Потери электроэнергии в распределительных электрических сетях

Очевидно, что для внедрения всех экономически обоснованных мероприятий требуется определенный срок. Поэтому при определении норматива потерь на предстоящий год следует учитывать эффект лишь от тех мероприятий, которые реально могут быть проведены за этот период. Такой норматив называют текущим нормативом.

Норматив потерь определяют при конкретных значениях нагрузок сети. Перед планируемым периодом эти нагрузки определяют из прогнозных расчетов. Поэтому для рассматриваемого года можно выделить два значения такого норматива:

прогнозируемое (определенное по прогнозируемым нагрузкам);

фактическое (определенное в конце периода по состоявшимся нагрузкам).

Что касается норматива потерь, включаемых в тариф, то здесь всегда используется его прогнозируемое значение. Фактическое же значение норматива целесообразно использовать при рассмотрении вопросов премирования персонала. При существенном изменении схем и режимов работы сетей в отчетном периоде потери могут как существенно снизиться (в чем нет никакой заслуги персонала), так и увеличиться. Отказ от корректировки норматива несправедлив в обоих случаях.

Для установления нормативов на практике используются три метода [2]: аналитико-расчетный, опытно-производственный и отчетно-статистический.

Аналитико-расчетный метод наиболее прогрессивен и научно обоснован. Он базируется на сочетании строгих технико-экономических расчетов с анализом производственных условий и резервов экономии материальных затрат.

Опытно-производственный метод применяется, когда проведение строгих технико-экономических расчетов по каким-либо причинам невозможно (отсутствие или сложность методик таких расчетов, трудности получения объективных исходных данных и т.п.). Нормативы получают на основе испытаний.

Отчетно-статистический метод наименее обоснован. Нормы на очередной плановый период устанавливают по отчетно-статистическим данным о расходе материалов за истекший период.

Нормирование расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций осуществляется с целью его контроля и планирования, а также выявления мест нерационального расхода. Нормы расхода выражены в тысячах киловатт-часов в год на единицу оборудования или на одну подстанцию. Численные значения норм зависят от климатических условий.

В силу существенных различий в структуре сетей и в их протяженности норматив потерь для каждой энергоснабжающей организации представляет собой индивидуальное значение, определяемое на основе схем и режимов работы электрических сетей и особенностей учета поступления и отпуска электроэнергии.

В связи с тем, что тарифы устанавливают дифференцированно для трех категорий потребителей, получающих энергию от сетей напряжением 110 кВ и выше, 35-6 кВ и 0,38 кВ, общий норматив потерь должен быть разделен на три составляющие. Это деление должно производиться с учетом степени использования каждой категорией потребителей сетей различных классов напряжения [3].

Временно допустимые коммерческие потери, включаемые в тариф, распределяют равномерно между всеми категориями потребителей, так как коммерческие потери, представляющие собой в значительной степени хищения энергии, не могут рассматриваться как проблема, оплата которой должна возлагаться только на потребителей, питающихся от сетей 0,38 кВ.

Из четырех составляющих потерь наиболее сложной для представления в форме, ясной для сотрудников контролирующих органов, являются технические потери (особенно их нагрузочная составляющая), так как они представляют собой сумму потерь в сотнях и тысячах элементов, для расчета которых необходимо владеть электротехническими знаниями. Выходом из положения является использование нормативных характеристик технических потерь, представляющих собой зависимости потерь от факторов, отражаемых в официальной отчетности [4].

4.2 Нормативные характеристики потерь

Характеристика потерь электроэнергии - зависимость потерь электроэнергии от факторов, отражаемых в официальной отчетности.

Нормативная характеристика потерь электроэнергии - зависимость приемлемого уровня потерь электроэнергии (учитывающего эффект от МСП, проведение которых согласовано с организацией, утверждающей норматив потерь) от факторов, отражаемых в официальной отчетности.

