Содержание к диссертации
Введение
1 . Обзор показателей качества электрической энергии и показателей надежности электроснабжения 16
1.1. Состояние сельской электроэнергетики на современном этапе 16
1.2. Характеристика показателей качества электроэнергии 20
1.3. Нормативные требования к надежности систем электроснабжения и их обеспечение 28
1.3.1. Нормирование надежности схем электроснабжения 28
1.3.2. Влияние надежности электроснабжения на работу оборудования потребителей 32
1.4. Основные показатели надежности элементов схем электроснабжения и способы их оценки 34
1.5. Взаимосвязь показателей качества электроэнергии и надежности электроснабжения 37
2. Методические положения комплексной оценки надежности электроснабжения и качества электроэнергии в сельских распределительных сетях 42
2.1. Содержательная постановка задачи 42
2.2. Формализация предлагаемой методики 48
2.3. Комплекс расчетных средств, реализующих предлагаемую методику 51
3. Результаты комплексного исследования надежности электроснабжения и качества электроэнергии в сельских распределительных сетях 58
3.1. Статистический анализ повреждаемости оборудования сельских распределительных сетей (на примере Восточных электросетей Иркутской области) 58
3.2. Расчет уровня надежности и качества электрической энергии в электросетевых районах Иркутской области 67
3.3. Оценка ущербов при ухудшении показателей надежности электроснабжения и качества электроэнергии 88
4. Методы и средства обеспечения надежности и качества электроснабжения сельских распределительных сетей на современном этапе 96
4.1. Способы и средства обеспечения требуемого уровня надежности систем электроснабжения и качества электроэнергии (общероссийский уровень) 96
4.2. Методы и средства обеспечения надежности систем электроснабжения и качества электроэнергии (региональный уровень) 100
4.2.1. Способы и средства обеспечения требуемого уровня надежности систем электроснабжения. Общие положения 101
4.2.2. Способы и средства поддержания качества электроэнергии в распределительных сетях. Общие положения 110
4.3. Предложения о первоочередных мерах по обеспечению надежности и качества электроснабжения сельских потребителей на современном этапе в условиях реструктуризации электроэнергетической отрасли 114
4.4. Оценка эффективности предлагаемых первоочередных мероприятий по обеспечению надежности и качества электроснабжения сельских районов Иркутской области 122
4.4.1. Применение ПРВТ 123
4.4.2. Применение УПК 125
4.4.3. Применение тепловизионного контроля 126
Выводы 127
Заключение 128
Список литературы 131
Приложение
- Характеристика показателей качества электроэнергии
- Формализация предлагаемой методики
- Расчет уровня надежности и качества электрической энергии в электросетевых районах Иркутской области
- Методы и средства обеспечения надежности систем электроснабжения и качества электроэнергии (региональный уровень)
Введение к работе
Современное общество трудно представить без использования
электрической энергии. Она применяется во всех отраслях народного
хозяйства: в промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте, в
строительстве, коммунальном хозяйстве и быту. Для нормального
электроснабжения потребителей созданы объединенные
электроэнергетические системы. К функционированию этой сложной электроэнергетической системы (ЭЭС) предъявляются высокие требования по надежности электроснабжения и качеству электрической энергии.
Объединение региональных ЭЭС, увеличение мощности электростанций, повышение качества энергетического оборудования, создание межсистемных связей и внедрение противоаварийной автоматики, высокий уровень устойчивости энергетических систем в значительной мере повысили надёжность обеспечения всех потребителей, в том числе рассматриваемого в этой работе сельского хозяйства, электрической энергией.
Одновременно с этим, продолжающийся процесс увеличения электрических нагрузок, рост единичных мощностей агрегатов промышленных предприятий, расширение и углубление электрификации технологических процессов, автоматизации и информатизации в свою очередь предъявляют еще более высокие требования к надежности электроснабжения и качеству электрической энергии. С другой стороны, большой объём дорогостоящего энергетического строительства, стремление к сокращению сроков строительства выдвигают требования экономии капитальных вложений и отыскания простых и современных проектных решений по развитию систем электроснабжения потребителей.
Возникает необходимость согласования этих, в ряде случаев противоречивых, интересов. Оптимальные решения могут быть найдены только при совместном рассмотрении вопросов проектирования,
строительства и эксплуатации. Одним из основных вопросов, возникающих при этом, является исследование взаимозависимости и определение оптимального соотношения уровня надёжности электроснабжения и качества электроэнергии.
Вопрос об оптимальном соотношении надёжности энергетических объектов и качества электрической энергии является основным в комплексе предъявляемых к ЭЭС требованиям: надежность, экономичность, качество электроэнергии, безопасность и экологичность.
