МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ

Классификация и принципы выбора мероприятий

Мероприятия по снижению потерь энергии подразделяются на следующие группы: организационные, технические и коммерческие.

К техническим относятся те мероприятия, которые связаны с существенными капиталовложениями:

1) компенсация реактивной мощности;

2) установка автоматических регуляторов мощности компенсирующих устройств;

3) установка устройств регулирования напряжения;

4) замена недогруженных, перегруженных и устаревших трансформаторов;

5) замена проводов на провода большего сечения;

6) перевод сети на более высокое номинальное напряжение;

7) применение устройств, снижающих неоднородность замкнутых сетей;

8) создание оптимальных конфигураций сетей при строительстве и реконструкции объектов.

К организационным относятся мероприятия, не требующие существенных капиталовложений:

1) оптимизация режимов сетей по напряжению и реактивной мощности;

2) оптимизация точек размыкания распределительных сетей 35 кВ и ниже;

3) отключение части трансформаторов в режиме малых нагрузок;

4) перевод недогруженных генераторов в режим синхронных компенсаторов;

5) выравнивание нагрузок по фазам;

6) повышение качества и уменьшение сроков ремонта и обслуживания электрооборудования;

7) стимулирование персонала.

Коммерческие мероприятия направлены на снижение коммерческих потерь энергии. К ним относится:

1) установка и совершенствование систем учета электрической энергии;

2) борьба с хищениями электроэнергии.

Расчеты, связанные с техническими мероприятиями, в общем случае включают два этапа:

1. Определение оптимальной величины воздействия, снижающего потери (например, мощности компенсирующего устройства).

2. Технико-экономическое обоснование целесообразности ввода мероприятия. При этом рассчитываются годовые потери энергии до ввода мероприятия (в исходном режиме) и после его ввода для той части сети, потери в которой изменяются при данном мероприятии. На основе значений этих потерь вычисляются годовые эксплуатационные издержки и исходном режиме И₁ и после ввода мероприятия И₂, причем должно выполниться условие И₁>И₂ (в противном случае мероприятие нецелесообразно даже при отсутствии капиталовложений). В конечном итоге рассчитывается срок окупаемости мероприятия

, (4.1)

где К – капиталовложения, связанные с реализацией мероприятия.

Срок окупаемости сравнивается с некоторым нормативным значением Т_норм (не более 8 лет). Введение мероприятия считается экономически целесообразным при выполнении условия Т_ок<Т_норм.

Если на одном и том же участке сети предполагается ввод нескольких мероприятий, то расчеты оптимальной величины воздействия и технико-экономическое обоснование производятся для этих мероприятий совместно.

Организационные мероприятия не требуют технико-экономического обоснования. Поэтому для них производится только первый этап расчета (определение оптимальной величины воздействия). Однако в частных случаях (например, при выравнивании нагрузок по фазам), оптимальную величину воздействия вычислять не требуется, и тогда соответствующее организационное мероприятия вводится без предварительных расчетов.

При выборе технических мероприятий первый этап расчетов также может отсутствовать. Однако второй этап (технико-экономическое обоснование) для этой группы мероприятий обязателен.

Коммерческие мероприятия при существенных капиталовложениях также должны вводиться на основе технико-экономического обоснования.

Кроме изложенного выше, при выборе мероприятий в большинстве случаев должно рассчитываться достигаемое снижение потерь энергии в сети ΔW (хотя эта величина не всегда требуется собственно для выбора мероприятия). Значения ΔW позволяют сравнивать между собой различные мероприятия по снижению потерь и осуществлять соответствующий выбор. Кроме того, эти значения необходимы для составления отчетных материалов и могут потребоваться в других целях.

Задачи

Задача 1

Определить годовое снижение потерь энергии в сети, достигаемое при установке БСК мощностью 300 квар, методом времени максимальных потерь. Схема сети и исходные данные – см. задачу 6, раздел 5. Мощность потребителя соответствует режиму максимальных нагрузок. Дополнительные исходные данные: потери активной мощности в БСК на единицу вырабатываемой реактивной мощности составляют 0,004 кВт/квар; время использования максимума нагрузки T_max = 6000 ч; БСК считать постоянно включенной в течение года.

Задача 2

В сети на стороне низкого напряжения трансформатора установлена двухсекционная управляемая БСК мощностью 600 квар (мощность каждой секции 300 квар). Схема сети и номинальные напряжения – см. задачу 6, раздел 5. Потери активной мощности в БСК на единицу вырабатываемой реактивной мощности составляют 0,004 кВт/квар. Суммарное активное сопротивление линии и трансформатора R = 2,5 Ом. Определить снижение потерь энергии за сутки, достигаемое при установке БСК и управлении ее мощностью. Управление осуществляется следующим образом: если реактивная мощность нагрузки становится ниже, чем мощность БСК (ее включенной части), то производится отключение секции. Суточный график реактивной мощности нагрузки представлен в виде таблицы:

Является ли данный алгоритм управления мощностью БСК оптимальным по критерию снижения потерь энергии?

