CC BY
104
УДК 621.316.72
МЕРОПРИЯТИЯ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 10 кВ
А.И. ФЕДОТОВ, А.Р. АХМЕТШИН Казанский государственный энергетический университет
В статье рассматриваются способы увеличения пропускной способности линий электропередач для поддержания качества электроэнергии в соответствии с нормативными требованиями. Произведен анализ наиболее выгодного способа увеличения пропускной способности. Приведены диаграмма предельной длины линий электропередачи и диаграмма экономической эффективности использования пунктов автоматического регулирования напряжения.
Ключевые слова: качество электроэнергии, пропускная способность линий электропередач, компенсация реактивной мощности, вольтодобавочные трансформаторы, распределительные электрические сети.
Проблема обеспечения должного качества электроэнергии (КЭЭ) не теряет свою актуальность, поскольку на производстве и в быту используется множество электроприборов, которые крайне чувствительны к отклонениям напряжения от допустимых значений, указанных в нормативных требованиях (НТ) [1]. Увеличение электропотребления в бытовом секторе связано с широким применением различного вида электроприборов, а также с интенсивным вводом новых потребителей, что во многих случаях приводит к недопустимым отклонениям напряжения. Линии электропередачи (ЛЭП), спроектированные по нормам электропотребления 80-90-х годов, уже не обладают необходимой пропускной способностью. Отклонения напряжения за пределы допустимых значений приводят к нарушению работы и уменьшению срока службы электроприборов [2]. За 2009 год в филиал ОАО "Сетевая компания" "Приволжские электрические сети" (ПЭС) по уровню напряжения 0,4 кВ поступило 70 жалоб на несоответствие КЭЭ НТ. В связи с этим возникает необходимость в увеличении пропускной способности ЛЭП, что обеспечит поддержание необходимого уровня напряжения у потребителя. Возможны следующие способы увеличения пропускной способности линий электропередач:
- увеличение сечения провода;
- уменьшение передаваемой реактивной мощности;
- применение пунктов автоматического регулирования напряжения (ПАРН).
Оценку эффективности технических мероприятий по обеспечению нормативного уровня напряжения у потребителей удобно проводить, используя понятие "предельная протяженность ЛЭП". Под ней понимается такая длина электропередачи Ьдр , при которой напряжение и на вводах электроприемников
не ниже минимально допустимой величины, что, согласно ГОСТ [1], составляет 95%. Обычно задают требуемый уровень напряжения на шинах 0,4 кВ понижающих подстанций не ниже номинального. С учетом того, что установленные на них трансформаторы имеют устройства переключения без возбуждения в пределах ± 5%, будем далее считать, что минимально допустимый
© А. И. Федотов, А. Р. Ахметшин Проблемы энергетики, 2011, № 5-6
уровень напряжения на высшей стороне трансформаторов, т. е. на конце линии, составляет 0,95 ином.
На рис. 1 показана расчетная схема "источник питания - потребитель".
Рис. 1. Схема замещения ЛЭП
Выполним численные расчеты для стандартных сечений проводов. Учитывая только продольную составляющую падения напряжения на линии электропередачи [2], получаем
ь -и
ьпр - Р 1 1
Ш1П доп
\и
ПС
и
Ш1П доп
)
г0
+ (Рпот *0 '
где ипс - напряжение на подстанции, кВ; иш1П доп - минимально допустимое значение напряжения (9,5 кВ); Рпот - активная нагрузка потребителя; tgф - угол нагрузки; го - погонное активное сопротивление провода, Ом/км; хо - погонное реактивное сопротивление провода, Ом/км.
По результатам расчета была построена диаграмма изменения предельной длины проводов.
Р, кВт
22 24 26 28 30
Ьпр, км
Рис. 2. Изменение пропускной способности в зависимости от марки провода ^ф=0)
Как видно из рис. 2, переход от меньшего стандартного сечения к большему увеличивает пропускную способность пропорционально сечению провода. Однако чем больше длина электропередачи, тем меньше эффект от увеличения сечения. Так для электропередачи длиной 10 км перевес провода АС-50 на АС-70 увеличивает пропускную способность на 604 кВт; если же длина провода 20 км, то эта замена приведет к увеличению пропускной способности ВЛ только на 329 кВт.
Р, кВт
4000
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
°0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Ьпр, км
Рис. 3. Изменение пропускной способности в зависимости от марки провода (1-1ёф=0; 2^ф=0,2; 3^ф=0,4)
Из рис. 3 видно, что при уменьшении передаваемой реактивной мощности (РМ), увеличивается пропускная способность ЛЭП. В среднем, при компенсации РМ до нуля для ЛЭП длиной 10 км пропускная способность увеличивается на 25,2%. Это показывает техническую целесообразность полной компенсации РМ.