Параметры нормативной характеристики достаточно стабильны и поэтому, однажды рассчитанные, согласованные и утвержденные, они могут использоваться в течение длительного периода - до тех пор, пока не произойдет существенных изменений схем сетей. При нынешнем, весьма низком уровне сетевого строительства нормативные характеристики, рассчитанные для существующих схем сетей, могут использоваться в течение 5-7 лет. При этом погрешность отражения ими потерь не превышает 6-8%. В случае же ввода в работу или вывода из работы в этот период существенных элементов электрических сетей такие характеристики дают надежные базовые значения потерь, относительно которых может оцениваться влияние проведенных изменений схемы на потери.

Для радиальной сети нагрузочные потери электроэнергии выражаются формулой:

, (4.1)

где W - отпуск электроэнергии в сеть за период Т;

tg ц - коэффициент реактивной мощности;

R_{экв -} эквивалентное сопротивление сети;

U - среднее рабочее напряжение.

В силу того, что эквивалентное сопротивление сети, напряжение, а также коэффициенты реактивной мощности и формы графика изменяются в сравнительно узких пределах, они могут быть "собраны" в один коэффициент А, расчет которого для конкретной сети необходимо выполнить один раз:

. (4.2)

B этом случае (4.1) превращается в характеристику нагрузочных потерь электроэнергии:

. (4.3)

При наличии характеристики (4.3) нагрузочные потери для любого периода Т определяют на основе единственного исходного значения - отпуска электроэнергии в сеть.

Характеристика потерь холостого хода имеет вид:

. (4.4)

Значение коэффициента С определяют на основе потерь электроэнергии холостого хода, рассчитанных с учетом фактических напряжений на оборудовании - ДW_х по формуле (4.4) или на основе потерь мощности холостого хода ДР_х.

Коэффициенты А и С характеристики суммарных потерь в п радиальных линиях 35, 6-10 или 0,38 кВ определяют по формулам:

; (4.5)

, (4.6)

где А_i и С_i - значения коэффициентов для входящих в сеть линий;

W_i - отпуск электроэнергии в i-ю линию;

W_{У -} то же, во все линии в целом.

Относительный недоучет электроэнергии ДW зависит от объемов отпускаемой энергии - чем ниже объем, тем ниже токовая загрузка ТТ и тем больше отрицательная погрешность. Определение средних значений недоучета проводят за каждый месяц года и в нормативной характеристике месячных потерь они отражаются индивидуальным слагаемым для каждого месяца, а в характеристике годовых потерь - суммарным значением.

Таким же образом отражаются в нормативной характеристике климатические потери, а также расход электроэнергии на собственные нужды подстанций W_nc, имеющий резкую зависимость от месяца года.

Нормативная характеристика потерь в радиальной сети имеет вид:

, (4.7)

где ДW_м - сумма описанных выше четырех составляющих:

ДW_м = ДW_у + ДW_кор + ДW_из + ДW_{ПС. (}4.8)

Нормативная характеристика потерь электроэнергии в сетях объекта, на балансе которого находятся распределительные сети напряжением 6-10 и 0,38 кВ, имеет вид, млн. кВт-ч:

, (4.9)

где W_{6-10 -} отпуск электроэнергии в сети 6-10 кВ, млн. кВт-ч, за вычетом отпуска потребителям непосредственно с шин 6-10 кВ подстанций 35-220/6-10 кВ и электростанций; W_0,38 - то же, в сети 0,38 кВ; А_6-10 и А_0,38 - коэффициенты характеристики. Величина ДW_м для этих предприятий включает в себя, как правило, лишь первое и четвертое слагаемые формулы (4.8). При отсутствии учета электроэнергии на стороне 0,38 кВ распределительных трансформаторов 6-10/0,38 кВ значение W_0,38 определяют, вычитая из значения W_6-10 отпуск электроэнергии потребителям непосредственно из сети 6-10 кВ и потери в ней, определяемые по формуле (4.8) с исключенным вторым слагаемым.

