CC BY
119
Кузнецов Николай Матвеевич,
заведующий лабораторией энергетической эффективности и энергосбережения КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, Академгородок, д. 14 Эл. почта: kuzn55@mail.ru
Трибуналов Сергей Николаевич,
инженер лаборатории энергетической эффективности и энергосбережения КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, Академгородок, д. 14 Эл. почта: leee51@mail.ru
УДК 621.311
Ю.А.Арефьева, А.Е.Веселов, А.С.Карпов, Е.А.Токарева, Г.П.Фастий, В.В.Ярошевич
ОБЗОР ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ 10/0.4 кВ КОЛЬСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
Аннотация
Дана характеристика сети напряжением 10/0.4 кВ Кольского научного центра Российской Академии наук (КНЦ РАН), имеющей сильно разветвленную, структуру. Приведены данные о фактическом электропотреблении за 10 лет (2005-2014 годы) всеми электроприемниками КНЦ, о долевой структуре потребления электроэнергии различными трансформаторными подстанциями. Выполнено обследование распределительных сетей 10 и 0.4 кВ и силовых трансформаторов 10/0.4 кВ, показавшее, что большинство трансформаторов и кабельных линий находятся в эксплуатации более 30 лет.
Ключевые слова:
разветвленная электрическая сеть, электропотребление, кабельные линии, силовые трансформаторы, электроприемники.
U. A.Arefeva, А.E.Veselov, A.S.Karpov, E.A.Tokareva, G.P.Fastiy,
V. V.Yaroshevich
REVIEW ON ELECTRICITY CONSUMPTION OF 10/0.4 KV BRACHED MAINS VOLTAGE OF THE KOLA SCIENCE CENTRE OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES
Abstract
The article presents characteristics of 10/0.4 kV network voltage of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences (KSC) which has a strong branched structure. The data on the actual power consumption for 10 years (2005 - 2014) by all power consumers of the KSC and on the structure of energy share consumption by different transformer substations are given. The survey of 10 and 0.4 kV distribution networks and 10/0.4 kV power transformers showed that the majority of transformers and cable lines are in operation for more than 30 years.
Keywords:
extensive power grid, power consumption, cable lines, power transformers, power-consuming equipment.
Обследование распределительных электрических сетей различных объектов техносферы энергорайонов Мурманской области (Апатитского, Кандалакшского, Ковдорского, Мончегорского и других) [1-5] показало, что системы электроснабжения городских и промышленных потребителей состоят из сильно разветвленной схемы с большим количеством трансформаторных подстанций (ТП) напряжением 6-10/0.4 кВ. Связь между отдельными подстанциями, а также с потребителями на стороне 6, 10 и 0.4 кВ осуществляется кабельными и воздушными линиями, как правило, со значительным сроком эксплуатации, достигающим 30-40 и более лет.
24
В таких сложно разветвленных схемах достаточно трудно обеспечить нормальное функционирование электрических сетей в установившихся режимах [6]. Неизбежны также аварийные ситуации, обусловленные износом электрооборудования, старением изоляции кабелей, ошибками технического персонала при многократных оперативных переключениях и другими разнообразными причинами.
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 напряжением 6-10/0.4 кВ с типовой разветвленной сетевой структурой недостаточно подробно изучена.
Анализ результатов мониторинга режимов эксплуатации существующих разветвленных сетей выявил проблемы подобных сетей и позволил определить направление дальнейших исследований в части модернизации схем электроснабжения 6-10/0.4 кВ с учетом специфики Крайнего Севера с целью повышения их электромагнитной совместимости. Для более детального исследования была выбрана система электроснабжения КНЦ РАН.
Источником электроэнергии для потребителей КНЦ РАН являются подстанции ПС-24 и ПС-360 Центральных электрических сетей (ЦЭС) филиала «Колэнерго» ОАО «Межрегиональная распределительная компания Северо-Запада (ОАО «МРСК Северо-Запада»). С шин напряжением 10 кВ посредством двух кабельных фидеров (Ф-4 и Ф-20) запитаны распределительные подстанции РП-3 и РП-1, расположенные на значительном территориальном удалении друг от друга. Основным питающим узлом для объектов КНЦ РАН является подстанция РП-3. Питание от подстанции РП-1 рассматривается как резервный источник электроэнергии.
