Дипломная работа: Потери электроэнергии в распределительных электрических сетях
Расчет потерь может проводиться
на уровне ЦП, РЭС или ПЭС. На каждом уровне выходная печать содержит структуру
потерь во входящих в этот уровень составляющих (на уровне ЦП - по фидерам, на
уровне РЭС - по ЦП, на уровне ПЭС - по РЭС), а также суммарные потери и их
структуру.
Для более легкого, быстрого и
наглядного формирования расчетной схемы, удобного вида предоставления
результатов расчета и всех необходимых данных для анализа этих результатов была
разработана программа "Расчет технических потерь (РТП)" 3.1 [5].
Оглавление базы данных по
электрическим сетям представлено таким образом, чтобы пользователь всегда
быстро мог найти нужный фидер по принадлежности к району электрических сетей,
номинальному напряжению, подстанции.
Ввод схемы в данной программе существенно
облегчается и ускоряется набором редактируемых справочников. При возникновении
каких-либо вопросов во время работы с программой всегда можно обратиться за
помощью к справке или к инструкции пользователя. Интерфейс программы удобен и
прост, что позволяет сократить затраты труда на подготовку и расчет
электрической сети.
На рис.1 представлена расчетная
схема, ввод которой осуществляется на основе нормальной оперативной схемы
фидера. Элементами фидера являются узлы и линии. Первый узел фидера - это
всегда центр питания, отпайка - точка соединения двух или более линий,
трансформаторная подстанция - узел с ТП, а также переходные трансформаторы 6/10
кВ (блок - трансформаторы). Линии бывают двух типов: провода - воздушная или
кабельная линия с длиной и маркой провода и соединительные линии - фиктивная
линия с нулевой длиной и без марки провода. Изображение фидера можно
увеличивать или уменьшать с помощью функции изменения масштаба, а также
передвигать по экрану полосами прокрутки или мышкой.
Параметры расчетной схемы или
свойства любого ее элемента доступны для просмотра в любом режиме. После
расчета фидера дополнительно к исходной информации об элементе в окно с его
характеристиками добавляются результаты расчета.
рис.1. Расчетная схема сети.
Расчет установившегося режима
включает в себя определение токов и потоков мощностей по ветвям, уровней
напряжения в узлах, нагрузочных потерь мощности и электроэнергии в линиях и
трансформаторах, а также потерь холостого хода по справочным данным,
коэффициентов загрузки линий и трансформаторов. Исходными данными для расчета
являются измеренные ток на головном участке фидера и напряжение на шинах 0,38 -
6 - 10 кВ в режимные дни, а также нагрузка на всех или части трансформаторных
подстанций [6]. Кроме указанных исходных данных для расчета предусмотрен режим
задания электроэнергии на головном участке. Возможна фиксация даты расчета.
Одновременно с расчетом потерь
мощности ведется расчет потерь электроэнергии. Результаты расчета по каждому
фидеру сохраняются в файле, в котором они суммируются по центрам питания, районам
электрических сетей и всем электрическим сетям в целом, что позволяет проводить
подробный анализ результатов.
Детальные результаты расчета
состоят из двух таблиц с подробной информацией о параметрах режима и
результатах расчета по ветвям и узлам фидера. Подробные результаты расчета, можно
сохранять в текстовом формате или формате Excel. Это
позволяет использовать широкие возможности этого Windows
- приложения присоставлении отчета или анализе результатов.
В программе предусмотрен гибкий
режим редактирования, который позволяет вводить любые необходимые изменения
исходных данных, схем электрических сетей: добавить или отредактировать фидер,
название электрических сетей, районов, центров питания, отредактировать
справочники. При редактировании фидера можно изменить расположение и свойства
любого элемента на экране, вставить линию, заменить элемент, удалить линию,
трансформатор, узел и др.
Программа РТП 3.1 позволяет
работать с несколькими базами данных, для этого необходимо только указать к ним
путь. Она выполняет различные проверки исходных данных и результатов расчета (замкнутость
сети, коэффициенты загрузки трансформаторов, ток головного участка должен быть
больше суммарного тока холостого хода установленных трансформаторов и др.)