В отдельных энергетических системах в современных российских условиях число аварий достигает нескольких десятков в год, а годовой недоотпуск электрической энергии в результате аварий — миллионов кВт-часов. При такой высокой аварийности оценка надёжности отдельных элементов электрических сетей, оборудования и установок и поиск возможных путей повышения их надежности, как в процессе эксплуатации, так и при проектировании становятся первоочередными задачами.
Нарушения работоспособности ЭЭС сопровождаются комплексом
отрицательных явлений, последствия которых носят социально-
экономический характер. Перерывы электроснабжения и недоотпуски
электроэнергии потребителям сферы материального производства и
непроизводственной сферы, а также случаи питания некачественной
электроэнергией служат причиной возникновения существенных потерь в
процессе жизни общества и функционирования экономики:
недоиспользование или непроизводительный расход ресурсов, недовыпуск
или снижение качества продукции, порча оборудования, дополнительные
расходы средств производства, пожары, взрывы т. д. Эти потери принято
называть ущербами от нарушения электроснабжения. Ущерб представляет
собой комплексный экономический показатель надежности
электроснабжения потребителей и является одной из важнейших характеристик, определяющих понятие надежности и качества в электроэнергетике как экономические категории.
За последние десятилетия в материальном производстве очень высокой степени достигла автоматизация процессов, появилось много технологических циклов с тонкой настройкой, электрифицированы в значительной степени основные и вспомогательные производственные процессы и т. д.
Эти обстоятельства сделали производственный процесс основной массы потребителей очень чувствительным к надежности системы электроснабжения и качеству электроэнергии, и весьма повлияли на величину ущерба. Любые, даже кратковременные и редкие нарушения надежности и качества функционирования электроснабжающих систем в указанных условиях могут приводить к длительным расстройствам технологического процесса, остановке производства и другим последствиям, указанным выше.
Электроснабжение производственных предприятий и населённых пунктов в сельской местности имеет свои особенности по сравнению с электроснабжением промышленности и городов. Главная из них — это необходимость подводить электроэнергию к огромному числу сравнительно маломощных объектов, рассредоточенных на обширной территории. В результате, протяженность сетей во много раз превышает эту величину в других отраслях народного хозяйства. За годы реформ производство сельскохозяйственной продукции сократилось на ' 45 %. Износ сельскохозяйственной техники достиг критического уровня - 65...70 %.
В настоящее время энерго- и электровооруженность труда на селе в 2,5 раза ниже, чем в других отраслях экономики страны, а удельная энергоемкость продукции в два и более раз превышает аналогичный показатель европейских стран. В последнее десятилетие XX века в процессе перестройки и приватизации изменилась вся система управления электроэнергетикой России. Возникли новые формы собственности, что привело к изменениям приоритетов хозяйственной деятельности энергоснабжающих организаций, мотивов их поведения на региональных энергетических рынках, условий инвестирования в энергетику и к другим
8 серьезным последствиям. В свете экономического кризиса 90-х годов практически прекратилось финансирование электроэнергетики сельского хозяйства. Перестало обновляться оборудование, прекратилось строительство новых линий электропередачи взамен аварийных и вышедших из строя, сократились темпы сетевого строительства, уменьшилось финансирование средств на реконструкцию и техническое перевооружение сетей, что сопровождается ростом износа основных фондов предприятий электрических сетей, необходимостью эксплуатировать воздушные линии (ВЛ) и трансформаторные подстанции (ТП), которые отработали нормативные сроки службы. Это привело к повышению аварийности оборудования и снижению надежности электроснабжения и качества электроэнергии на шинах потребителей.
Сказанное выше наглядно показывает, насколько актуальна проблема электроснабжения сельского хозяйства. От её рационального решения в значительной степени зависит экономическая эффективность применения электроэнергии в сельском хозяйстве и быту сельского населения.
Одной из первостепенных задач рационального электроснабжения является доведение стоимости электроэнергии до минимально возможной. Этого следует добиваться при соблюдении всех требований, правил и норм, и, прежде всего, в допустимых диапазонах их изменения и необходимого качества электроэнергии, то есть постоянства частоты и напряжения, а также надёжности её подачи. Также одним из немаловажных факторов при решении этой задачи является снижение энергоемкости сельскохозяйственной продукции путем внедрения новых технологий энергопотребления и энергосбережения, так как рост производства сельхозпродукции сопровождается возрастанием энергоемкости технологий их производства. Так, прирост сельскохозяйственной продукции на 1% требует увеличения расхода энергоресурсов на 2-3% [53]. Рост энергозатрат в связи с увеличением производства сельхозпродукции характерен и, видимо, пока неизбежен для всех промышленно развитых стран, несмотря на
9 предпринимаемые меры по их минимизации. Например, удвоение урожаев в США сопровождалось десятикратным повышением расхода энергии [2].
Нормы на качество электрической энергии регламентирует ГОСТ 13109 — 97, который устанавливает нормально и предельно допустимые значения показателей качества электроэнергии (ПКЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трёхфазного и однофазного тока частотой 50 Гц. Качество электрической энергии у потребителей, наряду с надёжностью электроснабжения, как уже отмечалось, является одной из важных характеристик. Низкое качество электрической энергии оказывает существенное негативное влияние на технико-экономические характеристики не только электроприемников у потребителя, но и элементов сети. Так, при ухудшении качества напряжения, повышается нагрев элементов сети, увеличиваются потери мощности и электроэнергии. Кроме того, происходит снижение эксплуатационной надёжности и сокращение срока службы электродвигателей; возникает ряд отрицательных электромагнитных явлений в сетях.
В современных электропитающих и распределительных сетях обеспечение показателей качества электрической энергии, приемлемых для потребителей, требует значительных затрат денежных средств и материалов. В настоящее же время наблюдается, как известно [20], обратный процесс снижения инвестиций в энергетику, что в совокупности с низкой эффективностью использования выделенных инвестиций, приводит к недопустимому сокращению ввода новых и замещающих мощностей. К 2015 году выработает свой ресурс почти 70 % имеющихся мощностей в сетях [44].
При продолжении этих тенденций уже в недалеком будущем электроэнергетическая отрасль может столкнуться с кризисом, который окажет негативное влияние на экономику и население страны [43].
Восстановление (реконструкция) сетей в прежних параметрах и тех же объемах по экономическим и техническим причинам нецелесообразно. Новые условия работы систем и новые научно-технические проработки
10 изменили требования, предъявляемые к сетям, возникла настоятельная необходимость в коренном обновлении сельских сетей, создании сетей нового поколения, отвечающих экономико-экологическим требованиям и современному техническому уровню распределения энергии в соответствии с запросами потребителя.
Одной из особенностей сельского электроснабжения на современном этапе является рост числа объектов первой категории по надежности. У хозяйств зачастую не хватает денежных средств на обеспечение и поддержание категорийности своих объектов, что приводит к авариям и экономическому ущербу, так как прекращение подачи электроэнергии приводит к срыву основных технологических процессов: доение, кормление, поение, кормоприготовление, перерыву в работе вентиляции и отопления, и следовательно, к нарушению микроклимата в животноводческих помещениях, нарушению режима инкубации яиц и т.п.
В этих условиях особую актуальность приобретает реализация мероприятий по повышению надежности и достижению заданного ее уровня с минимальными затратами. К таким мероприятиям в общем случае относятся:
Обеспечение необходимого уровня резервирования систем электроснабжения.
Повышение качества эксплуатации энергетического оборудования.
Повышение уровня квалификации и обеспечение штатного количества обслуживающего персонала.
Применение современных коммутационных устройств, средств автоматики и диагностики.
Рациональная организация текущих плановых и неплановых ремонтов.
Рациональная организация оперативного отыскания и ликвидации повреждений.
Выполнение данных мероприятий может быть достигнуто различными средствами, которые можно разделить на организационные и технические. Максимальный эффект от выполнения данных мероприятий может быть достигнут при совокупном использовании организационных и технических средств.
Большой вклад в решение научных проблем повышения эффективности электроснабжения сельского хозяйства, снижения потерь, повышения надежности электроснабжения и качества электрической энергии внесли отечественные ученые Гук Ю. Б., Левин М. С, Тисленко В. В., Будзко И. А., Мурадян А. Е., Холмский Д. В., Розанов М. Н., Воропай Н. И. и др. Исследования, посвященные проблеме повышения эффективности использования электроэнергии в сельских распределительных сетях, непосредственно связаны с решением задачи повышения надежности электроснабжения и качества электроэнергии.
Указаными выше исследователями предлагаются различные методики оценки надежности систем электроснабжения объектов в целом и методики оценки эксплуатационной надежности электрооборудования. Также авторами предлагаются различные методы повышения качества электрической энергии и управления ею. Однако зачастую авторы публикаций упускают немаловажный момент влияния надежности электроснабжения на качество электроэнергии и наоборот. Ведь только при комплексном подходе и выявлении взаимосвязи влияния надежности электроснабжения на качество электроэнергии можно добится оптимального уровня надежности электроснабжения при необходимом качестве электроэнергии.
