Мероприятия по повышению эффективности работы электрической сети

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Институт Энергетики АНМ

Мероприятия по повышению эффективности работы электрической сети

Грицай М.А.

Аннотация

Сведения об авторе: Грицай Михаил Андреевич, Институт энергетики Академии Наук Молдовы, ведущий научный сотрудник, к.т.н., Область научных интересов: математическое моделирование электрических сетей и систем

E-mail mgrine@ie.asm,md

Выполнен ретроспективный анализ потерь энергии в сети электроснабжения ряда учреждений Академии Наук Молдовы. По данным электропотребления за 2010г. рассчитаны потери во всех элементах сети. В результате выявлено: (1) установленная мощность трансформаторов избыточна относительно уровня электропотребления, (2) трансформаторы нагружены в среднем на 17%, (3) в структуре потерь основную долю (97%) составляют потери в стали трансформаторов. Предложена новая конфигурация сети, в которой (i) шесть (6) трансформаторов отключены от сети, (ii) на стороне 0.4 кВ установлены дополнительные электрические связи между отключенными и работающими трансформаторами, (iii) нагрузка отключенных трансформаторов переведена на рабочие трансформаторы, (iv) сохранен прежний уровень надёжности электроснабжения. В предложенной схеме потери электроэнергии снижены на 55000 кВтч, что дает экономию около 100 000 леев в год.

Ключевые слова: схема электрической сети, режим работы, потери электрической энергии.

Rezumat

MГSURI DE EFICIENTIZARE A FUNCЮIONГRII REЮELEI ELECTRICE

Griюai M.A.,

Institutul de Energeticг al Academiei de Єtiinюe a Moldovei

S-a efectuat o analizг retrospectivг a pierderilor de energie оn reюeaua electricг a unor instituюii ale Academiei de Єtiinюe a Moldovei. Pe baza datelor de consum a energiei electrice оn anul 2010 au fost estimate pierderile оn toate elementele reюelei. Calculul a arгtat: (1) puterea instalatг a transformatoarelor este surplusг faюг de nivelul consumului de energie, (2) transformatoarele sunt оncгrcate la o medie de 17%, (3) оn structura pierderilor cea mai mare parte (97%) constitue pierderile de fier a transformatoarelor.

S-a propus o nouг configuraюie a reюelei оn care: (i) єase transformatoare sunt deconectate de la reюea, (ii) din partea de 0,4 kV vor fi instalate conexiuni suplimentare electrice оntre transformatoarele deconectate єi cele care lucreazг, (iii) sarcina transformatoarelor deconectate va fi transferatг la alte transformatoare ( iv) fiabilitatea de alimentare electricг va fi menюinutг la acelaєi nivel. Оn sistemul propus pierderile de energie vor fi reduse cu 55 000 kWh, ce constituie o economie de 100 000 de lei pe an.

Cuvinte-cheie: schema reюelei electricг, regim de lucru, pierdere de energie electrica.

Abstract

ACTIONS REGARDING INCREASING OF EFFICENCY OF ELECTRIC NETWORK

Gritai M.A.,

Institute of Power Engineering of Academy of Sciences of Moldova

The retrospective analysis of losses of energy in the electrical network of several institutions of the Academy of Sciences of Moldova is executed. On the basis of the data of the power consumption for year 2010 losses of energy in all elements of the network are calculated. As a result of calculation is revealed: (1) the established capacity of transformers is superfluous concerning level of the power consumption, (2) transformers are loaded on the average on 17 % f, (3) in structure of losses the basic share (97 %) is made with losses in steel of transformers. The new configuration of a network is offered in which: (i) six (6) transformers are disconnected from a network, (ii) on the side 0.4 kV are established additional electric connections between the disconnected and working transformers, (iii) loading of the disconnected transformers is moved to the working transformers, (iv) the former level of reliability of electricity supply is kept. In the offered network of losses are reduced on 55000 kWh, that gives economy about 100000 MDL in year.

Keywords: circuit of an electric network, operating mode, losses of electric energy.

Введение

Существующая система электроснабжения академических учреждений в районе телецентра с самого начала не создавалась как единый объект. Начиная с 60-х годов, система постепенно расширялась, вместе с вводом новых корпусов вводились новые трансформаторные подстанции. Наиболее существенные изменения системы электроснабжения произошли в то время, когда Молдова была в составе бывшего Советского Союза. К началу 90-х годов система электроснабжения приобрела практически тот вид, какой она имеет сегодня.

Наблюдаемый в последние годы рост цен в энергетике и в том числе тарифа на электроэнергию вынуждает обратить особое внимание на экономичность работы системы электроснабжения. Из-за снижения суммарного электропотребления учреждениями Академгородка силовые трансформаторы оказались слабо загруженными, средний коэффициент нагрузки трансформаторов составляет всего 17%. Соответственно изменилась и структура потерь: потери в стали трансформаторов (постоянные потери) стали превышать на порядок потери в обмотках трансформаторов (переменные потери). Естественно предположить, что установленная мощность трансформаторов избыточна по отношению к нынешнему уровню электропотребления, поэтому следует критически пересмотреть существующую конфигурацию системы и найти более рациональную схему с целью снижения потерь электрической энергии.

В связи с этим Институту энергетики было дано поручение выполнить анализ существующей схемы электроснабжения академических учреждений в районе Телецентра и дать предложения по его улучшению, обратив при этом особое внимание на снижение потерь электроэнергии.

1. Современное состояние системы электроснабжения

Электроснабжение осуществляется от подстанции 110/10 кВ (в Долине Роз) по двум кабельным линиям напряжением 10кВ до Распределительного Пункта РП-61 на территории Академгородка с последующей кабельной разводкой к трансформаторным подстанциям (ТП) с общей установленной мощностью 9 640 кВА.

Ниже в таблице перечислены все подстанции с указанием количества и установленной мощности трансформаторов на каждой подстанции и подключенными потребителями

2. Система учета электроэнергии

электроснабжение потеря мощность трансформатор

Первичной информацией в системе учета являются показания счетчиков активной электрической энергии. На подстанциях ТП-310, ТП-480, ТП-620 счетчики установлены на стороне 0.4 кВ трансформаторов. На подстанциях ТП-325, ТП-772, ТП-809 счетчики стоят у конечных потребителей, питающихся от этих подстанций.

Реактивная мощность на стороне 0.4 кВ не измеряется, поэтому согласно приведенной в Инструкции классификации потребители Академгородка относятся к группе C [2].

Реактивная мощность измеряется на стороне 10 кВ питающей подстанции 110/10 кВ. Эти измерения важны для оценки режима электропотребления в целом. По информации за 2010 год можно сделать вывод, что интегральный коэффициент мощности () для всех потребителей Академгородка практически равен единице. В связи с этим вызывает сомнение обоснованность принятого значения = 0.75, которое указано в контрактах на поставку электроэнергии.

Переменные (или нагрузочные) потери в трансформаторах рассчитываются по утвержденной Инструкции [2], и приведены в [1] для трёх номинальных мощностей трансформаторов (630, 400 и 250 кВА), однако некоторые допущения являются спорными. В частности, переменные потери вычисляются по среднемесячной нагрузке трансформатора и принимаются постоянными в течение всего расчетного периода, независимо от фактического режима нагрузки. Например, для каждого трансформатора мощностью 630 кВА среднемесячная нагрузка принята = 45106 кВт*ч. При этом средний коэффициент нагрузки трансформатора kнг (один из важнейших параметров режима работы) оказывается на уровне 13%. Принимая = 0.75, получим