В результате коммутационных
переключений в ремонтных и послеаварийных режимах и соответствующего изменения
конфигурации схемы электрической сети могут возникнуть недопустимые перегрузки
линий и трансформаторов, уровни напряжения в узлах, завышенные потери мощности
и электроэнергии в сети. Для этого в программе предусмотрена оценка режимных
последствий оперативных переключений в сети, а также проверка допустимости
режимов по потере напряжения, потерям мощности, току нагрузки, токам защиты. Для
оценки таких режимов в программе предусмотрена возможность переключении
отдельных участков распределительных линий с одного центра питания на другой,
если имеются резервные перемычки. Для реализации возможности коммутационных
переключений между фидерами различных ЦП необходимо установить связи между ними.
Все перечисленные возможности
существенно сокращают время на подготовку исходной информации. В частности, с
помощью программы за один рабочий день один оператор может ввести информацию
для расчета технических потерь по 30 распределительным линиям 6 - 10 кВ средней
сложности.
Программа РТП 3.1 является одним
из модулей многоуровневой интегрированной системы расчета и анализа потерь
электроэнергии в электрических сетях АО - энерго, в которой результаты расчета
по данному ПЭС суммируются с результатами расчета по другим ПЭС и по
энергосистеме в целом [6].
Более подробно рассмотрим расчет
потерь электроэнергии программой РТП 3.1 в пятой главе.
Прежде чем давать понятие
норматива потерь электроэнергии, следует уточнить сам термин "норматив",
даваемый энциклопедическими словарями.
Под нормативами понимаются
расчетные величины затрат материальных ресурсов, применяемые в планировании и
управлении хозяйственной деятельностью предприятий. Нормативы должны быть
научно обоснованными, прогрессивными и динамичными, т.е. систематически
пересматриваться по мере организационно-технических сдвигов в производстве.
Хотя изложенное приведено в
словарях для материальных ресурсов в широком плане, оно целиком отражает
требования, предъявляемые к нормированию потерь электроэнергии.
Нормирование - это процедура
установления для рассматриваемого периода времени приемлемого (нормального) по
экономическим критериям уровня потерь (норматива потерь), значение
которого определяют на основе расчетов потерь, анализируя возможности снижения
в планируемом периоде каждой составляющей их фактической структуры [1].
Под нормативом отчетных потерь
необходимо понимать сумму нормативов четырех составляющих структуры потерь,
каждая из которых имеет самостоятельную природу и, как следствие, требует
индивидуального подхода к определению ее приемлемого (нормального) уровня на
рассматриваемый период. Норматив каждой составляющей должен определяться на
основе расчета ее фактического уровня и анализа возможностей реализации
выявленных резервов ее снижения.
Если вычесть из сегодняшних
фактических потерь все имеющиеся резервы их снижения в полном объеме, результат
можно назвать оптимальными потерями при существующих нагрузках сети и
существующих ценах на оборудование. Уровень оптимальных потерь меняется из
года в год, так как меняются нагрузки сети и цены на оборудование. Если же
норматив потерь определен по перспективным нагрузкам сети (на расчетный год) с
учетом эффекта от реализации всех экономически обоснованных мероприятий, его
можно назвать перспективным нормативом. В связи с постепенным уточнением
данных перспективный норматив также необходимо периодически уточнять.
Очевидно, что для внедрения всех
экономически обоснованных мероприятий требуется определенный срок. Поэтому при
определении норматива потерь на предстоящий год следует учитывать эффект лишь
от тех мероприятий, которые реально могут быть проведены за этот период. Такой
норматив называют текущим нормативом.
Норматив потерь определяют при
конкретных значениях нагрузок сети. Перед планируемым периодом эти нагрузки
определяют из прогнозных расчетов. Поэтому для рассматриваемого года можно
выделить два значения такого норматива:
прогнозируемое (определенное
по прогнозируемым нагрузкам);
фактическое (определенное в
конце периода по состоявшимся нагрузкам).
