Краткие теоретические сведения. Часть выработанной на электрических станциях энергии при передаче по электрическим

Часть выработанной на электрических станциях энергии при передаче по электрическим сетям превращается в тепловую энергию, это так называемый технологический расход электроэнергии на ее передачу. В связи с тем, что полезно отпущенная потребителям электрическая энергия меньше выработанной электрическими станциями, технологический расход энергии на ее передачу по электрическим сетям принято называть потерями электроэнергии. При анализе потерь электроэнергии принято различать следующие:

1) отчетные потери электроэнергии. Они определяются как разность между количеством электроэнергии, отпущенной в сеть электростанциями, и реализованной электроэнергией, вычисленной по сумме оплаченных счетов от потребителей;

2) технические потери, определяемые по известным параметрам режимов работы и параметрам элементов сети. Технические потери обусловлены расходом электроэнергии на нагрев проводников и создание электромагнитного поля;

3) коммерческие потери, определяемые как разность между отчетными и техническими потерями. Они обусловлены несовершенством системы учета, неточностью снятия показаний счетчиков, погрешностью счетчиков и измерительных трансформаторов, хищениями электроэнергии.

Технические потери электроэнергии , как и потери активной мощности , подразделяются на нагрузочные потери и потери холостого хода. Нагрузочные потери – это та часть потерь электроэнергии, которая зависит от нагрузки элемента сети. Они обусловлены нагревом проводов и кабелей линий электропередачи, нагревом обмоток трансформаторов. Нагрузочные потери активной мощности в продольной ветви схемы замещения с сопротивлением могут быть определены по формулам:

, (2.1)

где модуль силы тока в ветви, его активная и реактивная

составляющие соответственно;

соответственно полная, активная и реактивная мощности

нагрузки рассматриваемой ветви;

напряжение; коэффициент мощности.

Потери активной мощности в обмотках трансформаторов можно рассчитывать по формулам (2.1) и по паспортным данным трансформаторов. Например, для двухобмоточных трансформаторов нагрузочные потери активной мощности равны

, (2.2)

где потери активной мощности в опыте короткого замыкания;

номинальная мощность трансформаторов.

Потери энергии в стали трансформаторов и потери в проводимостях воздушных линий электропередачи не зависят от нагрузки, поэтому их называют потерями холостого хода . Потери холостого хода пропорциональны квадрату напряжения

, (2.3)

где g – активная проводимость в схеме замещения линий или трансформаторов.

Потери холостого хода в трансформаторах вызваны перемагничиванием и вихревыми токами в стали трансформаторов и расходуются на нагрев сердечника. В линиях электропередачи обусловлены явлением коронного разряда и несовершенством изоляции.

Существует несколько методов расчета потерь электроэнергии . Если в линии электропередачи или в трансформаторе потери активной мощности постоянны на интервале времени , что имеет место при неизменной нагрузке или при расчете потерь холостого хода, то потери электроэнергии за время работы составят

. (2.4)

Однако при расчете нагрузочных потерь необходимо учитывать изменение нагрузки во времени.

Наиболее точный метод расчета потерь электрической энергии в продольных активных сопротивлениях схемы замещения электрической сети - определение их по графику нагрузки. Для каждой ступени графика нагрузки (рис. 2.1) по формулам (2.1) производится расчет потерь активной мощности .

Рис. 2.1. График нагрузки

Потери энергии за время получим суммированием потерь энергии, определенных на каждом интервале времени :

, (2.5)

где - количество ступеней графика нагрузки.

При отсутствии данных о действительных значениях напряжения в сети потери активной мощности определяют, как правило, по номинальному напряжению.

Потери электрической энергии могут быть определены по среднеквадратичному току, т.е. такому току, при котором потери энергии за время в сопротивлении будут равны потерям энергии при действительных токах за это же время. Среднеквадратичный ток определяется из графика тока :

. (2.6)

Потери энергии определятся из выражения

. (2.7)

Достоинством методов определения потерь электрической энергии по графику нагрузок и по среднеквадратичному току является их высокая точность. Однако отсутствие информации о графиках нагрузки для всех элементов электрической сети затрудняет их практическое использование. Кроме того, расчет трудоемок в виду большого количества ступеней реальных графиков нагрузки.

Одним из наиболее простых методов, применяемых на стадии проектирования и для приближенных расчетов, является метод определения потерь электрической энергии по времени максимальных потерь . Время максимальных потерь - такое время, в течение которого при работе с неизменной максимальной нагрузкой будут иметь место потери электроэнергии, равные годовым потерям при работе по действительному графику нагрузки. Время зависит от числа часов использования максимума нагрузки :

. (2.8)

Число часов использования максимума нагрузки - это такое время, за которое при работе с постоянной максимальной нагрузкой потребитель получил бы то же количество электроэнергии, что и при работе по реальному графику за год. Из определения следует, что равно

. (2.9)

Потери энергии за год при этом определятся по формуле

, (2.10)

где - потери активной мощности, рассчитанные по формулам (2.1) или (2.2) для режима максимальной нагрузки.

При большом числе потребителей с разными продолжительностями использования максимальных нагрузок , подключенными к одной линии или к одному трансформатору, потери электроэнергии определяются по средневзвешенному значению , которое, в свою очередь, находится по средневзвешенному значению , равному

, (2.11)

где - максимальная мощность нагрузки -го потребителя;

- количество потребителей электрической энергии.

По своей физической сущности с точки зрения производства, передачи и потребления энергии потери ничем не отличаются от энергии, полезно отпущенной потребителям. Потери энергии оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели электрических систем, и их снижение является одним из важнейших источников экономии топлива.