На линиях, не отработавших срок службы, в которых не обеспечивается КЭЭ удаленных потребителей (на длинных линиях), рекомендуется устанавливать вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ) [3]. В настоящее время компанией ЗАО "Инновационная Энергетика" выпускаются ПАРН, в состав которого входят ВДТ. ПАРН предназначены для регулирования напряжения в электрических сетях 6-10 кВ трехфазного переменного тока частотой 50 Гц.
ВДТ выполнен на базе однофазного масляного автотрансформатора наружной установки, имеющего общую и последовательную обмотку. Последовательная обмотка имеет 32 ступени для регулирования напряжения в пределах ± 10%. Регулирование осуществляет переключатель ответвлений. В составе ПАРН может быть два или три ВДТ.
При включении ПАРН по схеме неполного треугольника (используются два ВДТ) диапазон регулирования напряжения составляет ± 10 %. При включении ПАРН по схеме полного треугольника (используются три ВДТ) диапазон регулирования напряжения составляет ± 15 % [4].
Ориентировочная стоимость ПАРН по данным ЗАО "Инновационная Энергетика" показана на рис. 4.
Стоимость реконструкции ВЛ 10 кВ будет составлять для Республики Татарстан 700 тыс. руб. за км без НДС [5].
Из рис. 4 видно, что при условии регулирования напряжения в пределах ±10% и номинального тока в месте установки ПАРН, не превышающего 100А, экономическая эффективность использования ПАРН начинается с 4 км. Также необходимо отметить, что в крайне тяжелом случае, при падении напряжения у потребителя на 30%, ПАРН экономически целесообразно устанавливать на ЛЭП длиной более 17 км.
Рис. 4. Стоимость реконструкции ВЛ 10 кВ и стоимость установок ПАРН
В качестве примера приведен участок районной электрической сети (рис. 5). Протяженность линии от РП №1 до РП №2 составляет 28,5 км. Используются провода марки АС-50 и марки А-50. Напряжение в центре питания (РП №1) 10,5 кВ, tgф=0,4. Цифрами по всей протяженности ЛЭП обозначены номера опор, среднее расстояние между которыми 60 м. На рис. 5 приведены номинальные мощности понизительных подстанций 10/0,4 кВ.
бЗкГСА ЙНЮ
ЛИкЬЛ
ш о-
АЗ! I о,2км
А-50 А-50
А-35 2,41:11
Л-35 1,5км
А)! 1.?»; и
\Л-1
Зк»
160КВЛ
мне
П
ЛС-50 0.15км АС-35 ОАм
25кИЛ
А-50
20
АС-50 2,0 км
1011 кВА .4107 —О
Л-50 ] ¿км
АГ.50 1,1км
АС-50
Л С-511 О.Хкч
111111 »110
15 40кВА .4112
250КВЛ 250КВЛ »116 .4117
Л-50 0,51км й 10ь||Л .4111
Л-50 0,1 км
Р-Зкм.д бЗкКЛ А-50
ЛИ13 0,3км
А-50 А-50 Л-50
1,8км 1.9км 0,4км
258 286 292
Л-50 А-35
0,01км 0,05км
1
А-50 0,7т
Л-50 ЛС-50 0.8км 1.3км
бЗОкВЛ
ЛИ 18
-а
АС-50 АС-50
3.5км 1иЗкм
376 396
А-50 А-35
0,1км 0,1км
А 1
ЛГ.50 л-50 0.7км и КМ
Л-50 П,1ки
А-35 0.2км
А-35 0,2 КМ
Л-35 0.1км
Л-50 0.01км
.4101 шоква
ООО
.4101 .4106 .410« 25кЬЛ МОкВА 21250кИА
.4111
шел
.4115 ОЗкИЛ
,4119 МОкВЛ
.4120 40кВЛ
,4121 I бОкЦА
Рис. 5. Однолинейная схема участка РЭС © Проблемы энергетики, 2011, № 5-6
Для определения максимальной нагрузки подстанции по измеренным значениям тока в январе месяце (таблица) была рассчитана мощность на шинах низшего напряжения подстанции по формуле
5ННТ = ^* иННТ * IЛ, где иннт - напряжение на низшей стороне трансформатора, В (380 В).
Таблица
Основные данные
№ ТП Тип транс. уст. на ТП значение тока, А/кВ Мощность на шинах ВН транс., кВА
101 ТМ-100 15/0,4 13,06
102 ТМ-100 8/0,4 7,35
103 ТМ-63 20/0,4 15,78
104 ТМ-25 8/0,4 6,79
106 ТМ-100 27/0,4 21,49
107 ТМ-100 7/0,4 7,48
105 ТМ-160 23/0,4 19,88
108 2* ТМ-250 200/0,4 151,83
113 ТМ-63 5/0,4 4,16
112 ТМ-40 6/0,4 5,39
109 ТМ-25 8/0,4 6,41
110 ТМ-63 5/0,4 4,16
111 ТМ-40 5/0,4 4,16
114 ТМ-100 0 -
115 ТМ-63 9/0,4 8,04
118 ТМ-630 - -
116 ТМ-250 - -
117 ТМ-250 15/0,4 16,21
119 ТМ-63 5/0,4 4,16
120 ТМ-40 5/0,4 4,16
121 ТМ-160 100/0,4 74,57
РП №2 60/10 1039,23*
* дополнительная передаваемая мощность
Для определения мощности на шинах высшего напряжения были рассчитаны потери мощности в трансформаторах:
АРКЗ * &?пт АРТ = АРХХ + - КЗ пот ;
V 2
5 НОМ
1ХХ * 5НОМ , «КЗ * ^пот
АQТ = ^-+ .
