Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Потери мощности и энергии в электрических системах 9
1.1 Структура потерь в электрических сетях 9
1.2 Методы расчетов потерь в электрических сетях 13
1.2.1 Методы расчетов потерь 14
1.2.2 Информационная обеспеченность расчетов потерь 17
1.3 Современные средства контроля показателей качества электро энергии 18
1.3.1 Цели и задачи, стоящие при контроле качества электроэнергии 18
1.3.2 Основные характеристики современных средств измерения показателей качества электроэнергии 20
1.3.3 Характеристики измерительных преобразователей тока и напряжения 27
1.4 Выводы 30
Глава 2 Характеристики несинусоидальных и несимметричных режимов ЭЭС
2.1 Характеристики несинусоидальных и несимметричных токов и напряжений
2.1.1 Несинусоидальность токов и напряжений 31
2.1.2 Несимметрия токов и напряжений 33
2.1.3 Состояние качества электроэнергии в действующих электрических системах 35
2.2 Составляющие мощности при несинусоидальных и несимметричных токах и напряжениях 42
2.2.1 Направление потока электроэнергии в электрических сетях 42
2.2.2. Мощности при синусоидальных и симметричных токах и напряжениях
2.2.3 Мощности при несинусоидальных токах и напряжениях 45
2.2.4 Мощности при несимметричных токах и напряжениях 50
2.2.5 Мощности в несимметричной и нелинейной системе 53
2.2.6 Энергетические преобразования при искажениях токов и напряжений в установившихся режимах 54
2.2.7 Результаты анализа методов расчета составляющих мощности и энергии в несинусоидальных и несимметричных режимах 59
2.3 Анализ составляющих мощности при несинусоидальных/ несимметричных токах и напряжениях по результатам измерений 61
2.3.1 Система электроснабжения с мощной преобразовательной нагрузкой 62
2.3.2 Составляющие мощности в электрических сетях 0,4 - 10 кВ 72
2.4 Выводы 75
Глава 3 Влияние несимметрии и несинусоидальности токов и напряжений на учет электроэнергии
3.1 Дополнительные погрешности приборов учета ЭЭ в несинусоидальных/несимметричных режимах
3.1.1 Классы приборов учета 77
3.1.2 Погрешности учета электроэнергии в несинусоидальных режимах
3.2 Экспериментальная оценка влияния несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений на приборы учета
3.2.1 Цели эксперимента 85
3.2.2 Описание экспериментальной установки 86
3.2.3 Характеристики исследованных режимов 89
3.2.4 Результаты эксперимента 92
3.2.5 Анализ результатов эксперимента 96
3.3 Дополнительные инструментальные потери в несинусоидальных/несимметричных режимах
3.4 Методические рекомендации по учету дополнительных инструментальных потерь в электрических сетях
3.5 Выводы 103
Глава 4. Методика определения дополнительных потерь мощности и электроэнергии, обусловленных несинусоидальностью и несимметрией 1 токов и напряжений
4.1 Алгоритм определения дополнительных потерь в несинусоидальных и несимметричных режимах 105
4.1.1 Постановка задачи и исходные данные для оценки дополни тельных потерь 108
4.1.2 Измерения, обработка и результаты оценки дополнительных потерь 113
4.2 Дополнительные потери мощности и электроэнергии в системе электроснабжения, содержащей мощную преобразовательную нагрузку
4.3 Выводы 129
Заключение 130
Библиографический список использованной литературы 132
Приложения 135
- Современные средства контроля показателей качества электро энергии
- Составляющие мощности при несинусоидальных и несимметричных токах и напряжениях
- Экспериментальная оценка влияния несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений на приборы учета
- Дополнительные потери мощности и электроэнергии в системе электроснабжения, содержащей мощную преобразовательную нагрузку
Введение к работе
Актуальность темы. Последние годы значительное внимание уделяется повышению эффективности генерации, передачи и потребления электрической энергии (ЭЭ). На каждом из этапов имеются возможности снизить расход энергоресурсов. По оценкам специалистов, в настоящее время всего лишь 30 % содержащейся в энергоресурсах потенциальной энергии расходуется в качестве "полезной энергии" [16].
