Обеспечение надежного и экономичного снабжения потребителей электроэнергией требуемого качества зависит в значительной степени от используемых схем соединения линий и подстанций.

Распределительные сети 10(6) кВ, как правило, радиальные и связаны с различными источниками питания или с двумя секциями одной силовой подстанции. В таких сетях обычно строятся перемычки, что повышает надежность электроснабжения потребителей, но при этом также

  • растут потери активной и реактивной мощности и электроэнергии;
  • увеличиваются потери напряжения в связи с ростом передаваемой реактивной мощности и снижается напряжение в узлах нагрузки;
  • нарушаются балансы мощности и электроэнергии в фидерах за счет добавления к нагрузке линии потерь активной мощности и электроэнергии.

Поскольку каждый РЭС насчитывает несколько сотен фидеров 10(6) кВ, большая часть которых пришла в технически непригодное состояние и характеризуется высокой аварийностью, поэтому переключений в расчетный период достаточно много. Вопросу количественной оценки роста потерь мощности и энергии и снижения напряжения в узлах нагрузки при переключениях в сети посвящена данная статья.

Ниже на рисунке изображен фрагмент распределительной сети, включающий два радиальных фидера Ф-12 и Ф-75, отходящих от двух центров питания. Потоки мощности на участках фидеров определяются по первому закону Кирхгофа

,

где мощность -го узла нагрузки; - порядковый номер узла нагрузки; n-1—количество нагрузок (трансформаторных подстанций).

Мощность k-го узла нагрузки в общем случае включает

  • полезный отпуск энергии в сети 0,38 кВ (населению, промышленным предприятиям или смешанным потребителям);
  • несанкционированный отбор электроэнергии;
  • технические потери электроэнергии в линиях 0,38 кВ, отходящих от ТП;
  • потери в трансформаторе 10/0,4 кВ и в ответвлении от фидера 10 кВ к ТП.


Рис. Фрагмент распределительной сети 10 кВ

В данной задаче электроснабжение потребителей в сети 0,38 кВ обеспечи- вается при любых переключениях в сети, поэтому мощность k-го узла нагрузки приравнивается мощности j-го ТП с учетом его коэффициента загрузки и принимается независящей от режима

,j=29,53,…,64.

В нормальном режиме разъединитель Р отключен (рис.) и фидеры работают разомкнуто. Для уменьшения потерь мощности и энергии в сети положение разъединителя Р стараются совместить с точкой токораздела, имеющей место при работе сети по замкнутой схеме.

В нормальном режиме при разомкнутом разъединителе Р (рис.) в участках фидера Ф-12 протекают потоки мощности нагрузки

,

, (1)

……..………………………..

Потоки мощности нагрузки в участках фидера Ф-75

,

, (2)

,

……………………………….

При повреждении одного из фидеров, например, фидера Ф-75, отключается выключатель В-2, персонал включает разъединитель Р и сеть переходит на работу сети по замкнутой схеме. Потоки мощности в участках принимают вид

. (3)

……………………………………………………..

Сравнивая между собой выражения потоков мощности в головных участках фидеров при работе сети по разомкнутой схеме (рс) (1) и при работе сети по замкнутой схеме (зс) (3), наблюдаем, что при работе по замкнутой схеме поток мощности в головном участке существенно больше (), чем поток по разомкнутой схеме

. (4)

Аналогично и в большинстве других участков соответственно

(5)

…………

В режиме работы сети по замкнутой схеме отсутствует поток мощности на участке 10-11, зато появился равный ему поток .

Из-за роста потерь напряжения снижается напряжение узлов нагрузки сети.

Потеря напряжения в участке фидера

, (6)

где —напряжения в начале и конце участка соответственно; —активный и реактивный потоки мощности нагрузки в участке соответственно.

Из формулы (6) видно, что при работе по замкнутой схеме увеличение потоков передаваемой реактивной мощности связано с увеличением потерь напряжения, которое в значительной степени зависит от соотношения между реактивным и активным сопротивлениями данного элемента.

Отклонения напряжения на шинах 10(6) кВ ЦП должно поддерживаться с помощью РПН не ниже +5% от в период максимальной нагрузки и не выше в период минимальной нагрузки.

Из уравнения (6) следует, что для определения напряжения в узле k+1 нагрузки необходимо решить следующее квадратичное уравнение

. (7)

.(8)

Технические потери мощности при ее передаче в распределительной сети (рис.) имеют вид

  • при работе сети по разомкнутой схеме

(9)

  • при работе сети по замкнутой схеме

, (10)

где активные погонные сопротивления участка .

