CC BY
181
Оригинальная статья / Original article УДК 621.311
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-6-79-91
СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОТЕРЬ РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ
© Н.В. Савина1, Д.А. Цысь2
Амурский государственный университет,
Российская Федерация, 675027, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 21.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В данной работе на основе статистического анализа показана целесообразность минимизации потерь реактивной энергии в условиях эксплуатации для повышения эффективности функционирования распределительных электрических сетей. МЕТОДЫ. В процессе исследования использовались методы математической статистики. Предложен алгоритм анализа схемно-режимной ситуации электрической сети, направленного на выявление проблемных мест в сети, разработана методика структурного анализа потерь реактивной энергии в электрической сети. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Показано влияние потерь реактивной энергии на эффективность и надежность функционирования электрической сети. Произведен анализ схемно-режимной ситуации и структурный анализ потерь реактивной энергии на примере распределительной электрической сети напряжением 110-35 кВ г. Владивостока. Выявлены очаги повышенных потерь реактивной энергии. Рассмотрен эффект от минимизации потерь реактивной энергии для электрических сетей. ВЫВОДЫ. Эффект от оптимизации потерь реактивной энергии носит комплексный характер, положительно влияя на такие значимые характеристики функционирования электрической сети, как надежность электроснабжения, устойчивость, качество электроэнергии и прибыль.
Ключевые слова: потери реактивной энергии, распределительная электрическая сеть, линии электропередачи, силовые трансформаторы, коэффициент реактивной мощности, структурный анализ.
Формат цитирования: Савина Н.В. Цысь Д.А. Статистический анализ потерь реактивной энергии в распределительных электрических сетях // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 6. С. 79-91. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-6-79-91
STATISTICAL ANALYSIS OF REACTIVE ENERGY LOSSES IN DISTRIBUTION ELECTRICAL NETWORKS N.V. Savina, D.A. Tsys
Amur State University,
21, Ignatievskoe Shosse, 675027, Blagoveshchenck, Russian Federation.
ABSTRACT. PURPOSE. Based on the statistical analysis the paper demonstrates the expediency of reactive energy losses minimization in operating conditions in order to improve the efficiency of distribution electrical networks. METHODS. The study involves the methods of mathematical statistics. The analysis algorithm of the scheme-mode situation of an electrical network is proposed. It is aimed at the identification of problem places in a network. A procedure of the structural analysis of reactive energy losses in an electrical network is offered as well. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The influence of reactive energy losses on the efficiency and reliability of electrical network operation is shown. The analysis of the scheme-mode situation and the structural analysis of reactive energy losses are performed on example of 110-35 kV distribution electrical network of the city of Vladivostok. The centers of increased losses of reactive energy are identified. The effect of reactive energy losses minimization for electrical networks is considered. CONCLUSIONS. Being of complex character the effect of reactive energy losses optimization has a positive influence on such significant characteristics of electrical network operation as reliability of power supply, stability, quality of electrical energy and profit.
Keywords: losses of reactive energy, distribution electrical network, power lines, power transformers, reactive power factor, structural analysis
For citation: Savina N.V., Tsys D.A. Statistical analysis of reactive energy losses in distribution electrical networks // Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 6, pp. 79-91. (In Russian) DOI: 10.21285/18143520-2017-6-79-91
1Савина Наталья Викторовна, доктор технических наук, профессор, проректор по учебной работе, e-mail: nataly-savina@mail.ru.
Natalia V. Savina, Doctor of technical sciences, Professor, Vice-Rector for Academic Work, e-mail: nataly-savina@mail.ru.
2Цысь Дмитрий Алексеевич, магистрант, e-mail: dmitriy-tsys@mail.ru Dmitriy A. Tsys, Master's Degree Student, e-mail: dmitriy-tsys@mail.ru
Введение
Одним из основных показателей экономичности и эффективности функционирования электрических сетей, индикатором технического состояния оборудования является уровень потерь электроэнергии. В процессе эксплуатации потерям активной электрической энергии уделяют пристальное внимание, так как они являются одной из составляющих тарифа на электроэнергию, а сверхнормативные потери ведут к прямым убыткам распределительных сетевых комплексов (РСК). Потери реактивной электроэнергии в значительной мере влияют на режимы работы электрической сети, надежность и качество электроснабжения, однако их минимизацией при эксплуатации практически не занимаются. Одной из причин сложившейся ситуации является отсутствие инструментария, показывающего целесообразность оптимизации их уровня.
Целью исследования является оценка целесообразности оптимизации по-
терь реактивной энергии в распределительных электрических сетях на основе статистического анализа информации, фиксируемой в условиях эксплуатации.
