Обеспечение нормативного уровня напряжения в распределительных сетях 0,4-10 кВ с помощью вольтодобавочных трансформаторов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.316.72

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМАТИВНОГО УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 0,4-10 кВ С ПОМОЩЬЮ ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

А.И. ФЕДОТОВ, А.Р. АХМЕТШИН, Р.С. АБДРАХМАНОВ 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. Приведена диаграмма экономической эффективности использования ПАРН и ТВМГ.

Ключевые слова: качество электроэнергии, пропускная способность линий электропередач, вольтодобавочные трансформаторы, энергосбережение, распределительные электрические сети.

Для электросетевых компаний соблюдение нормативного уровня напряжения [1] является актуальной задачей. Для распределительных электрических сетей (РЭС) напряжением 10 кВ характерны большое количество понизительных подстанций (до 20-30 штук на одном фидере) и расстояния до конечных потребителей до нескольких десятков километров [2]. Линии электропередачи (ЛЭП), спроектированные по нормам электропотребления более чем десятилетней давности, уже не обладают требуемой пропускной способностью. В результате напряжение у потребителей снижается за допустимый уровень.

В настоящее время появилось новое отечественное электрооборудование, позволяющее решить проблему обеспечения нормативных показателей качества электроэнергии (ПКЭ) у потребителей РЭС. К такому можно отнести пункты автоматического регулирования напряжения (ПАРН) для напряжений 10 кВ, а также вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ) типа ТВМГ, предназначенные к установке в сетях напряжением 0,4 кВ.

Ниже в статье рассматривается целесообразность их применения и приводится экономическая оценка в сравнении с реконструкцией ЛЭП.

При установке ПАРН в двух фазах напряжение регулируется в пределах ±10%; при установке ПАРН в трех фазах - в пределах ±15% [3].

Для выявления особенностей использования вольтодобавочных устройств воспользуемся результатами анализа режимов одной из действующих электропередач (рис. 1), на которой после подключения нового присоединения изменился уровень напряжения на понизительных подстанциях.

Расчет режимов представленной электропередачи по фактическим нагрузкам производился с помощью программы РТП 3.1 [4]. Рассматривались следующие варианты:

1) существующая схема;

2) перевес провода на всем участке на СИП - 120;

3) компенсация реактивной мощности до нуля на понизительных подстанциях;

4) установка ПАРН из двух ВДТ.

© А. И. Федотов, А. Р. Ахметшин Проблемы энергетики, 2011, № 9-10

Источником питания электропередачи являются шины 10 кВ подстанции №1 (рис. 1).

Лк 10»

ГМ 1Н □

.4 1И

ТЛ! Гк* □

ТМ - I' 1

: л —Тл ^ д >

„11-ОЛвСчГ !.-< I 1-97.«А И

та « тм 1»

Л 101 л 1«

>1 105

ТМ 1« □

,4 107

ТМ I? □

.чпо ТМ -1*0

о—

а _

3?

-V« 111

ТМ 160 □

.4 мл

ГМ в □

□ —

н

а

- Я

П

Т?

.4115 >1 11 -------с

Рис.1. Однолинейная схема участка ЛЭП

В действующей схеме на участке ПС №1 - РП №1 используется провод марки АС-70, на остальных участках А-50 и АС-50.

По результатам расчета построена диаграмма изменения напряжения для рассматриваемых вариантов, (рис. 2).

П,кВ ю,8

10,5

+5%

-5%

ПС I 3 5 7 9 II 117

№ <ММ>|)1.1

Рис. 2. Изменение напряжения на участке ЛЭП: 1 - схема без изменения; 2 - перевес провода на всем участке на СИП - 120; 3 - компенсация реактивной мощности до нуля; 4 - установка

ПАРН из двух ВДТ

Из рис.2 видно, что

- подключение нового потребителя приводит к недопустимому отклонению напряжения для конечных подстанций электропередачи;

- путем полной компенсации реактивной мощности до нуля напряжение в конце участка ЛЭП невозможно вывести на требуемый нормативными документами уровень;

- решить проблему с уровнем напряжения возможно при установке после опоры № 6 ПАРН, состоящего из двух ВДТ, или при перевесе провода на всей электропередаче;

- повышение уровня напряжения с помощью ПАРН позволит уменьшить потери электроэнергии.

