Повышение экономичности работы систем электроснабжения для совершенствования эксплуатации и технического обслуживания электрооборудования электрических станций, сетей и систем

Наряду с повышением надежности работы систем электроснабжения, улучшающей качество эксплуатации и техническое обслуживание электрооборудования, важным является также применение эффективных способов и средств повышения ее экономичности.

Известно, что все потребители электроэнергии условно делятся на две группы:

  • 1) силовые электроприемники;
  • 2) осветительные установки.

На основании этой классификации определены главные требования, предъявляемые к электрооборудованию и линиям электростанций, сетей и систем, которые состоят в следующем:

  • • в обеспечении на всех участках системы электроснабжения минимально возможных длин линий, рационального резервирования и наименьших изменений в схеме при росте или перераспределении нагрузок;
  • • учете влияния окружающей среды, исключении возможности повреждения линий, соблюдении требуемых режимов эксплуатации сети и ее перспективного развития;
  • • применении экономически целесообразных сечений линий (исключение недопустимого нагрева для аварийных режимов, минимальные потери электроэнергии).

Реализация требований экономичности электрических сетей напряжением до 1 кВ привела к сокращению длин линий этих сетей путем приближения высокого напряжения к потребителям электроэнергии. Проблема сокращения длин линий электрических сетей напряжением до 1 кВ является актуальной и в настоящее время, так как потери электроэнергии в этих сетях составляют до 20% от суммарных потерь в сетях высокого и низкого напряжений.

Электроэнергия на электростанциях, в электрических сетях и системах используется в силовом и осветительном электрооборудовании. Значительное ее количество теряется в силовом электрооборудовании, в кабельных и воздушных линиях в виде потерь. Для уменьшения потерь электроэнергии в линиях существуют различные методы и средства, которые можно условно разделить на две группы:

  • 1) для действующих и реконструируемых предприятий;
  • 2) вновь проектируемых предприятий.

Так, для первой группы предприятий целесообразно подключать при работе дополнительно резервные линии параллельно рабочим, которые до этого находились в теплом резерве (отключены с одной стороны) и были предусмотрены в проекте. Для второй группы предприятий целесообразно, например, использовать кабельные линии с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), если это допустимо по техническому заданию на проектирование, вместо кабелей с бумажной изоляцией, так как первые имеют целый ряд преимуществ, в том числе и экономических.

Как известно, потери активной мощности в линиях равны [28]:

где: /л — ток в линии;

Rn — сопротивление одной фазы линии.

Ток в линии и ее сопротивление можно выразить следующим образом:

где: Рч — мощность нагрузки в линии, кВт;

?/ — номинальное напряжение линии, кВ;

cos ф — коэффициент мощности;

р — удельное сопротивление материала линии (медь или алюминий);

/л — длина линии, км;

5Л — сечение линии, мм2.

На основании последних двух выражений имеем:

Из последнего выражения можно заключить о возможных путях экономии электроэнергии в линиях:

  • • за счет сокращения длины линий, которое можно достичь путем рационального распределения электроприемников между подстанциями;
  • • рационального выбора мест размещения подстанций;
  • • увеличения напряжения в электрической сети, которое, как правило, связано с реконструкцией сети;
  • • увеличения коэффициента мощности за счет рациональной компенсации реактивной мощности.

При неравномерном распределении нагрузок по фазам трехфазной системы потери электроэнергии будут больше, чем при симметричной нагрузке. Это необходимо учитывать при распределении однофазных и двухфазных электроприемников по фазам электрической сети.

Проводимое в соответствии с графиком обследование систем электроснабжения показывает, что большинство электроприемников загружено на 40—50% своей номинальной мощности. Однако в условиях эксплуатации произвести замену таких электроприемников на электроприемники меньшей мощности практически не всегда возможно. Кроме того, часть электроприемников имеет небольшую продолжительность работы, заменять их не имеет смысла.