На рисунке 1 приведена схема распределительной сети
10 кВ КНЦ РАН, которая связывает шины РП-3 и РП-1 с отдельными распределительными устройствами (РУ) и трансформаторными
подстанциями (ТП). Гарантирующим поставщиком электрической энергии для КНЦ РАН является ОАО «МРСК Северо-Запада». Граница раздела балансовой принадлежности и эксплуатационной ответственности КНЦ РАН и сетевой организации находится на кабельных наконечниках напряжением 10 кВ РП-3 и РП-1. Здесь же расположены приборы автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), показания которых используются для оплаты потребленной электроэнергии.
Подстанции РП-3 и РП-1 имеют одиночную секционированную систему сборных шин с устройством автоматического ввода резерва (АВР) на секционном выключателе [7]. Распределение электроэнергии с шин 10 кВ РП-3 и РП-1 к отдельным РУ и ТП осуществляется с помощью кабельных линий различной длины, проложенных в земле.
От РП-3 питаются 11 подстанций и 4 распределительных устройства: РУ-1, РУ-2, РУ-3, РУ-4, ТП-66, КТП-69, ТП-68, ТП-92, ТП-62, ТП-67, КТП-67а, ТП-61, ТП-70, ТП-63, ТП-64. В табл.1 приведены сведения обо всех ТП КНЦ РАН.
Все подстанции соединены с РУ и РП-3 кабельными линиями. В табл. 2. приведены данные по кабельным линиям напряжением 10 кВ.
25
ю
Рис. 1. Схема распределительной сети КНЦ РАН напряжением 10 кВ/0.4 кВ
Таблица 1
Сведения о трансформаторных подстанциях КНЦ РАН
Питающая ПС Число трансформаторов Год выпуска Тип трансформатора Мощность трансформатора, кВА Схема соединения обмоток
ТП-92 Т-1 1978 ТМ 630 Y-Y-0
Т-2 1972 ТМ 630 Y-Y-0
КТП-69 Т-1 1976 ТМФ 250 Y-Y-0
КТП-67а Т-1 1987 ATON 400 Зигзаг
ТП-67 Т-1 1972 ТМ 630 Y-Y-0
ТП-66 Т-1 1970 ТМ 630 Y-Y-0
Т-2 1970 ТМ 630 Y-Y-0
ТП-64 Т-1 1968 ТСМА 560 Y-Y-0
ТП-61 Т-1 1960 ТМ 320 Y-Y-0
Т-2 1978 ТМ 400 Y-Y-0
ТП-62 Т-1 1969 ТМ 400 Y-Y-0
ТП-63 Т-1 1963 ТСМ 560 Y-Y-0
Т-2 2008 ТМГ 400 Y-Y-0
ТП-68 Т-1 2008 ТМГ 400 Y-Y-0
ТП-70 Т-1 2007 ТМ 400 Y-Y-0
Т-2 1966 ТСМА 320 Y-Y-0
*
Напряжение, ВН/НН, 10/0.4 кВ.
Технические данные кабельных линий
Таблица 2
Питающая ПС Наименование кабельной линии Тип кабеля Сечение кабеля, 2 мм Длина кабеля, м
РП-3 КЛ-РУ-2 АСБ 3x150 400
КЛ-РУ-4 ААШБ 3x120 510
КЛ-РУ-1 АСБ 3x120 270
КЛ-67 ААБ 3x95 150
РУ-2 КЛ-66 АСБ 3x95 110
КЛ-69 ААШВ 3x50 325
ААБ 3x50 325
КЛ-66а АСБ 3x95 110
КЛ-69а ААБ 3x50 325
КЛ-68 АСБ 3x95 330
РУ-4 КЛ-РУ-4-3 ААШВ 3x120 380
КЛ-92 АСБ 3x70 73
КЛ-92а АСБ 3x70 73
РУ-3 КЛ-68а ААБ 3x95 376
КЛ-61 АСБ 3x50 120
КЛ-61а АСБ 3x95 121
КЛ-РУ-3 АСБ 3x120 500
КЛ-РУ-3а АСБ 3x120 500
КЛ-РУ-3-1 АСБ 3x95 500
РУ-3 КЛ-62а ААБ 3x120 496
КЛ-70 ААБ 3x95 11
КЛ-70а ААБ 3x95 11
РУ-1 КЛ-62б АСБ 3x95 130
КЛ-63 АСБ 3x50 126
КЛ-63а ААБ 3x95 126
КЛ-64 АСБ 3x50 130
ТП-62 КЛ-62 АСБ 3x95 130
ТП-67 КЛ-67б ААБ 3x70 150
КЛ-67а ААБ 3x95 90
27
Все электроприемники КНЦ РАН подключены к шинам
0.4 кВ ТП с помощью кабельных линий. В зависимости от мощности и характера нагрузки на стороне 0.4 кВ в схеме электроснабжения применены двухтрансформаторные ТП (ТП-92, ТП-66, ТП-61, ТП-63, ТП-70)
и однотрансформаторные ТП (КТП-69, КТП-67а, ТП-67, ТП-64, ТП-62, ТП-68).