Задача 3

На подстанции установлены трансформаторы ТРДЦН-63000/110 (потери холостого хода ΔP_х = 59 кВт, потери короткого замыкания ΔP_кз = 260 кВт, стоимость трансформатора 13,55 млн. руб.). Среднеквадратичный за год коэффициент загрузки этих трансформаторов равен 15%. Рассматривается возможность их замены на трансформаторы ТРДН-25000/110 (ΔP_х = 27 кВт, ΔP_кз = 120 кВт, стоимость 8,36 млн. руб.) с целью снижения потерь энергии. Определить срок окупаемости данного мероприятия, если ликвидационная стоимость трансформаторов ТРДЦН-63000/110 составляет а) 30% и б) 60% от их первоначальной стоимости. Считать, что отчисления на ремонт и обслуживание трансформаторов после их замены не изменятся. Другие виды ежегодных отчислений от капиталовложений не учитывать.

Задача 4

На подстанции установлено два трансформатора ТДН-10000/110 (потери холостого хода ΔP_х = 14 кВт, потери короткого замыкания ΔP_кз = 60 кВт). Определить:

1. Мощность S₀, при передаче которой через подстанцию потери активной мощности одинаковы при одном и при двух включенных трансформаторах;

2. Потери энергии на подстанции за сутки а) при непрерывной работе двух трансформаторов; б) если один из трансформаторов отключается при условии S < S₀. Суточный график нагрузки представлен на рисунке.

Задача 5

Найти снижение потерь активной мощности в четырехпроводной линии СИП 3×50+70 мм² при полном выравнивании нагрузок по фазам, если в исходном режиме нагрузки распределены по фазам следующим образом: кВА, кВА, кВА. Номинальное фазное напряжение сети 220 В, длина линии 200 м, погонные активные сопротивления фазного и нулевого проводов соответственно равны 0,641 и 0,493 Ом/км. Считать, что напряжения в линии симметричны и равны номинальному.

КУРСОВАЯ РАБОТА

Указания к выполнению

Тема курсовой работы: Расчет установившегося режима электрической сети.

Данная курсовая работа является логическим продолжением домашнего задания (раздел 1.5).

Требуется:

1. Рассчитать режим электрической сети, схема замещения которой составлена при выполнении домашнего задания;

2. Рассчитать регулировочные ответвления силовых трансформаторов исходя из того, что сеть работает в режиме максимальных нагрузок.

Расчет регулировочных ответвлений производится на основе принципа встречного регулирования напряжения. Цель этого расчета – обеспечить нахождение напряжений на сторонах 6-10 кВ подстанций в допустимом диапазоне (105-110% от номинального напряжения сети). Если это условия выполняется, то расчет ответвлений производить не требуется.

Если РПН силовых трансформаторов окажется недостаточно для регулирования напряжения, то выбираются линейные регуляторы (линейные регулировочные трансформаторы, вольтодобавочные трансформаторы) согласно [2]. Они устанавливаются за трансформаторами на низкой стороне подстанции, где требуется дополнительное регулирование напряжения. После этого производится расчет ответвлений линейных регуляторов.

Пример расчета

Исходная электрическая сеть и схема замещения показаны на рис. 5.1, 5.2. Фактическое напряжение источника питания U_РЭС = 121 кВ.

Параметры схемы замещения: Z_л1 = 24 + j26,8 Ом; Z_л2 = 16 + j17,9 Ом; Z_л3 = = 22 + j24,6 Ом (линии 1,2 и 3 имеют марку АС-70/11 и длины соответственно 60, 40 и 55 км); Z_л4 = 0,187 + j0,27 Ом; Z_л5 = 0,295 + j0 Ом; Z_л6 = 0,147 + j0 Ом; Z_т1 = = 0,703 + j17,4 Ом; Z_т2 = 3,84 + j69,4 Ом; Q_з1 = 0,918 Мвар; Q_з2 = 0,612 Мвар; Q_з3 = = 0,842 Мвар; МВА; МВА; k_тр1,ном = 10,95; k_тр2,ном = 10,46 (на подстанции №1 установлено 2 трансформатора ТРДН-40000/110, а на подстанции №2 – 2 трансформатора ТДН-10000/110).

Нагрузки потребителей: МВА; МВА; МВА; МВА.

Расчет потокораспределения на разомкнутом участке от узла 1 до потребителя и определение расчетной нагрузки подстанции №1.

МВА,

где U_ном,1 – номинальное высшее напряжение электрической сети.

МВА.

Рис. 5.1.Исходная схема сети

к примеру расчета

Расчет потокораспределения на разомкнутом участке от узла 2 до потребителей и определение расчетной нагрузки подстанции №2.

МВА, МВА,

МВА.

(Линии №4,5,6 образуют распределительную сеть, где потери мощности при расчете режима не учитываются.)

