Материал: Повышение качества электроснабжения потребителей в сетях 0,4 кВ с применением автоматического переключателя фаз.

Технологическим элементом «Умной сети» являются устройства компенсации реактивной мощности на базе FACTS –технологий, в том числе планируемое к установке на ПС-110кВ Южная, Казанских электрических сетей на базе управляемого шунтирующего реактора. Проект, осуществляется в рамках реализуемой АО «Сетевая компания» целевой программы энергосбережения «Реактивная мощность», которая направлена на снижение потерь электроэнергии в сетях, улучшение качества электроэнергии, увеличение пропускной способности линий электропередач и силовых трансформаторов, надежность и устойчивость работы потребителей

Одним из существенных элементов «Умной сети» является идея «цифровой» подстанции (создание систем контроля, защиты и управления нового поколения, в которых вся информация рождается, перерабатывается и управляет оборудованием в цифровом формате, что открывает возможности быстрого обмена информацией между устройствами, что дает возможность сокращения числа кабельных связей). На объектах АО «Сетевая компания» внедряются отдельные элементы «цифровой» подстанции: на подстанциях установлено около 2 000 комплектов микропроцессорных защит, системной и противоаварийной автоматики, выполнена оценка электромагнитной обстановки на объектах с цифровыми устройствами РЗАиП, Введен в промышленную эксплуатацию цифровой комплекс противоаварийной автоматики на ПС 500 кВ Киндери.

2.2 Анализ потерь электроэнергии в электрических сетях

Основной задачей энергопредприятий является снабжение потребителей с определенной надежностью электроэнергией нормированного качества при минимальных приведенных затратах на выработку, передачу и распределение электроэнергии. Одним из способов снижения себестоимости электроэнергии является снижение потерь электроэнергии в электрических сетях.

Разделение потерь на составляющие может проводиться по разным критериям: характеру потерь, (постоянные, переменные), ласам напряжения, группам элементов, производственными подразделениями и т.д. Для целей нормирования потерь целесообразно использовать укрупненную структуру потерь электроэнергии, в которой потери разделены на составляющие, исходя из их физической природы и специфики методов определения их количественных значений. Исходя из этого критерия, фактические потери могут быть разделены на четыре составляющие:

1) технические потери электроэнергии, обусловленные физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии по электрическим сетям и выражающимися в преобразовании части электроэнергии в тепло в элементах сетей. Технические потери не могут быть измерены. Их значения получают расчетным путем на основе известных законов электротехники;

2) расход электроэнергии на собственные нужды подстанций (ПС), необходимый для обеспечения работы технологического оборудования ПС и жизнедеятельности обслуживающего персонала. Расход электроэнергии на собственные нужды ПС регистрируется счетчиками, установленными на трансформаторах собственных нужд;

3) потери электроэнергии, обусловленные инструментальными погрешностями ее измерения (инструментальные потери). Эти потери получают расчетным путем на основе данных о метрологических характеристиках и режимах работы используемых приборов;

4) коммерческие потери, обусловленные хищениями электроэнергии. Коммерческие потери не имеют самостоятельного математического описания и, как следствие, не могут быть рассчитаны автономно. Их значение определяют как разницу между фактическими (отчетными) потерями и суммой первых трех составляющих [3].

Для анализа потерь электроэнергии необходимо рассмотреть данные, представленные в таблице 3.

Таблица 3 – Потери электроэнергии за 2022 и 2023 год

На основании таблицы 3 строятся столбиковые диаграммы, показывающие соотношение плана и факта технических и коммерческих потерь в 2022 и 2023 годах (рисунок 8 и 9).

Рисунок 8 – Структура коммерческих потерь

Рисунок 9 – Структура технических потерь

Из таблицы 3 и рисунков 8 и 9 видно, что в 2022 году имеются значительные коммерческие потери (факт превысил план на 13331 тыс. кВт*ч или 1,68 %). В 2023 году ситуация изменилась – фактические показатели не превышают плановые – это положительный момент в деятельности предприятия.

2.3 Мероприятия по снижению потерь электроэнергии

Снижение передачи и реализации электроэнергии - сложный и трудный процесс, требующий ежедневной, ежечасной борьбы коллектива предприятия за экономию каждого грамма топлива, металла, киловатт – часа электроэнергии, кубического метра древесины, за эффективное использование оборудования. Важно чётко выделить решающие факторы снижения и сосредоточить на них внимание трудового коллектива [4].

Первостепенная роль в снижении потерь электроэнергии отводится повышению технического уровня производства, которого можно достичь при реализации следующих мероприятий:

а) замена проводов на перегруженных линиях;

б) замена недогруженных трансформаторов на ТП 6 – 10 кВ.

Одним из важнейших факторов снижения потерь электроэнергии является улучшение организации производства и труда, которая заключается в результате применения следующих организационных мероприятий:

а) проведение плановых ремонтных работ под напряжением;

б) отключения в режимах малых нагрузок;

в) отключение трансформаторов на ТП 6 – 10 кВ с сезонной нагрузкой;

г) выравнивание нагрузок фаз в электрических сетях 0,38 кВ;

д) снижение расходов электрической энергии на собственные нужды подстанций.