Снизить потери электроэнергии можно также за счет регулировании графиков нагрузок. Снижение значения суммарного максимума нагрузки позволяет при неизменной установленной мощности трансформаторов обеспечить питание большего числа потребителей.

Выравниванию графиков нагрузки способствует в значительной степени внедрение автоматизированной информационно-измерительной системы контроля и учета электроэнергии (АИИСКУЭ).

Известно, что потери активной мощности и электроэнергии в трансформаторе можно определить следующим образом:

где: АРХ, АРК — активные потери холостого хода (при номинальном напряжении) и короткого замыкания (при номинальной нагрузке); к3 коэффициент загрузки трансформатора, равный отношению фактической нагрузки к номинальной мощности трансформатора (S^/S_ );

Ф тном

ГгЕ, Тг р — годовое число часов работы трансформатора и число часов его работы с номинальной нагрузкой соответственно.

Потери активной мощности как в самом трансформаторе, так и создаваемые им в элементах системы электроснабжения (от источника до рассматриваемого трансформатора), в зависимости от реактивной емкостной мощности, потребляемой трансформатором (эти потери называют приведенными потерями активной мощности), находят следующим образом [21J:

где

где: АР”, АР'К — приведенные активные потери мощности холостого хода и нагрузочные соответственно;

A @х, AQK реактивные потери мощности холостого хода и нагрузочные соответственно;

/х, ик — ток холостого хода и напряжение КЗ в процентах соответственно; кн п — коэффициент изменения потерь, принимаемый для расчетов равным 0,15 кВт/квар.

Приведенные потери активной электроэнергии, соответствующие приведенным потерям активной мощности, равны;

Пример. Определить приведенные потери активной мощности и активной электроэнергии для трансформатора типа ТМ-400-6/0,4, исходные данные которого приведены ниже:

Решение. На основании приведенных выше выражений находим:

Потери электроэнергии в трансформаторах значительны, их необходимо снижать до возможного минимума путем правильного выбора мощности и числа трансформаторов, рационального режима их работы, исключения холостого хода при малых нагрузках.

Целесообразное число и мощность силовых трансформаторов выбирают на основе технико-экономических расчетов с учетом следующих основных факторов:

  • • категории надежности электроснабжения потребителей;
  • • перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах;
  • • экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.

На основании опыта эксплуатации трансформаторных подстанций предпочтение при проектировании и реконструкции систем электроснабжения отдают трансформаторам мощностью 1000 кВА, считая эту мощность оптимальной по многим параметрам.

Наивыгоднейшая загрузка силовых трансформаторов зависит от категории надежности потребителей электроэнергии, от числа трансформаторов и способа резервирования. Так, при преобладании нагрузок первой категории для двухтрансформаторных ТП к3 0,65—0,7; при преобладании нагрузок второй категории для однотрансформаторных ТП в случае взаимного резервирования трансформаторов на НН к3 = 0,7—0,8; при преобладании нагрузок второй категории и наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках третьей категории кз 0,9—0,95.

Увеличить отдаваемую силовым трансформатором активную мощность можно за счет компенсации реактивной мощности. Известно, что большинство электроприемников потребляет реактивную емкостную мощность (асинхронные двигатели, силовые трансформаторы и др.).

Потребную реактивную емкостную мощность для промышленного предприятия можно покрывать в среднем на 30% за счет синхронных генераторов электростанций или собственной ТЭЦ, что значительно повышает надежность эксплуатации и улучшает техническое обслуживание электрооборудования. Остальную часть потребной реактивной емкостной мощности целесообразно покрывать от имеющихся или устанавливаемых на предприятии ее источников (батарей конденсаторов, синхронных двигателей, статических компенсаторов).

