Потери мощности и электроэнергии.

ЛЕКЦИЯ ПО ТЕМЕ № 5 Потери мощности и электроэнергии. План лекций 1. Термины и определения. Основные сведения. 2. Нагрузочные потери мощности. 3. Условно постоянные потери мощности (энергии). 4. Коммерческие потери. 5. Мероприятия по снижению потерь. Термины и определения. Основные сведения Фактические (отчётные) потери электроэнергии – разность между электроэнергией, поступившей в сеть, и электроэнергией, отпущенной из сети, определяемая по данным системы учёта электроэнергии. Система учёта электроэнергии – совокупность измерительных комплексов, обеспечивающих электроэнергии трансформаторы из сети тока, измерение и включающих напряжения, поступления в себя и отпуска измерительные электрические счётчики, соединительные провода и кабели. Технологические потери электроэнергии включают: - потери в линиях и оборудовании электрических сетей, обусловленные физическими процессами при передаче электроэнергии (технические потери); - расход электроэнергии на собственные нужды подстанций (ПС). Технические потери включают: – потери, зависящие от нагрузки электрической сети (нагрузочные потери); – потери, не зависящие от нагрузки электрической сети (условно постоянные потери), в т.ч. потери, зависящие от погодных условий (климатические потери). Расход электроэнергии на собственные нужды подстанций – расход электроэнергии, необходимый для обеспечения работы технологического оборудования подстанций и жизнедеятельности обслуживающего персонала. Потери электроэнергии, обусловленные погрешностями системы учета электроэнергии – суммарный небаланс электроэнергии, обусловленный характеристиками и режимами работы всех измерительных комплексов поступления и отпуска электроэнергии. Структура отчётных потерь электроэнергии приведена на рис. 1 и включает: 1) технические потери электроэнергии, обусловленные процессами, происходящими при передаче физическими электроэнергии по электрическим сетям и выражающимися, в частности, в преобразовании части электроэнергии в тепло в элементах сетей. 2) расход электроэнергии на собственные нужды ПС, необходимый для обеспечения работы технологического оборудования подстанций и жизнедеятельности обслуживающего персонала. 3) потери электроэнергии, обусловленные инструментальными погрешностями ее измерения. Эти потери получают расчетным путем. 4) коммерческие потери, обусловленные хищениями электроэнергии, несоответствием показаний счетчиков оплате за электроэнергию бытовыми потребителями и другими причинами. Рис. 1. Структура отчётных потерь. Нагрузочные потери мощности являются условно переменными, зависящими от нагрузки. Это потери на нагрев в продольных сопротивлениях схем замещения элементов сети. Нагрузочные потери активной мощности в линии электропередач (ЛЭП) 3-фазного тока: ΔP = 3I 2r = 𝑃2 +𝑄2 𝑈2 r, где P, Q, U – активная и реактивная мощность и напряжение в начале или в конце ЛЭП (должны быть согласованы). Приближенно можно принять U = Uном. Потери мощности в трансформаторах могут быть найдены по аналогичной формуле или непосредственно по каталожным параметрам трансформаторов без предварительного вычисления сопротивлений Rт и Xт. Потери мощности в двухобмоточном трансформаторе: P PT  к NT  S2   S Тном 2    N T Px  Потери мощности в трёхобмоточном трансформаторе: PT P  к NT  S  1  S Тном 2   S2      S Тном 2   S3      S Тном     2    N T Px  Условно постоянные потери мощности (энергии) согласно нормативным документам следующие: 1. Потери холостого хода силовых трансформаторов. 2. Потери на корону ВЛ. 3. В компенсирующих устройствах. 4. В распредустройствах ПС. 5. В системах учёта электроэнергии. 6. В разрядниках и ограничителях напряжений. 7. При высокочастотной связи. 8. В изоляции КЛ. 9. В результате утечки по изоляторам ВЛ. 10. Расход энергии на плавку гололёда. 11. Расход на собственные нужды ПС. Как правило, условно постоянные потери определяются по каталожным данным. В элементах электрических сетей они имеют место в поперечных ветвях схем замещения. Потери холостого трансформаторов, в хода – это компенсирующих потери в устройствах, стали в силовых ограничителях перенапряжений и вентильных разрядниках, в соединительных проводах и шинах распредустройств ПС, в устройствах присоединения высокочастотной связи, в системах учёта (измерительных трансформаторах тока (ТТ) и напряжения (ТН), счётчиках), в изоляции кабельных линий (КЛ). Климатические потери зависят от погоды. На них в первую очередь влияет не температура окружающей среды, которая влияет в определённой степени на все составляющие потерь, а вид погоды. Корона или коронирование (электрический разряд в воздух) возникает на проводах ВЛ высокого напряжения вследствие ионизации воздуха из-за большой напряжённости электрического поля на поверхности проводов. Значение напряжённости зависит от: номинального и рабочего напряжения; сечения провода; количества проводов в фазе; типа опоры; электрической характеристики воздуха. Внешнее проявление - характерное потрескивание и свечение в отдельных местах на поверхности проводов. Сильное влияние оказывают осадки – капли дождя, роса, снег, изморось, гололёд, иней, приводящие к изменению напряжённости электрического поля. Основные группы погоды: хорошая погода, сухой снег, влажная погода, изморось. Потери мощности при различных погодных условиях определяют экспериментально. Потери от утечки по изоляторам ВЛ могут достигать значения потерь на корону. Ток утечки резко увеличивается от увлажнения и загрязнения изоляторов и практически не зависит от напряжения, т.