Актуальность темы исследования, таким образом, обусловлена произошедшими за последнее время реформами в сфере энергетики, снижением объемов финансирования в данной сфере, ростом аварийных ситуаций в энергетической отрасли сельского хозяйства и соответственно снижением надежности электроснабжения и качества электрической энергии, особенно в сетях сельского назначения.
Целью диссертационной работы является оценка практики электроснабжения сельхозпотребителей в современных условиях, выявление реальной взаимосвязи между надежностью электроснабжения и качеством электроэнергии. Формулирование методологии комплексного обеспечения надежности и качества электроснабжения в распределительных сетях. Разработка способов оценки эффективности мероприятий, повышающих надежность и качество электроснабжения, и на этой основе формулирование и обоснование первоочередных мероприятий по обеспечению эффективного функционирования распределительных сетей сельскохозяйственного назначения в новых условиях.
Задачи исследований:
Провести анализ состояния сельских электрических сетей (на примере Жигаловского района Иркутской области).
Выявить взаимосвязь между надежностью электроснабжения и качеством электроэнергии.
Разработать методику совместного комплексного анализа и синтеза надежности электроснабжения и показателей качества электроэнергии. Предложить вариант ее алгоритмической реализации для выполнения практических расчетов.
Осуществить анализ существующих мероприятий и средств, предназначенных для повышения надежности электроснабжения и качества электрической энергии.
На основе разработанной методики и анализа мероприятий сформулировать основные способы и средства обеспечения эффективного функционирования сельских электрических сетей, учитывая проблемы периода перехода энергетической отрасли к рынку.
Объектом исследования приняты сельские распределительные сети 35 кВ и ниже на примере Жигаловского района Иркутской области, надежность электроснабжения и качество электроэнергии на шинах потребителей.
Предмет исследования: влияние надежности электроснабжения на показатели качества электроэнергии на шинах потребителей.
Методы исследования. Фундаментальные положения теории надежности, основы электротехники, системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, математического моделирования, экспертных оценок.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
Разработка комплексного подхода к оценке надежности электроснабжения и качества электроэнергии, отличительной чертой которого является учет взаимозависимости надежности и качества.
Разработка метода и проведение на его основе комплексного анализа мероприятий по повышению уровня надежности электроснабжения и поддержанию качества электроэнергии на заданном уровне.
Технико-экономическое обоснование рекомендаций по повышению надежности и качества электроснабжения и поддержания их на заданном уровне.
Положения, выносимые на защиту:
Методика расчёта показателей надежности электроснабжения с учетом показателей качества электроэнергии и количественной зависимости этих показателей друг от друга.
Результаты анализа работы сельских электрических сетей.
Результаты экспериментальных исследований по степени влияния надежности электроснабжения на показатели качества электроэнергии.
Результаты анализа способов и технических средств повышения уровня надежности электроснабжения и поддержания показателей качества электрической энергии в заданных параметрах.
Практическая значимость работы заключается в использовании разработанной комплексной методики совместного анализа и синтеза надежности электроснабжения и показателей качества электроэнергии при
14 планировании дальнейшего развития инфраструктуры электроснабжения на примере Восточных электросетей Иркутской области.
Публикации и апробация результатов работы.
Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались и вошли в сборники научных докладов на научных конференциях Иркутской ГСХА 2003-2005 гг.; конференции молодых ученых Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН; 3-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» в г. Москва в 2003 г; Международной конференции «Методические проблемы исследования надежности больших систем энергетики», 9-12 июля 2007 г. в г. Вологде. Результаты исследований опубликованы в 8 работах, в том числе две статьи в рекомендованных ВАК изданиях.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений.
Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи диссертации, показана научная новизна работы, определены основные положения, выносимые на защиту, кратко охарактеризована её структура.
Первая глава диссертации посвящена обзору нормативных требований к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. В ней приводятся основные характеристики показателей надежности электроснабжения и качества электроэнергии, применяемых в данной работе. Также в ней рассматриваются методики расчёта показателей надежности электроснабжения, рассматривается взаимосвязь показателей качества электрической энергии и показателей надежности электроснабжения.
Вторая глава посвящена изложению содержательной постановки задачи оценки эффективности средств повышения надежности и качества электроэнергии. Выполнена формализация задачи и предложены
15 алгоритмы решения задачи оценки эффективности обеспечения надежности и качества.
В третьей главе представлены результаты обработки статистики и экспериментальных исследований уровней надежности электроснабжения, а также расчет уровней надежности и показателей качества электроэнергии в действующих распределительных сетях Иркутской области.
В четвертой главе рассмотрены методы и средства обеспечения надежности и качества электроснабжения сельских распределительных сетей на современном этапе и предложения по первоочередным мерам по обеспечению надежности и качества электроснабжения сельских потребителей.
