Разработка технических мероприятий по экономии электроэнергии в городских электрических сетях Мурманской области

УДК 621.311

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ГОРОДСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

А.Е. Веселов1, В.В. Ярошевич2, ЕА. Токарева2, Г.П. Фастий2

1 КФ ПетрГУ

2 Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН

Аннотация

Рассмотрены технические мероприятия по энергосбережению в распределительных электрических сетях. Выполнен анализ их применения в муниципальных схемах 6 и 10 кВ Мурманской области. Показано, что внедрение рассмотренных энергосберегающих мероприятий позволит существенно повысить эффективность использования сетевого электрооборудования и получить значительный экономический эффект.

Ключевые слова:

распределительные электрические сети, силовой трансформатор.

Муниципальные предприятия городских электрических сетей Мурманской области осуществляют централизованное электроснабжение всех потребителей, обеспечивая потребности жилищнокоммунального сектора населенных пунктов в электроэнергии, а также промышленных предприятий, расположенных в черте города. Основным источником питания муниципальных сетей являются, как правило, подстанции глубокого ввода, с шин 6-10 кВ распределительных устройств которых поступает электроэнергия к потребителям.

Критерием, позволяющим дать достаточно объективную оценку работы муниципальных сетей, служит энергетический баланс, который составляется по каждому источнику питания для определенной административной территории. Одной из важнейших составляющих расходной части энергобаланса являются потери активной электроэнергии в элементах системы электроснабжения на пути ее транзита от источника питания к месту потребления.

В технической литературе [1, 2] достаточно подробно рассматриваются методы расчета и анализа потерь электроэнергии в электрических сетях, выбора мероприятий по их снижению. Потери электроэнергии в распределительных сетях должны быть пропорциональны величине технологического расхода энергии при ее передаче, преобразовании и распределении. Корректировка величины потерь в сторону ее уменьшения проводится в тех электрических сетях, где имеются отклонения от рациональной схемы и режима эксплуатации.

Все мероприятия по снижению потерь электроэнергии в муниципальных электрических сетях можно условно разделить на две группы: 1) мероприятия по общей оптимизации структуры всей распределительной сети; 2) мероприятия по снижению в первую очередь технических потерь.

К мероприятиям первой группы относятся:

• перевод действующих линий с 6 на 10 кВ с использованием существующих кабелей, проводов и соответствующего оборудования или с прокладкой новых линий и заменой оборудования;

• усиление элементов действующей сети путем прокладки новых и дополнительных линий, а также замены проводов и кабелей меньшего сечения проводами и кабелями большего сечения;

• проведение работы по компенсации реактивных нагрузок с устранением излишних перетоков реактивной мощности в сетях;

• переход на замкнутые сети 0.4 кВ;

• поддержание оптимального уровня напряжения в распределительной сети с использованием, как правило, общесетевых регулирующих средств.

Анализ режимов работы муниципальных электрических сетей в Мурманской области, например, в г. Мончегорске показал, что мероприятия этой группы постоянно находятся в центре внимания служб эксплуатации и практически все они реализованы или находятся в стадии реализации.

К мероприятиям второй группы относятся:

• установление оптимальных точек разрыва в замкнутых распределительных сетях;

• уменьшение числа отключений линий или участков линий на ремонт; сокращение времени, необходимого для проведения ремонта;

• устранение неравномерной загрузки фаз распределительных сетей с достижением практической симметрии нагрузок по фазам;

• замена малозагруженных трансформаторов трансформаторами меньшей мощности и отключение на летний период малозагруженных трансформаторов.

Эти мероприятия следует классифицировать как малозатратные технические мероприятия, не требующие дополнительных капитальных вложений. Экономическая эффективность этих мероприятий обычно оценивается стоимостью сэкономленных потерь

ЛЭ = ЛА-С, руб.,

где ЛА - величина снижения потерь электроэнергии в результате проведения мероприятия, кВт-ч;

С - стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, руб./кВт-ч.

Уменьшение числа отключений линий определяется уровнем эксплуатации и техническим состоянием электрической сети. Рациональная организация труда ремонтного персонала выполняется по ежегодным планам профилактических (эксплуатационных) работ по всем подразделениям электросетей.