Для реализации поставленной цели необходимо следующее:
- оценка влияния потерь реактивной энергии на эффективность и надежность функционирования электрической сети на основе системного подхода;
- разработка методических подходов к анализу схемно-режимной ситуации электрической сети для оценки влияния ее параметров на величину потерь реактивной энергии;
- разработка статистического метода структурного анализа потерь реактивной энергии;
- определение эффекта от снижения потерь реактивной энергии и оценка целесообразности выполнения мероприятий, направленных на их минимизацию.
Влияние потерь реактивной энергии на эффективность и надежность функционирования электрической сети
Потери реактивной энергии, так же как и потери активной энергии (а может быть, и в большей мере) влияют на эффективность и надежность работы электрической сети. Для того чтобы провести анализ этого влияния, необходимо применить системный подход3, который, в частности, позволит выявить связь между потерями реактивной энергии и параметрами режимов сети, контролируемыми в условиях эксплуатации.
Потери реактивной энергии приводят к возрастанию токовой нагрузки элементов сети, а, следовательно, увеличению потерь активной энергии, повышенному уровню потерь напряжения в узлах и в сети в целом. Это следует из законов электротехники.
Для того чтобы проанализировать, как они влияют на электрическую сеть, необходимо выделить наиболее важные для эксплуатации электрических сетей характеристики. Ими являются устойчивость, надежность и качество электроэнергии. Повышенный уровень потерь реактивной энергии ухудшает эти характеристики, что в итоге приводит к повышению стоимости транспорта, электроэнергии, увеличению эксплуатационных отчислений и снижению прибыли РСК [1]. Такая связь между повышенным уровнем потерь реактивной энергии и показателями эффективности и надежности функционирования электрической сети приведена на рис. 1.
Воропай Н.И. Теория систем для электроэнергетиков: учебное пособие. Новосибирск: Наука, 2000. 273 с. / Vo-ropai N.I. Systems theory for electrical power engineers: Learning aids. Novosibirsk, Nauka Publ., 2000, 273 p.
Возрастание токовой нагрузки элементов сети / Increase in network element current load
1 =
\jp2 + {Q + AQ)2
S-u
v
Повышение нагрева оборудования / Increase in equipment heating
T
v v
Снижение устойчивости энергосистемы I Decrease of' power grid stability
у
Снижение пропускной способности распределительной сети / Decrease of distribution network transmission capacity
Необходимость ввода новых электросетевых объектов / Need of input of new power grid objects
\ f
Увеличение капитальных вложений / Increase of capital
> t
Повышение стоимости транспорта электроэнергии I Increase of electrical energy transport cost
Увеличение потерь активной энергии / Increase of active energy losses
AW, =
p2+{q + aq)2
и2
RT
Увеличение генерируемой в сеть активной мощности / Increase of active power generated into network
Снижение надежности электроснабжения потребителей '/ Decrease of consumer power supply
_reliability_
Увеличение количества технологических нарушений и времени простоя потребителя / Increase of amount of technological violations and downtime of a consumer
v
Рост недоотпуска электроэнергии и ущерба от перерыва электроснабжения потребителей / Increase of lost energy and damage of consumer power supply interruption
\ f
Увеличение эксплуатационных отчислений/ Increase of operational
\ /
Уменьшение прибыли распределительных сетевых комплексов / Decrease of the profit of distribution network _complexes_
Повышение уровня потерь напряжения в элементах сети / Increase of voltage loss level in network elements
AU =
PR + {Q + AQ)X
U
v
Ухудшение качества электроэнергии / Deterioration of electrical energy quality
\f\f
Уменьшение срока службы изоляции оборудования / Decrease of equipment insulation service life
v
Рост количества ремонтов оборудования / Increase in the number of equipment repairs
Увеличение амортизационных отчислений/ Increase of depreciation allowances
Рис. 1. Влияние потерь реактивной энергии на эффективность и надежность функционирования электрической сети Fig. 1. Effect of reactive energy losses on efficiency and reliability of electrical network operation
Для количественной оценки выяв- ровать схемно-режимную ситуацию элек-ленного влияния необходимо проанализи- трической сети.
Анализ схемно-режимной ситуации электрической сети для выявления очагов повышенных потерь реактивной электроэнергии
Конфигурация электрической сети и ее конструктивное исполнение, а также сложившиеся режимы влияют на уровень потерь электрической энергии [2, 3]. Анализ схемно-режимной ситуации проводится для выявления очагов повышенных потерь электроэнергии.
Для этого необходима позволяющая проводить такой анализ методика, приемлемая для сетей любой конфигурации и конструктивного исполнения.
Исходя из основных положений системного подхода, электрическая сеть должна быть разбита на следующие подсистемы: по классам номинального напряжения, по конфигурации, по конструктивному исполнению. Дальнейшая оценка проводится в каждой подсистеме.