Сформулированы рекомендации по обеспечению эффективного функционирования рассматриваемых сетей.
В заключении сформулированы основные выводы и результаты.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с перечнем приоритетных направлений развития науки и техники в сфере производства сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов на период до 2005 года, утверждённого приказом Министерства науки и техники РФ, Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ и Президиума РАСХН от 30 декабря 1999 года за № 295/892/111 по направлениям:
Энергообеспечение и ресурсосбережение.
Организационно-экономический механизм функционирования АПК и обустройство сельских территорий.
Автор выражает благодарность за помощь и консультирование в выполнении данной работы д.т.н. проф. ИрГСХА Наумову И. В. и сотрудникам ИСЭМ СО РАН О. Н. Войтову и Л. В. Семеновой за консультации при освоении программы расчета электрических режимов СДО-6.
Характеристика показателей качества электроэнергии
Электрическая энергия используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует в создании других видов продукции, влияя на их качество. Каждый электроприемник (ЭП) работает при определенных параметрах электрической энергии: номинальной частоте, напряжении и т. п., поэтому для его нормальной работы должно быть обеспечено требуемое качество электрической энергии (КЭ). Таким образом, качество электроэнергии определяется совокупностью характеристик электрической энергии, при которых ЭП могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции.
Отпускаемая им электроэнергия подлежит обязательной сертификации на основании Постановления Правительства Российской Федерации №1013 от 13.08.97 г. Для этого созданы и аккредитованы при
Госстандарте РФ соответствующие органы по сертификации и испытательные лаборатории по определению качества электрической энергии.
В России требования к качеству электрической энергии стандартизованы. ГОСТ 23875-88 [46] даёт определения показателей качества электроэнергии, а ГОСТ 13109-97 [28] устанавливает значения этих показателей (см. 1.1.2).
Качество электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения определяется показателями качества электрической энергии (ПКЭ). Каждый из этих показателей характеризует какое-либо свойство электрической энергии: отклонение напряжения, колебания напряжения и др. Рассмотрим каждое из них подробнее. 1. Отклонение напряжения — отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения [45].
Характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения - величиной, равной разности между значением напряжения в данной точке системы электроснабжения в рассматриваемый момент времени и его номинальным или базовым значением [27].
В сельском хозяйстве данный показатель качества электроэнергии является одним из самых проблематичных, так как его параметры зачастую и по многим причинам выходят за пределы установленных нормативов. Основными причинами выхода данного показателя за пределы являются большие протяженности распределительных сетей 35, 10(6) кВ, и значительные потери напряжения при транспорте до потребителя. Также это вызывается суточными, сезонными и технологическими изменениями электрической нагрузки потребителей, коммутационными изменениями схем и параметров электрических сетей, отказами оборудования и его недостаточной мощностью [5].
Отклонения напряжения оказывают значительное влияние на работу электродвигателей. В случае снижения напряжения на зажимах двигателя при той же потребляемой мощности увеличивается ток двигателя, что вызывает перегрев изоляции. Повышенный износ изоляции приводит к сокращению срока службы двигателя. При значительном снижении напряжения на зажимах асинхронного двигателя, возможно, его «опрокидывание» из-за уменьшения вращающего момента и частоты вращения ротора. Снижение напряжения ухудшает и условия пуска двигателя, так как при этом уменьшается его пусковой момент. Повышение напряжения на выводах двигателя приводит к увеличению потребляемой им из сети реактивной мощности, которую необходимо каким-то образом компенсировать, что связано с дополнительными расходами. Отрицательные отклонения напряжения приводят к увеличению производственного процесса во времени, а иногда и к браку продукции. Следует также отметить одно простое, но очень важное правило, общее для любых электропотребителей: при повышении напряжения сверх номинального происходит перерасход электроэнергии по сравнению с уровнем ее потребления в номинальном режиме работы электрооборудования. 2. Колебания напряжения — быстро изменяющиеся отклонения напряжения длительностью от полупериода до нескольких секунд [45]. Характеризуются двумя основными показателями: размахом изменения напряжения и дозой фликера. Доза фликера - мера восприятия человеком пульсации светового потока [28]. Порождает неприятный психологический эффект у человека, утомление зрения и организма в целом. Это ведет к снижению производительности труда, а в ряде случаев и к травматизму.
Колебания напряжения с размахом (10 ... 15) % могут привести к выходу из строя конденсаторных батарей, а также вентильных преобразователей. Колебания фазы напряжения вызывают вибрации электродвигателей, механических конструкций и трубопроводной арматуры.
В последнем случае снижается усталостная прочность металла, сокращается срок его службы [5]. 3. Несинусоидальность напряжения — характеризуется следующими показателями: коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентом n-ой высшей гармонической составляющей напряжения (п 1) [46].
Коэффициент искажения синусоидальности кривой — величина, равная отношению действующего значения суммы гармонических составляющих к действующему значению основной составляющей переменного напряжения [28].
В процессе выработки, преобразования, распределения и потребления электроэнергии имеют место искажения формы синусоидальных токов и напряжений. Источниками искажений являются синхронные генераторы электростанций, силовые трансформаторы, работающие при повышенных значениях магнитной индукции в сердечнике, устройства преобразования переменного тока в постоянный и ЭП с нелинейными вольт-амперными характеристиками (нелинейные нагрузки).
Формализация предлагаемой методики
Для оценки вероятностей возможных состояний питающей магистрали предлагается использовать общую теорему о повторении опытов теории вероятностей, обобщающей теоремы сложения и умножения вероятностей [62] в виде где п - число основных элементов, образующих распределительную магистраль; р1 - вероятность работоспособного состояния / -го элемента магистрали; /-, - вероятность (относительная длительность) нахождения / -го элемента в плановом ремонте (такое представление становится актуальным в связи с переходом от нормирования ремонтов к ремонтам «по состоянию»); q: вероятность аварийного состояния (отказа) / -го элемента. При этом есть полная группа событий, в которых может находиться / -й элемент. Количество всех возможных теоретических состояний равно 3", и хотя п обычно не превышает 20-30, все равно число всех состояний получается большим. Но при управлении сетью не все состояния, связанные с выводом оборудования в плановый ремонт, реализуются. На некоторые из них налагаются нормативные ограничения. С учетом изложенного, из всех возможных рассматриваются только состояния: 1) нормального режима ("л-0"), вероятность которого равна 2) режимов, характеризующихся плановым ремонтом одного из п элементов магистрали ("я-Г): 3) режимов, характеризующихся аварийным простоем одного из п элементов магистрали ("и-Г): 4) режимов, характеризующихся наложением на плановый ремонт / -го элемента аварийного простоя у-го элемента ("я-2"): В таком случае число состояний, подлежащих дальнейшему анализу составит: N = 1 + п[пл] + п[ав] + п{п - \)[пл + ав] = \ + 2п + п2 —п = \ + п + п2, что гораздо меньше, чем 3". Например, для п = 5, N = 31, а З5 = 243. На самом деле, практически еще меньше, так как часть наложений на плановый ремонт аварийных отключений будет иметь вероятность ниже 10 б и, соответственно, эти состояния могут не учитываться, так как расчетные значения недоотпуска электроэнергии будут значительно ниже 1 киловаттчаса, чем можно пренебречь. Суммой вероятностей всех остальных состояний, вычисляемых по (2.1) пренебрегаем. Состояния, оставленные для рассмотрения, подвергаются расчету на допустимость и оптимальность электрического режима: возможность полного покрытия потребностей в электрической мощности; обеспечение допустимых уровней напряжения на шинах потребителей. Если же в процессе расчета обнаруживается, что из-за неработоспособного состояния отдельных элементов погашается часть потребителей, а другая получает некачественное электроснабжение - осуществляется оптимизация режима по критерию минимума дефицита мощности в данной системе электроснабжения в данном состоянии при использовании всех имеющихся средств обеспечения надежности и качества электроснабжения. Для выполнения таких расчетов требуется достаточно точная вычислительная модель расчета электрического режима с различными возможностями оптимизации рассчитываемого режима по указанному выше критерию.
По результатам оптимизации электрических режимов всех расчетных состояний по каждому из них запоминаются значения дефицитов мощности в каждом из узлов нагрузки. На третьем этапе производятся вычисления среднегодового недоотпуска электроэнергии по распределительной магистрали в целом. Для этого используются результаты вычислений на этапах 1 и 2. Определяются следующие показатели. 1. Среднегодовой недоотпуск электроэнергии в каждом к -ом потребительском узле из-за возникновения разрыва в цепи связи узла с центром питания (отказ оборудования магистрали) по формуле: где РефКа1к- величина отключаемой мощности в а-ом расчетном состоянии для t-го часа годового графика нагрузки в узле к; ра- вероятность соответствующего состояния (Ра = Ртрм, рші(/ = 1,п), раеі(і = /,п)), р{ш+ав)і(і = п(п-ї)); TKai = 8760 час. - число часов в расчетном периоде, равном году. 2. Среднегодовой недоотпуск электроэнергии в каждом к-м потребительском узле из-за вынужденного отключения части нагрузки с целью ввода режима по напряжению на шинах потребителей в допустимую область: где Рфа!к- величина отключаемой мощности в д-ом расчетном состоянии для t-го часа годового графика нагрузки в узле к; ра- вероятность соответствующего расчетного состояния (см. выше); ТК(а =8760 час. (см. выше). 3. Общий среднегодовой недоотпуск электроэнергии в каждом к -ом потребительском узле: 4. Среднегодовой недоотпуск электроэнергии по магистрали в целом
Расчет уровня надежности и качества электрической энергии в электросетевых районах Иркутской области
Количественная характеристика состояния электрических сетей и их оборудования, данная в предыдущих разделах 1.1 и 3.1 позволяет оценить уровень надежности и качества электроснабжения в рассматриваемых сельских районах Иркутской области. При проведении исследований по надежности электроснабжения и качеству электроэнергии в действующих распределительных Восточных сетях Иркутской области, используя данные предыдущих разделов, были получены результаты, представленные в таблицах 3.5 - 3.8. В табл. 3.8 представлены результаты расчетов режимов по Жигаловскому району за 2002 г. За 2003 и 2004 гг. были получены схожие результаты.
Из них, а также из рис. 3.5 можно увидеть, что наблюдается неблагоприятная динамика по увеличению аварийного недоотпуска электроэнергии. Это связано с тенденцией увеличения количества аварийных отключений (см. рис. 3.6), в т.ч. и по причине физического старения и износа ВЛ. Также наблюдается рост преднамеренных отключений, как это видно из рис. 3.7. Увеличение количества таких отключений связано с растущим физическим износом элементов сети и необходимостью поддержания работоспособного состояния распределительных электросетей. Но в то же время увеличение преднамеренных отключений снижает количество аварийных отключений в 2004 году, так как это способствует более качественному обслуживанию сетей (см. рис. 3.6, год 2004). На рис. 3.10 показан недоотпуск электроэнергии из-за низкого качества напряжения. Положительная динамика по снижению недоотпуска электроэнергии корреспондируется с уменьшением электрических нагрузок на подстанциях 110/35/10; 110/20/10 (см рис. 3.11). 2003 2004
Рис. 3.10. Недоотпуск электроэнергии потребителям из-за низкого качества напряжения по Жигаловскому району, кВт-ч. Как видно из рис. 3.12, ВЛ направлений 1, 2, 3 имеют неблагоприятную динамику повышения параметра потока отказов, ВЛ направления 4 имеет, наоборот, положительную динамику к уменьшению этого показателя, на ВЛ направления 5 данный показатель остается практически без изменения.
На рис. 3.13 представлено распределение в течении года аварийных и преднамеренных отключений по Жигаловскому району. На рис. 3.14 -распределение нагрузки в течение года по подстанции Жигалово в относительных единицах, а также на рис. 3.15 - распределение максимумов нагрузки в амперах.
Методы и средства обеспечения надежности систем электроснабжения и качества электроэнергии (региональный уровень)
В рыночном подходе к обеспечению качества и надежности электроснабжения возникает прямая заинтересованность предприятий в снижении непроизводственных затрат, связанных с низким качеством электроэнергии и надежностью электроснабжения. Вследствие чего возрастает актуальность выбора эффективных мер по поддержанию требуемого уровня качества напряжения и надежности электроснабжения. Для обеспечения и повышения требуемого уровня надёжности электроснабжения могут быть использованы различные средства и мероприятия, которые в общем случае можно разделить на 2 группы — организационно-управленческие и технические. К организационно-управленческим мероприятиям относятся такие, как необходимая обеспеченность кадрами и повышение требований к эксплутационному техническому персоналу, в том числе повышение требований к трудовой и производственной дисциплине, а также повышение квалификации персонала, оснащение рабочих мест необходимыми средствами труда. Роль человека в современных сложных технических системах, управляемых с помощью автоматических систем, становится всё более ответственной, особенно в связи с задачей обеспечения надёжности и качества. Большое значение имеет рациональная организация текущих, средних и капитальных ремонтов, а также профилактических испытаний, в том числе совершенствование планирования ремонтов и профилактических работ, механизация ремонтных работ, ремонт линий под напряжением. Все большее распространение получают ремонты по состоянию и по ресурсной наработке. Необходимо уделять постоянное внимание расчистке трасс прохождения линий электропередачи с помощью механических и химических средств. В отношении ремонта линий под напряжением можно отметить следующее.
В сельских электрических сетях он практически раньше не применялся. В то же время в сетях других назначений, в том числе напряжением выше ПО кВ, этот вид ремонта используется, так как обеспечивает значительное уменьшение перерывов в электроснабжении, в первую очередь при планово-предупредительных, профилактических работах. Объясняется это меньшей эффективностью ремонта под напряжением в сельских распределительных сетях 35-10 кВ, чем, например, в сетях более высоких напряжений, и недостаточной квалификацией обслуживающего персонала. Однако следует предполагать, что в дальнейшем такой ремонт найдёт применение в сельских электрических сетях. Также необходимо создавать аварийные запасы материалов и оборудования. Следует стремиться к оптимальному объёму этих запасов, так как излишние запасы связаны с определённым омертвлением капиталовложений, а их недостаток может привести к затягиванию восстановительных работ. К техническим средствам и мероприятиям по повышению надёжности электроснабжения сельских распределительных сетей относятся такие, как: сооружение разукрупняющих питающих подстанций 110/35/10 и ПО (35)/10 кВ для сокращения радиусов действия сети 10 кВ и протяженности ВЛ 10 кВ, отходящих от одной подстанции; увеличение количества двухтрансформаторных подстанций 110(35)/10 кВ; увеличение количества подстанций с двухсторонним питанием; замыкание сети 10 кВ от разных питающих подстанций или двух секций одной подстанции путем сооружения перемычек; применение петлевых схем сети 10 кВ; автоматическое секционирование сетей 35 и 10 кВ, применение АВР и АПВ. Значительные преимущества перед воздушными линиями имеют подземные кабельные сети. Они короче воздушных, так как их не нужно прокладывать по обочинам полей севооборотов, а можно вести по кратчайшему расстоянию. При этом полностью устраняются помехи сельскохозяйственному производству. Основное же преимущество кабельных линий — их сравнительно высокая надёжность в эксплуатации. Полностью исключаются повреждения линий от гололёда и сильных ветров, существенно снижаются аварии от атмосферных перенапряжений. Число аварийных отключений снижается в 8 ... 10 раз. Правда, продолжительность ликвидации аварий на кабельных линиях при современном уровне эксплуатации примерно в три раза больше, так как сложнее найти место повреждения и приходится проводить земляные работы по вскрытию траншеи. Однако специальные приборы позволяют ускорить отыскание повреждений. Одна из особенностей заключается в том, что капиталовложения на кабельные линии при прокладке кабелеукладчиками оказываются практически одинаковыми с воздушными при современных ценах на кабели. Благодаря этим преимуществам кабельные линии напряжением 10 кВ признаны весьма перспективными для развития сельских электрических сетей и в будущем по мере роста выпуска кабелей электропромышленностью всё большее число линий будут кабельными. Воздушные линии 0,38 кВ рекомендуется выполнять самонесущими изолированными проводами (СИП). Провода СИП предназначены для передачи и распределения электрической энергии в воздушных силовых и осветительных сетях на напряжение до 1 кВ (СИП-1А; 2А; 4; 5) и до 20 кВ (СИП-3). Преимущества самонесущих изолированных проводов по сравнению с другими видами проводов: 1. Высокая надежность и бесперебойное обеспечение потребителей электроэнергией. 2. Сокращение эксплуатационных расходов за счет исключения систематической расчистки трасс, замены поврежденных изоляторов. 3. Снижение энергопотерь в линии вследствие уменьшения реактивного сопротивления (0,1 Ом/км по сравнению с 0,35 Ом/км для неизолированных проводов). 4. Простота монтажа и ремонта, особенно при работах под напряжением. 5. Сокращение объемов аварийно-восстановительных работ. 6. Возможность сооружения ЛЭП без вырубки просек. 7. Возможность монтажа ЛЭП по фасадам зданий, что может исключить установку части опор, загромождающих тротуары, и улучшить общую эстетику в городских условиях. 8. Исключение возможности короткого замыкания между фазными проводами или на землю. 9. Высокая безопасность обслуживания и отсутствие риска поражения при касании фазных проводов, находящихся под напряжением. 10.
Безопасность работ вблизи ЛЭП. Надежность работы распределительной сети в значительной мере определяется возможностями управления ею в режимах, наступающих после возникновения многофазного устойчивого повреждения. Используемые для осуществления этого управления средства называются устройствами управления. К ним относятся устройства выделения поврежденного участка из схемы - коммутационные аппараты; устройства управления этими аппаратами - релейная защита; средства фиксации, сбора и передачи информации о месте повреждения, о параметрах режимов, о положении коммутационных аппаратов в сети; устройства обработки этой и другой необходимой информации и выработки решений по выбору количества, вида и последовательности выполнения управляющих воздействий — коммутационных операций в сети.