На эффективность использования ЭЭ влияет большое количество факторов конструктивного, технологического и эксплуатационного характера. Одной из важнейших составляющих комплекса энергосберегающих мероприятий является снижение потерь ЭЭ в электрических сетях. Потери ЭЭ в сетях бывшего СССР колебались в диапазоне 9-10 % отпуска электроэнергии в сеть [16, 45]. С начала 90-х годов и до недавнего времени наблюдалось снижение электропотребления по России в целом. Так, например, в 2001 г. потребление ЭЭ составило лишь 75 % от уровня потребления 1990 г. При этом суммарные потери ЭЭ
* в энергосистемах России с 199Г по 2001 гг. непрерывно росли с 79 до 103,5
млрд. кВт*ч, и в процентах от отпуска в сеть от 8,51 до 13,1 [17, 34]. Основны
ми причинами роста потерь в настоящее время являются [17, 30, 31]:
- эксплуатация физически и морально устаревшего оборудования, что
обусловлено отсутствием требуемых капитальных вложений;
- значительный рост коммерческой составляющей потерь ЭЭ.
Разработка и успешное выполнение мероприятий по снижению потерь не
* возможны без тщательного анализа всех составляющих потерь и причин их по
явления. Основные факторы, определяющие потери в электрических сетях, хо
рошо известны и исследованы. Появление новых многофункциональных
средств измерения (СИ) параметров электрических режимов позволяет глубже
исследовать влияние дополнительных факторов, которыми ранее при анализе пренебрегали.
К числу дополнительных и мало исследованных факторов относится низкое качество электроэнергии (КЭ) и, в первую очередь, несинусоидальность и несимметрия токов и напряжений. Наряду с увеличением относительного и абсолютного значения потерь ЭЭ, в отечественных энергосистемах остро стоят вопросы, связанные с ухудшением КЭ в электрических сетях всех классов напряжений. В первую очередь это связано с увеличением количества и повышением установленной мощности электроприемников (ЭП) с нелинейным и несимметричным характером нагрузок. Основная доля искажающей нагрузки приходится на крупные промышленные предприятия, к которым относятся предприятия черной и цветной металлургии, машиностроения, химической промышленности, а также электрифицированный транспорт. Однако следует отметить и увеличение доли бытовой нагрузки, имеющей в своем составе нелинейные и несимметричные ЭП.
Наряду с вопросами снижения потерь, последние десять лет усилия широких кругов специалистов направлены на решение задач по улучшению КЭ в электрических сетях всех классов напряжения. Значительный вклад в решение рассматриваемых проблем внесли отечественные ученые: Вагин Г.Я., Ворот-ницкий В.Э., Жежеленко И.В., Железко Ю.С., Иванов B.C., Казанцев В.Н., Кор-дюков Е.И., Кузнецов В.Г., Курбатский В.Г., Кучумов Л.А., Пекелис В.Г., Поспелов Г.Е., Саенко Ю.Л., Смирнов С.С, Соколов В.И., Сыч Н.М., Черепанов В.В., Шидловский А.К.
Основными научными работами в области КЭ были исследования, направленные на определение влияния различных ЭП на показатели качества электроэнергии (ПКЭ) в узлах электрических сетей. В этих работах исследованы режимы и составлены модели различных нагрузок и элементов электрических сетей при снижении КЭ, позволяющие с определенной точностью оцени-
вать ПКЭ на стадии проектирования, т.е. без проведения экспериментальных исследований, а также разрабатывать мероприятий по улучшению КЭ.
Что касается значений дополнительных потерь в режимах, в которых КЭ не соответствует требованиям [9], то приводимые в литературе цифры нередко противоречивы и сильно различаются. Тем не менее, большинство авторов отмечают, что значения этих потерь могут быть существенными, и пренебрегать ими недопустимо.
В [36] отмечается, что дополнительные технические потери в сети при несинусоидальности менее 5 % незначительны, а при возрастании К и до 7-15% потери от высших гармоник (ВГ) могут достигать 10-12%. А в сетях электрифицированного железнодорожного транспорта уровень дополнительных потерь активной мощности от ВГ может составлять до 10-15% от потерь при синусоидальном напряжении [21, 39].
Несимметрия напряжения приводит к увеличению потерь мощности и ЭЭ во всех элементах электрической сети, что обусловлено протеканием токов обратной и нулевой последовательностей. В соответствии с [46] при Коі^2 % добавочные потери в обмотках асинхронных двигателей АРдоб составляют 8 % от основных потерь прямой последовательности АР0СШ а при К2ц=5 % АРдоб равны половине АР0СП.
Таким образом, для оценки эффективности передачи и распределения ЭЭ при пониженном КЭ необходимо учитывать и дополнительные потери ЭЭ. Возможности существующих специализированных СИ ПКЭ позволяют инструментально определять значения дополнительных потерь.
В связи с этим целью данной диссертационной работы является разработка и апробация методики инструментально-расчетной оценки дополнительных потерь в действующих электрических сетях на основе современных специализированных СИ. Основными задачами, решаемыми в диссертационной работе, являются:
- определение структуры и значений дополнительных потерь мощности и
ЭЭ в несинусоидальных и несимметричных режимах путем проведения изме
рений в реальных электрических системах 0,4 - 500 кВ;
экспериментальное исследование влияния несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений на показания приборов учета (ПУ) различных типов;
инструментально-расчетная оценка дополнительных потерь мощности и ЭЭ в системе электроснабжения (СЭС) с мощной преобразовательной нагрузкой;
Методы и средства исследований. Поставленные в работе задачи решались на основе теории электрических цепей, математического моделирования, а также экспериментальным исследованием на физической модели и путем проведения измерений в действующих электрических системах с использованием современных сертифицированных СИ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
теоретически обоснован метод определения дополнительных потерь мощности и энергии при несинусоидальных и несимметричных токах и напряжениях; показано, что определение потерь должно выполняться для отдельных гармонических и симметричных составляющих;
разработана методика инструментально-расчетной оценки дополнительных потерь в электрических сетях в несинусоидальных и несимметричных режимах с применением специализированных современных СИ ПКЭ и вспомогательных параметров электроэнергии;
показано путем сравнительной оценки дополнительных потерь, определенных инструментальным и расчетным .методами, что предпочтение следует отдавать инструментальным методам;
в соответствии с разработанной методикой выполнена инструментальная оценка дополнительных потерь в системе электроснабжения мощной пре-
образовательной нагрузки и показано, что уровень этих потерь в сети 10 - 220 кВ может составлять 4,3 % от потерь на основной частоте или 0,051 % от суммарной активной мощности потребляемой нагрузкой;
5) выполнено экспериментальное исследование и показано, что приборы учета индукционного и электронного типов в несинусоидальном и несимметричном режиме при Ки <12 %, Х7<17%, К2и й 3 %, К2}<25 %, Кои < 3,5 %, і0/ 17 % работают с погрешностями в пределах, установленных их классами точности, при этом дополнительные инструментальные потери не превышают 0,35 % от суммарной электроэнергии в точке учета.
Практическое значение диссертации. Предложенная методика позволяет достоверно определять дополнительные потери мощности и энергии в несинусоидальных и несимметричных режимах энергосистем, что должно использоваться при оценке потерь в электрических системах, содержащих мощные нелинейные и несимметричные нагрузки; технико-экономическом обосновании при разработке мероприятий, направленных на улучшение качества электроэнергии; а также при совершенствовании коммерческих взаимоотношений в области учета электроэнергии между энергоснабжающими организациями и потребителями.
Современные средства контроля показателей качества электро энергии
Транзитные электрические сети 220 кВ и выше характеризуются наличием нагрузок, переменных по значению, а часто и по знаку. В данной группе сетей широко используются автоматизированные измерительные комплексы и системы управления, предоставляющие подробную информацию о параметрах режимов ЭЭС. Поэтому методы поэлементных расчетов рекомендуются как предпочтительные для отдельных линий и трансформаторов, потери в которых существенно зависят от транзитных перетоков [17, 44].
Питающие электрические сети 110 кВ и выше, а также разомкнутые рас пределительные сети 35-150 кВ также характеризуются высокой степенью ос нащенности устройствами телеизмерений. Значительная часть информации о параметрах режимов составляется на основании телеизмерений. Сведения о на грузках и параметрах режимов по необслуживаемым и неохваченным телемет рией подстанциям составляются по измерениям в дни контрольных замеров. Таким образом, метод характерных режимов целесообразно использовать для расчета потерь системообразующей и транзитной сети. Методы характерных суток и числа часов наибольших потерь могут использоваться для расчетов в замкнутых сетях 35 кВ и выше самобалансирующихся энергосистем и в разомкнутых сетях 6-150 кВ.
Для разомкнутых электрических сетей б - 20 кВ зачастую известны только суммарные нагрузки (в виде ЭЭ или тока) головного питающего фидера. При относительно однородных графиках нагрузок узлов данного участка следует использовать методы средних нагрузок.
Для электрических сетей 0,4 кВ характерно наличие информации об эпизодических замерах токов фаз и потерь напряжения в сети и, в лучшем случае, о суммарной нагрузке головного участка. Поэтому для расчетов потерь ЭЭ в данных сетях следует использовать статистические методы.
Следует отметить, что в настоящее время энергосистемы, предприятия электрических сетей и промышленные предприятия для развития и повышения эффективности работы идут по пути насыщения автоматическими измерительными комплексами и системами управления на всех классах напряжения. Поэтому все методы, применимые к расчетам потерь в сетях более высоких напряжений, при наличии соответствующей информации могут использоваться и в сетях более низких напряжений.
Большинство методик определения дополнительных потерь мощности и ЭЭ, связанных с ухудшением КЭ, имеют либо расчетный характер, либо в какой-то степени используют результаты, полученные экспериментальным путем. Однако, для того чтобы сделать вывод о возможности и целесообразности использования результатов, полученных на основе непосредственных измерений, необходимо проанализировать современные возможности СИ ПКЭ и информационную обеспеченность энергосистем, предприятий электрических сетей и промышленных предприятий в вопросах КЭ.
Возможности существующих СИ тесно связаны с целями и задачами инструментального контроля ПКЭ, и, наоборот, быстрое развитие и совершенствование как аппаратной, так и программной баз для создания СИ в рассматриваемой области позволяет расширять круг решаемых задач. В свою очередь новые инженерные решения, направленные на улучшение КЭ и электромагнитной совместимости в целом, определяют все более высокие требования как к функциональным, так и метрологическим характеристикам СИ.
В настоящее время задачи инструментального контроля и анализа можно разделить на две группы [25]. К первой группе следует отнести собственно контроль КЭ, целью которого является определение соответствия значений измеренных ПКЭ требованиям ГОСТІ3109-97, договора и технических условий на присоединение. Такие измерения проводят, как правило, на границах балансовой принадлежности между энергоснабжающей организацией и электропотребителем или в других заранее выбираемых точках контроля.
Ко второй группе следует отнести измерения, направленные на анализ и широкое исследование электромагнитных процессов, связанных с режимами работы различных электроустановок и их влиянием на КЭ. Такие измерения носят не только исследовательский характер, но имеют и практическое значение. Например, при разработке мероприятий, направленных на улучшение КЭ, при оценке влияния КЭ на работу различных электроустановок, и, наоборот, при оценке влияния электроустановок на КЭ.
Анализ КЭ - многогранная задача, основная цель, которой определить влияние источников искажения на КЭ в СЭС и разработать мероприятия, направленные на его обеспечение. Решение ее в условиях эксплуатации возможно путем расчетов, исходными данными для которых являются измеренные напряжения, токи и мощности, обусловленные работой источников искажения. Так как в современных СИ широко применяются цифровые программно-вычислительные средства, то и необходимые расчеты при анализе КЭ могут выполняться самими СИ. В этом случае можно говорить об инструментальном анализе КЭ [23]. Таким образом, приборы, предназначенные для анализа КЭ (их можно назвать анализаторами) по своим характеристикам являются универсальными и могут с успехом применяться для контроля КЭ.
В [8] с целью классификации СИ рассматриваются три вида контроля КЭ: диагностический, оперативный или технологический и коммерческий контроль КЭ.
Задачам диагностического контроля полностью отвечают анализаторы КЭ, так как они позволяют провести оценку КЭ по соответствию требованиям ГОСТ13109-97, и определить расположение в сети источника искажения, и на длительном отрезке времени регистрировать такие ПКЭ как провалы, импульсы и временные перенапряжения.
Задачи технологического контроля не связаны напрямую с требованиями этого ГОСТа в части, относящейся к длительности контроля, и, следовательно, соблюдения процедуры оценки ПКЭ. Здесь более существенно установить связь между технологическим процессом потребителя электроэнергии и его влиянием на КЭ. Разумеется, алгоритмы измерения ПКЭ здесь должны быть строго соблюдены. Такие задачи возникают в узлах СЭС (центрах питания), к которым присоединены потребители, ухудшающие КЭ так, что в этих узлах КЭ не соответствует требованиям ГОСТ 13109-97.
Оперативный контроль, обычно эпизодический и кратковременный, про изводят для оценки электромагнитной обстановки в сети, например, при кон троле КЭ в СЭС, к которым присоединены помеховосприимчивые, т.е. чувствительные к ухудшению ПКЭ электроприемники.
Составляющие мощности при несинусоидальных и несимметричных токах и напряжениях
Как было показано, результаты измерений несинусоидальных/ несимметричных напряжения и токов могут быть представлены гармоническими и симметричными составляющими. Это позволяет вести расчет потерь для отдельных гармонических и симметричных составляющих аналогично расчетам синусоидальных симметричных режимов. В этом случае дополнительные потери активной мощности в г-ом элементе сети будут равны: где In, I2KIQ- соответственно токи ВГ, обратной и нулевой последовательностей; гп, 7 2, г0 - сопротивление элемента данным токам. Потери мощности являются составляющими баланса в уравнении баланса и зачастую определяются как небалансы мощности и энергии для анализируемой системы. Ниже проанализированы существующие теоретические походы к определению составляющих мощности в несинусоидальных/несимметричных режимах и их связь с дополнительными потерями. Поток ЭЭ от источника к ЭП описывается уравнением Умова Пойнтинга [35]: -jlldS =p(t) + — (W3 +WM), где П =[Ен\- вектор Пойн тнинга; p(t) - мгновенная мощность в проводниках; W3, WM - мгновенные значения энергии электрического и магнитного полей. Из теоремы вытекает важное свойство процесса передачи ЭЭ - двунаправленность, т.е. энергия может распространяться как от генератора к нагрузке, так и наоборот. Подобная двунаправленность снижает эффективность передачи энергии и создает условия для увеличения потерь мощности и ЭЭ. Мгновенная мощность, производимая и отдаваемая источником и потребляемая нагрузкой при синусоидальных режимах, равна [35] p(t) = u(t) i(t), где u{t) = Um sin со/ - мгновенное напряжение, i(t) - Im sin(cof - ф) - мгновенный ток, со - угловая частота синусоидальных составляющих, а ф - начальная фаза тока. Следовательно, где U и /- действующие значения тока и напряжения.
Первое слагаемое в этом выражении характеризует пульсирующую с двойной частотой мощность, преобразующуюся в нагрузке в неэлектрические формы мощности, имеет строгое физическое толкование и называется активной мощностью Р. Второе слагаемое также определяет пульсирующую мощность, которая имеет знакопеременный характер и называется реактивной мощностью Q, которой обмениваются источник и ЭП. В режимах с синусоидальными токами и напряжениями принято использовать следующие независимые интегральные характеристики, позволяющие оценить эффективность передачи ЭЭ: - средняя мощность за период или активная мощность; - полная мощность; Данное выражение интерпретируется как максимальная активная мощность, которая может быть передана при заданных токах и напряжениях и полной компенсации реактивной составляющей мощности. Мощности Р, Q и S связаны между собой следующим соотношением: Активная мощность симметричного трехфазного ЭП равна где г - указатель фазы, Щ и /ф - фазные напряжение и ток. При соединении ЭП звездой 1/ф = ил 14ъ и 1ф=1л, где Un и 1Л линейные напряжение и ток. При соединении ветвей ЭП треугольником LL = Un и /ф = Iл Iл/3 . Поэтому независимо от вида соединения Аналогично для реактивной и полной мощностей Потери активной мощности в элементе ЭЭС с сопротивлением І? будут определяться протекающими в нем активной Р и реактивной Q мощностями [4]: Таким образом, уменьшение перетоков реактивных мощностей в элементах энергосистемы является одной из основных составляющих задачи снижения потерь активных мощности и энергии в целом. Развитие большинства методов расчета составляющих полной мощности определялось в первую очередь задачами выбора оборудования, например устройств для компенсации реактивной мощности, а также с целью определить алгоритмы, по которым можно было бы измерять мощность и учитывать электроэнергию [1, 15, 16, 29]. Задача данной работы - это создание методов для учета потерь, вызванных высшими гармониками и несимметрией токов и напряжений. При этом очевидно, что эти составляющие потерь должны оцениваться индивидуально в силу их различной весовой значимости, существенному различию по условиям распространению, по применяемым к ним схемам замещения и их параметрам. Безусловно то, что особая необходимость в учете таких потерь возникает при нарушениях требований ГОСТ 13109-97, которые устанавливают различные нормы не только в отношении каждой гармоники, но и в зависимости от номинального напряжения сети.
Экспериментальная оценка влияния несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений на приборы учета
Отдавая должное результатам приведенных исследований, следует обратить внимание на допущения сделанные их авторами и идеализирующие условия эксперимента. Поэтому в диссертации проведены измерения и оценены их результаты, полученные в реальных для действующих установок условиях. 3.2.1 Цели эксперимента Результаты измерений составляющих мощности (гл. 2) и анализ результатов существующих исследований, посвященных влиянию ГЖЭ на учет ЭЭ (п. 3.1), позволили определить основные цели эксперимента: 1) исследовать энергетические преобразования и составляющие мощности (энергии) при работе нелинейной/несимметричной нагрузки; 2) оценить влияние ВГ/симметричных составляющих токов и напряжений на показания ПУ различных типов; 3) определить значимость дополнительных инструментальных потерь ЭЭ ЙРизмд в искаженных режимах.
В соответствии с выполненным в гл. 2 анализом теории мощности в несинусоидальных/несимметричных режимах, при проведении эксперимента составляющие мощности в точке учета необходимо определять по формулам (2.9)-(2.10). В качестве показателей, характеризующих влияние несинусоидальности и несимметрии на показания ПУ, рассмотрены значения 8 І и 52, которые характеризуют относительную разницу между WC4 и W и W\ и в этой работе определяются по формулам Здесь WC4 - активная ЭЭ, зафиксированная счетчиком; WX-P\T\ Wf P{T\ WO—PQT - соответственно энергии прямой, обратной и нулевой последовательностей за интервал измерения Т; WHecilHM=W2+W0- энергия несимметрии (по обратной и нулевой последовательностям); WnZ = Т Х (» энеРгия ВГ, здесь г - указатель фазы, п - номер учитываемых гармоник; W-z = W\ +W2 + WQ + W„v -суммарная энергия, протекающая через точку учета. Анализ изменения 51 и 52 в рассмотренных режимах позволяет оценить влияние вносимых искажений на показания ПУ различных классов. Эксперименты были проведены в лабораторных условиях на динамической модели кафедры электроэнергетических систем Московского энергетического института. Трехфазная установка, использованная в исследовании, включала в себя: силовой питающий трансформатор 10/0,4 кВ; потенциалрегулятор; шины 0,38 кВ, к которым подключены линейная активно-индуктивная нагрузка, выпрямительная нагрузка и реактор с тиристорным управлением. Принципиальная схема установки приведена на рис. 3.3. В испытаниях участвовали ПУ двух классов - индукционного и электронного. В таблице 3.2 приведены основные характеристики трехфазных счетчиков, использованных в эксперименте. Использование в эксперименте ПУ с номинальными током 5 А и напряжениями 380/220 В было обусловлено рядом причин. Как было показано в разделе 1.3.3, в настоящее время частотные характеристики ТН и ТТ недостаточно изучены, а выполненные исследования свидетельствуют о значительных амплитудных и угловых погрешностях измерительных преобразователей на ВГ.
Дополнительные потери мощности и электроэнергии в системе электроснабжения, содержащей мощную преобразовательную нагрузку
Предложенные в данной главе методические рекомендации по оценке дополнительных потерь мощности и ЭЭ в искаженных режимах были аппробиро-ваны автором в действующей СЭС промышленного предприятия мощной преобразовательной нагрузкой. Для данной системы инструментально-расчетным путем были оценены дополнительные технические и инструментальные потери, обусловленные несинусоидальностью токов и напряжений. Краткая характеристика объекта исследования. Схема рассматриваемой СЭС в полном объеме представлена на рис. 2.11. Предприятие является одним из крупнейших отечественных алюминиевых заводов. Суммарная установленная мощность преобразовательных трансформаторов завода превышает 4500 МВА, при этом реальная потребляемая мощность составляет около 1850 МВА. Данная преобразовательная нагрузка обусловила существенные искажения синусоидальности токов и напряжений как во внутренней электрической сети 0,4/10 кВ завода, так и в питающей энергосистеме 220/500 кВ [20]. Отличительной особенностью данного предприятия является использование различных мероприятий по компенсации ВГ которые можно разделить на две группы: - применение ФКУ; - применение многофазных схем преобразования (12, 24, 36 и 48-фазные схемы). Объектом исследования для оценки дополнительных потерь являлся фрагмент системы, приведенный на рис. 4.4. Доминирующими источниками несинусоидальности токов и напряжений в рассматриваемой системе являются преобразовательные агрегаты КПП завода. Многочисленные измерения ПКЭ, выполненные в узлах 10/220 кВ рассматриваемой СЭС, подтвердили это [20].
Технологический процесс предприятия непрерывен, при этом 90 % энергии, потребляемой заводом, расходуется на электролиз алюминия. Мощность, потребляемая каждой из КПП практически неизменна - отклонения от среднего значения за сутки не превышает 5 % [20]. К каждому из вводов 10 кВ КПП присоединено от 4 до 8 преобразовательных агрегатов, при этом каждый из вводов можно рассматривать как единую эквивалентную нелинейную нагрузку. Перечисленные особенности технологии завода обусловили порядок инструментального обследования с целью оценки дополнительных потерь мощности и ЭЭ. Обследование включало в себя измерения напряжений и мощностей гармоник (с 1 по 40-ую) во всех вводах 10 кВ завода, что показано на рис. 4.4. Длительность измерений в каждой точке составляла 2-3 часа. Измерения выполнялись приборами ЭРИС-КЭ.01, функциональные и метрологические характеристики которых описаны в предыдущих главах. Результаты обследования приведены в таблице П3.1. На рис. П3.1 представлены характерные спектры токов и напряжений во вводах 10 кВ. Наиболее значимыми гармониками в спектрах токов и напряжений являются гармоники 11, 13, 23, 25, 35 и 37-го порядков, характерных для работы 12-пульсных преобразователей, используемых на заводе. Гармоники других порядков существенно меньше. Поэтому дальнейшая оценка дополнительных потерь производилась с учетом только перечисленных гармоник. Необходимость учета гармоник 35 и 37 порядков продиктована резонансными явлениями в линиях 220 кВ, питающих завод, что приводит к росту напряжений гармоник данных порядков на шинах 10 кВ, а также соответствующих токов в В Л [20]. В этих условиях расчетная оценка дополнительных потерь от ВГ в питающей системе является мало достоверной. Инструментальная оценка, дополнительных потерь в питающей сети. В соответствии с предложенными в данной главе методическими подходами, по результатам измерения активных мощностей гармоник Рп, генерируемых преобразователями, можно оценить суммарные дополнительные потери в питающей системе. В итоговой таблице 4.2 приведены активные мощности ВГ во вводах 10 кВ завода. Как следует из данной таблицы мощности ВГ, генерируемые преобразователями в систему, составляют от 0,017 до 0,222 % от мощности потребляемой КПП на основной частоте, что в целом для всех КПП данного фрагмента СЭС составило 0,051 %. Абсолютное значение дополнительных потерь мощности в питающей сети от токов ВГ составило 564,8 кВт. Данное значение потерь характеризует потери в системе в целом и не дает представления о структуре потерь, т.е. уровнях дополнительных потерь в отдельных элементах системы. Для определения данной структуры были проведены расчеты дополнительных потерь. Схема замещения СЭС. При составлении данной схемы замещения учитывались: - распределенность параметров ВЛ 220 кВ; - поверхностный эффект токопроводящих элементов; - шунты намагничивания сетевых трансформаторов 230/11 кВ; - реальные сопротивления системы Z„ с 220/500 кВ, определенные экспериментальным путем [20]. Преобразователи задавались источниками тока, параметры которых были определены путем измерений и приведены в таблице П3.2. Фрагмент схемы замещения представлен на рис. 4.5. Для данной схемы замещения были составлены и решены узловые уравнения для гармоник 11, 13, 23, 25, 35 и 37 порядков. По результатам расчетов определены токи и дополнительные потери в каждом из элементов СЭС. Результаты расчетов представлены в таблице 4.3.