Если принять более реалистичные параметры = 730, = 1., то kнг = 9,8%

На самом деле коэффициент нагрузки трансформатора 630 кВА подстанции ТП-480 лежит в интервале 0.35-0.65. Поэтому принимать для всех трансформаторов одной номинальной мощности единое значение не обосновано. Технические потери как и потери в трансформаторах не рассчитываются в реальном времени, а установлены постоянным в размере 5.8% от потребленной активной энергии. В отличие от потерь в трансформаторах, технические потери вообще не имеют никакого обоснования. В директивном документе [1] этот параметр вообще не упоминается, однако он указывается в каждом договоре между Академией Наук и отдельным институтом. Расчет потерь в трансформаторах не выполняется в режиме реального времени с учетом фактических нагрузок. Вместо этого применяется упрощенный подход к расчету потерь: каждому трансформатору приписывается некоторая величина потерь, принимаемая постоянной на весь расчетный период, независимо от режима нагрузки трансформатора и места его нахождения. С определенными оговорками такой подход был, вероятно, приемлем в прошлом, когда цена электроэнергии была достаточно мала, что избавляло от необходимости использовать более точные методы. Однако из-за существенного возрастания стоимости энергоресурсов ситуация в электроэнергетике сегодня иная. Новые экономические условия требуют более ясной и прозрачной системы учета потребляемой электроэнергии. Оставаясь в рамках прежней упрощенной методологии, невозможно выполнить возросшие требования к учету электрической энергии. Справедливости ради нужно отметить, что решать эту задачу в реальном времени, (то есть выполнять ежемесячно расчеты вручную) в принципе возможно, хотя абсолютно нерационально при наличии современной вычислительной техники.

3. Математическая модель электропотребления и результаты расчета

Для решения поставленной задачи оптимизации схемы электроснабжения необходим более эффективный инструмент анализа режима сети. В первую очередь необходимо выяснить структуру потерь в существующей схеме электроснабжения. Для этого следует выполнить расчеты потерь для каждого месяца 2010 года.

Для решения этой задачи была разработана программа расчета на языке Fortran. Алгоритм расчета полностью соответствует действующей Инструкции [2]. По программе были проведены расчеты потерь в трансформаторах и кабельных линиях существующей сети для каждого месяца 2010 года. Первичной информацией были объемы электропотребления, зафиксированные счетчиками электроэнергии, установленными на стороне 0,4 кВ.

Структура существующей схемы энергоснабжения :

10 рабочих трансформаторов: 6Ч630 кВА, 3Ч400 кВА, 1Ч250 кВА;

6 резервных трансформаторов 5Ч630 кВА, 1Ч400 кВА.

На следующих трех страницах представлена существующая схема электроснабжения, исходная информация, а также итоговый баланс потребленной электроэнергии в виде таблицы, в которой для каждого месяца 2010 года представлены все наиболее значимые результаты расчета, а именно:

· Суммарное потребление (кВтч) за каждый месяц учреждениями АНМ,

· Потери холостого хода всех трансформаторов ,

· Потери во внутренних кабельных линиях (внутр) ,

· Потери во внешних кабельных линиях (внешн),

· Полные потери во всех элементах сети,

· Расчетное суммарное потребление, подлежащее оплате,

· Потребление согласно показаниям счетчикам компании Gaz Natural Fenosa Moldova (GNFM),

· Абсолютная разность между показаниями счетчиков компании GNFM и расчетным потреблением, подлежащее оплате,

· Относительная разность тех же величин

Таким образом, основные показатели электропотребления в 2010 году выглядят следующим образом.

1) Потребление всего Академгородка представлено в колонке 2. Эти же данные были представлены раньше в таб.1, колонка 11 )

2) Суммарные потери в трансформаторах составляют в среднем 8.9% от величины потребления и отличаются устойчивым постоянством в течение года. Это объясняется преобладающим весом потерь холостого хода в общих потерях.

3) Расчетный объем электропотребления, подлежащий безусловной оплате (колонка 8 таблицы), имеет вполне надежное обоснование: электропотребление на основе показаний счетчиков электроэнергии плюс расчетные потери во всех элементах сети, полученные в соответствии с Инструкцией. Нет причин сомневаться в надежности такого обоснования. Тем не менее, различие между расчетным потреблением и фактурами GNFM (столбец 9) является существенным и не может быть оставлено без внимания. Это различие составляет 172902 кВтч или 8.4%. Это расхождение не может быть объяснено за счет погрешностей измерительных приборов, не одновременностью снятия показаний счетчиков и прочими второстепенными причинами.