МВА.

МВА.

Рис. 5.2. Схема замещения сети для расчета режима

Расчет потокораспределения в замкнутом контуре.

Контур образован линиями №1,2,3. Поскольку имеется только один источник питания, то уравнительная мощность отсутствует.

Рассчитаем предварительное потокораспределение без учета потерь (рис. 5.3). Поскольку все линии контура имеют одинаковый тип и сечение, то мощности на головных участках (линии №1,3) определим по формулам (2.4), (2.5):

МВт,

Мвар,

МВт,

Мвар,

где l₁, l₂, l₃– длины линий №1,2,3.

Рис. 5.3. Потокораспределение в контуре без учета потерь мощности

Рис. 5.4.Эквивалентные разомкнутые сети

Определим мощность в линии №2:

МВА.

Для проверки по первому закону Кирхгофа определим мощность в линии №3:

МВА.

Поскольку эта мощность практически совпала со значением, полученным по правилу моментов, то предварительный расчет потокораспределения в контуре выполнен правильно.

Активная и реактивная мощность меняют направление в узле 1 (между линиями №1 и №2). Следовательно, в этом узле находятся точки потокораздела (см. рис. 5.3). Разделим контур по узлу 1. Эквивалентные разомкнутые сети показаны на рис. 5.4, причем нагрузка S_р1 разделена на мощности S_л1 и S_л2. Рассчитаем потокораспределение в этих сетях с учетом потерь мощности.

МВА;

МВА;

МВА;

МВА;

МВА;

МВА;

МВА;

МВА.

Расчет напряжений в узлах сети.

Продольная и поперечная составляющие падения напряжения в линиях №1 и №3:

кВ,

кВ,

кВ,

кВ.

Тогда

кВ,

кВ.

Составляющие падения напряжения в сопротивлениях трансформаторов:

кВ,

кВ,

кВ,

кВ.

Тогда

кВ,

кВ.

Напряжения на низких сторонах подстанций:

кВ,

кВ.

Номинальное напряжение распределительной сети – 10 кВ. Следовательно, допустимый диапазон напряжений (105…110% от номинального) составит 10,5…11 кВ. Напряжения на низких сторонах подстанций не попали в этот диапазон. Поэтому, прежде чем завершать расчет напряжений, произведем расчет регулировочных ответвлений трансформаторов.

Трансформаторы ТРДН-40000/110 и ТДН-10000/110, установленные на подстанциях, имеют пределы регулирования напряжения ±9´1,77% [3] (номер отпайки может составлять от -9 до +9, а шаг регулирования равен 1,77% или 0,0177 о.е.). В качестве желаемого напряжения выберем 11 кВ и произведем расчет ответвлений по формулам (3.5)–(3.10).

Подстанция №1:

;

;

;

Принимаем ближайшее меньшее целое значение ;

;

;

кВ.

Подстанция №2:

;

;

; принимаем ;

;

;

кВ.

Напряжения на низких сторонах подстанций попали в допустимый диапазон.

Рассчитаем напряжения в распределительной сети. Падения напряжения в линиях №4,5,6 (учитывается только продольная составляющая падения напряжения, которая вычисляется по номинальному напряжению – см. выше):

кВ,

кВ,

кВ,

где U_ном,2 – номинальное напряжение распределительной сети.

Тогда оставшиеся напряжения равны

кВ,

кВ,

кВ.

Заключение

Рассмотренный круг вопросов охватывает основные методы расчета режимов электрических сетей, а также некоторые их практические приложения. Последовательное изучение изложенного материала совместно с решением задач и проработкой заданий позволяет получить не только теоретические знания, но и практические навыки составления схем замещения сетей, инженерных расчетов режимов, регулирования напряжения и выбора мероприятий по снижению потерь энергии.

Предложенные задачи имеют примерно одинаковый уровень сложности, рассчитанный на студентов, имеющих знания в области высшей математики, физики и теоретических основ электротехники. Эти задачи рассчитаны на решение в аудитории, но могут быть использованы и для самостоятельного изучения дисциплины. Индивидуальные задания предназначены для самостоятельной проработки.

Теоретический материал, изложенный в пособии, ориентирован прежде всего на решение задач и выполнение индивидуальных заданий. Поэтому он включает в себя только основные вопросы. Для более полного изучения теоретического курса дисциплины «Электроэнергетические системы и сети» рекомендуется обратиться к конспекту лекций или к учебникам, указанным в библиографическом списке.

Библиографический список

1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 592 с.

2. Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д.Л. Файбисовича. – М.: НЦ ЭНАС, 2005. – 320 с.

3. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справ. мат. для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.

4. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Т. 2: Электрооборудование / Под общ. ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 592 с.

5. Электротехнический справочник. Т. 3: Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. В.Г. Герасимова и др. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 964 с.

6. Герасименко, А.А. Передача и распределение электрической энергии / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. – Ростов-Н/Д: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. – 720 с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: