CC BY
17
УДК 621.311
В. В. Ярошевич, А. С. Карпов, Г. П. Фастий, И. С. Шиханов
89
АЛГОРИТМ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УЧАСТКА СЕТИ Аннотация
Современные электрические сети по своей структуре, организации эксплуатации и принципам управления относятся к сложным техническим комплексам (системам). При принятии решений на управление такой системой важными являются оценки качества её функционирования. Разработана методика оценки качества функционирования электрических сетей при комплексном учете условий работы.
Ключевые слова:
надежность, экономичность, безопасность, живучесть, аудит энергоэффективности, потребители.
V. V. Yaroshevich, A. S. Karpov, G. P. Fastiy, I. S. Shikhanov ALGORITHM OF POWER SYSTEM SECTION EFFICIENCY INVESTIGATION
Abstract
Modern electric networks, in their structure, operation organization and management principles, can be treated as integrated technical systems. Choosing the way of such system management demands assessing its performance. We have developed a method of electric networks performance estimation taking into account the integrated operation conditions.
Keywords:
reliability, profitability, safety, survivability, energy efficiency audit, consumers. Многолетний опыт по обследованию и анализу распределительных сетей различных объектов Северо-Запада, накопленный Центром физико-технических проблем энергетики Севера (ЦФТПЭС) КНЦ РАН, показал, что системы электроснабжения городских и промышленных потребителей состоят из разветвленных закольцованных систем с большим количеством трансформаторных подстанций, связь между которыми осуществляется кабельными и воздушными линиями, со значительным сроком эксплуатации, достигающим 30-40 и более лет [1].
В таких сложных и разветвленных схемах трудно обеспечить нормальное функционирование электрических сетей в установившихся режимах [2]. Неизбежны также аварийные ситуации, обусловленные старением изоляции кабелей, износом электрооборудования, ошибками технического персонала при многократных оперативных переключениях и другими разнообразными причинами. Предотвращение развития аварийных ситуаций в значительной степени связано с надежным срабатыванием коммутационного электрооборудования при локализации поврежденных участков сети [3, 4].
Существующие методы оценки функционирования и электромагнитной совместимости различного электрооборудования ориентированы в основном на электрические сети высокого напряжения. В то же время специфика процессов в системах электроснабжения среднего и низкого напряжения с разветвленной сетевой структурой недостаточно подробно изучена.
По результатам обследования многочисленных объектов промышленности с различными потребителями был разработан алгоритм решения данной проблемы при комплексном учете условий работы разнородных электроприемников и схемообразующих разветвленных электрических сетей. Было проведено мониторинговое обследование схем электроснабжения 6, 10 и 0.4 кВ ряда действующих объектов техносферы Мурманской области
(муниципальные электрические сети городов Апатиты, Мончегорск, Ковдор, поселков Ловозеро, Ревда и др.) Были получены данные о реальных условиях эксплуатации электрооборудования, показателях качества электроэнергии и определены источники опасных электромагнитных воздействий [5].
Были рассмотрены и учтены особенности анализируемых распределительных сетей (35-6/10-0.4 кВ), расположенных в условиях Крайнего Севера и Арктики:
• разнородная плотность электрических нагрузок;
• значительный срок эксплуатации, достигающий 30-40 и более лет;
• большинство потребителей получают некачественную электроэнергию, как показали результаты мониторинговых регистраций;
• несимметрия фазных напряжений;
• завышенные потери электроэнергии.
Следует отметить, что указанные особенности характерны не только для северных регионов России. Они актуальны, как правило, вне мегаполисов, ведь в крупных городах пришлось модернизировать сети из-за быстро растущей нагрузки.
Оценка качества функционирования электрической сети отличается значительной трудоёмкостью и предполагает детальную информацию о характеристиках различных процессов в элементах сетей.
Под качеством (эффективностью) сложной системы понимается совокупность свойств, определяющих способность системы выполнить поставленные при её создании задачи. К определяющим качество свойствам технической системы наиболее часто относят надёжность, экономичность и безопасность, а при определённых требованиях к системе также живучесть (рис. 1) [6].
Эффективность (качество) электрической сети
Рис. 1. Свойства, определяющие эффективность (качество) электрической сети
Основной задачей электрической сети является бесперебойное снабжение электрической энергией потребителей. Поэтому качество работы электрической сети, прежде всего, следует оценивать надежностью электроснабжения потребителей, например, вероятностью того, что будет обеспечено непрерывное снабжение потребителей энергией требуемого качества.
Другим важным свойством, определяющим качество функционирования технического комплекса, является экономичность, которая характеризуется показателями использования средств, вкладываемых в электрическую сеть. Такими показателями экономичности могут быть себестоимость оказываемых услуг по передаче единицы энергии, прибыль, рентабельность и другие, а для оценки решений по развитию электрической сети — чистый дисконтированный доход, индекс доходности, внутренняя норма доходности и другие.
В последнее время всё большую значимость приобретает свойство безопасности технических систем. В проблеме безопасности сложных технических комплексов следует выделить два направления. Первое из них относится к их нормальной повседневной эксплуатации. Неизбежные техногенные воздействия на человека и природную среду, а также отходы производства выдвигают ряд практических задач по охране труда и экологичности используемых технологий.
Второе направление связано с технологическими нарушениями и называется «промышленная безопасность». Под промышленной безопасностью технического объекта (системы) понимается его способность обеспечить защиту человека, природной среды и собственности от опасных воздействий, возникающих при авариях и инцидентах на этом объекте [1].