На наш взгляд, следует рассмотреть две гипотезы, объясняющие различие

а) несанкционированный отбор, то есть хищение, электроэнергии в сети 10кВ. В этом случае счетчики на стороне 0.4 кВ трансформаторов, не смогут регистрировать несанкционированный отбор энергии, который, однако, будет фиксироваться счетчиками на головной подстанции компании GNFM.

б) старение силовых трансформаторов. Старение любого энергетического оборудования приводит, как правило, к ухудшению энергетических характеристик. Старение изоляции приводит к увеличению потерь в стали магнитопровода трансформатора. Это наиболее вероятная причина выявленных расхождений. В пользу такого предположения говорят результаты измерений потерь холостого хода, выполненные в Российской Федерации [3]. Проведенные исследования показали, что потери холостого хода (ХХ) силовых трансформаторов с увеличением срока службы возрастают. На одной из электростанций (г. Йошкар-Ола), были проведены испытания силовых трансформаторов 10/0,4 кВ мощностью 250, 400 и 630 кВ·А марки ТМ, находящихся в эксплуатации с различными сроками службы. Измерения проводились в условиях эксплуатации с помощью передвижной установки со стороны низкого напряжения (0,4 кВ). Методика измерения потерь ХХ была согласована с заводом-изготовителем “Тольяттинский трансформатор”. Выборочные результаты измерений приведены ниже в таблицах.

ТМ-630/6

ТМ-400/6

ТМ-250/6

Суммарное потребление электроэнергии учреждениями АНМ по данным из фактур компании GNFM за 2010 год.

Таблица 2

Wa - активная энергия, кВтч; WR (ind) - реактивная энергия индуктивная, кВА; WR (cap) - реактивная энергия емкостная, кВА

cosц - коэффициент мощности

Существующая схема сети (упрощенная)

Измерения показали, что у 15 % обследованных трансформаторов потери ХХ значительно превышают нормируемые значения. Следовательно, можно предположить, что эти трансформаторы имеют скрытый дефект и подлежат замене.

Измерения потерь ХХ в условиях эксплуатации позволит уточнить фактические потери, выявить очаги повышенных потерь и провести мероприятия по их снижению. Таким образом, эти измерения позволяют при минимальных затратах провести диагностику магнитной системы трансформатора и снизить потери электроэнергии.

Анализ существующей системы электропотребления показал, что трансформаторы существенно недогружены и как следствие, потери холостого хода составляют 97% от всех потерь. Это значит, что установленная мощность трансформаторов избыточна относительно уровня электропотребления, поэтому можно ожидать существенной экономии электроэнергии за счет снижения потерь, если отключить некоторые трансформаторы, а их потребителей подключить к остающимся в работе трансформаторам.

Была предложена новая конфигурация за счет следующих изменений:

1. Объединить нагрузки биологического и химических корпусов. Нагрузку биологического корпуса следует перевести на трансформатор 630 кВА химического корпуса по сети 0.4 кВ с последующим отключением трансформатора 630 кВА биологического корпуса. Второй трансформатор 630 кВА химического корпуса можно оставить в резерве.

2. Перевод потребителей ТП-772 по сети 0.4кВ на ТП-325 с последующим отключением трансформаторов ТП-772 (2Ч630 кВА). Второй трансформатор 630 кВА можно оставить в резерве. После подключения к ТП-325 строящегося здания общежития, в зависимости от его нагрузки, в работу может быть включен резервный трансформатор.

3. Перевод потребителей ТП-620 по сети 0.4 кВ на ТП-809 с последующим отключением трансформаторов ТП-620 (2Ч400 кВА). Второй трансформатор 630 кВА можно оставить в резерве.

4. После подключения к ТП-480 второй очереди библиотеки (новое здание), расчетная нагрузка которой составляет 185кВт, целесообразно включить под нагрузку резервный трансформатор 630 кВА.