© Проблемы энергетики, 2011, № 9-10

Условием для дальнейшего выбора оптимального варианта являются наименьшие денежные затраты.

Суммарные затраты при реконструкции ЛЭП протяженностью 16,64 км с заменой опор и провода составляют:

3 ЛЭП = ((СЛЭП • ¿ЛЭП • Н) + СВЗС + СПРАН + ССДС + СПЗ = ((700 •16,64 •1) + + 232,96 +1281,28 + 232,96 + 582,4 = 13978тыс.руб.,

где Слэп - базисные показатели стоимости одноцепной ВЛ переменного тока

тыс. руб./км; ¿ЛЭП - длина ЛЭП; Ат - территориальный коэффициент; Свзс -стоимость временных зданий и сооружений; Спран - стоимость проектно-изыскательных работ и авторский надзор; Ссдс - стоимость содержания

дирекции строительства; Спз - стоимость прочих работ и затрат.

Базисные показатели стоимости реконструкции ВЛ 10 кВ, добавочные затраты, коэффициенты были выбраны по укрупненным показателям [5].

Затраты на установку ПАРН на номинальный ток 100А (по данным производителя):

где Спарн - стоимость оборудования; Спир - стоимости строительно-монтажных и проектно-изыскательных работ.

Из расчетов следует, что для участка ЛЭП 10 кВ установка ПАРН в два раза дешевле, чем перевес провода. Таким образом, за счет установки ПАРН нормативный уровень напряжения восстановится у всех 13 понизительных подстанций.

При ограниченном числе подстанций, где отклонения напряжения выходят за допустимые пределы, целесообразна установка ВДТ на стороне 0,4 кВ на базе трансформаторов ТВМГ.

Вольтодобавочные трансформаторы ТВМГ обеспечивают: регулирование напряжения в пределах ±20% (заданное фазное напряжение, как правило, 230 В), устранение асимметрии за 1-2 периода, повышение напряжения за 200 мс [6].

Для определения экономической эффективности установки в сети 0,4 кВ вольтодобавочных устройств в качестве примера рассмотрен существующий участок ЛЭП на 0,4 кВ с низким качеством напряжения в конце линии. На участке 1-31 используется провод марки А-35; на отпайках - провод А-25. Длина линии от трансформаторной подстанции (ТП) до опоры № 31 составляет 1,271 км, общая длина 2,7 км. Цифрами по всей протяженности ЛЭП обозначаются номера опор, среднее расстояние между которыми 41 м. Ток в каждой фазе на ТП в часы максимума не превышает 60 А. Схема участка ЛЭП показана на рис. 3. На рис. 4 приведена диаграмма изменения напряжения в течение суток.

ЗПАРН = СПАРН + СПИР = 3000 + 4000 = 7000тыс.руб.,

ВЛ 0,4 кВ Ф-2

I II (ТМ 161))

7

© Проблемы энергетики, 2011, № 9-10

Рис. 3. Принципиальная схема ЛЭП от ТП до опоры 31 и, В

437

+10 %

300

6:00 10:30 18:00 23:30 6:00

'I

Рис.4. Изменение напряжения на ТП и у потребителя за сутки: а - напряжение на ТП; б - напряжение у наиболее отдаленного потребителя, опора 31

Анализ диаграммы (рис. 4) показывает, что на ТП напряжение завышено, а в конце фидера - занижено. При этом отклонение напряжения от номинального значения составляет:

6и = ишш - ишт . 100% = 380 - 305 . 100% = 19, 7%

ин

380

Таким образом, отклонение напряжения в часы максимума у потребителей превышает в два раза предельно допустимое значение [1].

Соотношение напряжений показывает, что как регулирование напряжения в центре питания, так и изменение коэффициента трансформации у трансформатора ТП не позволяют обеспечить одновременно отклонения напряжения в допустимом диапазоне на шинах 0,4 кВ ТП и у потребителя. Поэтому возможны следующие варианты повышения напряжения: замена провода и установка вольтодобавочных трансформаторов типа ТВМГ.

