Расчеты потерь мощности и энергии в распределительных электрических сетях

Программный комплекс «Дельта» предназначен для выполнения расчетов потерь электрической энергии, уровней напряжения и потокораспределения в разомкнутых распределительных электрических сетях различного назначения (электрических сетях энергосистем, городских и промышленных электрических сетях) на персональных ЭВМ.

В процессе работы комплекса создается информационная база сети, включающая в себя перечень питающих подстанций, отходящих фидеров, схемы этих фидеров и характеристику их участков (марку и длину проводов или кабелей, тип и мощность трансформаторов потребительских подстанций, величину их нагрузки или коэффициент загрузки трансформаторов).

Ввод информации о схеме фидера производится в естественном для пользователя виде путем добавления новых участков или точек ветвления сети. При этом на экран дисплея выводятся необходимые справочные таблицы для выбора из них марки провода или кабеля или типа трансформатора для соответствующего участка. Расчетная схема сети и ее расчетные параметры определяются в процессе работы комплекса автоматически.

В зависимости от имеющейся исходной информации расчет потерь электрической энергии может выполняться по данным начала распределительной сети (при задании величины энергии, отпущенной в фидеры за расчетный период) или по данным конца (по заданному у каждого потребителя графику изменения нагрузки). Предусмотрено также проведение приближенных расчетов при задании только коэффициентов загрузки трансформаторов потребительских подстанций.

Программный комплекс «Дельта» позволяет также проводить анализ установившихся режимов разомкнутых сетей (расчет потокораспределений, токов и коэффициентов загрузки в элементах сети, а также уровней напряжения в узлах сети).

Вся работа пользователя с программным комплексом осуществляется при помощи различных таблиц, системы двухуровневого меню и системы «горячих» клавиш. Все таблицы с исходными данными и результатами расчетов могут быть выведены на печатающее устройство. Комплекс «Дельта» оснащен подробной контекстно-зависимой помощью и оперативной подсказкой о назначении используемых «горячих» клавиш.

1. Анализ исходной информации и особенности комплекса Дельта

Исходная информация предоставлена в виде таблиц, в которых занесена информация по электрической сети. В основном это три формы таблиц: данные по положениям коммутационных операторов на распределительных пунктах и трансформаторных подстанций, режимная информация по месяцам на трансформаторных подстанциях, каталоги проводов, кабелей и трансформаторов, схемы соединения распределительных пунктов и трансформаторных подстанций на распределительных линиях соответственно.

2. Расчет и оценка показателей режима электрической сети 6-20 кВ

Центр питания

Распределительные линии

В виду большого числа линейных и трансформаторных ветвей приведем только ветви по распределительной линии № 1.

Линейные ветви

Потребительские трансформаторы

Из таблицы видно, что напряжение в узлах находится в допустимых пределах так как у нас нагрузки за потребительскими трансформаторами и потеря напряжения обусловлена потерями холостого хода трансформаторов. Напряжение на низшей стороне нормальное, но возможно не удастся поддержать напряжение на тп426 в режиме максимальных нагрузок из-за протяженности сети и придется запитывать это тп426 с другой стороны.

3. Расчет емкостных токов, токов короткого замыкания в электрической сети 6-20 кВ

С помощью программы Дельта произведем расчет емкостных токов и токов короткого замыкания. Исходная информация в виде таблиц 4.1, 4.2.

Исходные данные для расчета токов короткого замыкания.

Линейные ветви

Трансформаторные ветви

Результаты расчета емкостных токов представлены в таблице 4.3.

Результаты расчета емкостных токов

Из таблицы видно, что емкостные токи и токи замыкания на землю на первой секции шин подстанции № 1 больше, что вытекает из большей установленной мощности и протяженности сети

Проведем расчет токов короткого замыкания.

В виду огромного количества рассчитанных значение приведем рассчитанные значения только для некоторого числа линий и трансформаторов, а именно для распределительной линии № 1.

Линейные ветви

Трансформаторы

4. Расчет и оценка потерь энергии в сети 6-20 кВ

Рассмотрим потери энергии с сети 6−20 кВ за год. Рассмотрим обобщенные результаты.

Обобщенные результаты.

Рассматриваем обобщенные результаты по участку сети. На рис представлены суммарные потери электроэнергии.

Обобщенные показатели

Из легенды 62,85% составляют потери холостого хода, 21,18%-нагрузочные потери в трансформаторах, 15,97%-нагрузочные потери в линиях.

Интересными кажутся системные показатели потерь энергии, они несколько отличаются на от суммарных показателей энергии.

Обобщенные показатели. Системные потери энергии

Рассмотрим суммарные показатели по распределительным линиям.

Рассмотрим суммарные показатели по распределительным линиям по максимальному току, суммарным активным потерям, потерям холостого хода. Суммарные активные потери и максимальный ток представляют два графика, достигающих своего максимума на рл № 4 и рл № 5 соответственно слева направо.