Что касается норматива потерь,
включаемых в тариф, то здесь всегда используется его прогнозируемое значение. Фактическое
же значение норматива целесообразно использовать при рассмотрении вопросов
премирования персонала. При существенном изменении схем и режимов работы сетей
в отчетном периоде потери могут как существенно снизиться (в чем нет никакой
заслуги персонала), так и увеличиться. Отказ от корректировки норматива
несправедлив в обоих случаях.
Для установления нормативов на
практике используются три метода [2]: аналитико-расчетный,
опытно-производственный и отчетно-статистический.
Аналитико-расчетный метод наиболее
прогрессивен и научно обоснован. Он базируется на сочетании строгих
технико-экономических расчетов с анализом производственных условий и резервов
экономии материальных затрат.
Опытно-производственный метод
применяется, когда проведение строгих технико-экономических расчетов по
каким-либо причинам невозможно (отсутствие или сложность методик таких
расчетов, трудности получения объективных исходных данных и т.п.). Нормативы
получают на основе испытаний.
Отчетно-статистический метод наименее
обоснован. Нормы на очередной плановый период устанавливают по
отчетно-статистическим данным о расходе материалов за истекший период.
Нормирование расхода
электроэнергии на собственные нужды подстанций осуществляется с целью его контроля
и планирования, а также выявления мест нерационального расхода. Нормы расхода
выражены в тысячах киловатт-часов в год на единицу оборудования или на одну
подстанцию. Численные значения норм зависят от климатических условий.
В силу существенных различий в
структуре сетей и в их протяженности норматив потерь для каждой
энергоснабжающей организации представляет собой индивидуальное значение,
определяемое на основе схем и режимов работы электрических сетей и особенностей
учета поступления и отпуска электроэнергии.
В связи с тем, что тарифы
устанавливают дифференцированно для трех категорий потребителей, получающих
энергию от сетей напряжением 110 кВ и выше, 35-6 кВ и 0,38 кВ, общий норматив
потерь должен быть разделен на три составляющие. Это деление должно
производиться с учетом степени использования каждой категорией потребителей
сетей различных классов напряжения [3].
Временно допустимые коммерческие
потери, включаемые в тариф, распределяют равномерно между всеми категориями
потребителей, так как коммерческие потери, представляющие собой в значительной
степени хищения энергии, не могут рассматриваться как проблема, оплата которой
должна возлагаться только на потребителей, питающихся от сетей 0,38 кВ.
Из четырех составляющих потерь
наиболее сложной для представления в форме, ясной для сотрудников
контролирующих органов, являются технические потери (особенно их
нагрузочная составляющая), так как они представляют собой сумму потерь в сотнях
и тысячах элементов, для расчета которых необходимо владеть электротехническими
знаниями. Выходом из положения является использование нормативных характеристик
технических потерь, представляющих собой зависимости потерь от факторов,
отражаемых в официальной отчетности [4].
Характеристика потерь
электроэнергии - зависимость потерь электроэнергии от факторов, отражаемых
в официальной отчетности.
Нормативная характеристика
потерь электроэнергии - зависимость приемлемого уровня потерь
электроэнергии (учитывающего эффект от МСП, проведение которых согласовано с
организацией, утверждающей норматив потерь) от факторов, отражаемых в
официальной отчетности.
Параметры нормативной
характеристики достаточно стабильны и поэтому, однажды рассчитанные,
согласованные и утвержденные, они могут использоваться в течение длительного
периода - до тех пор, пока не произойдет существенных изменений схем сетей. При
нынешнем, весьма низком уровне сетевого строительства нормативные
характеристики, рассчитанные для существующих схем сетей, могут использоваться
в течение 5-7 лет. При этом погрешность отражения ими потерь не превышает 6-8%.