В соответствии с этими рекомендациями была разработана модифицированная расчетная схема электроснабжения и выполнен расчет потерь электроэнергии. Для корректного сопоставления результатов были использованы одна и та же исходная информация - потребление электроэнергии за 2010 год, расчеты выполнены по той же программе, а результаты расчета представлены в аналогичных таблицах.

Структура модифицированной схеме энергоснабжения:

4 подстанции: St-310, St-480, St-325, St-809 ;

6 рабочих трансформаторов: 2Ч400 кВА, 4Ч630 кВА;

4 резервных трансформатора (4Ч630 кВА).

Из сопоставления двух вариантов можно сделать следующие выводы

1. Потери электроэнергии снизились с 169044. до 113574.кВтчас за счет уменьшения общего числа подключенных трансформаторов

2. Переменные потери в трансформаторах увеличились в полтора раза за счет увеличения нагрузки на работающие трансформаторы. Однако трансформаторы по-прежнему недогружены. Следовательно, возможна более глубокая модификация схемы энергоснабжения

3. Потери в кабельной сети изменились незначительно, можно считать их практически постоянными. Доля потерь в кабельной сети в общих потерях в обеих вариантах составляет десятые доли процента.

Заключение

1. Существующая система учета потерь в элементах распределительной сети Академгородка не отвечает современным требованиям адекватности, открытости и прозрачности расчетов, а также не отвечает техническим возможностям, предоставляемых современной вычислительной техникой.

2. Высокая стоимость электроэнергии вынуждает применить более эффективные методы расчета потерь. Наблюдаемая в настоящее время тенденция роста тарифов на первичные энергоресурсы и электроэнергию, по-видимому, сохранится в обозримом будущем. Упрощенные методы, успешно применяемые в период относительно дешевой электроэнергии, следует заменить более совершенными. Использование упрощенных методов выглядит сегодня весьма неубедительно на фоне широкого применения вычислительной техники во всех сферах нашей жизни. Математическое моделирование режима работы электрической сети с помощью компьютера позволяет выполнять расчеты в реальном времени (ежемесячно) и по фактическим данным электропотребления вместо неких усредненных показателей.

3. Система хранения информации по электропотреблению в учреждениях Академгородка нуждается в серьёзном улучшении. Сегодня вся информация хранится на бумажных носителях, нам не удалось увидеть ни одной хотя бы простейшей базы данных с использованием персональных компьютеров для хранения информации - показаний счетчиков, объема электропотребления и т.д. Аналогичная база данных была бы полезна на любом уровне управления. Наличие такой базы позволило бы руководству Секции инженерных сетей осуществлять постоянный мониторинг состояния электропотребления.

4. Следует рассмотреть экономическую возможность измерения фактических потерь холостого хода силовых трансформаторов. Без ответа на этот вопрос преждевременно рассматривать вопрос о модернизации существующей системы электроснабжения с целью снижения потерь электроэнергии. Здесь уместно отметить важную тенденцию в современной энергетике - переход от системы планово-предупредительных ремонтов к ремонтам по действительному техническому состоянию электрооборудования на основе его диагностики. В свете сказанного измерение потерь холостого хода является одним из таких методов диагностики, причем наиболее дешевым по финансовым затратам.

Литература

1. “Pierderile tehnice de energie electricг activг оn transformatoarele Staюiilor de transformatoare aflate la balanюa CSЄDT al AЄM”. Hotгrоrea Biroului Consiliului Suprem Pentru Stiinюг єi Dezvoltare Trhnologicг al Academiei de Stiinюe a Moldovei, Nr.12-6, 28-03-2011.

2. Инструкция по расчету потерь активной и реактивной энергии в элементах сети, находящихся на балансе потребителя, официальное издание Monitorul oficial №94-97 (2081-2084), от 6 июля 2007 cтр.74-78.

3. Цицорин А.Н. О потерях холостого хода силовых трансформаторов 6-10 кВ. Электрические станции, 2011, №3, стр.48-51.

Размещено на Allbest.ru