4.3 Порядок расчета нормативов потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,38 - 6 - 10 кВ

В настоящее время для расчета нормативов потерь электроэнергии в распределительных сетях РЭС и ПЭС АО "Смоленскэнерго" применяются схемотехнические методы с использованием различного программного обеспечения. Но в условиях неполноты и малой достоверности исходной информации о режимных параметрах сети применение этих методов приводит к значительным погрешностям расчетов при достаточно больших трудозатратах персонала РЭС и ПЭС на их проведение. Для расчетов и регулирования тарифов на электроэнергию Федеральная Энергетическая комиссия (ФЭК) утвердила нормативы технологического расхода электроэнергии на ее передачу, т.е. нормативы потерь электроэнергии. Потери электроэнергии рекомендуется рассчитывать по укрупненным нормативам для электрических сетей энергосистем при использовании значений обобщенных параметров (суммарной длины линий электропередачи, суммарной мощности силовых трансформаторов) и отпуску электроэнергии в сеть [1]. Подобная оценка потерь электроэнергии, особенно для множества разветвленных сетей 0,38 - 6 - 10 кВ, позволяет с большой вероятностью выявить подразделения энергосистемы (РЭС и ПЭС) с повышенными потерями, скорректировать значения потерь, рассчитываемых схемотехническими методами, снизить трудозатраты на проведение расчетов потерь электроэнергии. Для расчета годовых нормативов потерь электроэнергии для сетей АО-энерго используются следующие выражения:

, (4.10)

, (4.11)

где ДW_пер - технологические переменные потери электроэнергии (норматив потерь) за год в распределительных сетях 0,38 - 6 - 10 кВ, кВт•ч;

ДW_НН, ДW_СН - переменные потери в сетях низкого (НН) и среднего (СН) напряжения, кВт•ч;

Дщ⁰_НН - удельные потери электроэнергии в сетях низкого напряжения, тыс. кВт•ч/км;

Дщ⁰_СН - удельные потери электроэнергии в сетях среднего напряжения, % к отпуску электроэнергии;

W_ОТС - отпуск электроэнергии в сети среднего напряжения, кВт•ч;

V_СН - поправочный коэффициент, отн. ед.;

ДW_п - условно-постоянные потери электроэнергии, кВт•ч;

ДР_п - удельные условно-постоянные потери мощности сети среднего напряжения, кВт/МВА;

S_ТУ - суммарная номинальная мощность трансформаторов 6 - 10 кВ, МВА.

Для АО "Смоленскэнерго" ФЭК заданы следующие значения удельных нормативных показателей, входящих в (4.10) и (4.11):

; ;

; .

Далее, в пятой главе, рассмотрим расчет нормативов потерь электроэнергии в распределительной сети 10 кВ.

5. Пример расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 10 кВ

Для примера расчета потерь электроэнергии в распределительной сети 10 кВ выберем реальную линию, отходящую от ПС "Капыревщина" (рис.5.1).

рис.5.1. Расчетная схема распределительной сети 10 кВ.

Исходные данные:

номинальное напряжение U_Н = 10 кВ;

коэффициент мощности tgц = 0,62;

суммарная длина линии L = 12,980 км;

суммарная мощность трансформаторов S_УТ = 423 кВА;

число часов максимальной нагрузки T_max = 5100 ч/год;

коэффициент формы графика нагрузки k_ф = 1,15.

Некоторые результаты расчета представлены в табл.5.1.