Двухтрансформаторные ТП имеют одиночную секционированную
систему шин с автоматическим секционным выключателем. В однотрансформаторных ТП применена одиночная несекционированная
система шин. Основными коммутационными и защитными низковольтными аппаратами являются рубильники, предохранители и автоматические выключатели. Все электроприемники имеют II или III категории по надежности электроснабжения.
Общая установленная мощность трансформаторов составляет
7560 кВА. Разрешенная Горэлектросетью активная мощность составляет
2080 кВт. КНЦ РАН является собственником трансформаторного оборудования. У ТП, обслуживающих подразделения КНЦ РАН, имеются субабоненты. Для примера на рис. 2 представлена принципиальная схема двухтрансформаторной подстанции ТП-70 с подключенными субабонентами.
Как следует из рис. 1 и 2, распределительные сети напряжением 10 кВ, в особенности сети 0.4 кВ, имеют сильно разветвленную, преимущественно радиальную структуру с разнородными электроприемниками [8]. В таких сетях имеется большое количество узлов с возможностью перераспределения потоков энергии [9], что делает практически невозможным их регистрацию в режиме мониторинга (непрерывная регистрация в течение недели на каждом присоединении).
В таблице 3 приведены данные о годовом потреблении электроэнергии электроприемниками КНЦ РАН за последние 10 лет с 2005 по 2014 годы. Они получены посредством снятия показаний электросчетчиков, установленных на отдельных объектах схемы электроснабжения. Систематизируем эти данные
о годовом потреблении W6aia всеми электроприемниками КНЦ РАН на стороне
0.4 кВ в виде диаграммы, представленной на рис. 3.
Таблица 3
Годовое потребление W6aia всеми электроприемниками КНЦ РАН на стороне 0.4 кВ за последние 10 лет, кВтч
Год 2005 2006 2007 2008 2009
Wf 5 867 655 6 151 128 6 265 756 6 410 955 6 446 185
Год 2010 2011 2012 2013 2014
Wf 6 395 697 5 884 519 5 853 842 5 604 989 5 458 876
Как следует из рис. 3, годовое электропотребление
в КНЦ РАН находится примерно на одинаковом, достаточно стабильном уровне. Следует отметить также тенденцию к некоторому уменьшению
электропотребления начиная с 2010 года.
28
Секция 1
Секция 2
\ \
II 10 |[] 10
\ \
> (ЮО м- 5
\ \
0 10 10 10 Hi II
ТСМА О 400/10/0,4 <
н \
v
Д- 20а,
v
Ж/д Ферсм.22 21 резерв
1 2 3 4 S 6 7 8
Освещ. «Больш. кольцо» Осв.хок. коробки Здание дворни- ков Ферсмана Д. 12 ТП-61 РУ-0,4 кВ. Освещ. «Малое кольцо» Ферсмана Д. 16 Т-1 Д- 37а (Линия №1) Д- 38 Сейсмостанция Д- 37а (Линия №2) Ферс- мана Д. 8
N \ N
о
'1 1 °Г 1 °Г'
J $;[ J §
С с J |LJ
2 2 2
в О
II и II
со т- X Ю СМ
+ о> X
ю со ш о 1Л
со Ю О < 5 со ш о
\ \ \ \
О 10 10 10
с :
12 13 14 15 16 17 18 19
д. 1а, За. 17а, 43а Д 5а д. 40а Д. 18а, 19а Т-2 Д- 2а, 4а, 7а, 11а, 13а Д- 12а(10а, 16а), Д- 9а (6а,8а, 14а,15а) Д. 39а Мех. Мастерская Ферсм., Д. Ю{2-я линия)
Рис.2. Принципиальная схема двухтрансформаторной подстанции ТП-70
ю
40
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
2005 г 2006 г 2007 г 2008 г 2009г 2010 г 2011 г 2012 г 2013 г 2014 г
Рис.3. Годовое потребление электроэнергии (W2°d )электроприемниками КНЦ РАН на стороне 0.4 кВ за последние 10 лет
Зная ежемесячное электропотребление, можно определить среднесуточную активную мощность в течение каждого месяца ^айй . На рис. 4
представлена зависимость, отражающая изменение этой мощности в течение 2014 года. Здесь же указана среднесуточная мощность 0ЙМ в течение года.