к. при этом увеличивается число изоляторов в гирлянде. Гололёд – образование ледяного покрова на проводах и тросах. Обычно возникает при небольших отрицательных температурах и малых скоростях ветра. В итоге возникает дополнительная нагрузка на провода, тросы и опоры, вибрация, пляска перегибы, изломы, обрывы, КЗ. Основной метод борьбы – удаление гололёда путём плавки электрическим током. Составляющие расхода на собственные нужды ПС: 1. Общеподстанционный. 2. На обдув и охлаждение трансформаторов. 3. На обогрев оборудования. 4. На работу воздушных выключателей и масляных с пневматическим приводом. 5. На вспомогательные устройства. 6. На системы управления подстанций. Потери электроэнергии ΔЭ = ΔЭ' + ΔЭ". ΔЭ' и соответствующая ей величина ΔР' зависят от протекающей мощности и называются нагрузочными или условно-переменными потерями; ΔЭ" и ΔР" не зависят от передаваемой через элемент мощности и называются условно-постоянными потерями. Потери электроэнергии за год (при m ступенях графика): m m j 1 j 1 Э   Эj   Pjt j . Если график нагрузки неизвестен, Э   Pнб  где τ – время наибольших потерь, за которое при работе с наибольшей нагрузкой потери электроэнергии были бы те же, что и при работе по действительному графику. Существует ряд способов расчёта τ. Наибольшее распространение получили эмпирические формулы, например: τ = (0,124 + 10-4Тнб)2٠8760. Тнб – число часов использования наибольших нагрузок, время, за которое при работе с наибольшей нагрузкой потребитель получил бы то же количество электроэнергии, что и при работе по реальному графику. Условно-постоянные потери ΔЭ" = ΔР" Твкл, где Твкл – время включения элемента сети за год (для ЛЭП и трансформатора принимается 8760 ч.). Коммерческие потери Увеличение коммерческой составляющей потерь является одной из основных причин роста потерь в сетях. Их значение определяют как разницу между фактическими потерями и суммой всех остальных потерь. Коммерческие потери не имеют математического описания и при таком определении в их состав попадают и потери, обусловленные погрешностью расчёта технических потерь. В идеальном случае равны нулю. Коммерческие потери определяются следующими причинами: • хищения электроэнергии в связи с незаконным подключением потребителей, мошенничеством с приборами учёта и т.д.; • бытовые потребители объективно не в состоянии одновременно снять показания счетчиков и оплатить электроэнергию, имеет место занижение электропотребления и отставание платежей от реального потребления; • при повышения тарифов население завышает показания счётчиков и оплачивает большее количество электроэнергии по старым, более низким тарифам; • долговременные, безнадежные долги и неоплаченные счета из-за невозможности востребования оплаты (у части неплательщиков, имеющих многомесячную задолженность, невозможно ее востребовать даже по решению суда ввиду неплатежеспособности потребителей). Мероприятия по снижению потерь  режимные — оптимальное распределение активной мощности между электростанциями; обеспечение оптимальной загрузки генераторов и синхронных компенсаторов реактивной мощностью, переключение устройств РПН и т.п.;  организационные — сокращение сроков ремонта основного оборудования, ремонт линий под напряжением, совершенствование учета электроэнергии, сокращение расхода электроэнергии на собственные нужды ПС, оптимизация режимов работы и т.д.;  строительство и реконструкция объектов — компенсирующих устройств, замена проводов ввод новых на линиях электропередачи, замена трансформаторов, перемещение действующих синхронных компенсаторов и батарей конденсаторов на ПС с низким напряжением, регулирование напряжения. Основная литература 1. Ананичева С.С. Анализ электроэнергетических сетей и систем в примерах и задачах [Электронный ресурс] : учебное пособие / С.С. Ананичева, С.Н. Шелюг. — Электрон. тексто-вые данные. — Екатеринбург: Уральский федеральный университет, ЭБС АСВ, 2016. — 176 c. — 978-5-7996-1784-4. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/65910.html/ 2. Короткевич М.А. Эксплуатация электрических сетей [Электронный ресурс]: учебник / М.А. Короткевич. — Электрон. текстовые данные. — Минск: Вышэйшая школа, 2014. — 351 c. — 978-985-06-2397-3. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/35574.html/ 3. Русина А.Г. Режимы электрических станций и электроэнергетических систем [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Русина А.Г., Филиппова Т.А.— Электрон. текстовые данные.— Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2016.— 400 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/91729.html/ Дополнительная литература 1. Хрущев Ю.В. Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах [Электронный ресурс] : учебное пособие / Ю.В. Хрущев, К.И. Заподовников, А.Ю. Юшков. — Электрон. текстовые данные. — Томск: Томский политехнический университет, 2012. — 154 c. — 978-5-4387-0125-5. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/34740.html/ 2. Ананичева С.С. Модели развития электроэнергетических систем [Электронный ресурс]: учебное пособие / С.С. Ананичева, П.Е. Мезенцев, А.Л. Мызин. — Электрон. текстовые данные. — Екатеринбург: Уральский федеральный университет, ЭБС АСВ, 2014. — 148 c. — 978-5-321-02313-6. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/65947.html/ 3. Русина А.Г. Балансы мощности и выработки электроэнергии в электроэнергетиче-ской системе [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / А.Г. Русина, Т.А. Филиппова. — Электрон. текстовые данные. — Новосибирск: Новосибирский государственный тех-нический университет, 2012. — 55 c. — 978-5-7782-1935-9. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/45078.html/