Наиболее важными показателями являются потоки и потери активной мощности по линиям, так как по ним можно узнать, какие необходимы применять меры по уменьшению потерь мощности и энергии.

Суммарные показатели по распределительным линиям

Линейные ветви

Потребительские трансформаторы

5. Оптимизация нормальных точек разрезов в сети 6-20 кВ

Оптимизация нормальных точек разрезов производиться по критерию минимума потерь активной мощности. Следовательно, путем перебора мест разрывов, мы сможем определить оптимальное место разрыва, при котором потери активной мощности будут минимальны. Определим оптимальное место разрыва для января. В таблице указаны места не используемые в расчете.

Распределительные линии

Переключая коммутационные аппараты, добьемся минимума потерь активной мощности.

Расчет активных минимальных потерь

Потери активной мощности

Из нее видно, что наименьшие потери при отключении линии Тп434-тп437. Следовательно, необходимо отключить эту линию для наиболее рациональной эксплуатации электрической сети.

6. Анализ полученных результатов и разработка мероприятий по снижению потерь энергии

Напряжение в узлах находится в допустимых пределах так как у нас нагрузки за потребительскими трансформаторами и потеря напряжения обусловлена потерями холостого хода трансформаторов. Напряжение на низшей стороне нормальное, но возможно не удастся поддержать напряжение на тп426 в режиме максимальных нагрузок из-за протяженности сети и придется запитывать это тп426 с другой стороны.

Емкостные токи и токи замыкания на землю на первой секции шин подстанции № 1 больше, что вытекает из большей установленной мощности и протяженности сети. Емкостные токи большие, для их уменьшения желательно установка реакторов для их поглощения. Так как они загружают кабельные линии и пропускная способность по активной мощности уменьшается.

Загрузка трансформаторных подстанции и кабельных линий мала и было экономичнее уменьшить сечение кабельных линий и установленную мощность трансформаторных подстанций. Однако для целесообразности замены трансформаторов и кабелей необходимо провести исследование, изучающее получим ли мы прибыль в результате проведенных мероприятий и как это повлияет на надежность электроснабжения потребителей, так как эти показатели являются одними из важнейших показателей деятельности предприятия.

К приоритетным мероприятиям по снижению технических потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях 0,4−35 кВ относятся: использование 10 кВ в качестве основного напряжения распределительной сети; увеличение доли сетей с напряжением 35 кВ; сокращение радиуса действия и строительство ВЛ (0,4 кВ) в трехфазном исполнении по всей длине; применение самонесущих изолированных и защищенных проводов для ВЛ напряжением 0,4−10 кВ; использование максимального допустимого сечения провода в электрических сетях напряжением 0,4−10 кВ с целью адаптации их пропускной способности к росту нагрузок в течение всего срока службы; разработка и внедрение нового, более экономичного, электрооборудования, в частности, распределительных трансформаторов с уменьшенными активными и реактивными потерями холостого хода, встроенных в КТП и ЗТП конденсаторных батарей; применение столбовых трансформаторов малой мощности (6−10/0,4 кВ) для сокращения протяженности сетей напряжением 0,4 кВ и потерь электроэнергии в них; более широкое использование устройств автоматического регулирования напряжения под нагрузкой, вольтодобавочных трансформаторов, средств местного регулирования напряжения для повышения качества электроэнергии и снижения ее потерь; комплексная автоматизация и телемеханизация электрических сетей, применение коммутационных аппаратов нового поколения, средств дистанционного определения мест повреждения в электрических сетях для сокращения длительности неоптимальных ремонтных и послеаварийных режимов, поиска и ликвидации аварий; повышение достоверности измерений в электрических сетях на основе использования новых информационных технологий, автоматизации обработки телеметрической информации.

Для примера уменьшения потерь мощности и энергии увеличим сечение кабельной линии. Расчеты приведенные ниже подтверждают эффективность данной меры по снижению потерь. Расчеты сведем в таблицы. В таблице приведен головной участок распределительной линии № 1 с сечением указанным в задании по курсовому проекту, а в таблице с увеличенным сечением, видно что потери активной мощности и энергии уменьшилось.

сеть электрический подстанция потеря

Указанная мера по снижению для данной электрической сети является неактуальной.

Заключение

Сегодня повышение оперативности и качества расчета потерь в электрических распределенных сетях можно достичь за счет автоматизации с использованием современных технических средств и информационных технологий. Одним из таких средств является программный комплекс «Дельта».

У комплекса «Дельта» имеется и ряд преимуществ, делающих его привлекательным для использования: наглядность фактического графика нагрузки предприятия позволяет детально изучить и снизить непроизводственные потери электрической энергии в сетях электроснабжения предприятия, произвести расчет удельных потерь электроэнергии, расчет емкостных токов, токов короткого замыкания в электрической сети 6−20 кВ и оценку потерь энергии в сетях 6−20 кВ с оптимизацией нормальных точек разрезов по минимуму потерь мощности и энергии.