Повышение эффективности оптимизации режима

Снижение потерь в сетях ОАО «Татэнерго» путем управления
перетоками реактивной мощности.
Авторы: Жиленков А.А. ЗАО «РДУ Татэнерго»
Ахмеров Б.И. ЗАО «РДУ Татэнерго»
Зырянов М.И. ЗАО «РДУ Татэнерго»
Выводы:
1. Оптимизация режима работы сети по напряжению – один из способов сокращения
потерь электроэнергии на ее транспорт.
2. Уменьшение в распределительных сетях балластных потоков реактивной мощности за
счет ее компенсации у потребителя или на конечных подстанциях электросетевых
компаний наиболее эффективный способ снижения потерь в сети.
1.
Реактивная мощность.
Передача электрической энергии от генераторов к потребителям является
сложным физическим процессом, требующим наличия как активной, так и реактивной
составляющих мощности. Реактивная мощность не выполняет полезной работы и
лишь определяет скорость преобразования электрической энергии в энергию
магнитного поля и обратно, т.е. скорость обмена энергией между генератором и
магнитным полем приемника электроэнергии. Выработка реактивной мощности не
требует непосредственного расхода топлива, но ее передача по сети вызывает затраты
активной энергии в виде потерь электрической энергии и дополнительно загружает
элементы электрической сети, снижая их общую пропускную способность.
После отмены приказом Минэнерго России от 10.01.2000г. №2
«Правил
пользования электрической и тепловой энергией» потребители электрической энергии
перестали участвовать в поддержании коэффициента мощности и компенсации
реактивной мощности на шинах нагрузок. Это привело к возрастанию потоков реактивной
мощности в линиях электропередачи и значительному росту потерь электроэнергии в
электрических сетях, возникновению дефицита реактивной мощности в узлах нагрузки и,
как следствие, снижению напряжения на шинах подстанций распределительных
электрических сетей, увеличению до предельно допустимых значений токов полной
нагрузки линий электропередачи и трансформаторных подстанций и ограничению их
пропускной способности по активной мощности из-за необоснованной их загрузки
реактивной мощностью.
Указанные выше обстоятельства являются одной из причин сдерживания
присоединений к действующим системам электроснабжения новых потребителей и
препятствуют увеличению присоединенной мощности потребителей, расширяющих
производство и наращивающих производственные мощности из-за увеличения загрузки
линий электропередачи и трансформаторных подстанций потоками реактивной мощности,
поставляемой потребителям от генераторов электростанций.
Анализ баланса реактивной мощности в энергосистеме Татарстана показал, что
энергосистема Татарстана является дефицитной по реактивной мощности. Внутренняя
генерация реактивной мощности зимой составляет 1323 МВАр при потреблении 1784
МВАр, а летом - 1008 МВАр при потреблении 1424 МВАр. То есть, дефицит более
400МВАр. По данным зимнего контрольного замера в декабре 2006г и летнего
контрольного замера в июне 2007г. значение tg φ (соотношения активной и реактивной
мощности) в целом по Республике Татарстан составляет в ночные часы 0,4, в дневные
часы от 0,48 до 0,52 (с учетом сети 500 и 220 кВ).
31.08.2006г. вышло постановление Правительства РФ №530 , которым утверждены
изменения «Правил недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической
энергии и оказания этих услуг». Согласно вышеуказанным правилам потребители
электрической энергии должны соблюдать значения соотношения потребления активной
и реактивной мощности, определенной в договоре в соответствии с порядком,
утвержденным Минтопэнерго России.
2. Балансы реактивной мощности по энергорайонам:
Баланс Казанского энергорайона.
Помары -366-j62
791+j383
494кВ
500кВ
АТ-4
ПС Киндери
АТ-5
214+j155
224кВ
Помары 37+j17
ЗГРЭС
211+j141
220кВ
Волжская 3+j12
69+j16
ПС Нижнекамская
220кВ
220кВ
К.Букаш
ПС Зеленодольская
Потребление в Казанском энергорайоне 502МВАр, выработка реактивной мощности
электростанциями 161МВАр, т.е. дефицит составляет 341МВАр (около 70 % от ее
потребления). Дефицит покрывается перетоками реактивной мощности по ВЛ-500 кВ
«Заинск-Киндери», ВЛ-220 кВ «Нижнекамская-К.Букаш», ВЛ-220 кВ «ЗеленодольскаяПомары» и ВЛ-220 кВ «Зеленодольская-Помары».
Баланс Нижнекамского энергорайона.
К.Букаш
-69-j16
ПС Заводская
220кВ
110кВ
220кВ
I
II
158+j96
165+j90
76+j15
207+j99
ЗГРЭС
Потребление реактивной мощности в Нижнекамском энергорайоне 685МВАр,
выработка реактивной мощности электростанциями 402МВАр, т.е. дефицит составляет
283МВАр (около 40 % от ее потребления). Дефицит покрывается за счет генерации
реактивной мощности Заинской ГРЭС и перетоками реактивной мощности по транзитным
линиям, связывающим Нижнекамский и Уруссинский районы.