Стоимость замены провода на СИП в сети 0,4 кВ:

З Ь = СЬ • Ь = 780 • 2,7 = 2,1тыс.руб.,

где Сь - стоимость реконструкции линии, тыс.руб./км (средняя стоимость реконструкции ЛЭП на напряжение 0,4 кВ для Республики Татарстан равна 780 тыс.руб. за 1 км).

Стоимость вольтодобавочных трансформаторов типа ТВМГ по данным производителя составляет 650 тыс. руб.

Приведенный расчет показывает, что в нашем случае установка ТВМГ дешевле реконструкции ЛЭП.

По рис. 5 можно определить экономическую целесообразность установки ТВМГ. При вариации параметров сети и нагрузки, как видно из рис. 5, установка одного ТВМГ целесообразна на фидерах превышающих длину 0,8 км, установка двух ТВМГ - 1,7 км, установка трех ТВМГ - 2,5 км.

В ряде случаев при большой отдаленности потребителей и небольшом количестве ТП возникает задача в выборе установки ПАРН на напряжение 10 кВ или установки ТВМГ сразу после ТП на напряжение 0,4 кВ.

© Проблемы энергетики, 2011, № 9-10

ï. тыс. рун. 1950

1600 IJ(H> 1000

(.5(1

рекоис трукция ЛЭП

ЗуТВМГ <3ÏS2 кВА)

2\ТВМГ (3x52 кВЛ)

ТВМГ (3s52 кВЛ)

0,9

1J

1,7

2,1

I.î

/-,кл|

Рис. 5. Стоимость реконструкции ВЛ 0,4 кВ и стоимость установки ТВМГ

На рис.6 изображен график изменения стоимости на оборудование ТВМГ и ПАРН. Цена ПАРН не меняется, поскольку он устанавливается на напряжение 10 кВ и может обеспечивать нормативный уровень напряжения для нескольких десятков ТП. Стоимость мероприятий по обеспечению нормативного уровня напряжения у потребителей с помощью ТВМГ зависит от их номинальной мощности и от количества трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, для которых необходимо дополнительное повышение напряжения на стороне 0,4 кВ.

Стоимость

6000

оборудовлнмя _||(||[

ТЫС. |>уо.

4 ООО 3000 2000 1000 о-

/ ___-*" -

У ——

ПАРН 212хВДТ (100 А)

ПАРН ЗхВДТ (100 А)

ПАРН 2хВДТ (100 А)

9 10

кол-во ТП. шт.

Рис. 6. Стоимость ТВМГ и ПАРН: 1 - установка одного ТВМГ после ТП; 2 - установка

двух ТВМГ после ТП

Из рис.6 видно, что при установке одного ТВМГ после ТП экономическая целесообразность установки ПАРН при условии 10% отклонения напряжения на стороне 10 кВ начинается при числе ТП, равном 5 шт., при установки двух ТВМГ-3 шт.

Вывод: Использование современных устройств продольного регулирования напряжения в сетях 10 кВ и 0,4 кВ позволяет во многих случаях отказаться от дорогостоящей реконструкции ВЛ и обеспечить требуемый уровень напряжения у потребителей районных распределительных электрических сетей, а также уменьшить потери электроэнергии.

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. Shows a diagram of cost-effectiveness of PARV and TVOH.

Key words: power quality, bandwidth lines, booster transformers, electrical distribution network.

© Проблемы энергетики, 2011, № 9-10

Литература

1. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Гостсандарт, 1998.

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. Перинский Т.В., Родионов О.С. Повышение пропускной способности ВЛ 610 кВ // Новости Электротехники. 2007. №4.

4. Сайт компании ООО "Энергоэкспертсервис". URL: http://www.rtp3.ru (дата обращения: 11.02.11).

5. Приложение к протоколу заседании Правления ОАО «РАО «ЕЭС России» от 21.01.2008 № 1805пр.

6. Сайт компании ООО "СКЭ - ЭЛЕКТРО". URL: http://www.ske-electro.ru (дата обращения: 11.02.11).

Поступила в редакцию 28октября 2011 г

Федотов Александр Иванович - д-р техн. 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; 8-904-6645714. E-mail: ahmetshin.ar@rambler.ru.

Абдрахманов Равиль Салихович - д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры «Электрические станции» (ЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел. 8 (843) 519-42-70.

© Проблемы энергетики, 2011, № 9-10