Потоки мощности в участках фидера при работе сети по замкнутой схеме большей частью существенно выше потоков в одноименных участках фидеров при работе по разомкнутой схеме (4)-(5). Потери мощности пропорциональны квадрату потоков мощности, поэтому при работе сети по замкнутой схеме потери значительно выше, чем при работе по разомкнутой схеме

. (11)

Технические потери электроэнергии находим, умножая потери мощности для данного режима на длительность этого режима

, (12)

, (13)

,

где ,потери мощности в сети при средних нагрузках узлов за время Трс, Тзс соответственно; Т, Трс, Тзс длительность работы сети по разомкнутой и замкнутой схемам соответственно; коэффициент формы графика мощности.

В случае, если длительность работы сети по разомкнутой и замкнутой схемам соизмеримы

,

то с учетом (11) потери энергии при работе сети по замкнутой схеме значительно больше, чем по разомкнутой

. (14)

Если при работе сети по разомкнутой схеме имеет место баланс активной электроэнергии

,

то при работе по замкнутой схеме из-за больших потерь электроэнергии (14) в отдельные моменты периода максимума нагрузки могут иметь место нарушения энергетического баланса

<, (15)

что и приводит к кратковременным отключениям потребителей.

В неравенстве (15) —поступления электроэнергии в сеть в расчетном периоде; —нагрузка сети; — расход электроэнергии на собственные нужды подстанций; — неучтенная, неоплаченная электроэнергия, связанная с несанкционированным отбором, неодновременностью платы за электроэнергию и др; —потери, обусловленные недоучетом потребления электроэнергии из-за систематической отрицательной погрешности измерительного комплекса.

ПРИМЕР

Расчетная схема представлена на рис. Провода фидеров воздушные марки АС-95, активные и реактивные погонные сопротивления участков фидеров одинаковы и равны соответственно =0,33 ом/км; =0,346 ом/км.

Расчетный период ч,

период работы по разомкнутой схеме 72 часов,

период работы по замкнутой схеме ч.

Коэффициенты загрузки трасформаторов ТП приняты одинаковыми, равными .

Коэффициент формы графика нагрузки принят

Мощность -го узла нагрузки вычисляется по формуле

, k=1,2,…,10,

где активная и реактивная мощности нагрузки.

Принимаем, что

,

k=1,2,…,10; j=29, 53,…,64.

где полная, активная и реактивная мощности трансформаторов ТП.

Коэффициент мощности

, j=29, 53,…,64.

Потоки мощности нагрузки в участках фидеров Ф-12 и Ф-75 при работе сети по разомкнутой схеме и по замкнутой схеме согласно (1)-(2) сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Потоки мощности нагрузки в участках фидеров

участка

Работа сети

по разомкнутой схеме

по замкнутой схеме

Потоки мощости

в участках,

кВА

Потоки мощости

в участках,

кВА

1-2

291.9

570,9

2-3

243,9

522,9

3-4

123,96

402,9

4-5

105,0

384,0

5-6

30,05

309,0

11-10

279,0

0

10-9

264,0

15,

9-8

216,0

63,0

8-7

120,0

159,

7-6

0

279,0

Потеря напряжения в головном участке фидера Ф-12 в режиме работы сети по разомкнутой схеме рассчитывается согласно (7)-(8)

kВА, кВт, =108,41 кВАр.

.

Для определения решаем следующее квадратичное уравнение

.

кВ.

Результаты расчета напряжений в узлах нагрузки фидеров Ф-12 и Ф-75 в режиме работы сети по разомкнутой схеме и в режиме работы сети по замкнутой схеме сведены в таблицу 2

Таблица 2. Результаты расчета напряжений узлов нагрузки

фидеров Ф-12 и Ф-75

узла

Работа сети

по разомкнутой схеме

по замкнутой схеме

Напряжение

узлов нагрузки,

кВ

Напряжение

узлов нагрузки,

кВ

1

10,50

10,50

2

10,48

10,47

3

10,46

10,41

4

10,43

10,36

5

10,425

10,33

6

10,42

10,29

7

10,39

10,28

8

10,42

10,26

9

10,45

10,25

10

10,48

10,24

11

10,50

0

Технические потери активной мощности при работе сети по разомкнутой схеме равны

При работе сети по замкнутой схеме потери активной мощности равны

что в 2,75 раза больше, чем при работе по разомкнутой схеме.

Потери активной электроэнергии при работе сети по разомкнутой схеме составляют

кВт•ч.

Потери активной электроэнергии при работе сети по замкнутой схеме

кВт•ч.

В случае, если длительность работы сети по разомкнутой и замкнутой схемам соизмеримы

360 ч,

то потери энергии в замкнутой схеме существенно возрастают

кВт•ч, кВт•ч.

Выводы

  1. Переключение в данной конкретной сети не отразилось на напряжениях узлов нагрузки по причине малой загрузки трансформаторных подстанций (kз =0,3).
  2. Потери мощности, несмотря на малый коэффициент загрузки ТП, в замкнутой схеме сети увеличились в 2,75 раза по сравнению с разомкнутой схемой.
  3. Технические потери энергии в замкнутой схеме сети также существенно возрастают, поэтому режим переключения должен быть краткосрочным.