График отражает изменение потребления мощности с большими значениями в зимний период и спадами в весенне-летний период. Аналогичные графики можно построить и для других лет. Они носят похожий характер.
Приведем данные о долевой структуре потребления электроэнергии различными ТП КНЦ РАН. На рис. 5 приведена диаграмма за 2009 и 2014 годы, полученная по результатам
анализа потребленной электроэнергии на стороне 0.4 кВ для каждой ТП по отношению к суммарной электроэнергии на низкой стороне всех ТП. Из диаграммы видно, что наиболее загруженными являются ТП-68, ТП-70 и ТП-92. Эта диаграмма характеризует долю электроэнергии каждой ТП. Аналогичные диаграммы можно построить и для других лет. Долевая структура участия отдельных ТП в потреблении электроэнергии сохраняется практически на одинаковом уровне.
На рисунке 6 приведен сравнительный график потребления электроэнергии на стороне 0.4 кВ всех ТП за 2009 и 2014 годы. Видно, что зависимости 2009 и 2014 годов идентичны с тенденцией уменьшения электропотребления в 2014 году. Следует отметить, что изменение нагрузки в 2014 году имеет более плавный характер ввиду принятия мер по энергосбережению и экономии электроэнергии различными электроприемниками.
30
Рис. 4. Изменение среднесуточной активной мощности по месяцам за 2014 год
Рис.5. Долевая структура участия отдельных ТП в потреблении электроэнергии за 2009 и 2014 годы
31
Рис.6. Сравнительный график потребления электроэнергии на стороне 0.4 кВ всех ТП за 2009 и 2014 годы
Выводы
1. Анализ системы электроснабжения КНЦ РАН показал, что электрическая сеть 10/0.4 кВ состоит из 11 подстанций и 4 распределительных устройств, соединенных при помощи кабельных линий напряжением 10 кВ, имеет резервное питание и сложную разветвленную структуру на стороне 10 и 0.4 кВ с разнородными потребителями.
2. Приведены данные об электропотреблении приемниками КНЦ РАН за 10 лет (2005-2014 годы). Проведен сравнительный анализ данных, который свидетельствует о примерно одинаковом, достаточно стабильном уровне потребления электроэнергии с тенденцией его уменьшения начиная с 2010 года ввиду внедрения мероприятий по энергосбережению. Рассмотрена долевая структура участия отдельных трансформаторных подстанций в потреблении электроэнергии.
Литература
1. Невретдинов Ю.М., Фастий Г.П., Ярошевич В.В. Проблемы локализации источника искажений качества электроэнергии // Сборник докладов десятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности ЭМС-2008. - СПб.: ВИТУ, 2008. - 138-142 с.
2. Ярошевич В.В., Невретдинов Ю.М., Карпов А.С. Проблемы локализации источников искажений электроэнергии и определение вклада подключенных потребителей в искажение или нормализацию качества электроэнергии // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. Вып. 1. - 2010. - №1. - 180 с.
3. Невретдинов Ю.М., Фастий Г.П., Ярошевич В.В. Анализ регистрации показателей качества электроэнергии на шинах питающих подстанций // Вестник МГТУ. - 2009. - Т. 12, №1. - С. 58-64.
32
4. 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. ЦФТПЭС КНЦ РАН. - Апатиты, 2008. - С. 206.
5. Ярошевич В.В., Карпов А.С., Карпова О.М. Оценка эффективности мониторинговых исследований качества электроэнергии
по ГОСТ 13109-97 в высоковольтной сети 6-150 кВ // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. Вып. 7. - 2013. - № 4. - С. 117-121.
6. Левин М.С., Лещинская Т.Б. Влияние разветвленности сети на соотношение потерь напряжения и потерь мощности в ней // Электрические станции. - 1997. - № 4. - С. 77.
7. Правила устройства электроустановок. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2006. - 854 с.
8. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 592 с.
9. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. - М.: Мастерство, 2002. - 320 с.
Сведения об авторах
Арефьева Юлия Анатольевна,
электромонтер отдела энергетического обеспечения КНЦ РАН
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 52А
Веселов Анатолий Евгеньевич,
ведущий научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии
Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А
Карпов Алексей Сергеевич,
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
Токарева Евгения Александровна,
младший научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии
Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А
Фастий Галина Прохоровна,
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: fastiy@ien.kolasc.net.ru
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
33