Важной задачей при эксплуатации систем электроснабжения является уменьшение реактивной мощности, потребляемой электрооборудованием, что существенно снижает потери электроэнергии в системах электроснабжения. Компенсация реактивной мощности необходима в тех случаях, когда cos (р ниже нормативного, равного cos фн = 0,95. При этом разгрузить силовой трансформатор от реактивной мощности можно, установив компенсирующие устройства на низком напряжении трансформаторной подстанции 6 (10)/0,4 кВ. Низкий coscp может иметь место, например, при наличии на предприятии большого числа асинхронных двигателей напряжением 0,4 кВ.

При выборе средств компенсации реактивной мощности следует учитывать, что наибольший экономический эффект достигается при их размещении вблизи электрооборудования, которому для нормальной и устойчивой работы необходима реактивная емкостная мощность (например, асинхронные электродвигатели, силовые трансформаторы).

Известно, что при передаче потребителям активной Р и реактивной Q мощности в системе электроснабжения имеют место потери активной мощности, т.е.:

где: АРа и АРр — потери активной мощности при ее передаче и потери активной мощности при передаче реактивной мощности соответственно.

Кроме того, передача реактивной мощности по сети снижает пропускную способность линий электропередачи системы электроснабжения. Снижение реактивной мощности, циркулирующей между источником и приемником электроэнергии, а следовательно, снижение реактивного тока в электрических сетях называют компенсацией реактивной мощности. В качестве компенсирующих устройств используют в большинстве случаев батареи конденсаторов и синхронные двигатели в режиме перевозбуждения, т.е. с coscp > 0,9.

Техническая возможность использования синхронных двигателей в качестве источника реактивной мощности ограничивается максимальной реактивной мощностью, которую он может генерировать без нарушения условий допустимого нагрева обмоток и железных частей ротора и статора. Эта мощность называется располагаемой реактивной мощностью синхронного двигателя и определяется по выражению:

где: ам — наибольшая допустимая перегрузка синхронного двигателя по реактивной мощности;

Рном — номинальная активная мощность синхронного двигателя; tg срном, г|ном — номинальные коэффициент реактивной мощности и КПД синхронного двигателя соответственно.

Перегрузка синхронного двигателя по реактивной мощности зависит от его загрузки по активной мощности и определяется по табл. 6.2 [3J.

Таблица 6.2

Значения ам в зависимости от типа синхронного двигателя, его номинального напряжения и коэффициента загрузки к3

Тип, UB0M

(все частоты вращения) синхронного двигателя

и/и

с' ном

Значения ам

при кз = 0,9

при кз = 0,8

при кз = 0,7

0,95

1,31

1,39

1,45

СДН, 6(10)кВ

1,00

1,21

1,27

1,33

1,05

1,06

1,12

1,17

0,95

1,16

1,26

1,36

СД, СДЗ, 380 В

1,00

1,15

1,24

1,32

1,05

1,10

1,18

1,25

1,10

0,90

1,06

1,15

За счет компенсации реактивной мощности (КРМ) имеет место лучшее использование электрооборудования, что подтверждается приведенным ниже примером.

Пример. Полностью загруженный силовой трансформатор имеет мощность ?, = 1600 кВА, причем Д = 1000 кВт, О. = 1250 квар.

тном тс тс

где: QT , Р — реактивная и активная мощности трансформатора до КРМ (старые);

S, S'T — полная нагрузка трансформатора до и после КРМ.

После установки батареи конденсаторов снизилась реактивная мощность трансформатора до 500 квар, т.е. Q = 1250 — 500 = 750 квар. Полная нагрузка составила:

где: @т н — реактивная мощность трансформатора после КРМ (новая).

Коэффициент загрузки трансформатора к3 снизился с 1 до 0,7, т.е.:

Эксплуатация трансформатора с к3 0,7 соответствует более экономичному режиму его работы, так как потери активной мощности в нем будут меньше, чем при к3 1,0.

При росте нагрузки этот трансформатор можно дополнительно нагрузить активной мощностью, равной:

Если бы не применялась компенсация реактивной мощности, то для присоединения такой активной мощности (дополнительных асинхронных двигателей) потребовался бы еще один силовой трансформатор мощностью 630 кВА.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >