В.В. Зорин, д-р техн. наук

Национальный технический университет Украины «КПИ», г. Киев, Украина

Р.А. Буйный, канд. техн. наук,

А.В. Красножон, канд. техн. наук

Черниговский государственный технологический университет, г. Чернигов, Украина

ПОВЫШЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ ПО РЯДУ КРИТЕРИЕВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Рассмотрено возможные пути повышения пропускной способности линий электропередачи и определена их эффективность по условиям нагрева, режима напряжения, снижению потерь мощности и надежности.

С ростом электрических нагрузок и присоединением новых потребителей электрической энергии параметры электрической сети и соответственно параметры режимов должны периодически изменяться для повышения пропускной способности. Эти изменения должны выполняться таким образом, чтобы в пределах рассматриваемого периода обеспечить наиболее эффективное использование денежных средств, материалов и трудовых ресурсов. Снижение технологического расхода электроэнергии на ее транспорт в линиях электропередач (ЛЭП) и в трансформаторах подстанций (ТП) является частью общей задачи повышения экономичности работы электрической сети и энергосистемы в целом. Следует стремиться на протяжении всего срока эксплуатации оборудования электрической сети поддерживать экономически оправданные режимы.

Обычно при решении задач повышения пропускной способности сети рассматривают две группы мероприятий. Первая – организационные мероприятия, как правило, беззатратные или малозатратные мероприятия эксплуатационного характера. И вторая группа – это технические мероприятия, для реализации которых требуются дополнительные капиталовложения. Естественно, в первую очередь, должны быть использованы организационные мероприятия, и в случае необходимости – технические.

К техническим мероприятиям по повышению эффективности режимов распределительных электрических сетей могут быть отнесены следующие [1; 2]:

1. Установка и ввод в работу устройств компенсации реактивной мощности в сети 0,38 кВ и 6-10 кВ. Компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторных батарей поперечного включения является комплексным, высокоэффективным средством повышения качества электроснабжения, решая задачи энергосбережения, качества электрической энергии, надежности.

2. Использование установок продольной емкостной компенсации, включаемые в рассечку ЛЭП. Применение продольной емкостной компенсации позволяет существенно повысить пропускную способность сети по режиму напряжения. Особенно эффективны такие установки в воздушных ЛЭП и при значительных колебаниях напряжения.

3. Замена проводов перегруженных воздушных ЛЭП и кабельных, проложенных в открытых каналах на большие сечения. Это приводит к повышению пропускной способности ЛЭП по нагреву, улучшению режима напряжения, повышению надежности электроснабжения.

4. Разделение перегруженной, протяженной линии на две части. Такое мероприятие по повышению пропускной способности может обеспечить на 2/3 снижение потерь мощности и величину потерь напряжения, а также сократить величину недоотпущенной электроэнергии.

5. Сооружение дополнительных трансформаторных подстанций и некоторых участков новых линий.

В качестве примера рассмотрим эффективность повышения пропускной способности по ряду критериев путем замены существующего сечения провода на новое (>) на одну стандартную ступень n = 1 и на две стандартных ступени n = 2.

1. По условиям нагрева.

По условиям нагрева допустимым током при сечении предельная пропускная способность по активной мощности составит:

.

Также при переходе на сечение , где > имеем:

.

Увеличение пропускной способности при замене сечения на составит:

.

Для воздушных линий с сечением провода АС-50 будем иметь:

n=1, , ,, , ,

т. е. увеличение пропускной способности на 26 %.

n=2, , ,, , ,

т. е. увеличение пропускной способности на 57 %.

2. По условиям режима напряжения.

Оценим увеличение пропускной способности линии по активной мощности при замене сечения провода на большее по условиям режима напряжения, когда потери напряжения в линии до и после замены сечения провода остаются постоянными .

При , при . Приравняв оба выражения и решив полученное уравнение относительно , будем иметь:

, где .

Пропускная способность линии по активной мощности P при сечениях проводов и равна соответственно:

и .

Тогда увеличение пропускной способности по режиму напряжения:

.

n = 1, ,, , , ,

т. е. увеличение пропускной способности на 24 %.

n = 2,,,, , ,

т. е. увеличение пропускной способности на 47 %.

3. По условиям снижения потерь мощности .

Потери активной мощности в линиях при сечениях и будут равны:

, , .

Тогда снижение потерь мощности при замене сечения на :

.

n = 1, , , ,

т. е. снижение потерь активной мощности на 29 %.

n = 2, , , ,

т. е. снижение потерь активной мощности на 47 %.

В таблицах 1, 2 показаны возможности повышения пропускной способности перегруженных ЛЭП путем замены существующих сечений проводов на большие для всей шкалы стандартных сечений.

Таблица 1

Показатели эффективности повышения пропускной способности ЛЭП при замене
существующего сечения провода на новое на одну стандартную ступень

 

Таблица 2

Показатели эффективности повышения пропускной способности ЛЭП при замене
существующего сечения провода на новое на две стандартных ступени

 

Как видно из таблиц 1 и 2, эффективность мероприятий по повышению пропускной способности элементов сети с увеличением сечений проводов снижается.

Рассмотрим еще один из возможных способов повышения пропускной способности существующей протяженной линии по ряду критериев (потерь мощности, режиму напряжения и надежности). Пусть имеется существующая распределительная линия электропередачи с равномерно распределенной нагрузкой и плотностью нагрузки кВт/км, длиной L км и удельным сопротивлением провода Ом/км (рис. 1, а). Стоит задача снизить потери активной мощности , улучшить режим напряжения и повысить надежность электроснабжения , путем разделения существующей линии на части и сооружение участка новой линии (рис. 1, б). При этом необходимо выбрать оптимальную величину места разреза существующей линии (протяженность участка X), при котором обеспечивается минимум потерь мощности схемы , или равенство потерь напряжения в образованных двух линиях или наименьшую величину недоотпущенной электроэнергии [3].

Рис.1. Существующая линия до реконструкции (а) и после реконструкции (б)

Потери активной мощности в существующей исходной линии составляют:

,

а потери напряжения:

.

Недоотпуск электрической энергии в исходной линии оценивается параметром потока отказов , средним временем восстановления электроснабжения , удельной плотностью нагрузки и длиной участка линии L км.

.

1. Разделение линии на части при условии .

Определяем потери напряжения на участках “а”, “b” и “с” преобразованной линии, выполненной на участке “с” проводом АС-50:

,

,

,

где Х – относительная длина участков линий .

Записав равенство найдем значение Х:

.

При этом потери напряжения до концов участков линий составят:

, .

Таким образом, потери напряжения уменьшились в два раза.

Определим оптимальное место разделения линии при условии, что на новом участке “с” принимается большее сечение. Вместо АС-50 устанавливается сечение АС-95 . При этом соотношение удельных сопротивлений составит . В этом случае потеря напряжения на участке “с” составит:

.

Приравнивая потерю напряжения на участке “а” – к потере напряжения на участках “b+c” – получим:

, ,

откуда находим искомое значение Х = 0,62.

При этом потеря напряжения будет равна .

Аналогично поступаем в случае замены на участке “с” АС-50 на сечение АС-150 . Соотношение их удельных сопротивлений составит . Тогда потеря напряжения на участке “с” будет равна:

.

Приравняв потерю напряжения на участке “а” – к потере напряжения на участках “b+c” – получим:

, ,

откуда находим искомое значение Х = 0,58.

При этом потери напряжения до концов участков линий составят:

,

.

2. Разделение линии на части по критерию .

Определяем потери мощности на участках “а”, “b” и “с” преобразованной линии, на которых выбрано сечение АС-50, .

,

,

.

Тогда суммарные потери мощности на участках “а”, “b” и “с” составят:

.

Берем первую производную выражения по Х, приравниваем нулю и решаем уравнение относительно Х:

.

Таким образом, оптимальное место разделения линии составляет , что обеспечивает (рис. 2).

Рис. 2. Зависимости параметров режима от места разреза существующей линии

При этом потери активной мощности составят:

.

Таким образом, потери мощности уменьшились почти в два раза.

Определим оптимальное место разделения линии при условии, что на новом участке “с” принимается сечение АС-95 , вместо АС-50, при этом соотношение удельных сопротивлений составит . В этом случае потеря активной мощности на участке “с” будет равна:

.

Тогда суммарные потери мощности на участках “а”, “b” и “с” составят:

.

Возьмем первую производную выражения по Х, приравняем нулю и решаем уравнение относительно Х:

.

При этом минимальные потери активной мощности составят:

.

Определим оптимальное место разделения линии при условии, что на новом участке “с” принимается сечение АС-150 , вместо АС-50, при этом соотношение удельных сопротивлений составит . Поступая аналогично предыдущему случаю получим:

Х=0,55,

а оптимальные потери мощности будут равны:

.

3. Разделение линии на части при условии

Определяем значения недоотпущенной электроэнергии на участках линий , и в преобразованной схеме:

, ,

.

Тогда суммарная величина недоотпущенной электроэнергии на участках “а”, “b” и “с” составит:

.

Берем первую производную выражения по Х приравниваем нулю и решаем уравнение относительно Х:

.

Таким образом, оптимальное место разделения линии составит Х = 0,75, что обеспечивает (рис. 2). При этом величина недоотпущенной электроэнергии будет равна:

.

Дополнительный эффект по снижению потерь мощности и потерь напряжения может быть получен, если на участке “с” новой линии использовать сечения больше, чем до реконструкции (табл. 3), а длина нового участка линии может быть сокращена почти на половину.

Таблица 3

Эффект от снижения потерь мощности и потерь напряжения

 

Окончательное решение по выбору того или иного мероприятия по повышению пропускной способности линии электропередачи, рассмотренные в данной статье, может быть получено на основании технико-экономического расчета.

Выводы.

1. В связи с ростом электрических нагрузок и присоединением новых потребителей электрической энергии возникают ограничения по пропускной способности электрических сетей (нагреву, потерям мощности, режиму напряжения, надежности). В связи с этим возникает необходимость осуществления мероприятий по улучшению режимов.

2. В соответствии с требованиями ПУЭ [4] сечения проводников должны быть проверены по экономической плотности тока (по экономическим интервалам). Данными указаниями следует руководствоваться также при замене существующих проводников проводами большего сечения. При этом должна учитываться полная стоимость всех работ по демонтажу и монтажу оборудования ЛЭП.

3. В результате проведенных расчетов показано, что при замене существующего сечения на новое (>) на одну стандартную ступень и на две стандартных ступени позволяет повысить пропускную способность линии по нагреву, по потере напряжения, потере мощности соответственно в среднем на 25 % и на 50 %.

4. Мероприятие по повышению пропускной способности перегруженных линий электропередачи по ряду критериев путем разделения существующей линии на две части позволяет снизить потери активной мощности и потери напряжения вдвое. Дополнительный эффект по снижению потерь может быть получен, если на участке новой линии использовать сечение провода больше, чем на линии до реконструкции. При этом удается снизить потери в три раза, а протяженность новой линии уменьшить наполовину.

5. Окончательный выбор мероприятий по повышению пропускной способности линий следует сделать на основании соответствующего технико-экономического расчета.

Список использованных источников

1. Зорин В. В. Системы электроснабжения общего назначения / В. В. Зорин, В. В. Тисленко. – Чернигов: ЧГТУ, 2005. – 341 с.

2. Экономическое обоснование технических решений в системах электроснабжения общего назначения в рыночных условиях / В. В. Зорин, Б. Н. Сердюк, Е. А. Боркунова, Р. А. Буйный // Мировая экономика и бизнес-администрирование малых и средних предприятий: сб. трудов. – Минск: БНТУ, 2011. – С.181-192.

3. Зорин В. В. К вопросу о выборе параметров линий электропередачи / В. В. Зорин // Энергетика: экономика, технологии, экология. – 2008. – № 2. – С.61-67.

4. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. – 6-е изд., перераб. и дополн. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.