Повышение энергоэффективности передачи электрической энергии в низковольтных сетях ПАО «МРСК Юга»

Page 1
background image

Page 2
background image

103

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

 

И

 

КАЧЕСТВО

 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Повышение

 

энергоэффективности

 

передачи

 

электрической

 

энергии

 

в

 

низковольтных

 

сетях

ПАО

 «

МРСК

 

Юга

»

Юндин

 

К

.

М

., 

к

.

т

.

н

., 

ПАО

 «

МРСК

 

Юга

»,

Исупова

 

А

.

М

.,

 

к

.

т

.

н

., 

Азово

-

Черноморский

 

институт

Аннотация

Известно

что

 

электрическая

 

энергия

 

является

 

специфическим

 

товаром

при

 

транспор

-

тировке

 

которого

 

по

 

электрическим

 

сетям

 

неизбежны

 

ее

 

потери

вызванные

 

физиче

-

скими

 

процессами

 

нагрева

 

проводов

В

 

трехфазных

 

электрических

 

сетях

 

переменного

 

тока

 

возникают

 

еще

 

и

 

дополнительные

 

потери

 

при

 

передаче

вызванные

 

несимметрией

 

нагрузки

 

по

 

фазам

а

 

также

 

нелинейной

 

нагрузкой

приводящей

 

к

 

искажению

 

синусои

-

дальной

 

формы

 

кривой

 

тока

В

 

статье

 

также

 

рассмотрены

 

результаты

 

эксперименталь

-

ных

 

исследований

 

по

 

снижению

 

уровня

 

несимметрии

 

и

 

искажения

 

синусоидальности

 

напряжения

 

и

 

тока

 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

.

Ключевые

 

слова

:

нагрев

 

проводов

потери

 

электрической

 

энергии

несимметрия

 

нагрузки

 

по

 

фазам

синусоидальность

 

напряжения

П

ри

 

передаче

 

электрической

 

энергии

 

по

 

сетям

 

неизбежно

 

возникают

 

потери

обусловлен

-

ные

 

физическими

 

процессами

 

нагрева

 

проводов

Известно

что

 

потери

 

активной

 

мощно

-

сти

 

в

 

трехфазных

 

сетях

 

могут

 

быть

 

определены

 

по

 

следующей

 

формуле

:

 

P

 = 3 

· 

I

2

 

· 

R

, (1)

где

 

I

 — 

действующее

 

значение

 

тока

протекающего

 

по

 

элементу

 

сети

сопротивлением

 

R

Однако

 

формула

 (1) 

справедлива

 

при

 

условии

 

работы

 

сетей

 

в

 

номинальном

 

режиме

 [1]. 

В

 

действительности

 

электрические

 

сети

 

весьма

 

часто

 

эксплуатируются

 

в

 

режимах

отличных

 

от

 

номинальных

 

в

 

силу

 

различных

 

факторов

Это

в

 

свою

 

очередь

приводит

 

к

 

возникновению

 

дополнительных

 

потерь

 

активной

 

мощности

 

при

 

передаче

 

электрической

 

энергии

Так

 

в

 

на

-

стоящее

 

время

 

узлы

 

нагрузок

 

коммунально

-

бытовых

 

потребителей

 

насыщены

 

нелинейными

 

приемниками

искажающими

 

синусоидальную

 

форму

 

тока

 

и

 

приводящими

 

к

 

появлению

 

выс

-


Page 3
background image

104

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

ших

 

гармонических

 

составляющих

При

 

этом

 

действующее

 

значение

 

несинусоидального

 

тока

 

определяется

 

как

:

 

___

 

I

 = 

 

I

1

(2)

 

I

2

(2)

 

+ ... + 

I

m

(2)

,

 

 (2)

где

 

I

1

I

2

, ..., 

I

m

 — 

действующие

 

значения

 

тока

 

соответствующих

 

гармоник

.

Из

 

формулы

 (2) 

следует

что

 

наличие

 

высших

 

гармоник

 

увеличивает

 

действующее

 

значе

-

ние

 

тока

протекающего

 

по

 

сети

что

 

в

 

свою

 

очередь

 

приводит

 

к

 

увеличению

 

потерь

 

активной

 

мощности

 

электрической

 

энергии

.

Таким

 

образом

снизить

 

мощность

 

потерь

 

и

 

повысить

 

энергоэффективность

 

передачи

 

электрической

 

энергии

 

можно

 

путем

 

компенсации

 

высших

 

гармонических

 

составляющих

 

тока

.

В

 

связи

 

с

 

вышеизложенным

 

были

 

поставлены

 

следующие

 

задачи

:

Рис

. 1. 