В случае же ввода в работу или вывода из работы в этот период существенных
элементов электрических сетей такие характеристики дают надежные базовые значения
потерь, относительно которых может оцениваться влияние проведенных изменений
схемы на потери.
Для радиальной сети нагрузочные
потери электроэнергии выражаются формулой:
, (4.1)
где W
- отпуск электроэнергии в сеть за период Т;
tg
φ - коэффициент реактивной мощности;
Rэкв
- эквивалентное сопротивление сети;
U - среднее
рабочее напряжение.
В силу того, что эквивалентное
сопротивление сети, напряжение, а также коэффициенты реактивной мощности и
формы графика изменяются в сравнительно узких пределах, они могут быть "собраны"
в один коэффициент А,расчет которого для конкретной сети
необходимо выполнить один раз:
. (4.2)
B этом
случае (4.1) превращается в характеристику нагрузочных потерь электроэнергии:
.
(4.3)
При наличии характеристики (4.3)
нагрузочные потери для любого периода Т определяют на основе
единственного исходного значения - отпуска электроэнергии в сеть.
Характеристика потерь
холостого хода имеет вид:
.
(4.4)
Значение коэффициента С
определяют на основе потерь электроэнергии холостого хода, рассчитанных с
учетом фактических напряжений на оборудовании - ΔWх по формуле (4.4) или на основе потерь
мощности холостого хода ΔРх.
Коэффициенты А и С характеристики
суммарных потерь в п радиальных линиях 35, 6-10 или 0,38 кВ определяют
по формулам:
; (4.5)
,
(4.6)
где Аi и Сi - значения коэффициентов для входящих в сеть
линий;
Wi
- отпуск электроэнергии в i-ю линию;
WΣ
- то же, во все линии в целом.
Относительный недоучет
электроэнергии ΔW зависит
от объемов отпускаемой энергии - чем ниже объем, тем ниже токовая загрузка ТТ и
тем больше отрицательная погрешность. Определение средних значений недоучета
проводят за каждый месяц года и в нормативной характеристике месячных потерь
они отражаются индивидуальным слагаемым для каждого месяца, а в характеристике
годовых потерь - суммарным значением.
Таким же образом отражаются в
нормативной характеристике климатические потери, а также расход
электроэнергии на собственные нужды подстанций Wnc,
имеющий резкую зависимость от месяца года.
Нормативная характеристика
потерь в радиальной сети имеет вид:
,
(4.7)
где ΔWм
- сумма описанных выше четырех составляющих:
ΔWм
= ΔWу + ΔWкор + ΔWиз
+ ΔWПС. (4.8)
Нормативная характеристика
потерь электроэнергии в сетях объекта, на балансе которого находятся
распределительные сети напряжением 6-10 и 0,38 кВ, имеет вид, млн. кВт-ч:
,
(4.9)
где W6-10
- отпуск электроэнергии в сети 6-10 кВ, млн. кВт-ч, за вычетом
отпуска потребителям непосредственно с шин 6-10 кВ подстанций 35-220/6-10 кВ и
электростанций; W0,38 - то же, в сети
0,38 кВ; А6-10 и А0,38 - коэффициенты
характеристики. Величина ΔWм для
этих предприятий включает в себя, как правило, лишь первое и четвертое
слагаемые формулы (4.8). При отсутствии учета электроэнергии на стороне 0,38 кВ
распределительных трансформаторов 6-10/0,38 кВ значение W0,38
определяют, вычитая из значения W6-10
отпуск электроэнергии потребителям непосредственно из сети 6-10 кВ и потери
в ней, определяемые по формуле (4.8) с исключенным вторым слагаемым.
