Научная статья на тему 'Повышение энергоэффективности при распределении электроэнергии рациональной загрузкой трансформаторов'

Повышение энергоэффективности при распределении электроэнергии рациональной загрузкой трансформаторов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
749
120
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ / ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ / ПОТЕРИ / ГОРОДСКИЕ СЕТИ / ЗАГРУЗКА ТРАНСФОРМАТОРОВ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Слатинова М. Н.

Рассмотрена возможность сокращения потерь при транспорте электроэнергии по городским сетям с помощью анализа загрузки трансформаторов и изменения на его основе топологии сети.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Слатинова М. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Повышение энергоэффективности при распределении электроэнергии рациональной загрузкой трансформаторов»

УДК 621.311

М. Н. Слатинова, асп., (4872) 35-54-50, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРИ РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ РАЦИОНАЛЬНОЙ

ЗАГРУЗКОЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Рассмотрена возможность сокращения потерь при транспорте электроэнергии по городским сетям с помощью анализа загрузки трансформаторов и изменения на его основе топологии сети.

Ключевые слова: энергоэффективность, энергосбережения, потери, городские сети, загрузка трансформаторов.

В условиях экономического кризиса энергосбережение должно стать приоритетной государственной задачей, т.к. позволяет относительно простыми мерами государственного регулирования значительно снизить нагрузку на бюджеты всех уровней, сдержать рост энергетических тарифов, повысить конкурентоспособность экономики и увеличить предложение на рынке труда.

В России имеется огромный резерв энергоэффективности, реализуемый за счет быстроокупаемых мероприятий по «наведению элементарного порядка» [1].

Был издан ряд нормативных документов и законодательных актов, нацеленных на повышение энергоэффективности. В выступлениях и указах Президента РФ можно выделить приоритетные отрасли в рамках программ энергоэффективности. В Указе Президента Российской Федерации № 889 от 4.06.08 [2, 3]обозначены основные отрасли экономики, требующие воздействия: «В целях <...> обеспечения рационального и экологически ответственного использования энергии и энергетических ресурсов постановляю <...> Правительству Российской Федерации <...> принять меры по техническому регулированию, направленные на повышение энергетической и экологической эффективности таких отраслей экономики, как электроэнергетика, строительство, жилищно-коммунальное хозяйство, транспорт».

Во вступительном слове на расширенном заседании президиума Государственного совета по вопросу повышения энергоэффективности российской экономики в Архангельске 2 июля 2009 года В. Медведев обозначил следующее:

«Энергоэффективность - настолько злободневная и в то же время тяжёлая для нас тема, что практически все направления работы по этой теме следует признать весьма и весьма необходимыми. И что бы мы ни взяли, повсюду у нас очень серьёзное отставание.

271

<...> И наши здания, сооружения и коммунальная инфраструктура в целом - это такая «чёрная дыра», где бесследно исчезают огромные энергетические ресурсы.

<.> Электрические сети, которые используют у нас, тоже весьма и весьма устаревшие».

В рамках поставленных задач в Приложении к Постановлению Правительства РФ издается перечень целевых показателей в области энергосбережения и повышения экономической эффективности, где в системе коммунальной инфраструктуры обозначена динамика изменения фактического объема потерь электрической энергии при ее передаче по распределительным сетям.

Потери электроэнергии - один из важнейших экономических показателей электросетевого предприятия. Его величина отражает техническое состояние и уровень эксплуатации всех передаточных устройств, состояние систем учета и метрологическое обеспечение парка измерительных приборов, эффективность энергосбытовой деятельности. Снижение потерь электроэнергии - одна из задач энергосбережения.

В международной практике принято считать, что относительные общие потери электроэнергии при ее передаче и распределении удовлетворительны, если они не превышают 4.5 %. Потери электроэнергии на уровне 10 % оценивают как максимально допустимые с точки зрения физики передачи по сетям. Если этот уровень выше 10 %, то, как правило, в потерях значительна коммерческая составляющая [4].

Для сравнения, потери электроэнергии в Тульских городских сетях в декабре 2009 - феврале 2010 гг. не снижались ниже 25 %. О способах снижения коммерческих потерь сказано не мало: от увеличения штата профессиональных сотрудников до установки АСКУЭ. Их эффективность была доказана на примере ОАО «Татэнерго», которое за период около 10 лет не просто снизили уровень потерь при передаче, но и установило их на отметке 9,51 % от отпуска электроэнергии в сеть при нормативе в 9,96 %.

Технологические потери возникают в элементах сети - линиях, трансформаторах, коммутационной аппаратуре. Чтобы их сократить, необходим предварительный анализ, но достоверной информации о параметрах работы элементов сетевого хозяйства просто нет. А ведь потери энергии в силовых трансформаторах составляют от 30 до 50 % общих потерь на напряжении 0,4.6 (10) кВ [5].

Под потерями в трансформаторе понимается мощность Рс, затрачиваемая на перемагничивание и вихревые токи в сердечнике, и мощность Рм, затрачиваемая на нагрев обмоток.

В конечном счете, мощность потерь выделяется в виде тепла, которое должно быть рассеяно в окружаюей среде.

Потери на вихревые токи зависят от удельного сопротивления материала сердечника и от частоты магнитного поля.

Потери па перемагничивание (гистерезис) зависят от максимальной индукции в сердечнике: чем больше индукция, тем больше площадь петли гистерезиса и тем больше потери. Обычно при расчетах потери на пере-магничивание и вихревые токи не разделяют и свойства материала оценивают удельными потерями РС.Уд , т.е. потерями, отнесенными к 1 кг материала:

где а - эмпирический коэффициент, а=2.3, Вт - магнитная индукция.

