Оценка влияния ветра и солнечного излучения на потери активной мощности и электроэнергии

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЕТРА И СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОТЕРИ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Макуева А.М.1, Клеев Ю.В.2, Муромцев А.А.3, Пирожков М.С.4

'Макуева Анастасия Михайловна - студент; 2Клеев Юрий Владимирович - студент; 3Муромцев Александр Александрович - студент; 4Пирожков Максим Сергеевич - студент, кафедра электроэнергетических систем, Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, г. Москва

Аннотация: в статье рассматривается влияние ветра и солнечного излучения на потери активной мощности и электроэнергии. Сделаны выводы об учете этого влияния при расчетах режимов работы ЭЭС.

Ключевые слова: электроэнергетика, ветер, солнечное излучение, активная мощность, электроэнергия, влияние.

Вопрос нагрева проводов воздушных линий электропередачи (ВЛ) является актуальным. Последние два десятилетия длится ускоренный научно-технический прогресс в электроэнергетике, связанный с ростом мощностей, передаваемых на значительные расстояния. На температуру провода одновременно оказывается воздействие протекающих токов и солнечного излучения. В связи с этим температура провода может существенно превышать температуру окружающего воздуха. При этом активное сопротивление провода, потери мощности и электроэнергии увеличиваются, что ведет к заметному ухудшению экономических показателей режимов работы. Повышенный нагрев приводит к провисанию проводов и нарушению нормируемых по условиям безопасности расстояний проводов до поверхности земли, а также до естественных препятствий и инженерных сооружений, пересекаемых линиями.

Также бывают случаи, когда изменяются физико-химические свойства материала провода, что приводит к возможному появлению отжига, коррозии и потере проводами механической прочности.

На основе результатов экспериментальных исследований и положений теории теплопередачи были разработаны и продолжают совершенствоваться методики расчета температуры проводов для решения различных практических задач при проектировании, монтаже и эксплуатации ВЛ [1].

Рассмотрим уравнение теплового равновесия, позволяющее определить перегрев проводов. Выделение теплоты происходит вследствие нагрева электрическим током и солнечным излучением Жс. Теплоотдача происходит вследствие излучения ^^ и конвекции wk. Тепловой баланс провода выражается уравнением [1]:

^ + = ^ + (1) Отсюда можно определить перегрев провода:

л ^ +

& = —--

Щ + Щ

представляет собой потери в активном сопротивлении провода, а -поглощенная проводом теплота солнечного излучения.

Аналитическое выражение для определения перегрева провода при свободной конвекции [1]:

_ 3,935

св

Выражение позволяет не только оценивать влияние на значение перегрева отдельных важнейших параметров (плотность тока, скорость ветра и т.д.), но и анализировать вклад в перегрев провода таких физических факторов, как токовый нагрев, солнечная радиация, лучеиспускание, конвекция.

В качестве расчетной схемы сети была взята схема, изображенная на рисунке 1, с условным расположением в Вологодской области.

Рис. 1. Расчетная схема сети

Для того чтобы оценить перегрев проводов от солнечного излучения, в первую очередь необходимо узнать интенсивность солнечной радиации в месте сооружения районной электрической сети. Для этого была использована программа Ме(вопогт, в результате работы с которой были получены значения суммарной солнечной радиации за каждый месяц.

Таким образом, в результате расчетов было получено, что при свободной конвекции провода линии В-1 перегреваются на 10,682 С.

Для нахождения действительного перегрева проводов необходимо учитывать вынужденную конвекцию, которая возникает за счет воздействия ветра.

Вынужденная конвекция наблюдается при движении, вызванном внешними силами (в данном случае - ветром), и зависит главным образом от скорости и режима движения теплоносителя. Увеличение скорости обычно приводит к повышению коэффициента теплоотдачи, что учитывается в аналитическом выражении для определения перегрева провода при вынужденной конвекции [1]:

где V - скорость ветра, м/с; к ^ - поправочный коэффициент на угол атаки.

В результате расчетов было получено, что значение перегрева проводов при вынужденной конвекции ^¿=3,603 С значительно отличается от значения перегрева проводов, полученного при свободной конвекции ^¿се=10,682 С, что влечет за собой ощутимую разницу в сопротивлении провода, а, следовательно, разницу в потерях мощности и электроэнергии. При расчете перегрева провода от солнечного излучения нельзя пренебрегать воздействием ветра на провода.

Для того, чтобы найти потери активной мощности, в первую очередь необходимо найти значения сопротивлений проводов с учетом установившейся температуры ¿уст:

Д , = ^

xt

II ц

Для того чтобы оценить влияние перегрева проводов на потери мощности, рассмотрим три приближения значений температуры для которых рассчитаем

сопротивления проводов. Результаты расчетов показали, что при tуст=20 С сопротивление линии В-1 равно 2,03 Ом, при ¿уст= ¿возд (с учетом температуры воздуха, но без учета перегрева проводов) Rв-l=2,00 Ом, а при /уст= /еозд+Л/ (с учетом перегрева) Rв-1=2,032 Ом.

Чтобы оценить влияние температуры проводов на потери активной мощности и электроэнергии, был использован программный комплекс RastrWin (для расчетов режимов). Из рассчитанных режимов были найдены нагрузочные потери активной мощности и электроэнергии. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Потери активной мощности и электроэнергии

Режим т А уст Рв, МВт ДРнагп, МВт ДЭнагп, МВТЧ/ГОД

НБ 20 С 245,638 2,902 1954,315

Твоз 245,174 2,765 1684,383

tвоз+Дt 245,213 2,605 1622,134

СР 20 С 147,506 1,57 9908,871

Твоз 147,404 1,468 9784,600

tвоз+Дt 147,416 1,608 9841,442

НМ 20 С 73,715 0,509 986,143

Твоз 73,698 0,482 951,854

tвоз+Дt 73,724 0,516 1040,772

Действительные потери активной мощности (с учетом перегрева проводов) в период НБ составляют 2,605 МВт. Принимая температуру проводов равной 20 С эти потери получаются завышенными - 2,902 МВт, что соответствует погрешности определения нагрузочных потерь, равной:

Ае = 2,902 -2,605  1 о 0 % = 1 1 ,4 0 %,

2,902

что, по большей части, связано с большой разницей между нормальной температурой (20 °С) и среднеянварской температурой (-11,4 С).

Действительные потери активной мощности (с учетом перегрева проводов) в период НМ составляют 0,516 МВт. Принимая температуру проводов, равной 20 С, эти потери получаются заниженными - 0,509 МВт, что соответствует погрешности определения нагрузочных потерь, равной:

. 0,516-0,509 . „„„, „

А е = 0-:--1 0 0 % = 1 , 3 6 % ,

0,516

что незначительно для инженерных расчетов. Такая небольшая погрешность связана с тем, что нормальная температура (20 С) с одной стороны больше средней летней температуры (16,57 С), но с другой стороны разница в 3,43 С уравновешивается за счет перегрева проводов.

В результате анализа полученных результатов было установлено, что для снижения погрешностей при определении потерь активной мощности и электроэнергии необходимо учитывать температуру окружающей среды. Таким образом, перегревом проводов ВЛ можно пренебречь, если:

• расчеты производятся для умеренного климата;

• линии мало загружены (плотность тока менее 0,5 А/мм2);

• интенсивность солнечной радиации незначительна (например, зимой).

Список литературы

1. Зарудский Г.К., Зиннер Л.Э., Сыромятников С.Ю. Расчет температуры проводов

воздушных линий электропередачи СВН на основе метода критериального

планирования эксперимента // Вестник МЭИ, 1997. № 1. С. 85-90.