Анализ показателей качества электроэнергии в распределительных электрических сетях 0,4 кВ и причин жалоб потребителей в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго»

Введение. Качество электрической энергии – это совокупность свойств электроэнергии, определяющих ее воздействие на электрооборудование и оцениваемых    определенными    показателями.    Качество    электроэнергии непосредственно связано с надежностью электроснабжения, так как эти показатели характеризуют эффективность функционирования электроэнергетической системы. Так, снижение надежности способствует ухудшению качества электроэнергии, а ухудшение качества электроэнергии приводит к снижению надежности: увеличению потока отказов электрооборудования и повышению времени на восстановительные работы.

Согласно нормативному документу ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения. Общего назначения» в настоящее время качество электрической энергии оценивается по следующим показателям:

• 1.    Отклонение частоты;

• 2.    Медленные изменения (отклонения) напряжения;

• 3.    Значение коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40 ‑ го порядка K u(n) в процентах напряжения основной гармонической составляющей U 1 в точке передачи электроэнергии;

• 4.    Значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения (отношения среднеквадратического значения суммы всех гармонических составляющих до 40 ‑ го порядка к среднеквадратическому значению основной составляющей) K u , % в точке передачи электроэнергии;

• 5.    Значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности K 2u в точке передачи электрической энергии;

• 6.    Значение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности K 0u в точке передачи электрической энергии;

• 7.    Кратковременная и длительная дозы фликера;

• 8.    Интергармонические составляющие напряжения;

• 9.    Прерывания напряжения;

• 10.    Провалы напряжения;

• 11.    Перенапряжения;

• 12.    Импульсные напряжения.

При этом в настоящее время лишь показатели №1-№7 позволяют сделать вывод о качестве электрической энергии, так как инструментальное обследование с использованием анализаторов качества электроэнергии позволяет оценить фактические значения данных показателей и сравнить их с нормируемыми, указанными в ГОСТ 32144-2013 показателями. Следует отметить, что показатель №8 в настоящее время невозможно измерить ввиду отсутствия методик, а для показателей №9-№12 отсутствуют нормативные значения, при которых можно было бы сделать вывод о некачественной электроэнергии [1].

Актуальность поддержания высокого уровня качества электроэнергии подтверждается множеством работ. Основные способы повышения качества электроэнергии в сельских электрических сетях, представленные в данных работах, заключаются в:

• 1)    групповом регулировании напряжения за счет изменения положения РПН в центрах питания и местным регулирования путем установки технических средств;

• 2)    внедрении средств компенсации реактивной мощности, позволяющих снизить загрузку электрических сетей реактивной составляющей мощности и, соответственно, уменьшить потери активной мощности и напряжения;

• 3)    использовании фильтрокомпенсирующих устройств, позволяющих снизить влияние электроприемников с нелинейной вольт-амперной характеристикой, вносящих искажение в синосоидальную форму кривой напряжения, что непосредственно позволяет снизить потери мощности в сети, обусловленные протеканием высших гармоник.

Как ранее отмечалось одним из направлений повышения качества электроэнергии в сельских электрических сетях 0,4 кВ является внедрение устройств, позволяющих автоматически регулировать напряжение в электрической сети, что не позволяет сделать устройство ПБВ, устанавливаемое в настоящее время на трансформаторах 6-10/0,4 кВ.

Автоматическое адаптивное регулирование напряжения можно обеспечить за счет оснащения силового трансформатора 6-10/0,4 кВ устройством РПН или использованием стабилизатора напряжения, что позволит сократить потери активной мощности при уменьшении отклонения напряжения от +7,5-12,5% до +2,5%. За счет реализации предложенных мероприятий экономический эффект от уменьшения технических потерь для разных категорий электроприемников составит 113-244 тысяч рублей в год [2].

Обеспечить повышение качества электроэнергии в сельских электрических сетях можно путем установки средств компенсации реактивной мощности (КРМ). Преимущественно средства КРМ в сельских электрических сетях представлены батареями статистических конденсаторов (БСК). Эффективность применения БСК была рассмотрена на примере сети 0,4 кВ ПАО «Россети Центр и Приволжье» филиала «Мариэнерго» от ТП №2 10/0,4 кВ 250 кВА от ПС 110/35/10 кВ «Данилово». Так, в указанной сети с помощью анализатора КЭ РЕСУРС-UF2 были выявлены низкий коэффициент загрузки трансформатора и коэффициент активной мощности, обусловленные недогрузкой трансформатора. Данные коэффициенты удалось повысить за счет установки устройства КРМ емкостью 50 квар, что позволило снизить потери активной мощности на 23,1-24,5% от значения потерь без средств КРМ [3]. В целом, для сельских линий протяженностью от 0,2 до 1 км за счет повышения коэффициента активной мощности возможно уменьшить потери активной мощности в проводах на 0,7-2,3 кВт, что обеспечит возможность добиться годового экономического эффекта в 50,4-167,4 тысяч рублей [4]. Данный подход управления качеством электроэнергии к тому же позволяет уменьшить значения тока в нулевом проводе и значения высших гармоник напряжения [5]. Выбор оптимального места размещения сетевого устройства КРМ реализуется путем определения суммарных потерь напряжения относительно ТП и коэффициента реактивной мощности при установке конденсаторных батарей в различных точках сети [6].

Другим направлением повышения качества электроэнергии в сельских электрических сетях является установка бустеров, основу которых составляют три автотрансформатора с пошаговым регулированием выходного напряжения, управляемых независимыми блоками электроники, т.е. бустер является вольтодобавочным трансформатором с пофазным регулированием. Бустер позволяет обеспечить нормированное напряжение у наиболее удаленных от трансформаторных подстанций потребителей сети, у которых оно выходит за пределы допустимых значений, что обусловлено завышенной протяженностью сетей в совокупности с небольшими сечениями используемых проводов. Бустер по сравнению с альтернативными вариантами реконструкции и разукрупнения сети является наиболее экономически выгодным решением, так как в целом трансформаторы ТП 6-10/0,4 кВ справляются с небольшими нагрузками сельских потребителей, а установка бустера позволяет обеспечить нормированное напряжение на проблемном участке [7-8].

Как ранее было отмечено, компенсация высших гармоник в электрической сети 0,4 кВ, вызванных работой нелинейных электроприемников, также является значимым направлением повышения качества электроэнергии в сельских сетях. Для решения данной задачи применяются фильтрокомпенсирующие установки (ФКУ), совмещающие в себе функции устройств КРМ 0,4 кВ с параллельно подключаемыми к ним антирезонансными дросселями, которые являются фильтрами высших гармонических составляющих, в большинстве случаев: 3, 5, 7 последовательностей. Так, в работе [9] отмечено, что эффект от применения ФКУ 0,4 кВ будет заключаться в снижении уровня высших гармоник в сети 0,4 кВ и предотвращении их дальнейшего распространения в сети 6-10 и 35 кВ, ограничении интенсивности переходных процессов в энергосистеме и повышения ее устойчивости за счет предотвращения узкополосными фильтрами перетоков мощности высших гармоник.

Кроме вышеуказанных способов повышения качества электроэнергии в сельских электрических сетях разрабатываются также новые подходы и технические средства. Например, реализуется разработка солнечных батарей, обеспечивающих выдачу электроэнергии с допустимыми, согласно ГОСТ 32144-2013, параметрами частоты в диапазоне 49,96-50,02 Гц и фазным напряжением 231,7-237,6 В [10]. При этом в настоящее время предложенные решения не получили практического применения, что обуславливает необходимость проведения дальнейших исследований.

Также следует отметить, что в настоящее время электросетевой организацией ПАО «Россети Центр и Приволжье» осуществляется внедрение систем накопления электроэнергии в сельские электрические сети 0,4 кВ на территории Центрального Федерального Округа и Приволжья для повышения качества электроэнергии и надежности электроснабжения потребителей. По состоянию на 2022 год в эксплуатацию введены 35 систем накопления электроэнергии, среди которых 16 предназначены для повышения качества электроэнергии, а 19 – для повышения надежности электроснабжения и обеспечения резервирования при отключении ТП 6-10/0,4 кВ [11-12].

Общим для большинства работ, связанных с исследованием качества электроэнергии, является отсутствие статистических данных о текущем состоянии показателей качества электроэнергии в сельских электрических сетях, а также сведений о жалобах потребителей на качество электроэнергии, в связи с чем, исследование данного вопроса является актуальной задачей.

Цель работы заключается в анализе показателей качества электроэнергии в распределительных электрических сетях 0,4 кВ и причин жалоб потребителей в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго».

Материалы и методы исследования.

Для исследования были использованы данные протоколов замеров качества электроэнергии с 2019 по 2021 год в сельских электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго», произведенных специалистами отдела метрологии и качества электроэнергии электросетевой компании. Анализ жалоб потребителей был произведен исходя из данных обращения потребителей, подключенных к электрическим сетям 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго», в центры обращения потребителей районов электрических сетей электросетевой организации.

Данные по количеству жалоб потребителей по разным тематикам в филиалах электросетевой организации ПАО «Россети Центр и Приволжье», указанные в данной работе, были презентованы на открытом заседании Годовой коллегии – стратегической сессии, состоявшейся в марте 2022 года в городе Орле.

Результаты исследований и их обсуждение.

За 2019-2021 годы в распределительных электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» было осуществлено 109 измерений показателей качества электроэнергии с использованием сертифицированных приборов измерения показателей качества электроэнергии, преимущественно, РЕСУРС-UF2M. На рисунке 1 представлены результаты анализа соответствия показателей качества электроэнергии значениям, установленным в ГОСТ 32144-2013.

Так, среди исследуемых показателей наиболее часто несоответствие наблюдалось по положительному и отрицательному отклонению напряжения и кратковременной дозе фликера, что было зафиксировано в 18, 34 и 20 случаях замеров показателей качества электроэнергии, которые составляют 17%, 31% и 18% от общего количества измерений показателей качества электроэнергии. При этом другие показатели качества электроэнергии не соответствовали нормативным значениям в единичных случаях, а показатель отклонения частоты не выходил за предельные допустимые значения во всех 100% случаев замеров.

120 ri

¹⁰⁸       105      106      105       ^{109      108}

IT)           40

■ Соотвествует ■ Не соотвуетсвует

Рисунок 1 – Результаты анализа показателей качества электроэнергии, измеренных в распределительных электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети

Центр»-«Орелэнерго» за 2019-2021 годы

Полученные результаты измерений позволили построить модель электрической сети 0,4 кВ по среднеарифметическим положительным и отрицательным отклонениям напряжения, представленную на рисунке 2. Так, ввиду наличия в электрических сетях однофазных потребителей с неравномерным потреблением положительные отклонения напряжения по всей протяженности сети могут превышать отклонение на шинах распределительного устройства 0,4 кВ трансформаторной подстанции 6-10/0,4 кВ. При этом отрицательные отклонения напряжения наиболее часто выходят за допустимые пределы при протяженности линии более 700 метров. Было выявлено, что отрицательные отклонения напряжения могут наблюдаться на удалении более 200 м от источника питания – ТП 6-10/0,4 кВ, что может быть обусловлено значительной несимметрией фазных напряжений и малым сечением используемых проводников.

В филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» также проводятся комплекс мероприятий, направленных на повышение качества электроэнергии путем оптимизации режимов работы электросетевого оборудования. В том числе, осуществляется фиксация жалоб на качество электроэнергии в центрах обслуживания потребителей (ЦОП) районов электрических сетей. Согласно сведениям, регистрируемым в журналах ЦОП за 2018-2021 годы в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» было зарегистрировано 5215 жалоб, которые распределены по структурным подразделениям (10 районам электрических сетей) филиала в соответствии с таблицей 1.

S

К

s о к л к к s

-10

-20

-30

о

^ н

О

-40

Расстояние от ТП 6-10/0,4 кВ, м

^^^^^» dU+, %  ^^^^^ dU-, %  ^^^^^» dUдоп+, %      : dUдоп-, %

Рисунок 2 – Среднеарифметические значения положительных и отрицательных отклонений напряжения электрической сети 0,4 кВ

Таблица 1 – Сведения о количестве жалоб потребителей в структурных подразделениях филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» за 2018-2021 годы

РЭС	Количество жалоб, ед.				Всего по РЭС, ед.
	2018	2019	2020	2021
Болховский	10	9	16	28	63
Верховский	16	21	12	33	82
Глазуновский	6	5	20	25	56
Кромской	11	26	16	51	104
Ливенский	14	17	20	33	84
Мценский	25	27	40	39	131
Новосильский	5	11	20	11	47
Орловский	1335	1361	1018	796	4510
Покровский	9	13	22	35	79
Урицкий	12	6	16	25	59
Всего по филиалу, ед.	5215

Исходя из статистики обращений потребителей в ЦОП РЭС выявлено, что значительное количество жалоб на качество электроэнергии в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» характерно для Орловского района электрических сетей, что обусловлено значительным количеством населения, проживающего в непосредственной близости от областного центра.

Распределение жалоб по причинам за 2018-2021 годы в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» представлено в таблице 2.

Таблица 2– Сведения о причинах жалоб в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» за 2018-2021 годы.

Причина	Количество жалоб, ед.				Всего, ед.
	2018	2019	2020	2021
Технологическое присоединение	28	23	25	17	93
Качество электрической энергии	287	302	328	429	1346
Отключение электрической энергии	391	482	189	175	1237
Техническое обслуживание	624	554	547	360	2085
Коммерческий учет электроэнергии	15	41	37	32	125
Дополнительные услуги	2	0	3	1	6
Качество обслуживания	78	69	64	53	264
Прочие	18	24	8	9	59
Всего по филиалу, ед.	5215

Исходя из данных, представленных в таблице 2 следует, что в электросетевой организации – филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» за 2018-2021 наибольшее количество жалоб было зафиксировано по тематикам качества электроэнергии, надежности электроснабжения и технического обслуживания объектов электросетевого комплекса, что обуславливает актуальность разработки способов и технических решений повышения эффективности эксплуатации электрических сетей 0,4 кВ.

Следует отметить, что в электросетевой организации ПАО «Россети Центр и Приволжье», осуществляющей передачу электрической энергии в 20 регионах Центрального и Приволжского Федеральных Округов за 2020 год было зафиксировано 7141 жалоб на качество электрической энергии, 5609 жалоб на надежность электроснабжения и 12076 жалоб на неудовлетворительное техническое обслуживание объектов электросетевого комплекса, при этом за 2021 год количество жалоб на качество электроэнергии составило 7676 единиц, на надежность электроснабжения – 7384, а на техническое обслуживание – 14743 [13]. Таким образом, количество жалоб по направлениям имеет возрастающую динамику, а именно: на качество электроэнергии количество жалоб увеличилось в 1,1 раза, на надежность электроснабжения – в 1,3 раза, а на техническое обслуживание – в 1,2 раза. Это обуславливает необходимость разработки технических решений, позволяющих оптимизировать режимы работы электрических сетей.

Выводы.

Исходя из результатов анализа показателей качества электроэнергии в распределительных электрических сетях 0,4 кВ и причин жалоб потребителей в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» были сделаны следующие выводы.

• 1.    Анализ литературных источников позволил выявить, что в настоящее время основными мероприятиями по повышению качества электроэнергии в сельских электрических сетях 0,4 кВ являются групповое и местное регулирование напряжения, внедрение средств компенсации реактивной мощности, использование фильтрокомпенсирующих устройств.

• 2.    Исходя из анализа показателей качества электроэнергии в распределительных электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» было

  выявлено, что среди измеряемых показателей качества электроэнергии наиболее часто несоответствие наблюдалось по положительному и отрицательному отклонению напряжения и кратковременной дозе фликера, что было зафиксировано в 17%, 31% и 18% от общего количества 109 измерений за 2019-2021 годы. При этом другие показатели качества электроэнергии не соответствовали нормативным значениям в единичных случаях, а показатель отклонения частоты не выходил за предельные допустимые значения во всех 100% случаев замеров.

• 3.    За 2018-2021 годы в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» было зарегистрировано 5215 жалоб от потребителей, при этом 4510 из них поступили от потребителей Орловского района электрических сетей. Наибольшее количество жалоб было зафиксировано по тематикам качества электроэнергии, надежности электроснабжения и технического обслуживания объектов электросетевого комплекса, составляющих 1346, 1237 и 2085 единиц от общего количества 5215 жалоб.

• 4.    Количество жалоб в электросетевой организации ПАО «Россети Центр и Приволжье» имеет возрастающую динамику в 2021 году по сравнению с 2020. Так, на качество электроэнергии количество жалоб увеличилось в 1,1 раза, на надежность электроснабжения – в 1,3 раза, а на техническое обслуживание – в 1,2 раза.