы.

Узлы 0,4 кВ являются точками поставки электроэнергии потребителям. Согласно ГОСТ Р 5419-2010 отклонение от номинального напряжения в этих узлах не должно превышать ±10 %. При выходе напряжения из заданного интервала их корректировка может быть выполнена с помощью ПБВ [1].

В ходе анализа было определено на линейных участках естественное и экономическое потокораспределение и выбран участок сети, где переток мощности практически равен нулю.

  Баланс электроэнергии в электрической сети устанавливает взаимосвязь между приёмом электроэнергии в сеть  и объёмом электроэнергии, переданной потребителям (полезным отпуском)  за год [1].

,

Объём электроэнергии, переданной потребителям равен

,

Нагрузочные потери электроэнергии в линиях и трансформаторах определяются методом числа часов максимальных потерь.

,

Потери мощности в режиме максимальной нагрузки сети  определены при выполнении расчётов режимов программой RastrWin [2].

Число часов наибольших потерь мощности  за год определяется по формуле:

,

где  – коэффициент заполнения графика суммарной нагрузки сети.

Потери холостого хода определяются по паспортным данным трансформаторов:

,

При расчёте балансов принято, что =4600 ч. Тогда число часов наибольших потерь мощности =2338,5 ч.

Рассчитаны нагрузочные и условно-постоянные потери во всех вариантах электрической сети и выбрано наиболее благоприятное место установки разъединителя с точки зрения надежности и минимума потерь в сети. Результаты расчетов сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Баланс электроэнергии в распределительной сети

Заключение. Проанализировав таблицу 1 можно сказать, что исходный вариант установки разъединителя в принципе является благоприятным, но так как рекомендуемое место размыкания позволяет снизить потери без нарушения надёжности и операции по размыканию не требуют капиталовложений, то целесообразно переместить точку размыкания сети согласно рекомендуемому варианту.