Спектральный

 

состав

 

тока

0

2

4

6

8

10

12

а) в фазе А

Ко

эф

ф

иц

ие

нт

 

n

й

га

рмони

чес

кой

 с

ос

тав

ляющ

ей

 

то

ка

, %

3-я

4-я

5-я

6-я

7-я

9-я

11 -я

13 -я

15 -я

Номера гармонических составляющих тока

2-я

Ко

эф

ф

иц

ие

нт

 

n

й

га

рмони

чес

кой

 с

ос

тав

ляющ

ей

 

то

ка

, %

0

1

2

3

4

5

6

7

б) в фазе В

3-я

4-я

5-я

6-я

7-я

9-я

11 -я

13 -я

15 -я

Номера гармонических составляющих тока

2-я

0

2

4

6

8

10

12

в) в фазе С

Ко

эф

ф

иц

ие

нт

 

n

й

га

рмони

чес

кой

 с

ос

тав

ляющ

ей

 

то

ка

, %

3-я

4-я

5-я

6-я

7-я

9-я

11 -я

13 -я

15 -я

Номера гармонических составляющих тока

2-я

г) в нулевом проводе

Ко

эф

ф

иц

ие

нт

 

n

й

га

рмони

чес

кой

 с

ос

тав

ляющ

ей

 

то

ка

, %

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

3-я

4-я

5-я

6-я

7-я

9-я

11 -я

13 -я

15 -я

Номера гармонических составляющих тока

2-я

1) 

проанализировать

 

спек

-

тральный

 

состав

 

фазных

 

и

 

нулевого

 

токов

 

для

 

выяв

-

ления

 

наиболее

 

значимых

 

гармоник

искажающих

 

си

-

нусоидальную

 

форму

 

кривой

 

тока

;

2) 

на

 

основании

 

проведен

-

ного

 

анализа

 

обосновать

 

эффективный

 

способ

 

ком

-

пенсации

 

высших

 

гармоник

 

тока

 

в

 

сельской

 

сети

 0,38 

кВ

 

и

 

разработать

 

устройство

 

для

 

его

 

реализации

;

3) 

провести

 

физическое

 

мо

-

делирование

 

устройства

 

ком

-

пенсации

 

высших

 

гармоник

 

тока

 

в

 

сельской

 

сети

 0,38 

кВ

 

с

 

целью

 

получения

 

коли

-

чественной

 

оценки

 

энер

-

гоэффективности

.

Для

 

определения

 

спект

-

рального

 

состава

 

фазных

 

токов

 

и

 

тока

 

в

 

нулевом

 

про

-

воде

 

была

 

обследована

 

ТП

 

10/0,4 

кВ

находящаяся

 

на

 

балансе

 

ПАО

  «

МРСК

 

Юга

» 

и

 

питающая

 

преимуществен

-

но

 

коммунально

-

бытовых

 

потребителей

Измерения

 

велись

 

непрерывно

 

в

 

тече

-

нии

 7 

суток

 

на

 

шинах

 0,4 

кВ

 

измерителем

 

показателей

 

качества

 

«

Энергомонитор

 

3.3

Т

» [2]. 


Page 4
background image

105

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

 

И

 

КАЧЕСТВО

 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Результаты

 

измерений

 

по

-

сле

 

обработки

 

представлены

 

в

 

виде

 

диаграмм

 

на

 

рисунке

 1.

 

Анализ

 

результатов

 

экспе

-

риментальных

 

исследований

представленных

 

на

 

рисунке

 1, 

показал

что

 

в

 

спектре

 

фаз

-

ных

 

токов

 

и

 

тока

 

в

 

нулевом

 

проводе

 

наиболее

 

значимый

 

уровень

 3-

й

 

гармонической

 

составляющей

особенно

 

вы

-

раженный

 

в

 

нулевом

 

проводе

.

С

 

целью

 

компенсации

 3-

й

 

гармоники

 

тока

 

в

 

нулевом

 

про

-

воде

 

сети

 

было

 

разработано

 

устройство

 [3], 

схема

 

которого

 

приведена

 

на

 

рисунке

 2.

В

 

состав

 

устройства

 

для

 

компенсации

 

высших

 

гармоник

 

тока

 

входит

 

трехфазный

 

одно

-

полупериодный

 

выпрямитель

 

VD

1–

VD

3, 

фазосдвигающий

 

элемент

 

ФЭ

 

и

 

трансреактор

 

TAV

1. 

Принцип

 

работы

 

электромагнитного

 

компенсатора

 

заключается

 

в

 

следующем

.

Нелинейные

 

однофазные

 

нагрузки

 

Z

1…

Z

вызывают

 

протекание

 

в

 

фазах

 

и

 

нулевом

 

про

-

воде

 

сети

 

высших

 

гармонических

 

составляющих

 

тока

Как

 

показали

 

результаты

 

проведен

-

ных

 

исследований

 

наиболее

 

значимой

 

среди

 

прочих

 

является

 

третья

 

гармоника

.

Под

 

действием

 

первичных

 

напряжений

 

на

 

катодах

 

диодов

 

трехфазного

 

однополупери

-

одного

 

выпрямителя

 

VD

1…

VD

формируется

 

напряжение

содержащее

 

постоянную

 

состав

-

ляющую

 

и

 

гармоники

 

тока

 

частотой

 150 

Гц

Под

 

действием

 

этих

 

напряжений

 

во

 

вторичной

 

обмотке

 

трансреактора

 

TAV

будут

 

протекать

 

токи

 

третьей

 

гармоники

которые

 

возбудят

 

в

 

магнитопроводе

 

трансреактора

 

соответствующее

 

магнитное

 

поле

Возбужденный

 

маг

-

нитный

 

поток

 

будет

 

воздействовать

 

на

 

токи

 

первичной

 

обмотки

 

трансреактора

приводя

 

к

 

полной

 

или

 

частичной

 

компенсации

 

третьих

 

гармоник

 

тока

 

в

 

нулевом

 

проводе

 

сети

 

N

Для

 

защиты

 

сети

 

от

 

токов

 

короткого

 

замыкания

 

в

 

устройстве

 

предусмотрены

 

предохранители

 

FU

1…

FU

3.

Для

 

практического

 

определения

 

эффекта

 

от

 

использования

 

данного

 

устройства

 

и

 

под

-

тверждения

 

полученных

 

теоретических

 

выражений

были

 

проведены

 

эксперименты

 

в

 

ла

-

бораторных

 

условиях

  (

рисунок

 3). 

Разработанное

 

устройство

 

располагалось

 

на

 

головном

 

участке

 

линий

.

В

 

лабораторных

 

условиях

 

были

 

вы

-

полнены

 

модели

 

трех

 

основных

 

элементов

 

сети

источник

 

питания

воздушная

 

линия

 

элек

-

тропередачи

 

и

 

несимме

-

тричная

 

нелинейная

 

на

-

грузка

Источник

 

питания

 

представлял

 

симметрич

-

ную

 

трехфазную

 

систему

 

ЭДС

электрическая

 

ли

-

Рис

. 2. 

Схема

 

электромагнитного

 

компенсатора

 

высших

 

гармоник

 

тока

Рис

. 3. 

Структурная

 

схема

 

экспериментальной

 

установки

 

при

 

вклю

-

ченном

 

электромагнитном

 

компенсаторе

 

высших

 

гармоник

 

тока

Z

1

 

L

1

N

FU

1…3

L

2

L

3

VD

1

VD

3

TAV

1

ФЭ

Z

2

 

Z

3

 

Z

1

 

А

FU

1…3

В

С

VD

1

3

TAV

1

ФЭ

Z

2

 

Z

3

 

TV

1

Меркурий 230

АСК


Page 5
background image

106

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

ния

 

имела

 

продольные

 

па

-

раметры

в

 

качестве

 

нагруз

-

ки

 

использовались

 

лампы

 

накаливания

 

и

 

газоразряд

-

ные

 

лампы

 

с

 

пускорегу

-

лирующими

 

устройствами

 

(

ДРЛ

разной

 

мощности

 

для

 

создания

 

нелинейной

 

несимметричной

 

нагрузки

 

(

рисунок

 4).  

Лабораторные

 

иссле

-

дования

 

разработанного

 

устройства

 

показали

что

 

при

 

его

 

применении

 

про

-

исходит

 

незначительное

 

снижение

 

всего

 

спектра

 

гармонических

 

составляю

-

щих

но

 

наиболее

 

заметный

 

эффект

 

характерен

 

для

 

третьей

 

гармоники

 

тока

 

в

 

нулевом

 

проводе

.

Так

 

значение

 

тока

 3-

й

 

гармоники

 

в

 

фазе

 

L

снизилось

 

на

 1,9%, 

в

 

фазе

 

L

снизилось

 

на

 

3%, 

в

 

фазе

 

L

снизилось

 

на

 5,5%, 

в

 

нейтрали

 

снизилось

 

на

 64%. 

В

 

связи

 

с

 

этим

 

произошло

 

снижение

 

действующего

 

значения

 

тока

 

нейтрали

 

сети

 

на

 13%, 

а

 

потери

 

активной

 

мощности

 

по

 

результатам

 

замеров

 

счетчиком

 

электрической

 

энергии

 

снизились

 

на

 12%.