Основным путем снижения потерь электроэнергии является управление перетоками
реактивной мощности.
Переток реактивной мощности можно уменьшить:
 Загрузив по реактивной мощности до допустимого максимума
станции, при необходимости включить дополнительные генераторы из
резерва на станциях;
 Оптимизировав по напряжению режим работы сети путем изменения
уставок автоматических регуляторов на автотрансформаторах;
 Установив источники реактивной мощности у потребителей.
Увеличение выдачи реактивной мощности генератором с целью доставки ее
потребителю нецелесообразно, это наглядно демонстрирует следующий рисунок:
Повышенный переток реактивной
мощности
Увеличение потерь напряжения
Увеличение тока в электрической
сети
Увеличение потерь активной
мощности
Уменьшение напряжения на
шинах электроприемников
Снижение пропускной
способности сетей
Перерасход электроэнергии
Дополнительное увеличение тока
в электрической сети
Необходимость увеличения
сечения проводов или
строительства новых линий
электропередачи
На основании вышеизложенного встает задача определения дефицитных по
реактивной мощности «микрорайонов» энергосистемы, определения мероприятий для
снижения дефицита реактивной мощности, оптимизации режима сети по напряжению,
определения характера нагрузки и необходимости установки в этих районах
компенсирующих устройств.
3.
Оптимизация режима по напряжению – один из способов
сокращения потерь электроэнергии на ее транспорт.
Напряжение в энергосистеме определяется работой генераторов станций и
поддерживается на подстанциях на уровне не ниже задаваемого графика
регулированием анцапф автотрансформаторов связи 220/110 кВ. Разработано и
подготовлено к опытно-промышленной эксплуатации программное обеспечение (ПО)
для расчета уставок автоматических регуляторов напряжения автотрансформаторов
220/110 кВ в целях оптимизации режима электрических сетей 110-220 кВ.
Эксплуатация разработанного ПО позволит обеспечить оптимизацию режима сети по
напряжению и реактивной мощности в темпе процесса. Оптимальное регулирование
напряжения автотрансформаторами определяется формулой:
U опт  U 0 
n
b
i 1
i
Пi
где Uопт – оптимальное напряжение, кВ; U0, кВ и bi – коэффициенты; Пi –
переменные регулирования, А, МВт, МВАр; n – число переменных регулирования.
Анализ формул оптимального регулирования по годам показал что они меняются со
временем и необходимо регулярно проводить расчеты уставок АРН для оптимального
регулирования напряжения. Без специального ПО рассчитывать уставки неудобно из-за
большого объема работы.
Схема регулирования напряжения АРН АТ по формуле оптимального
регулирования:
n
U опт  U 0   b i П i
i 1
Датчик токовой
компенсации
Блок автоматического
регулирования
Преимущества регулирования напряжения по формулам оптимального
регулирования:
 эффективно в большинстве режимов;
 не требуется дополнительного оборудования;
 выполняется в автоматическом режиме установленными автоматическими
регуляторами напряжения автотрансформаторов;
 учитывает изменение режима сети.
Внедрение данного метода регулирования позволит значительно сократить потери
электроэнергии.
4. Наиболее эффективным способом сокращения потерь в электрических сетях
является компенсация реактивной мощности у потребителей.
Наиболее целесообразна система распределенной компенсации реактивной
мощности в точках преобразования энергии, включая объекты потребления
электроэнергии. Выбор и размещение устройств компенсации реактивной мощности в
электрических сетях производятся исходя из необходимости обеспечения требуемой
пропускной способности сети в нормальных и послеаварийных режимах при поддержании
необходимых уровней напряжения и запасов устойчивости нагрузки потребителей.
Уменьшение потерь активной электроэнергии, обусловленных перетоками реактивных
мощностей, является реальной эксплуатационной технологией снижения потерь в
электрических сетях и технологией повышения эффективности использования
электроэнергии (мощности) у потребителей. Экономические интересы как сетевых
предприятий, так и предприятий-потребителей в настоящее время требует особого
внимания к компенсации реактивной мощности посредством компенсирующих устройств.
Это и надежность электроснабжения потребителей, и надежность электрических сетей и
энергосистем. Компенсация реактивной мощности – одно из наиболее доступных,
эффективных и простых способов снижения потерь электроэнергии как для потребителя,
так и для электросетевой компании, а также снижения себестоимости выпускаемой
потребителями продукции.
При этом установка устройств компенсации реактивной мощности непосредственно
у потребителя улучшает техникоэкономические показатели системы электроснабжения,
так как при этом уменьшаются потоки реактивной мощности во всех элементах сети от
источников питания до потребителей. Это, в свою очередь, приводит к снижению потерь
электроэнергии и, следовательно, к уменьшению затрат на их возмещение в структуре
баланса.
Г.П.Минин. Реактивная мощность. Москва «Энергия».1978г.