Потери на нагрев обмоток после некоторого приведения формул пропорциональны соотношению

Из того, что с ростом индукции Вт потери в сердечнике (1) возрастают, а потери в меди (2) уменьшаются, следует, что существует такое значение индукции, при котором суммарные потери в трансформаторе минимальны (рис. 1).

Это значение зависит от свойств материала сердечника, частоты подводимого напряжения и ряда других причин (мощности трансформатора, размещения на нем обмоток и т. д.).

В практических целях эффективность трансформатора можно просчитать, разделив общие потери на количество переданной энергии. При этом следует учитывать и составляющую реактивной мощности, поскольку ей соответствуют свои потери. Это еще больше снижает энергоэффективность трансформатора.

РСУд = аВт,

(1)

(2)

Р

Рис. 1. Зависимость потерь в сердечнике и в меди от величины индукции

На рис. 2 представлены относительные потери трансформатора в зависимости от нагрузки, которые равны 100 % минус эффективность. Этот график наглядно иллюстрирует, что минимальные величины потерь приходятся на нагрузки, равные примерно 50 % номинальной

мощности [6].

к

а

н

о

с

к

л

н

к

о

о

к

н

о

Нагрузка

Рис. 2. Относительные потери трансформатора номинальной мощностью 400 кВ^А в зависимости от величины нагрузки

Опираясь на эти данные, был произведен анализ загрузки трансформаторов в городских сетях г. Тулы. Для анализа использовались данные замеров для одного из районов города на 11 распределительных и 149 трансформаторных подстанциях(табл. 1), а также двух КТП. В них насчитывается 279 трансформаторов различных номиналов.

Таблица 1

Номинальные мощности трансформаторов и их количество

Р кВт ном?14-*-*1 100 160 180 200 250 315 320 400 630 1000

Кол-во, шт. 4 11 14 3 49 11 24 102 53 2

По данным замеров нагрузок, загружены 29 трансформаторов более 75 % (табл. 2).

Таблица 2

Номинальные мощности трансформаторов, загруженных более чем на 75 %, и их количество

Р ном,кВт 100 160 180 200 250 315 320 400 630 1000

Кол-во, шт. 2 3 0 0 8 0 5 9 0 0

В то же время 59 трансформаторов передают нагрузку менее 25 % (табл. 3).

Таблица 3

Номинальные мощности трансформаторов, загруженных менее чем на 25 %, и их количество

Р ном,кВт 100 1б0 1S0 200 250 315 320 400 б30 1000

Кол-во, шт 0 2 5 1 S 3 3 1б 20 1

Согласно графикам зависимости потерь от нагрузки (см. рис. 2) можно утверждать, что потери незагруженных трансформаторов отличаются от минимальных на 1 %, а потери загруженных более 75 % - около 0,5 %. Расчеты показали, что 88 трансформаторов из-за неэффективной загрузки в год потребляют дополнительных 272 тыс. кВт-ч электроэнергии на покрытие потерь по сравнению с остальными, эффективно загруженными трансформаторами. По всему городу эта цифра составляет 1632 тыс. кВт-ч за год. Потери электроэнергии составили 40 млн кВтч при 150 млн кВт-ч, отпущенных в сеть, в частности 40 млн кВт-ч 136 тыс. кВт-ч - от неэффективно используемых трансформаторов.

Конечно, приобретение новых, более эффективных трансформаторов с меньшими показателями потерь для ряда сетевых организаций в условиях кризиса - задача практически невыполнимая. Основываясь на предложенных выше данных, наименее затратным способом ликвидации рассматриваемых потерь было бы изменение топологии сети. Заменив более загруженные трансформаторы на более мощные из числа менее загруженных, и наоборот, достигается оптимальный процент загрузки. При этом следует исходить из того, что «дешевле» загружать трансформатор свыше эффективных значений, чем ниже. Замена производится перемещением существующих трансформаторов, и проведение данных мероприятий не требует дополнительных экономических вложений, кроме использования собственного ремонтного персонала предприятия. Экономический эффект от подобной процедуры может достигнуть 1632 тыс. кВт-ч в год.

Список литературы

1. Комплекс мер по повышению энергоэффективности в Российской Федерации. Разработано по заданию губернатора Архангельской области Михальчука И.Ф., генеральным директором «ВНИПИэнергопром» Семеновым В.Г., Ковальчуком В.В. 2009. URL: http: energosovet.ru/

npb1174.html (последнее обращение 18.03.2010).

2. Вступительное слово на расширенном заседании президиума Государственного совета по вопросу повышения энергоэффективности российской экономики. Архангельск, 2 июля 2009 г. URL: http: archive. krem-lin.ru/appears/2009/07/02/2057_type63374type63378type82634_218902.shtml (последнее обращение 18.03.10).

3. Указ Президента Российской Федерации №889 от 4.06.08 г. «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» // Российская газета. 2008. № 4680. С. 6-7.

4. Бохмат И.С., Воротницкий В.Э., Татаринов Е.П. Снижение коммерческих потерь в электроэнергетических системах // Электрические станции. 1998. № 9. С. 53-59

5.Овчинников А. Потери электроэнергии в распределительных сетях 0,4-6(10) кВ // Новости Электротехники. 2002-2003. №6(18)-1(19). С. 52-55

6. Энергосбережение в Европе: применение энергоэффективных распределительных трансформаторов // Энергосбережение. 2004. № 1. С. 61-66.

M. Slatinova

Energy efficiency increase in power distribution by ratio loading of transformers

It’s considered a possibility of power losses reduction in city power distribution with transformer load analysis and changing a networks topology based on this analysis.

Key words: power efficiency, energy saving, power losses, city electric networks, transformer load.

Получено 12.01.10

27б

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.