Мобилизации резервов снижения себестоимости передачи и реализации электроэнергии способствуют внедрение мероприятий по совершенствованию систем расчётного и технического учёта электрической энергии:

a)   проведение рейдов по неучтённой электрической энергии в коммунально-бытовом и производственном секторах;

б) организация равномерного снятия показаний электросчётчиков в строго установленные сроки в быту и производстве;

в) проведение проверки трёхфазных электросчётчиков с просроченными сроками расчётного и технического учёта;

г) пломбирование крышек электросчётчиков;

д) устранение перегрузки цепей напряжения;

е) установка электросчётчиков повышенных классов точности;

ж) установка дополнительных электросчётчиков;

з) проведение проверок и обеспечение своевременности и правильности снятия показаний электросчётчиков на электростанциях и подстанциях энергосистемы;

и) проведение проверок и обеспечение правильности работы электросчётчиков на межсистемных линиях электропередачи;

к) установка отдельных электросчётчиков учёта электроэнергии, расходуемой на собственные нужды подстанциями;

л) составление и анализ небалансов электроэнергии по подстанциям и электростанциям;

м) инвентаризация электросчётчиков расчётного учёта [5].

2.4 Перекос фаз в трехфазной сети

Самая распространенная проблема, порождающая массу деструктивных последствий – перекос фаз в трехфазной сети (до 1,0 кВ) с глухозаземленной нейтралью. При определенных условиях такое явление может вывести из строя электрические приборы и создать угрозу для жизни. Учитывая актуальность проблемы, будет полезным узнать, что представляет собой несимметрия токов и напряжений, а также причины ее возникновения. Это позволит выбрать наиболее оптимальную стратегию защиты.

Термин перекос фаз используется для описания состояния сети, при котором возникают неравномерные нагрузки между фазами, что приводит к возникновению перекоса. Если составить векторную диаграмму идеальной трехфазной сети, то она будет выглядеть так, как показано на рисунке 10.

Рисунок 10 – Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях

Как видно из рисунка 2.1, в данном случае равны как линейные напряжения (АВ=ВС=СА=380,0 В), так и фазные (АN=ВN=СN=220,0 В). К сожалению, на практике добиться такого идеального равенства нереально.

То есть, линейные напряжения сети, как правило, совпадают, в то время как в фазных наблюдаются расхождения. В некоторых случаях они могут превысить допустимый предел, что приведет к возникновению аварийной ситуации.

Рисунок 11 – Пример диаграммы напряжений при возникновении перекоса

Допустимые нормы значений перекоса

Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.

Нормы несимметрии напряжения  ГОСТ 13109-97

Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.

Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)

Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность. Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение. Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.

Рисунок 12 – Значение коэффициента несимметрии, %

Причины перекоса фаз в трехфазной сети

Как уже упоминалось выше, данное состояние электросети чаще всего вызвано неравномерным подключением нагрузки на фазы и обрывом нуля. Чаще всего это проявляется в сетях до 1, кВ, что связано с особенностями распределения электроэнергии, между однофазными электроприемниками.

Обмотки трехфазных силовых трансформаторов подключаются «звездой». Из места соединения обмоток отводится четвертый провод, называемый нулевым или нейтралью. Если происходит обрыв нулевого провода, то в сети возникает несимметрия напряжений, причем перекос напрямую будет зависеть от текущей нагрузки. Пример такой ситуации приведен ниже. В данном случае RН это сопротивления нагрузок, одинаковые по значению рисунок 13.

Рисунок 13 – Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрали.

В данном примере напряжение на нагрузке, подключенной к фазе А, превысит норму и будет стремиться к линейному, а на фазе С упадет ниже допустимого предела. К подобной ситуации может привести перекос нагрузки, выше установленной нормы. В таком случае напряжение на недогруженных фазах повысится, а на перегруженных упадет.

К перекосу напряжений также приводит работа сети в неполнофазном режиме, когда происходит замыкание фазного провода на землю. В аварийных ситуациях допускается эксплуатация сети в таком режиме, чтобы обеспечить электроснабжение потребителям.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать три основные причины перекоса фаз:

Неравномерная нагрузка на линии трехфазной сети.

При обрыве нейтрали.

При КЗ одного из фазных проводов на землю.

Несимметрия в высоковольтных сетях

Вызвать подобное состояние в сети 6,0-10,0 кВ иногда может подключенное к ней оборудование, в качестве характерного примера можно привести дугоплавильную печь. Несмотря на то, что она не относится к однофазному оборудованию, управление тока дуги в ней производится пофазно. В процессе плавки также могут возникнуть несимметричные КЗ. Учитывая, что существуют дугоплавильные установки запитывающиеся от напряжения 330,0 кВ, то можно констатировать, что и в данных сетях возможен перекос фаз.