Выводы

1. 

В

 

настоящее

 

время

 

узлы

 

нагрузок

 

коммунально

-

бытовых

 

потребителей

 

насыщены

 

нели

-

нейными

 

приемниками

искажающими

 

синусоидальную

 

форму

 

кривой

 

тока

что

 

способ

-

ствует

 

увеличению

 

мощности

 

потерь

 

при

 

передаче

 

электрической

 

энергии

При

 

этом

как

 

показали

 

результаты

 

экспериментальных

 

исследований

в

 

спектре

 

фазных

 

токов

 

и

 

тока

 

в

 

нулевом

 

проводе

 

преобладает

 

третья

 

гармоническая

 

составляющая

 

тока

.

2. 

Для

 

компенсации

 

третьей

 

гармонической

 

составляющей

 

тока

 

в

 

нулевом

 

проводе

 

был

 

разработан

 

электромагнитный

 

компенсатор

Лабораторные

 

испытания

 

устройства

 

пока

-

зали

что

 

при

 

его

 

применении

 

происходит

 

снижение

 

потерь

 

активной

 

мощности

 

в

 

элек

-

трической

 

сети

 

за

 

счет

 

подавления

 

третьей

 

гармоники

 

тока

.

Рис

. 4. 

Фотография

 

стенда

 

для

 

исследования

 

компенсатора

 

третьей

 

гармоники

 

в

 

работе

ЛИТЕРАТУРА

 

1. 

Кузнецов

 

В

.

Г

Электромагнитная

 

совмести

-

мость

Несимметрия

 

и

 

несинусоидальность

 

напряжения

 / 

В

.

Г

Кузнецов

Э

.

Г

Куренный

А

.

П

Лютый

Донецк

Норд

-

пресс

, 2005. 250 

с

2. 

Приборы

 

для

 

измерений

 

электроэнергетиче

-

ских

 

величин

 

и

 

показателей

 

качества

 

электри

-

ческой

 

энергии

  «

Энергомонитор

-3.3

Т

1». 

Ру

-

ководство

 

по

 

эксплуатации

Редакция

 3, 

ОКП

 

4220, 2012. 154 

с

.

3. 

Патент

 2447563, 

МПК

 H02J 3/01. 

Устройство

 

для

 

компенсации

 

тока

 3-

й

 

гармоники

 

нейтрали

 

сети

 / 

Юндин

 

М

.

А

., 

Кобзистый

 

О

.

В

., 

Юндин

 

К

.

М

.; 

патен

-

тообладатель

 — 

Федеральное

 

государственное

 

образовательное

 

учреждение

 

высшего

 

профес

-

сионального

 

образования

  «

Азово

-

Черномор

-

ская

 

государственная

 

агроинженерная

 

акаде

-

мия

» (

ФГОУ

 

ВПО

 

АЧГАА

) — 

 2010126790/07; 

заявл

. 30.06.2010; 

опубл

. 10.04.2012.


Читать онлайн

Известно, что электрическая энергия является специфическим товаром, при транспортировке которого по электрическим сетям неизбежны ее потери, вызванные физическими процессами нагрева проводов. В трехфазных электрических сетях переменного тока возникают еще и дополнительные потери при передаче, вызванные несимметрией нагрузки по фазам, а также нелинейной нагрузкой, приводящей к искажению синусоидальной формы кривой тока. В статье также рассмотрены результаты экспериментальных исследований по снижению уровня несимметрии и искажения синусоидальности напряжения и тока в сетях 0,38 кВ.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Автоматизация сетей среднего напряжения — ключевое направление развития электросетевого комплекса

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность
ООО «Центр энергетических технологий»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Сравнительный анализ мероприятий по повышению надежности передачи электрической энергии в распределительных сетях

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Воздушные линии
Гвоздев Д.Б. Иванов Р.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Результаты оценки токов и напряжения высших гармоник на основе моделирования системы электроснабжения предприятия

Энергоснабжение / Энергоэффективность Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Назиров Х.Б. Абдулкеримов С.А.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Оценка уровня нелинейных искажений электроустановок на основе моделирования длительности импульса их входного тока

Энергоснабжение / Энергоэффективность Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Тукшаитов Р.Х. Семенова О.Д. Новокрещенов В.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Повышение эффективности почасового прогнозирования электропотребления с помощью моделей машинного обучения на примере Иркутской энергосистемы. Часть 2

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция
Томин Н.В. Корнилов В.Н. Курбацкий В.Г.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»