Предлагается следующий порядок анализа схемно-режимной ситуации:
1. В выделенных подсистемах по классам номинального напряжения определяется отклонение напряжения в узлах и проводится его анализ на соответствие допустимым параметрам, выявляются узлы, в которых наблюдается отрицательное отклонение напряжения, и анализируется его величина с точки зрения реактивных потерь электроэнергии.
2. В подсистемах, выделенных по конфигурации электрической сети, проводится оценка влияния схемы электрической сети на уровень потерь.
3. В подсистемах, разделенных по конструктивному исполнению линий электропередачи (ЛЭП), определяется влияние сопротивлений линий на величину потерь и проводится сравнительный анализ. Выделяются линии, выполненные разными сечениями, кабельно-воздушные линии.
В каждой подсистеме проводится анализ режимной ситуации в следующем порядке:
- Определяется нагрузочная плотность тока, протекающего по линии, и ее влияние на пропускную способность. Количественные значения плотности тока позволят выделить перегруженные и недогруженные линии, что в итоге скажется на оптимальности режима и уровне потерь.
- Анализируется работа силовых трансформаторов (СТ) и автотрансформаторов по их коэффициенту загрузки, сроку службы и коэффициенту реактивной мощности.
Анализ коэффициентов загрузки позволит определить, какие потери -нагрузочные или холостого хода - будут иметь повышенный уровень. Срок службы СТ влияет на эффективность их работы. При эксплуатации трансформаторов наблюдается динамика роста потерь короткого замыкания и холостого хода. К увеличению потерь приводит устаревшее конструктивное исполнение СТ, например, ток холостого хода в трансформаторе ТДН-10000/110 60-х годов выпуска составляет 0,9%, а в таком же трансформаторе 2013 года выпуска его величина составляет 0,3%. Потери холостого хода в трансформаторе 2013 г. выпуска меньше, чем в трансформаторе 60-х годов выпуска, на 28,6% по активной составляющей потерь и на 66,7% по реактивной. Даже у силовых трансформаторов, изготовленных разными производителями, одного года выпуска, но различного конструктивного исполнения технические характеристики различны, что также влияет на уровень потерь реактивной энергии [4, 5]. Коэффициент реактивной мощности покажет долю реактивной мощности, протекающей через силовой трансформатор, и по его значению можно определить, будет ли повышен уровень реактивных потерь или нет.
Интерпретация предложенных методических подходов к анализу схемно-
режимной ситуации показана на примере распределительных электрических сетей г. Владивостока.
Эти сети выбраны потому, что в них наблюдается повышенный уровень потерь электроэнергии. Электрические сети г. Владивостока имеют 4 уровня номинального напряжения: 220 кВ, 110 кВ, 35 кВ и 10 (6) кВ. Далее рассматриваются сети напряжением 35-110 кВ.
К сети 110 кВ относятся 24 подстанции (ПС) с 47 силовыми трансформаторами общей установленной мощностью 1357,1 МВА. В сеть 35 кВ входят 20 подстанций с 41 СТ суммарной установленной мощностью 370,1 МВА. В сети 110 кВ диапазон номи-
нальных мощностей трансформаторов находится в пределах 6,3-40 МВА, в сети 35 кВ - в диапазоне 2,5-25-МВА. Имеются силовые трансформаторы нестандартной мощности: 3,2 МВА, 5,6 МВА, 40,5 МВА. Они установлены на ПС «Эгершельд» и ПС «А». Суммарная длина линий электропередачи 110 кВ составляет 175,8 км, линий 35 кВ - 131,5 км. Сети 35 кВ такой длины неэффективны. Средняя длина ЛЭП не превышает 11 км для обоих классов напряжений, максимальная протяженность линии в сети 110 кВ равна 31,5 км, в сети 35 кВ она достигает 18,6 км. Граф рассматриваемой электрической сети показан на рис. 2.