Все мероприятия по уменьшению потерь мощности и энергии могут быть разделены на три группы:

– режимные, не требующие для их внедрения дополнительных капиталовложений;

– технические, связанные с реконструкцией и модернизацией сетей, заменой и установкой дополнительного оборудования;

– мероприятия по совершенствованию систем технического учета электроэнергии.

В данной лабораторной работе рассмотрим лишь некоторые мероприятия.

Повышение уровня рабочего напряжения приводит к уменьшению нагрузочных потерь мощности в сети, которые обратно пропорциональны квадрату напряжения согласно выражения 2.1, и увеличению потерь холостого хода в соответствии с выражением 2.3. В линиях электропередачи напряжением от 6 до110 кВ потери мощности на корону незначительны. Соотношение между потерями активной мощности в сердечниках и обмотках трансформаторов зависит от мощности нагрузки трансформаторов. Общая задача регулирования напряжения в электрической сети может быть записана следующим образом:

. (2.12)

При этом напряжения в узлах электрической сети не должны превышать допустимые значения по условиям работы изоляции, а на зажимах электроприемников находиться в пределах, установленных ГОСТ Р54149-2010 на качество электрической энергии.

Размыкание распределительных замкнутых сетей напряжением 35 кВ - одно из наиболее эффективных организационных мероприятий. Такие замкнутые сети в целях простоты и удобства обслуживания рекомендуется эксплуатировать разомкнутыми. Задача состоит в определении точки размыкания сети, а, следовательно, в изменении потокораспределения, при котором достигается минимум потерь активной мощности и потерь электроэнергии.

Рассмотрим линию электропередачи с двухсторонним питанием с подключенными к ней двумя подстанциями, приведенную на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема электрической сети

На естественное распределение мощностей в замкнутых сетях оказывают влияние не только нагрузки, но и сопротивления линий электропередачи:

, (2.13)

, (2.14)

где - расчетные мощности нагрузки в точках подключения соответствующих трансформаторов;

- сопряженный комплекс сопротивления участка сети между узлами и , .

Экономическое потокораспределение в этой же сети, при котором потери активной мощности минимальны, определяется не комплексными, а только активными сопротивлениями:

, (2.15)

, (2.16)

Нанесем на схему естественное и экономическое потокораспределения. Как видно из рис. 2.2, на участке 1-2 направления мощностей и не совпадают. Если разомкнуть сеть в точке раздела экономического потокораспределения, отключив выключатель Q 1 и присоединив к трансформатору Т1 потребители электрической энергии мощностью , а ко второму – мощностью , то распределение мощностей в двух разомкнутых частях данной электрической сети будет соответствовать экономическому, а следовательно, и потери мощности в сети будут минимальными.

К режимным мероприятиям по уменьшению потерь активной мощности и энергии относится отключение одного из параллельно работающих трансформаторов в режиме минимальных нагрузок. На подстанциях, от которых снабжаются электроэнергией потребители I и II категорий надежности, устанавливаются, как правило, два трансформатора. При параллельной работе однотипных двухобмоточных трансформаторов на нагрузку потери активной мощности в них будут равны:

. (2.17)

Если при снижении мощности нагрузки один из трансформаторов отключить, то потери в стали трансформатора уменьшаются, но возрастают потери активной мощности в обмотках:

. (2.18)

На рис. 2.3 изображены зависимости для разного числа трансформаторов. Из графика видно, что при изменении нагрузки от нуля до меньшие потери мощности будут при работе одного трансформатора. При нагрузке экономически выгодна работа двух трансформаторов.

Рис. 2.3. Зависимость потерь мощности от нагрузки и числа трансформаторов

К важнейшим техническим мероприятиям по уменьшению потерь электроэнергии в электрических сетях относится компенсация реактивной мощности.

Из курса ТОЭ известно, что реактивная мощность пропорциональна среднему за четверть периода значению энергии, которая отдается источником питания на создание электрического и магнитного поля индуктивности и емкости. За один период переменного тока эта энергия дважды отдается генератором в цепь и дважды он получает ее обратно. На практике для аналогии с активной энергией ввели понятие источников и потребителей реактивной мощности и энергии. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели, индукционные электрические печи, сварочные аппараты, повышающие и понижающие трансформаторы. Генерация реактивной мощности осуществляется генераторами электрических станций, синхронными компенсаторами, батареями конденсаторов поперечного включения, линиями электропередачи напряжением 110 кВ и выше, статическими тиристорами компенсаторами СТК.

Синхронные компенсаторы, конденсаторные установки, СТК называют компенсирующими устройствами, а выработку реактивной мощности этими устройствами – компенсацией реактивной мощности. Для снижения потерь мощности и потерь напряжения в электрической сети компенсирующие устройства размещают в непосредственной близости к потребителям электрической энергии. При этом передаваемая по сети реактивная мощность будет меньше мощности нагрузки на величину (рис. 2.4), что приводит к снижению потерь активной мощности, определяемых по формуле

. (2.19)

Рис. 2.4. К определению компенсации реактивной мощности

Приказом Минэнерго России утвержден порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности (). В соответствии с этим приказом для потребителей электрической энергии, присоединенная мощность энергопринимающих устройств которых более 150 кВт, в договоре энергоснабжения указывается предельное значение коэффициента реактивной мощности для часов максимальных нагрузок сети. Значения определяются для каждой точки присоединения потребителей электроэнергии к электрической сети в зависимости от ее . Соблюдение указанных соотношений между активной и реактивной мощностью может быть осуществлено с помощью компенсации реактивной мощности.

---

Дата добавления: 2015-08-05