Введение к работе
Актуальность темы. Одной из острых проблем на сегодняшний день является обеспечение потребителей распределительных электрических сетей (РЭС) напряжением 0,4-1 ОкВ качественной электроэнергии (КЭ). Важнейшими показателями КЭ являются уровень и несимметрия напряжения, отклонение которых от нормативных показателей ведет к нарушению работы и уменьшению срока службы электрооборудования. При невыполнении нормативных показателей электроэнергии (ПКЭ) потребитель вправе потребовать от электроснабжающих компаний возмещение ущерба Т.к. электроэнергия указана в «Номенклатуре продукции, в отношении которой законодательными актами Российской Федерации предусмотрена обязательная сертификация», она должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», по которому установлены нормы как по отклонениям, так и по несимметрии напряжении. Еще одной из важных проблем в РЭС напряжением 0,4-10 кВ являются большие потери электроэнергии при ее передачи потребителям. Так, по данным ОАО «Сетевая компания» они составляют 62% от общего количества потерь в электрических сетях.
Отклонение уровня напряжения от нормативных значений происходит из-за большой протяженности линий электропередач (ЛЭП) в РЭС напряжением 0,4-10 кВ. Ежегодное увеличение потребителей электроэнергии ведет к тому, что ЛЭП, спроектированные по нормам электропотребления второй половины прошлого века, уже не обладают необходимой пропускной способностью. Актуальной задачей является разработка критериев экономической оценки эффективности реконструкции ЛЭП, в частности, путем замены проводов на большие сечения, применения вольтодобавочных трансформаторов (ВДТ), позволяющих выбрать менее затратное мероприятие для обеспечения КЭ у потребителей.
В приказе, утвержденном Минпромэнерго России от 22 февраля 2007 г. № 49, установлены предельные значения коэффициента реактивной мощности (tg(p), по которым рассчитывается минимально необходимый уровень компенсации реактивной мощности (КРМ). В свою очередь, влияние глубокой КРМ (когда tg(p ниже нормативных значений) на экономические и технические показатели функционирования РЭС изучено недостаточно. Так, параметры и количество ВДТ могут меняться в зависимости от уровня КРМ, что требует комплексного подхода к выбору как устройств КРМ, так и ВДТ.
Под воздействием неравномерного распределения нагрузок в трёхфазной электрической сети имеет место несимметрия напряжений. В результате возникают дополнительные потери мощности, значительно снижается срок службы электрических машин. Для устранения несимметрии фазных напряжений выпускаются трансформаторы с симметрирующей обмоткой. Однако, в настоящие время отсутствует методика расчета режимов электрических сетей напряжением 0,4 кВ при их установке, что делает актуальной задачу разработки методики представления данных трансформаторов в схемах замещения и оценки эффективности их применения.
По данной проблематике известны работы отечественных ученых Железко Ю. С, Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л., Герасименко А. А., Тимофеев А.С., Геворкян М.В., Машкин А. Г., Теремецкий, М. Ю., ТерещукВ.С, Чернов Д. В. и др., посвященные проблемам качества электроэнергии в распределительных сетях напряжением 0,4-10 кВ. В диссертации сформулированы следующие положения.
Объект исследования - Распределительные электрические сети напряжением 0,4-10 кВ
Предмет исследования - Качество электроэнергии и энергосбережение в распределительных электрических сетях напряжением 0,4-ЮкВ.
Цель исследования - Повышение качества и снижение потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях напряжением 0,4 - 10 кВ за счет коррекции их режимов работы.
Научная задача исследования - Научное обоснование технических решений и методик по повышению качества и снижению потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях среднего напряжения на основе применения средств регулирования напряжения и реактивной мощности.
Поставленная задача научного исследования решается в следующих направлениях:
-
Оценка технической и экономической эффективности глубокой компенсации реактивной мощности на линиях электропередач напряжением 0,4-ЮкВ.
-
Разработка методики выбора параметров вольто добавочных трансформаторов продольного и поперечного регулирования напряжения и линий электропередач по условиям обеспечения нормативного уровня напряжения у потребителя.
-
Разработка методики выбора параметров вольто добавочных трансформаторов продольного регулирования напряжения в сетях 0,4-10 кВ с учетом регулирующего эффекта нагрузки.
-
Разработка методики оценки эффективности использования трансформаторов с симметрирующей обмоткой.
-
Апробация разработанных методик в распределительных электрических сетях напряжением 0,4-ЮкВ Республики Татарстан.
Методы исследования. Использованы известные методы математического описания режимов работы электрических сетей, включая несимметричные режимы их работы, методы экономической оценки эффективности электрического оборудования, численное математическое моделирование режимов РЭС в среде MATLAB
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается применением известных моделей линий электропередачи с использованием общепринятых физических допущений в отношении моделирования электромагнитных процессов в системах электроснабжения, использованием теоретических и экспериментальных данных других авторов и сопоставлением с ними полученных результатов, сравнением с моделями в апробированном программном пакете MATLAB.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:
-
Выявлены закономерности изменения уровня напряжения на понизительных подстанциях и обоснованы условия экономической эффективности глубокой компенсации реактивной мощности на линиях электропередач напряжением 0,4-ЮкВ.
-
Разработана методика выбора параметров вольтодобавочных трансформаторов и линий электропередач, а также определены условия экономической эффективности вариантов реконструкции распределительных электрических сетей по условиям обеспечения нормативных показателей качества электроэнергии.
-
Разработана методика выбора параметров вольтодобавочных трансформаторов продольного регулирования напряжения в сетях 0,4-10 кВ с учетом регулирующего эффекта нагрузки.
-
Разработана методика определения параметров схемы замещения трансформаторов с симметрирующей обмоткой со схемами соединения обмоток «треугольник - звезда» и «звезда-звезда» на основе их внешних характеристик в несимметричных режимах.
Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты могут быть использованы проектно-исследовательскими институтами, сетевыми компаниями в промышленной и аграрной отрасли, в эксплуатации которых находятся распределительные электрические сети, не отвечающие регламенту качества электроэнергии. Предложенные методики позволяют аргументировано выбрать количество и мощность вольтодобавочных трансформаторов; обосновать уровень компенсации реактивной мощности для решения проблем, связанных с качеством электроэнергии; определить возможность увеличения протяженности линии электропередач при новом присоединении потребителей.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований внедрены и используются в Филиале ОАО «Сетевая компания» Приволжские электрические сети и будут использованы при реконструкции и новом строительстве в распределительных электрических сетей напряжением 0,4-10 кВ для повышения качества электроэнергии. Также результаты диссертационной работы внедрены и используются в учебном процессе кафедры «Электроэнергетические системы и сети» ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» при выполнении курсовых и дипломных работ студентами и магистрантами.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Закономерности изменения уровня напряжения на понизительных подстанциях и условия экономической эффективности глубокой компенсации реактивной мощности на линиях электропередач напряжением 0,4-ЮкВ.
-
Методика выбора параметров вольтодобавочных трансформаторов и линий электропередач по условиям обеспечения нормативных показателей качества электроэнергии для потребителей распределительных электрических сетей, а также условия технической и экономической эффективности использования вольтодобавочных трансформаторов и реконструкции линий электропередач.
-
Методика выбора параметров вольтодобавочных трансформаторов продольного регулирования напряжения в сетях 0,4-10 кВ с учетом регулирующего эффекта нагрузки.
-
Методика определения параметров схемы замещения трансформато-
ров с симметрирующей обмоткой со схемами соединения обмоток «треугольник - звезда» и «звезда-звезда», на основе их внешних характеристик в несимметричных режимах.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных и научно-технических конференциях:
V, VI, VII, VIII Международная научная конференция «Тинчуринские чтения», г. Казань, 2010, 2011, 2012, 2013; XXII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов «Будущее машиностроения России», г. Москва, 2011; XVI Всероссийская научно - техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодёжи», г. Томск, 2011; XV Всероссийская конференция «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах», г. Санкт-Петербург, 2011; Международная научно-техническая конференция «XIII Бенардосовские чтения», г. Иваново, 2011; IX Всероссийская научо-техническая конференция «Динамика линейных дискретных электротехнических и электронных систем», г. Чебоксары, 2011; Всеросийская научо-практическая конференция «Энергосбережение в промышленности», г. Чебоксары, 2012; III Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодёжи», г. Екатеринбург, 2012; VII Международная научно-практическая конференция «Повышение эффективности энергетического оборудования - 2012», г. Санкт-Петербург, 2012.
По итогам конкурса Молодежной секции Российского национального комитета «СИГРЭ», проходившего на базе ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» в 2012 г., работа заняла 1 место.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 34 печатных работ, в том числе 4 научные статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень рекомендуемых изданий ВАК МОиН РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 193 страницах и состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Работа включает в себя 7 таблиц и 128 рисунков. Список литературы содержит 80 источников.