ПС СЖ'8 ПС Спутник / ключ / SS Sakharnyy
klyuch 2х16
ПС Океанская /
SS Sputnik 2х25
ПС
Академическая / SS Akadem iche skaya 2х6,3
SS Okeanskaya ПС Седанка / 2х6,3
SS Sedanka 2х16
ПС Ипподром / SS Ippodrom 1х10
ПС Промузел / SS Promuzel ПС 2х16 Лазурная / SS Lazurnaya 2х4
ПС Волна / SS Volna
220 кВ / kV 110 кВ / kV 35 кВ / kV
ПС ВТЭЦ-1 / SS VTETs-1 2х40
ПС Бурная SS Burnaya 2х40
ПС Океан / SS Okean 6,3
ПС Горностай / SS Gornostay 2х25
востокская ТЭЦ-2 / vostokskaya CHP-2
ПС Патрокл / SS Patrokl
ПС КЭТ / SS KET 1х3,2, 2х5,6
ПС Голдобин / SS Goldobin
2х40
ПС Коммунальная / Мини-ТЭЦ SS Kommunal'naya
Центральная / Mini- 2х6,3
CHP Tsentral'naya Мини-ТЭЦ Океанариум / 2х16 Mini-CHP Okeanarium
Рис. 2. Граф электрической сети г. Владивостока Fig. 2. Graph of the electrical grid of the city of Vladivostok
Оценка отклонений напряжения проводилась в подсистемах напряжением 35 кВ и 110 кВ по ведомостям контрольных замеров. Проведенный анализ показал, что отклонения напряжений в узлах находятся в допустимых пределах по требованиям [6] и статической устойчивости. Выявлены узлы с отрицательными отклонениями напряжений, в которых можно ожидать повышенный уровень потерь. К ним относятся подстанции «Чайка», «Ипподром» и «Академическая».
Анализ конфигурации сети проведен с помощью графа электрической сети, приведенного на рис. 2. Как видно из графа, распределительная электрическая сеть в целом является сложнозамкнутой и имеет разомкнутые участки. В сложнозамкнутой схеме проверяются точки нормального размыкания сети, так как неверно выбранная точка может привести к увеличению потерь в сети. Выделены магистральные и радиальные участки сети двухцепного и одноцепного исполнения. Например, участок сети 35 кВ между подстанциями «Русская» и «Коммунальная» выполнен двух-цепной магистральной линией, а между подстанциями «Орлиная» и «Инструментальный завод» - одноцепной радиальной линией.
Оценка конструктивного исполнения ЛЭП распределительной электрической сети г. Владивостока показала, что сеть 110 кВ в основном выполнена сталеалюми-ниевыми проводами марки АС и АСКП, при этом сечения проводов находятся в диапазоне 120-300 мм2. Имеются линии, выполненные кабелями напряжением 110 и 35 кВ, например, КЛ 35 кВ Бурная - Эгер-шельд и КЛ 110 кВ Голдобин - Чуркин, а также кабельно-воздушные линии, например, КВЛ 110 кВ 2Р - Амурская и КВЛ 35 кВ Голубинка - Ц. Выделены участки линий, выполненные разными сечениями и разными проводниками: медными и алюминиевыми. Так как сопротивления участков таких линий будут различными, то можно ожидать, что эти линии являются очагами повышенных потерь электроэнергии. В большей степени эти проблемы присущи
ЛЭП сети 35 кВ. Почти все ЛЭП этого класса номинального напряжения включают в себя по несколько марок и сечений проводников. Например, линия 35 кВ Эгершельд -Русская длиной 10,5 км выполнена пятью различными марками проводников, такими как АС, А, М, СИП, АПвПу2г, и сечениями, начиная от 50 мм2 и заканчивая 240 мм2.
Таким образом, активное сопротивление данной линии меняется в пределах 0,125-0,413 Ом/км, а индуктивное - в пределах 0,151-0,433 Ом/км.
Перед тем как проводить оценку нагрузочной плотности тока по ЛЭП, необходимо ввести понятие нагрузочной плотности тока. Нагрузочная плотность тока -это ток, протекающий по линии в различных режимах работы сети и отнесенный к сечению проводника.
Определяется нагрузочная плотность тока по формуле
Л = I. (1)
р
где I - ток протекающий по линии, А; р -сечение проводника, мм2.
Ввиду множества режимов работы сети в условиях эксплуатации для анализа потерь электроэнергии нагрузочную плотность тока целесообразно представлять интервальными оценками. Границы интервалов определяются режимами наибольших и наименьших нагрузок. Анализ значений нагрузочной плотности тока показал, что плотность тока завышена в 15% линий от общего их количества в сети 110 кВ и в 25% ЛЭП в сети 35 кВ.
Анализ срока службы силовых трансформаторов позволил определить, что в пределах нормативного срока эксплу-атации4 в сети 110 кВ работает 51% транс-
4ГОСТ Р 52719-2007 Трансформаторы силовые. Общие технические условия [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-r-52719-2007 (31.03.2017) / GOST R 52719-2007 Power transformers. General specifications [Electronic resource]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/gost-r-52719-2007 (accessed 31 March 2017).
форматоров, в сети 35 кВ - 20% силовых трансформаторов. Превышен срок службы у 47% СТ в сети 110 кВ и у 63% трансформаторов в сети 35 кВ. Более двух нормативных сроков службы работают 17% силовых трансформаторов в сети 35 кВ и 2% СТ в сети 110 кВ.