Оценки надёжности, экономичности и безопасности дают достаточно полное представление о качестве (эффективности) функционирования технического объекта (системы) в определённых условиях эксплуатации — нормальных условиях. Однако при эксплуатации электрической сети, хотя и редко, возможны опасные воздействия на ее элементы [4], не предусмотренные условиями нормальной эксплуатации и приводящие к чрезвычайным ситуациям. В качестве примера можно привести известные случаи массового повреждения воздушных линий электропередачи на обширной территории из-за воздействий гололёдно-ветровых нагрузок на провода и конструкции опор, превосходящих проектные.
Показатели живучести имеют вероятностный характер и отражают риск возникновения чрезвычайной ситуации, оценки времени восстановления и другие. В электроэнергетике имеет место понятие живучести объекта в узком смысле — свойство объекта противостоять возмущениям, например, как в [7], не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителей на длительное время.
Для определения эффективности функционирования высоковольтной электрической сети необходимо комплексное технико-экономическое её обследование. С этой целью и проводят энергоаудит. Серьёзный энергоаудит — это большая и трудоёмкая работа. Для более организованного и плодотворного его проведения разработан алгоритм (рис. 2.).
Рис. 2. Алгоритм проведения комплексного обследования электроэнергетических сетей с целью определения эффективности её
функционирования
Организацию и проведение работ по комплексной оценке электроэнергетической сети можно разделить на несколько основных этапов.
Этап 1. Сбор и ознакомление с проектной и отчетной документацией для определения структуры сети.
Этап 2. Проведение визуального осмотра системы электроснабжения с целью выявления особых условий её эксплуатации.
Этап 3. Анализ схем, оборудования, электропотребления (построение суточных осенне-зимних и весенне-летних графиков нагрузки, годового графика потребления активной и реактивной энергии) для выявления «сильных» и «слабых» мест сети и выбора точек предполагаемых измерений.
Этап 4. Проведение мониторинговых регистраций. Контролируемые параметры: напряжение, ток, сопротивление, частота, активная и реактивная мощность, показатели качества электроэнергии (ПКЭ).
Этап 5. Проведение необходимых расчётов: удельного электропотребления, уровня загрузки трансформаторов и кабелей, показателей графиков нагрузок, токов замыкания на землю, нормальных и аварийных режимов, потерь в элементах системы электроснабжения (линиях и трансформаторах) [8].
Этап 6. Анализ результатов выполненных измерений и проведенных расчетов.
Этап 7. Оценка эффективности функционирования сети (экономичность, безопасность, надежность, живучесть).
Этап 8 (при необходимости). Рекомендации по внедрению энергосберегающих технологий.
Разработанный алгоритм — это большая работа с длительными регистрациями, масштабными объемами статистической информации со средств учета, а также с комплексными расчётами различных режимов работы сети. По опыту проведенных исследований можно констатировать: чтобы получить достоверную картину об эффективности работы сети, необходимо не менее одного года работы. По временным затратам основными будут регистрации параметров сети в различное время года с учетом годового (сезонного) графика нагрузок присоединенных потребителей. Лишь после получения полной картины о работе участка сети можно приступать к внедрению энергоэффективных технологий. В противном случае дорогостоящая модернизация не принесет ожидаемого результата, а может даже усугубить работу участка в целом.
Литература
1. Анализ результатов мониторинговой регистрации показателей качества электроэнергии / Ю. М. Невретдинов, Г. П. Фастий, В. В. Ярошевич, А. С. Карпов // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2014. Т. 17, № 1. С. 67-76.
2. Карпов А. С., Ярошевич В. В., Юшков М. Г. Обоснование технического решения для разработки программно-аппаратного комплекса, способного локализовать источники искажения электроэнергии // Вестник Кольского научного центра РАН. 2014. № 4. С. 102-106.
3. Соснина Е. Н., Бедретдинов Р. Ш. Основные направления развития интеллектуальных электрических сетей на основе адаптивного управления // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2012. № 5. С. 25-28.
4. Соснина Е. Н., Бедретдинов Р. Ш. Моделирование системы электроснабжения с питанием группы потребителей от трансформатора с тиристорным регулятором напряжения и мощности // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2013. № 5 (1). С. 224-230.
5. Невретдинов Ю. М., Фастий Г. П., Ярошевич В. В. Исследование возможности локализации источника гармонических искажений напряжения на питающих подстанциях // Моделирование переходных процессов и установившихся режимов высоковольтной сети: сб. науч. тр. Апатиты, 2008. С.140-147.
6. Скопинцев В. А., Чемоданов В. И., Чичинский М. И. Оценка надежности работы электрической сети // Электроэнергетика: сегодня и завтра. 2012. № 6. С. 48-65.
7. Бурцев А. В., Невретдинов Ю. М., Фастий Г. П. Результаты экспериментальных регистраций грозовой активности на Кольском полуострове // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2015. Т. 18, № 4. С. 680-689.
8. Ярошевич В. В., Шиханов И. С., Карпов А. С. Применение среды LabView для решения проблем электромагнитной совместимости // Актуальные проблемы электроэнергетики: сб. науч.-технич. ст. Нижний Новгород: НГТУ, 2016. С. 183-188.
Сведения об авторах
Ярошевич Вера Васильевна,
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра Физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: yaroshevich@ien.kolasc.net.ru
Карпов Алексей Сергеевич,
старший научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра Физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: asc_apatity@mail.ru
Фастий Галина Прохоровна,
научный сотрудник лаборатории высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А, Эл. почта: fastiy@ien.kolasc.net.ru
Шиханов Иван Сергеевич,
инженер-исследователь лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: shikhanovPhD@yandex.ru
