Повышение качества электроэнергии посредством расчета потерь напряжения

Введение. Согласно Гражданскому кодексу РФ электроэнергия, отпускаемая потребителям, должна отвечать требованиям государственных стандартов и договоров энергоснабжения. Ответственность электроснабжающей организации перед потребителями за надежность обеспечения их электрической энергией и ее качество, в соответствии с техническими регламентами и иными обязательными требованиями, определена в «Федеральном законе об электроэнергетике». Согласно [1–5, 15–23] потребителям необходимо поставлять электроэнергию соответствующего качества. Качество электроэнергии (КЭ) является одним из факторов, влияющих на работоспособность электроприемников. Авторами в [6–14] указывается, что в России создано большое количество нормативных документов, которые устанавливают требования к КЭ, но на практике они не всегда эффективно применяются. Искажение показателей качества электроэнергии (ПКЭ) приводит к недоотпуску продукции, изменению ее параметров, снижению количества произведенной про- дукции, простою оборудования из-за поломок, увеличению электрических потерь и т.д. Поэтому повышение КЭ в электрических сетях энергоснабжающих организаций является актуальной задачей.

Методика исследования. Произведен анализ количества обращений потребителей электроэнергии в Кромской РЭС филиала ПАО «МРСК Центра» – «Орелэнерго» по поводу несоответствия КЭ нормативным значениям. Результаты анализа представлены на рисунке 1.

Результаты, представленные на рисунке 1, позволяют сделать вывод, что в период с 2013 года по 2017 год количество обращений потребителей электроэнергии по выходу показателей качества электроэнергии за пределы нормативных значений составило 246 шт., самое большое количество обращений наблюдалось в 2016 году и составляет 82 шт. Также необходимо отметить, что по поводу несоответствия КЭ нормативным документам обычно обращаются так называемые «активные потребители».

Рисунок 1 – Количество обращений потребителей в Кромской РЭС по поводу несоответствия качества электроэнергии нормативным значениям

Из общего числа обращений потребителей больше всего составляют обращения по проблемам низкого напряжения, завышенного напряжения, коле- баний напряжений. Количество обращений по выше указанным причинам представлено в таблице 1.

Таблица 1 – Количество обращений потребителей в Кромской РЭС филиала ПАО «МРСК-Центра» – «Орелэнерго» в 2017–2018 гг.

Большинство потребителей обращаются с жалобами по поводу отклонения напряжения. Это связано с тем, что визуально определить искажение качества электроэнергии можно только по искажению ПКЭ, связанных с искажением напряжением, при этом электросетевая компания могла бы не допустить искажения качества электроэнергии, применив комплекс мероприятий, направленных на повышение ПКЭ, связанных с напряжением. Большое количество обращений потребителей по поводу несоответствия КЭ нормативным уровням прежде всего связано с замедленными темпами восстановления электросетевого хозяйства Кромского РЭС, а также с отсутствием эффективной программы повышения качества электроэнергии в электрических сетях 0,38 кВ Кромского РЭС филиала ПАО «МРСК-Центра» – «Орелэнерго».

Результаты исследований их обсуждение. Для того чтобы не ждать обращений потребителей по поводу искажения качества электроэнергии, энергоснабжающая компания может определить вероятный участок, где произойдет искажение качества электроэнергии. Для этого не нужно производить «глобальных» анализов, а просто достаточно выполнить расчет потерь электроэнергии существующих ЛЭП. Также при этом необходимо производить расчет потерь мощно- сти, что необходимо для технико-экономического обоснования будущих мероприятий, направленных на повышение качества электроэнергии.

Практическая реализация вышеуказанной идеи представлена ниже, при этом расчеты выполнены для некоторых ЛЭП Кромского РЭС филиала ПАО «МРСК-Центра» – «Орелэнерго».

Потери напряжения определялись по следующей формуле:

где S расч – нагрузка на участке ВЛ, кВА (принималась согласно договорам на электроснабжение); l – длина участка, км; U н – номинальное линейное напряжение, кВ; r о – удельное активное сопротивление провода, Ом/км; cosφ – коэффициент мощности; х о – удельное индуктивное сопротивление провода Ом/км.

Потери мощности за год определялись по выражению

ДW ₌ S^COStplMJ , _100% (2)

Результаты расчетов потерь напряжения и потерь мощности в ЛЭП Кромского РЭС представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчетов потерь напряжения и потерь мощности в некоторых ЛЭП Кромского РЭС

Результаты расчетов показывают, что наибольшие потери и отклонения напряжения наблюдаются на КТП Ш-9-19 «Горки» ВЛ-0,4 кВ № 2. Самые минимальные потери напряжения наблюдаются на КТП Ш-9-2 «Котовка гаражи», ВЛ-0,4 кВ № 2 и составляют 1,69%. Проведенные расчеты показывают, что на 85% КТП Кромского РЭС отклонения напряжения намного больше допустимых, это прежде всего связано с физическим и моральным износом основного электросетевого оборудования энергоснабжающей организации, отсутствием заинтересованности потребителей и энергоснабжающей организации в поддержании КЭ на уровне нормативных документов, а также отсутствием программных продуктов у энергоснабжающей организации, позволяющих в реальном времени производить расчеты потерь напряжения и предлагать мероприятия, направленные на повышение КЭ.

Авторами разработан алгоритм, который может быть взят за основу для программы, которая могла бы на основании расчетов потерь напряжения предлагать мероприятия и принимать решения по повышению КЭ. Алгоритм программы, позволяющий предлагать мероприятия по повышению качества электроэнергии, на основе анализа расчетных потерь напряжения, представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Алгоритм программы, которая на основании расчетов потерь напряжения предлагает мероприятия и принимает решения по повышению КЭ

Начало алгоритма предусматривает ввод данных: нагрузка на участке ВЛ или КЛ, длина участка, номинальное линейное напряжение, удельное активное сопротивление провода, коэффициент мощности; удельное индуктивное сопротивление провода. Указанные данные обновляются каждый раз при новом расчете ЛЭП. Блоком 3 определяются потери напряжения при минимальной, средней и максимальной нагрузках ЛЭП. Блоки 4, 5, 6 выполняют функцию сравнения фактических потерь напряжения с нормативным значением. При выходе значения потерь напряжения за норму блок 7 отправляет сигнал на проведение измерения КЭ. Далее блоком 8 определяется уровень искажения ПКЭ. Исходя из количества выходящих за нормативное значения и уровня отклонения ПКЭ, предлагаются мероприятия по повышению качества электроэнергии. Далее блоком 10 выводится информация о предложенных мероприятиях. Блоком 11 выводится информация о технических устройствах и организационных мероприятиях, которые позволят повысить КЭ.

Данная программа может быть применима как стационарно (установлена на компьютере, ноутбуке т.д.), так и при реализации «умных» сетей. Использование предложенной программы позволит повысить КЭ за счет раннего (своевременного) определения потерь напряжения посредством предложения мероприятий, направленных на повышение КЭ.

Выводы. Повышение качества электроэнергии в электросетевом комплексе России является актуальной задачей энергоснабжающих компаний. Для повышения качества электроэнергии разработан алгоритм, который может быть реализован в программе, предлагающей мероприятия по повышению качества электроэнергии на основании расчетов потерь напряжения. Данная программа может быть применима в электроснабжающих организациях как стационарно (установлена на компьютере, ноутбуке т.д.), так и при реализации «умных» сетей. Применение предложенного алгоритма программы позволит повысить КЭ посредством раннего (своевременного) определения потерь напряжения.