Оценка коэффициентов загрузки силовых трансформаторов показала, что в сети 110 кВ 73% трансформаторов находятся в недогруженном состоянии, 23% СТ загружены оптимально, а 4% силовых
трансформаторов перегружены. В сети 35 кВ 24% трансформаторов оптимально загружены, 3% находятся в перегруженном состоянии и 73% СТ недогружены.
Таким образом, выявлено, что сети 35 кВ работают в неоптимальном режиме, здесь больше очагов повышенных потерь и можно ожидать более высокий уровень потерь, чем в сети 110 кВ. Для дальнейшего анализа целесообразно рассматривать сети 35 кВ.
Статистический метод структурного анализа потерь реактивной энергии
Структурный анализ потерь реактивной энергии проводится для выявления очагов и причин повышенных потерь, выбора управляющих воздействий, направленных на их минимизацию. Наиболее достоверным является статистический метод, так как он позволяет правильно обрабатывать информацию, фиксируемую в условиях эксплуатации, определять не только средние значения, но и отклонения от них, проводить интервальную оценку случайных величин, определять закономерности их изменения. Суть статистического метода общеизвестна и заключается в определении выборок из генеральных совокупностей, фиксируемых в условиях эксплуатации параметров, используемых при определении потерь электроэнергии, нахождении квантилей и средних значений величин, проведении интервальных оценок, выявлении грубых ошибок, закономерностей и законов распределения вероятностей.
Целесообразно для выявления причин повышенных потерь электроэнергии брать выборку результатов контрольных замеров и помесячных показаний счетчиков электроэнергии за 5 лет.
Структурный анализ полагает деление потерь реактивной электроэнергии на технические - обусловленные переносом реактивной энергии по элементам сети, и на метрологические - обусловленные погрешностью учета. Технические потери, в свою очередь, делятся на нагрузочные ре-
активные потери в ЛЭП и СТ и потери холостого хода в СТ.
Структура потерь реактивной энергии является более укрупненной в сравнении с классификацией потерь активной энергии5 [7]. Дальнейшая детализация потерь реактивной энергии не требуется. Однако при структурном анализе потерь реактивной энергии необходимо учитывать зарядную мощность линий, которая влияет на величину потерь, передаваемых по линии [8].
Структурный анализ целесообразно проводить в следующей последовательности:
1. Определяется соотношение технических потерь и отпуска электроэнергии в сеть в динамике по классам номинального напряжения.
2. Анализируется соотношение реактивных потерь в ЛЭП и СТ.
3. Исследуется динамика нагрузочных и условно-постоянных потерь.
4. Оцениваются коэффициенты реактивной мощности и коэффициенты загрузки СТ.
Шведов, Г.В., Сипачева О.В., Савченко О.В. Потери электроэнергии при ее транспорте по электрическим сетям: расчет, анализ, нормирование и снижение: учебное пособие для вузов М.: Издательский дом МЭИ, 2013. 424 с. / Shvedov, G.V., Sipacheva O.V., Savchenko O.V. Losses of electrical energy under its transport through transmission networks: calculation, analysis, rationing and decrease: University Textbook. Moscow, MEI Publ., 2013, 424 p. (In Russian)
5. Выявляются очаги и причины повышенных потерь электроэнергии.
Интерпретация предлагаемой методики структурного анализа реактивных потерь показана на примере, который использовался при анализе схемно-режимной ситуации.
Динамика соотношения технических потерь электроэнергии от отпуска необходима для оценки эффективности проводимых мероприятий по снижению потерь. Ее нужно определять для каждого класса номинального напряжения. Данная динамика приведена на рис. 3.
Диаграммы (рис. 3) показали, что уровень потерь электроэнергии практически не менялся в течение 5 лет. Это говорит о том, что распределительные сетевые комплексы либо не решают проблему потерь, либо принимаемые меры не эффективны. Технические потери электроэнергии выше в сети 35 кВ, что подтверждает результаты, полученные при анализе схемно-режимной ситуации сети. Следовательно, при дальнейшем анализе целесообразно рассматривать именно эти сети.
Динамика соотношения технических реактивных потерь и передаваемой по сети реактивной энергии позволяет оценивать достоверность учета реактивной энергии.
Если технические потери реактивной энергии коррелируются с передавае-
мой реактивной энергией по сети, то можно говорить о достоверности учета, в противном случае явно присутствует большая метрологическая составляющая потерь [9]. Технические реактивные потери и передаваемая реактивная энергия по сети в динамике приведены на рис. 4.
Как видно из рис. 4, технические реактивные потери и передаваемая реактивная энергия по сети коррелируются, явно выраженной недостоверности учета реактивной энергии не наблюдается.
Соотношение технических потерь реактивной электроэнергии в элементах электрической сети к суммарным техническим потерям реактивной электрической энергии даст возможность установить, в каких элементах в дальнейшем необходим детальный анализ потерь.
Данное соотношение для электрической сети напряжением 35 кВ приведено на рис. 5.
Анализ показал, что значительная часть потерь реактивной энергии наблюдается в силовых трансформаторах.
Для оценки эффективности режимов работы СТ необходимо соотнести нагрузочные и условно-постоянные потери реактивной электроэнергии к суммарным реактивным потерям в СТ. Динамика такого соотношения показана на рис. 6.
<
3
2,5 2 1,5 1
0,5 0
I I
2012
2013
2014
2015
2016
Год / Year
35 кВ / kV ■ 110 кВ / kV
a
<
30 25 20 15 10 5 0
2012
2013
2014
2015
2016
Год / Year 35 кВ / kV ■ 110 кВ / kV
b
Рис. 3. Соотношение технических потерь от отпуска электроэнергии по годам: а - активные потери; b - реактивные потери Fig. 3. Ratio of technical losses of electrical energy supply by years: a - active losses; b - reactive losses
jj 340000
л «
¡3 â
Потери реактивной энергии / Reactive energy losses
320000
¡T 300000
у 280000 ы т
160000
J3 120000
Потери реактивной энергии / Reactive energy losses
&
80000
л н
<
260000
2012
2013 2014 Год I Year
2015
<
2016
40000
2012
2013 2014 Год I Year
2015
2016
2000000
л
Й
is
43 1900000
s i?
ар
Реактивная энергия / Reactive energy
1800000
1700000
800000
Реактивная энергия / Reactive energy
600000
Й is 13
л «
S3
I
^ 400000
fe:1600000
2012
2013 2014 Год I Year
a
2015
2016
200000
2012
2013 2014 Год I Year
b
2015
2016
Рис. 4. Технические реактивные потери и передаваемая реактивная энергия по сети:
а - 110 кВ; b - 35 кВ
Fig. 4. Technical reactive losses and the reactive energy transmitted through network: a - 110 kV; b - 35 kV
2014 2015 Год I Year
■ Линии электропередачи / Power lines
■ Силовые трансформаторы / Power transformers
Рис. 5. Соотношение технических потерь реактивной энергии в элементах сети к суммарным техническим потерям реактивной энергии по сети 35 кВ Fig. 5. Ratio of technical losses of reactive energy in network elements to total technical losses
of reactive energy in 35 kV network
4P i
70 6O SO 40 30 20 10 O
Нагрузочные / Load
2014 2015 Год / Year 2016
I Условно-постоянные / Conditional-constant
Рис. 6. Соотношение нагрузочных и условно-постоянных потерь реактивной энергии в СТ от суммарных потерь реактивной электроэнергии в силовых трансформаторах Fig. 6. Ratio of load and conditional-constant losses of reactive energy in power transformers on the total losses of reactive electrical energy in power transformers
Диаграммы (рис. 6) видно: за последние 3 года наблюдается устойчивый рост потерь холостого хода в силовых трансформаторах, что говорит о снижении загрузки СТ реактивной мощностью, так как количество подключенных потребителей не изменилось и активная мощность меняется в незначительных пределах.
В то же время, согласно рис. 4, отмечается рост передаваемой реактивной энергии по сети. Исходя из этого, можно сделать вывод о несоответствии между
пропуском реактивной энергии по сети и соотношением нагрузочных и условно-постоянных составляющих технических потерь. Одной из причин такого несоответствия может быть компенсация реактивной мощности.
Анализ коэффициентов реактивной мощности и коэффициентов загрузки силовых трансформаторов позволил выявить подстанции с повышенным уровнем потерь реактивной электроэнергии, они показаны в табл. 1.
Таблица 1
Перечень подстанций с повышенным уровнем потерь электроэнергии
Table 1
List of substations with tl he increased level of electrical energy losses
Наименование ПС / Name of substation Номер СТ / Number of a power transformer Коэффициент реактивной мощности / Reactive power factor Коэффициент загрузки СТ / Load factor of a power transformer
Лазурная / Lazurnaya 1 0,6 0,7
2 0,7 0,5
Луговая / Lugovaya 1 0,5 0,7
2 0,8 0,6
Рыбный порт / Rybnyy port 1 0,6 0,3
2 0,5 0,5
З / Z 2 0,5 0,5
КЭТ / KET 3 0,5 0,4
Как видно из табл. 1, на выделенных подстанциях значение коэффициента реактивной мощности не удовлетворяет требо-ваниям6. Компенсация реактивной мощности на них отсутствует. Кроме того, на подстанциях Рыбный порт и КЭТ трансформаторы мало загружены и работают в неэффективном режиме. По ним наблюдается рост потерь холостого хода. Увеличение потерь холостого хода на подстанциях Лазурная и Луговая не может быть объяснено их загрузкой, скорее всего на этих подстанциях был нарушен учет реактивной энергии.
Определение эффекта от сн
Для снижения потерь реактивной энергии необходимо оптимизировать режим путем компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения в узлах [10]. В качестве оптимального значения коэффициента реактивной мощности принято значение 0,2. Результаты управляющих воздействий по снижению уровня потерь реактивной энергии представлены
Таким образом, реализация статистического метода структурного анализа потерь реактивной энергии на примере распределительной электрической сети г. Владивостока позволила определить очаги повышенных потерь - подстанции Лазурная, Луговая, Рыбный порт, З, кЭт. Выявленные причины повышенных потерь реактивной электроэнергии позволили выбрать управляющие воздействия для минимизации их значений. Это компенсация реактивной мощности и устранение причин недостоверного учета реактивной энергии.
потерь реактивной энергии
в табл. 2. Здесь показана относительная величина снижения потерь по сравнению с исходными значениями.
Анализируя представленные данные, можно сделать вывод о том, что наблюдается значительный эффект от снижения потерь реактивной энергии. По некоторым подстанциям удалось добиться уменьшения потерь реактивной энергии до
Таблица 2
Снижение уровня потерь активной и реактивной энергии, полученное в результате минимизации реактивных потерь
Table 2
Reduction of active and reactive energy loss level received as a result of reactive losses minimization
Номер СТ / Процент снижения Процент снижения
Наименование ПС / Number активных потерь, % / реактивных потерь, % /
Substation name of a power Reduction percentage Reduction percentage
transformer of active losses, % of reactive losses, %
Лазурная / Lazurnaya 1 16,9 18,9
2 16,8 20
Луговая / Lugovaya 1 7,2 10
2 12,6 14,1
Рыбный порт / Rybnyy port 1 8,3 12,6
2 10,1 12,8
З / Z 2 6,5 8,4
КЭТ / KET 3 3 8
6Приказ Минэнерго РФ от 23 июня 2015 г. № 380 [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/420285270 (3.04.2017). / Order of the RF Ministry of Energy of 23 June, 2015 no. 380 [Electronic resource]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/420285270 (accessed 3 April 2017).
20%, а активных потерь электроэнергии -до 16,8%. Отсюда следует, что минимизация потерь реактивной энергии позволит снизить эксплуатационные отчисления, связанные со стоимостью потерь активной энергии. Например, только для рассмотренных пяти подстанций принятые мероприятия позволят снизить сверхнормативные потери активной энергии, что за год в
деньгах составит 51,6 тыс. руб., согласно сбытовой надбавке гарантирующего поставщика, установленной в отношении сетевых компаний7.
Если определять системный эффект от снижения потерь реактивной энергии в целом по электрической сети и комплексному влиянию на характеристики ее работы, то он будет намного выше.
Заключение
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
- Потери реактивной энергии оказывают существенное влияние на эффективность и надежность функционирования электрической сети, их повышенный уровень приводит к снижению прибыли распределительных сетевых комплексов.
- Предложена методика анализа схемно-режимной ситуации, позволяющая определять влияние параметров электрической сети на величину потерь реактивной энергии, выявлять проблемные места в ней.
- Разработан статистический метод структурного анализа потерь реактивной электроэнергии в распределительной сети, основанный на статистическом анализе фиксируемой в условиях эксплуатации информации, используемой при определении потерь электроэнергии.
Данный метод позволяет выявлять очаги повышенных реактивных потерь и определять причины их высоких значений.
- Снижение потерь реактивной энергии оказывает существенный эффект на прибыль распределительных сетевых комплексов, что показано на конкретном примере.
Библиографический список
1. Савина Н.В., Мясоедов Ю.В., Казакул А.А. Управление эксплуатационными издержками в распределительных сетевых компаниях посредством оптимальной компенсации реактивной мощности // Вестник ИрГТУ. 2011. № 6 (53). С. 130-136.
2. Савина Н.В. Системный анализ потерь электроэнергии в электрических распределительных сетях. Новосибирск: Наука, 2008. 228 с.
3. Савина Н.В., Мясоедов Ю.В. Системные исследования потерь электроэнергии при функционировании распределительных электрических сетей // Вестник ИрГТУ. 2012. № 1 (60). С. 142-148.
4. Ефременко В.М., Белявский Р.В. Анализ влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности // Вестник КузГТУ. 2009. № 6. С. 46-48.
