Анализ снижения потерь электроэнергии при переходе с 10 кВ на 20 кВ

Аннотация. В данной статье рассмотрены преимущества электрической сети 20 кВ, технические задачи необходимое решить при переходе на 20 кВ, а также произведен анализ снижения потерь электроэнергии при переходе с 10 кВ на 20 кВ.

Abstract. This article discusses the advantages of a 20 kV electrical network, the technical tasks needed to be solved when switching to 20 kV, and an analysis of the reduction of electric power losses from 10 kV to 20 kV is made.

Ключевые слова: электрическая сеть, напряжение, потери электроэнергии, компьютерная модель, линия, трансформатор, баланс электроэнергии.

Keywords: electric network, voltage, electric power loss, computer model, line, transformer, electric power balance.

Для реализации плана по модернизации распределительных электрических сетей со сменой класса напряжения на 20 кВ необходимо решить ряд технических задач:

1) Реконструкция понизительных подстанций (к примеру 110/10);

2) Полная реконструкция распределительной электрической сети (включает себя замена ТП, КЛ, ВЛ и коммутационные оборудования);

3) Подготовка технической документации с экономическим обоснованием концепции внедрения сетей с напряжением 20 кВ.

К основным преимуществам перехода распределительных электросетей к уровню напряжения 20 кВ можно отнести: увеличение пропускной способности и снижение потерь электроэнергии.

Для анализа снижения потерь электроэнергии взят участок городской распределительной сети 10 кВ. Сеть состоит из воздушных линий электропередач и десяти подстанций напряжением 10/0,4 кВ. Параметры ЛЭП, трансформаторов и нагрузка подстанций приведены в таблице 1, 2 и 3. Напряжение балансирующего узла принято 11 кВ.

Таблица 1

Параметры воздушных линий

Таблица 2

Параметры трансформаторов

Таблица 3

Отходящая нагрузка подстанций

Схема электросети и схема замещения элементов сети представлены на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1. Участок городской распределительной сети 10 кВ

Рисунок 2. Схема замещения городской распределительной сети 10 кВ

Для расчета потерь электроэнергии необходимо составить в программе RastrWin две компьютерные модели. Для разработки модели на 10 кВ все исходные данные приведены в таблицах 1, 2 и 3, а для разработки модели на 20 кВ необходимо заменить исходные из таблицы 2 на трансформаторы 20/04 кВ и пересчитать сопротивление обмоток.

Далее необходимо рассчитать установившийся режим для каждого класса напряжения и определить потери электроэнергии. Результаты расчета потерь изображены на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3. Результаты потерь электроэнергии в сети 10 кВ

Рисунок 4. Результаты потерь электроэнергии в сети 20 кВ

Рассчитаем баланс электроэнергии за текущий год для анализа потерь.

Баланс электроэнергии в электрической сети устанавливает взаимосвязь между приёмом электроэнергии в сеть  и объёмом электроэнергии, переданной потребителям (полезным отпуском)  за год.

где  – сумма нагрузочных  и условно-постоянных  потерь электроэнергии.

Объём электроэнергии, переданной потребителям равен:

где

 – число часов использования максимальной нагрузки;

 – максимальная нагрузка на шинах i-й подстанции;

n – количество подстанций.

Нагрузочные потери электроэнергии в линиях и трансформаторах определяются методом числа часов максимальных потерь.

где  – коэффициент, учитывающий влияние потерь в арматуре ВЛ и принимаемый равным 1,02 для линий напряжением 110 кВ и выше и равным 1,0 для линий более низких напряжений;

 – потери мощности в режиме максимальной нагрузки сети;

 – число часов наибольших потерь мощности.

Потери мощности в режиме максимальной нагрузки сети  определены при выполнении расчётов режимов программой RastrWin.        Число часов наибольших потерь мощности  за год определяется по формуле:

,

где  – коэффициент заполнения графика суммарной нагрузки сети.

Потери холостого хода определяются по паспортным данным трансформаторов (АТ).

,

где  – потери активной мощности холостого хода i-го трансформатора.

При расчёте балансов принято, что =4600 ч. Тогда число часов наибольших потерь мощности =2338,5 ч.

Рассчитаны нагрузочные и условно-постоянные потери во всех вариантах электрической сети и составлена таблица баланса мощности по вариантам. Результаты расчетов сведены в таблицу 4.

Таблица 4

Баланс электроэнергии в распределительной сети

Наглядная иллюстрация потерь электроэнергии показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Потери электроэнергии в распределительной сети: 1 – 10 кВ; 2 – 20 кВ

Заключение. Проанализировав таблицу 4 можно сказать, что переход с 10 кВ на 20 кВ дает нам колоссальное снижение потерь на 46%, но переход в данной сети не целесообразно по следующим причинам.

1. Потери в сети 10 кВ находятся в заданных допустимых пределах.

2. Элементы сети 10 кВ не загружены до своих максимальных показателей, то есть имеется резерв запаса мощности.

3. Переход на номинальное напряжение 20 кВ требует больших капиталовложений в связи полной реконструкцией сети 10 кВ и понизительных подстанций 110/10 кВ.

Актуальна сеть 20 кВ при строительстве новых понизительных подстанций.