При коэффициенте загрузки трансформаторов 10/0.4 кВ, меньшем 0.5, имеет место относительное увеличение потерь электроэнергии за счет потерь холостого хода. Анализ показателей загрузки трансформаторных подстанций даже в режимные дни зимнего максимума показывает, что значительная часть трансформаторов городских сетей работает с нагрузкой порядка 20-30% от номинала. В качестве мероприятия, позволяющего снизить потери холостого хода и уменьшить стоимость сети, теоретически может быть рекомендована замена малозагруженных трансформаторов трансформаторами меньшей мощности. Снижение суммарных потерь энергии в результате замены трансформаторов определяют по формуле:

ЛА = (ЛРхх1 - ЛРхх2) • Т + (ЛРКЗГК312 - ДРк32^К322) • т

где ЛРхх1, ЛРхх2 - потери мощности холостого хода трансформаторов до и после замены соответственно, кВт;

ЛРКЗ1, ЛРКЗ2 - потери мощности короткого замыкания трансформаторов, кВт;

К31, К32 - коэффициенты загрузки трансформаторов в нормальном режиме;

Т - время подключения трансформаторов к сети, в пределе Т = 8760 ч; т - число часов максимальных потерь, час в год.

При замене трансформаторов происходит изменение как стоимости установленного оборудования, так и ежегодных отчислений, обусловленных ее изменением. В [1, 2] приводятся достаточно подробные примеры расчета экономической эффективности от замены малозагруженных трансформаторов, например, мощностью 180 кВ-А на трансформаторы мощностью 100 кВ-А и др. Однако, применительно к условиям работы конкретных электрических сетей, реализация этого мероприятия в настоящее время представляется проблематичной.

Практически отключение трансформаторов должно быть согласовано с графиком изменения их нагрузок, стремясь к минимально возможному числу переключений в распределительной сети. Поэтому отключения трансформаторов обычно производят на сравнительно длительный период: на ночь, на выходные дни, на летний период. При этом надо иметь в виду, что для выполнения отключений трансформаторов должна иметься соответствующая коммутационная аппаратура. При условии электроснабжения ответственных потребителей в случае отключения одного из трансформаторов должно быть предусмотрено устройство автоматического ввода резерва (АВР). В [1, 2] приводятся расчеты экономических режимов работы трансформаторов с обоснованием целесообразности их отключения.

Увеличение эффективности использования трансформаторов в условиях эксплуатации возможно за счет сезонного отключения одного из двух трансформаторов двухтрансформаторной подстанции. При этом обычно отключается трансформатор, работающий с наименьшей нагрузкой, и его нагрузка переводится на второй трансформатор. Потери электрической энергии при отключении одного трансформатора на летний период уменьшаются. Обычно летний период отключений трансформаторов для условий Мурманской области может быть принят равным 2 тыс. - 3 тыс. ч.

Характерной особенностью режима работы значительной части муниципальных электрических сетей является неравномерность загрузки фаз, что приводит к дополнительным потерям мощности и энергии в этих сетях.

Это обусловлено присоединением многочисленных однофазных электроприемников (бытовых электроприборов, светильников и т.п.), работа которых к тому же взаимонезависима. Это вызывает асимметрию нагрузок в трехфазных распределительных линиях, в результате чего по нулевому проводу

начинает протекать ток. С ростом числа присоединенных электроприемников асимметрия фазных нагрузок уменьшается, что особенно отчетливо видно на примере жилых зданий. В 20-40-квартирных домах асимметрия на вводе обычно составляет 30-40%, а в 100-квартирных и более - менее 20%. Выравнивание фазных нагрузок позволяет не только снизить потери мощности в нулевом проводе, но и в ряде случаев улучшить качество напряжения. Переключение нагрузки с одной фазы на другую следует осуществлять только по результатам нескольких повторных замеров нагрузки в период вечернего максимума (или в часы собственного максимума), сопоставляя результаты этих замеров с уровнями электропотребления отдельными квартирами и другими потребителями.

Выравнивание нагрузки фаз следует осуществлять на ответвлениях от магистралей, на головных участках магистралей, на низкой стороне трансформаторов, на вводах в многоэтажные здания. При распределении однофазных нагрузок в городских воздушных сетях следует обеспечить их симметричное распределение не только по фазам, но и по длине фазных проводов. Методика оценки экономической эффективности от реализации данного мероприятия изложена в [1, 2].