100 100* 5НОМ
Мощность на шинах высшего напряжения
5ВНТ = 5ННТ + А^Т. Полная мощность на РП №2
5РП№2 = V3 *ином *1, где ином - номинальное напряжение на РП, кВ (10кВ).
© Проблемы энергетики, 2011, № 5-6
Для определения полной мощности в начале участка были рассчитаны потери активной и реактивной мощности в линии:
АР =
Р2 + Q2 * U 2
rL•
Р2 + Q2
AQ = Q * хl .
и
При передаче до РП№2 дополнительной мощности, равной 1039,23 кВт, в часы максимума возникают отклонения напряжения до 30 %. При этом нет перегрузки проводов по току [4].
На рис. 6 представлена диаграмма изменения напряжения при передаче дополнительной мощности.
Уровень
напряжения,
кВ
+5%
-5%
200 250 № опоры
400 426 PI1 Л°2
Рис. 6. Изменение напряжения при передаче дополнительной мощности: 1 - линия без изменений; 2 -замена провода АС - 50 и А-50 на АС - 120; 3 - замена провода АС - 50 на АС - 120 и компенсации реактивной мощности до нуля; 4 - использования ПАРН (ПАРН устанавливается в двух местах по
два ВДТ)
Из рис. 6 можно сделать ряд выводов:
- замена провода АС-50 и А-50 на АС-120 дает уменьшение падения напряжения до 15%, однако не выводит напряжение на уровень, допустимый НТ. Стоимость замены обойдется, ориентировочно, 21 000 тыс. руб., частичная замена провода будет дороже установки двух ВДТ (150А) на опоре № 100, что видно из рис 4;
- компенсация реактивной мощности до нуля при замене провода снижает падение напряжения на 5%, что также не способствует повышению напряжения до значений, прописанных в НТ;
- установка двух комплектов ПАРН, состоящих из 2 ВДТ (150А), на опоры № 100 и № 220 дает возможность вывести напряжение на заданный нормативным документам уровень. Завышенное напряжение в местах установки ВДТ можно компенсировать устройством ПБВ. Пороговое напряжение, при котором в схему добавлялись ВДТ, было равным не менее 9,75 кВ для обеспечения запаса регулирования с помощью устройства ПБВ. Ввод в эксплуатацию ПАРН
составляет порядка двух дней, что позволяет обеспечить потребителя качественной электроэнергией в кратчайшие сроки.
Summary
The article discusses ways to increase the capacity of transmission lines to maintain power quality in accordance with statutory requirements. The analysis of the most profitable way to increase capacity. Chart shows the critical length of transmission lines, for which the chapels voltage deviation does not meet regulatory requirements. Chart shows the economic efficiency of PARV. For example, we consider part of the regional electrical network with problem areas.
Key words: power quality, bandwidth lines, reactive power compensation, booster transformers, electrical distribution network.
Литература
1. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. 32 с. (Дата введения: 01.01.1999).
2. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие/ А.А. Герасименко, В.Т. Федин. Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. 720 с. (Серия «Высшее образование»).
3. ПОЛОЖЕНИЕ о технической политике в распределительном электросетевом комплексе, Москва 2006. URL: http://www.mrsk-1.ru/docs/tex1.pdf (дата обращения: 15.11.10).
4. Перинский Т.В., Родионов О.С. Повышение пропускной способности ВЛ 6-10 кВ // Новости Электротехники. 2007. №4.
5. Приложение к протоколу заседания Правления ОАО «РАО «ЕЭС России» от 21.01.2008 № 1805пр. URL: http://www.rushydro.ru/file/main/global/company/safety /library/3.28_Standart_ukr._norm._stoim.pdf (дата обращения: 15.11.10).
Поступила в редакцию 18 января 2011 г.
Федотов Александр Иванович - доктор технических наук, профессор кафедры «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел. 8 (843) 298-41-30; 8 (843) 519-42-72. E-mail: fed.ai@mail.ru.
Ахметшин Азат Ринатович - магистр техники и технологии, аспирант кафедры «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел. 8 (843) 519-42-72; 89046645714. E-mail: ahmetshin.ar@rambler.ru.