В настоящее время для расчета
нормативов потерь электроэнергии в распределительных сетях РЭС и ПЭС АО "Смоленскэнерго"
применяются схемотехнические методы с использованием различного программного
обеспечения. Но в условиях неполноты и малой достоверности исходной информации
о режимных параметрах сети применение этих методов приводит к значительным
погрешностям расчетов при достаточно больших трудозатратах персонала РЭС и ПЭС
на их проведение. Для расчетов и регулирования тарифов на электроэнергию
Федеральная Энергетическая комиссия (ФЭК) утвердила нормативы технологического
расхода электроэнергии на ее передачу, т.е. нормативы потерь электроэнергии. Потери
электроэнергии рекомендуется рассчитывать по укрупненным нормативам для
электрических сетей энергосистем при использовании значений обобщенных
параметров (суммарной длины линий электропередачи, суммарной мощности силовых
трансформаторов) и отпуску электроэнергии в сеть [1]. Подобная оценка потерь
электроэнергии, особенно для множества разветвленных сетей 0,38 - 6 - 10 кВ,
позволяет с большой вероятностью выявить подразделения энергосистемы (РЭС и ПЭС)
с повышенными потерями, скорректировать значения потерь, рассчитываемых
схемотехническими методами, снизить трудозатраты на проведение расчетов потерь
электроэнергии. Для расчета годовых нормативов потерь электроэнергии для сетей
АО-энерго используются следующие выражения:
,
(4.10)
,
(4.11)
где ΔWпер
- технологические переменные потери электроэнергии (норматив потерь) за
год в распределительных сетях 0,38 - 6 - 10 кВ, кВт∙ч;
ΔWНН,
ΔWСН - переменные потери в сетях
низкого (НН) и среднего (СН) напряжения, кВт∙ч;
Δω0НН
- удельные потери электроэнергии в сетях низкого напряжения, тыс. кВт∙ч/км;
Δω0СН
- удельные потери электроэнергии в сетях среднего напряжения, % к отпуску
электроэнергии;
WОТС
- отпуск электроэнергии в сети среднего напряжения, кВт∙ч;
VСН
- поправочный коэффициент, отн. ед.;
ΔWп
- условно-постоянные потери электроэнергии, кВт∙ч;
ΔРп -
удельные условно-постоянные потери мощности сети среднего напряжения, кВт/МВА;
,
что составляет 47,8% от суммарных потерь и 1,7% от общего отпуска
электроэнергии;
потери в обмотках
трансформаторов:
,
что составляет 38,2% от суммарных потерь и 1,4% от общего отпуска
электроэнергии;
потери в стали трансформаторов:
,
что составляет 13,9% от суммарных потерь и 0,5% от общего отпуска
электроэнергии;
суммарные потери:
,
что составляет 3,6% от общего отпуска электроэнергии.
Рассчитаем нормативы потерь
электроэнергии для данной распределительной сети по формулам (4.10) и (4.11):
норматив технологических
переменных потерь:
,
норматив условно-постоянных
потерь:
.
Анализ проведенных расчетов
потерь электроэнергии и их нормативов позволяет сделать следующие основные
выводы:
при увеличении kЗТП
от 0,5 до 0,8 наблюдается увеличение абсолютного значения суммарных
потерь электроэнергии, что соответствует увеличению мощности головного участка
пропорционально kЗТП. Но, при этом,
увеличение суммарных потерь относительно отпуска электроэнергии составляет:
для kЗТП1
= 0,5 - 2,8%, а
для kЗТП2
= 0,8 - 3,6%,
в том числе доля
условно-переменных потерь в первом случае составляет 2%, а во втором - 3,1%,
тогда как доля условно-постоянных потерь в первом случае - 0,8%, а во втором - 0,5%.
Таким образом, мы наблюдаем увеличение условно-переменных потерь с ростом
нагрузки на головном участке, в то время как условно-постоянные потери остаются
неизменными и занимают меньший вес при повышении загрузки линии.
В итоге, относительное
увеличение потерь электроэнергии составило всего 1,2% при значительном
увеличении мощности головного участка. Этот факт свидетельствует о более
рациональном использовании данной распределительной сети.
Расчет нормативов потерь
электроэнергии показывает, что и для kЗТП1,
и для kЗТП2 соблюдаются нормативы по потерям.
Таким образом, наиболее эффективным является использование данной
распределительной сети при kЗТП2 = 0,8. При
этом оборудование будет использоваться более экономично.
По итогам выполнения данной
бакалаврской работы можно сделать следующие основные выводы:
электрическая энергия,
передаваемая по электрическим сетям, для своего перемещения расходует часть
самой себя. Часть выработанной электроэнергии расходуется в электрических сетях
на создание электрических и магнитных полей и является необходимым
технологическим расходом на ее передачу. Для выявления очагов максимальных
потерь, а также проведения необходимых мероприятий по их снижению необходимо
проанализировать структурные составляющие потерь электроэнергии. Наибольшее
значение в настоящее время имеют технические потери, т.к именно они являются
основой для расчета планируемых нормативов потерь электроэнергии.
В зависимости от полноты
информации о нагрузках элементов сети для расчета потерь электроэнергии могут
использоваться различные методы. Также применение того или иного метода связано
с особенностью рассчитываемой сети. Таким образом, учитывая простоту схем линий
сетей 0,38 - 6 - 10 кВ, большое количество таких линий и низкую достоверность
информации о нагрузках трансформаторов, в этих сетях для расчета потерь
используются методы, основанные на представлении линий в виде эквивалентных
сопротивлений. Применение подобных методов целесообразно при определении
суммарных потерь во всех линиях или в каждой, а также для определения очагов
потерь.
Процесс расчета потерь
электроэнергии является достаточно трудоемким. Для облегчения подобных расчетов
существуют различные программы, которые имеют простой и удобный интерфейс и
позволяют произвести необходимые расчеты гораздо быстрее.
Одной из наиболее удобных
является программа расчета технических потерь РТП 3.1, которая благодаря своим
возможностям существенно сокращает время на подготовку исходной информации, а
следовательно и расчет производится с наименьшими затратами.
Для установления в
рассматриваемом периоде времени приемлемого по экономическим критериям уровня
потерь, а также для установления тарифов на электроэнергию, применяется
нормирование потерь электроэнергии. Учитывая существенные различия в структуре
сетей, в их протяженности норматив потерь для каждой энергоснабжающей
организации представляет собой индивидуальное значение, определяемое на основе
схем и режимов работы электрических сетей и особенностей учета поступления и
отпуска электроэнергии.
Более того, потери
электроэнергии рекомендовано рассчитывать по нормативам при использовании
значений обобщенных параметров (суммарной длины линии электропередачи,
суммарной мощности силовых трансформаторов) и отпуску электроэнергии в сеть. Подобная
оценка потерь, особенно для множества разветвленных сетей 0,38 - 6 - 10 кВ, позволяет
существенно снизить трудозатраты на проведение расчетов.
Пример расчета потерь
электроэнергии в распределительной сети 10 кВ показал, что наиболее эффективным
является использование сетей с достаточно высокой загрузкой (kЗТП=0,8).
При этом наблюдается небольшое относительное увеличение условно-переменных
потерь в доле отпуска электроэнергии, и снижение условно-постоянных потерь. Таким
образом, суммарные потери увеличиваются незначительно, а оборудование
используется более рационально.
1.
Железко Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в
электрических сетях. - М.: НУ ЭНАС, 2002. - 280с.
2.
Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в
электрических сетях: Руководство для практических расчетов. - М.: Энергоатомиздат,
1989. - 176с.
3.
Будзко И.А., Левин М.С. Электроснабжение сельскохозяйственных
предприятий и населенных пунктов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 320с.
4.
Воротницкий В.Э., Железко Ю.С., Казанцев В.Н. Потери электроэнергии в
электрических сетях энергосистем. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 368с.
5.
Воротницкий В.Э., Заслонов С.В., Калинкина М.А. Программа расчета
технических потерь мощности и электроэнергии в распределительных сетях 6 - 10
кВ. - Электрические станции, 1999, №8, с.38-42.
6.
Железко Ю.С. Принципы нормирования потерь электроэнергии в электрических
сетях и программное обеспечение расчетов. - Электрические станции, 2001, №9, с.33-38.