5. Ефременко В.М., Белявский Р.В. Анализ зависимости коэффициента реактивной мощности от коэффициента загрузки силовых трансформаторов // Вестник КузГТУ. 2010. № 1. С. 107-109.
6. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е изд. СПб.: ДЕАН, 2008. 704 с.
7. Савина Н.В., Барабаш Д.А. Комплексный анализ потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях напряжением 10-35 кВ на примере
Амурской области // Вестник ИрГТУ. 2010. № 4 (44). С. 166-173.
8. Поспелов Е.Г., Поспелов Г.Е. Потери электроэнергии от перетоков реактивных мощностей в электрических сетях и пути их ограничения // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2008. № 6. С. 10-17.
9. Мясоедов Ю.В. Повышение точности учета электроэнергии в сетях энергосистем и предприятий: монография. Благовещенск: Изд-во АмГУ, 2003. 194 с.
10. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: руководство для практических расчетов. М.: ЭНАС, 2009. 456 с.
Постановление департамента по тарифам Приморского края № 77/1 от 30 декабря 2016 года [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/446110344 (5.04.2017) / Decree of the Tariff Department of the Primorsky krai no. 77/1 of 30 December, 2016 [Electronic resource]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/446110344 (accessed 5 April 2017).
References
1. Savina N.V., Myasoedov Yu.V., Kazakul A.A. Up-ravlenie ekspluatatsionnymi izderzhkami v raspredeli-tel'nykh setevykh kompaniyakh posredstvom opti-mal'noy kompensatsii reaktivnoy moshchnosti [Management of operating costs in distribution grid companies through the optimal compensation of reactive power]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2011, no. 6 (53), pp. 130 - 136. (In Russian)
2. Savina N.V. Sistemnyy analiz poter' elektroenergii v elektricheskikh raspredelitel'nykh setyakh [System Analysis of Electrical Energy Losses in Electric Distribution Grids]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2008, 228 p. (In Russian)
3. Savina N.V., Myasoedov Yu.V. Sistemnye issledo-vaniya poter' elektroenergii pri funktsi-onirovanii raspre-delitel'nykh elektricheskikh setey [System studies of electric energy losses under the operation of distribution networks]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2012, no. 1 (60), pp. 142-148. (In Russian)
4. Efremenko V.M., Belyaevsky R.V. Analiz vliyaniya nagruzki silovykh transformatorov na potreblenie reaktivnoy moshchnosti [The analysis of dependence of reactive power factor from power transformers' load factor). Vestnik KuzGTU [Vestnik of Kuzbass State Technical University]. 2009, no. 6, pp. 46-48. (In Russian)
5. Efremenko V.M., Belyavskiy R.V. Analiz zavisimosti koeffitsienta reaktivnoy moshchnosti ot koeffitsienta zagruzki silovykh transformatorov [The analysis of dependence of reactive power factor from power trans-
Критерии авторства
Савина Н.В. Цысь Д.А. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 24.04.2017 г.
formers' load factor]. Vestnik KuzGTU [Vestnik of Kuzbass State Technical University]. 2010, no. 1, pp. 107-109. (In Russian)
6. Pravila ustroystva elektroustanovok (PUE) [Electrical Installation Code (EIC)]. St. Petersburg, DEAN Publ., 2008, 704 p. (In Russian)
7. Savina N.V., Barabash D.A. Kompleksnyy analiz poter' elektroenergii v raspredelitel'nykh elektricheskikh setyakh napryazheniem 10-35 kV na primere Amur-skoy oblasti [Comprehensive analysis of energy losses in distribution electrical networks with the voltage 10-35 kV on example of Amur region]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2010, no. 4 (44), pp. 166 - 173. (In Russian)
8. Pospelov E.G., Pospelov G.E. Poteri elektroenergii ot peretokov reaktivnykh moshchnostey v elektrich-eskikh setyakh i puti ikh ogranicheniya [Electric power losses due to transfer of reactive power in electric network and ways of their limitation]. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy i energeticheskikh ob"edineniy SNG [Power Engineering. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations]. 2008, no. 6, pp. 10-17. (In Russian)
9. Myasoedov Yu.V. Povyshenie tochnosti ucheta elektroenergii v setyakh energosistem i predpriyatiy [Improving accuracy of electric power accounting in power system networks and enterprises]. Blagoveshchensk, AmGU Publ., 2003, 194 p. (In Russian)
10. Zhelezko Yu.S. Poteri elektroenergii. Reaktivnaya moshchnost'. Kachestvo elektroenergii [Losses of electrical energy. Reactive power. Quality of electrical energy]. Moscow, ENAS Publ., 2009, 456 p. (In Russian)
Authorship criteria
Savina N.V., Tsys D.A. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 24 April 2017