Установление оптимальных точек разрыва в замкнутых сетях производится на основе анализа результатов электрического расчета сети [2]. В настоящее время муниципальные электрические сети 10 кВ, как правило, эксплуатируются по разомкнутым схемам с возможностью взаимного резервирования. В этих условиях основным средством оптимизации режима эксплуатации сетей, обеспечивающим надежность электроснабжения и минимальные потери мощности и энергии электрических сетей без дополнительных капиталовложений, является правильный выбор точек разрезов, под которыми понимают места размыкания сети. Положение разрезов обусловливает конфигурацию электрических сетей и должно обеспечивать токораспределение, максимально приближающееся к экономичному. В большинстве случаев на практике положение мест размыкания определяется эмпирически, на основе личного опыта и интуиции обслуживающего персонала так, чтобы они обеспечивали необходимые условия эксплуатации и возможность скорейшего восстановления электроснабжения при аварии.

Расчет муниципальных электрических сетей и выбор оптимального с точки зрения уменьшения потерь электроэнергии режима их эксплуатации является сложной инженерной задачей и требует большого объема измерительных и вычислительных работ. Для решения этой проблемы необходимо применение специальных программ расчета на персональных компьютерах.

Возникающий при анализе режимов электропотребления небаланс потерь электрической энергии в городских электрических сетях обусловлен погрешностями расчета расхода электроэнергии и измерительных приборов, а также возможным недоучетом расхода электроэнергии у потребителей.

В идеальном, чисто теоретическом случае, небаланс потерь равен нулю, на практике его величина может быть как положительной, так и отрицательной.

Для устранения небаланса потерь необходимо, прежде всего, обеспечить высокие метрологические характеристики приборов учета электроэнергии и систем их расстановки в распределительной сети, например, применение электронных счетчиков. В тех случаях, когда абсолютное значение небаланса потерь невелико, то есть не превышает ± 0.5% суммарной величины приходной или расходной части энергии, он может быть отнесен к "метрологическим" потерям, так как такая величина соответствует требованиям ГОСТ к точности приборов учета электрической энергии.

Если небаланс потерь превышает 1%, то необходимо принимать меры к установлению и устранению причин небаланса. В целях уменьшения небаланса потерь электроэнергии необходимо:

- обеспечивать регулировку и проверку счетчиков энергии на всех питающих линиях в соответствии с требованиями ГОСТ;

- избегать установки счетчиков в неотапливаемых помещениях и работы их в условиях перегрузки или значительной недогрузки;

- не допускать случаев хищения электрической энергии, детально инструктировать персонал Энергосбыта по способам хищений и неисправностей в работе приборов учета, то есть исключить получившие достаточно широкое распространение в последнее время случаи безучетного использования электроэнергии.

Выводы

1. В муниципальных электрических сетях Мурманской области накоплен многолетний положительный опыт рациональной, технически правильно ориентированной эксплуатации распределительных сетей 6-10 кВ с использованием современных принципов построения высокоэффективного электрооборудования.

2. Значительное место в практической деятельности эксплуатационных служб уделяется применению технических и организационных мероприятий по экономии электроэнергии и

энергосбережению, в первую очередь, по уменьшению потерь активной электроэнергии в распределительных электрических сетях.

3. Рассмотрены и достаточно подробно проанализированы малозатратные мероприятия по снижению технических потерь электроэнергии, не требующие дополнительных капитальных вложений.

Следует отметить, что эти мероприятия находятся на текущем контроле производственно -технических отделов муниципальных электрических сетей и практически все они находятся в стадии постоянной реализации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Тарнижевский М.В., Афанасьева Е.И. Экономия энергии в электроустановках жилищно-коммунального хозяйства. М.: Стройиздат, 1989. 275 с. 2. Железко Ю.С., Артемьев А.В. и др. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях / Ю.С. Железко, А.В. Артемьев, О.В. Савченко. М.: Изд. НЦЭНАС, 2002 г. 208 с.

Сведения об авторах:

Веселов Анатолий Евгеньевич - доцент кафедры «Электроэнергетики и электротехники», к.т.н.; email: veselov@ien.kolasc.net.ru;

Ярошевич Вера Васильевна - мадший научный сотрудник лаборатории надежности и эффективности оборудования энергосистем; e-mail: yaroshevich@ien.kolasc.net.ru;

Токарева Евгения Александровна - мадший научный сотрудник лаборатории надежности и эффективности оборудования энергосистем;

Фастий Галина Прохоровна - нучный сотрудник лаборатории надежности и эффективности оборудования энергосистем; e-mail: fastiy@ien.kolasc.net.ru