Таблица 3.1

Результаты расчета программы РТП 3.1
Напряжение в центре питания:	10,000 кВ
Ток головного участка:	6,170 А
Коэф. мощности головного участка:	0,850
Параметры фидера	Р, кВт	Q, квар
Мощность головного участка	90,837	56,296
Суммарное потребление	88,385	44,365
Суммарные потери в линиях	0,549	0, 203
Суммарные потери в меди трансформаторов	0,440	1,042
Суммарные потери в стали трансформаторов	1,464	10,690
Суммарные потери в трансформаторах	1,905	11,732
Суммарные потери в фидере	2,454	11,935
Параметры схемы	всего	включено	на балансе
Число узлов:	120	8
Число трансформаторов:	71	4	4
Сумм, мощность трансформаторов, кВА	15429,0	423,0	423,0
Число линий:	110	7	7
Суммарная длина линий, км	157,775	12,980	12,980
Информация по узлам
Номер узла	Мощност	Uв, кВ	Uн, кВ	Рн, кВт	Qн, квар	Iн, A	Потери мощности	delta Uв,	Кз. тр.,
	кВА						Рн, кВт	Qн, квар	Рхх, кВт	Qхх, квар	Р, кВт	Q, квар	%	%
ЦП: ФЦЭС		10,00											0,000
114		9,98											0,231
115		9,95											0,467
117		9,95											0,543
119	100,0	9,94	0,39	20,895	10,488	1,371	0,111	0,254	0,356	2,568	0,467	2,821	1,528	23,38
120	160,0	9,94	0,39	33,432	16,781	2, 191	0,147	0,377	0,494	3,792	0,641	4,169	1,426	23,38
118	100,0	9,95	0,39	20,895	10,488	1,369	0,111	0,253	0,356	2,575	0,467	2,828	1,391	23,38
116	63,0	9,98	0,40	13,164	6,607	0,860	0,072	0,159	0,259	1,756	0,330	1,914	1,152	23,38

Таблица 3.2

Информация по линиям
Начало линии	Конец линии	Марка провода	Длина линии, км	Активное сопр., Ом	Реактивное сопр., Ом	Ток, А	Р, кВт	Q, квар	Потери мощности	Кз. линии,%
									Р, кВт	Q, квар
ЦП: ФЦЭС	114	АС-25	1,780	2,093	0,732	6,170	90,837	56,296	0,239	0,084	4,35
114	115	АС-25	2,130	2,505	0,875	5,246	77,103	47,691	0, 207	0,072	3,69
115	117	А-35	1, 200	1,104	0,422	3,786	55,529	34,302	0,047	0,018	2,23
117	119	А-35	3,340	3,073	1,176	1,462	21,381	13,316	0,020	0,008	0,86
117	120	АС-50	3,000	1,809	1,176	2,324	34,101	20,967	0,029	0,019	1,11
115	118	А-35	0,940	0,865	0,331	1,460	21,367	13,317	0,006	0,002	0,86
114	116	АС-25	0,590	0,466	0,238	0,924	13,495	8,522	0,001	0,001	0,53

Также программа РТП 3.1 производит расчет следующих показателей:

потери электроэнергии в линиях электропередач:

(или 18,2% от суммарных потерь электроэнергии);

потери электроэнергии в обмотках трансформаторов (условно-переменные потери):

(14,6%);

потери электроэнергии в стали трансформаторов (условно-постоянные): (67,2%);

суммарные потери электроэнергии:

(или 2,4% от общего отпуска электроэнергии).

Далее рассмотрим изменение потерь электроэнергии при изменении нагрузки на головном участке. Для этого:

зададимся k_ЗТП1 = 0,5 и рассчитаем потери электроэнергии:

потери в линиях:

, что составляет 39,2% от суммарных потерь и 1,1% от общего отпуска электроэнергии;

потери в обмотках трансформаторов:

, что составляет 31,4% от суммарных потерь и 0,9% от общего отпуска электроэнергии;

потери в стали трансформаторов:

, что составляет 29,4% от суммарных потерь и 0,8% от общего отпуска электроэнергии;

суммарные потери электроэнергии:

, что составляет 2,8% от общего отпуска электроэнергии.

Зададимся k_ЗТП2 = 0,8 и повторим расчет потерь электроэнергии аналогично п.1. Получим:

потери в линиях:

, что составляет 47,8% от суммарных потерь и 1,7% от общего отпуска электроэнергии;

потери в обмотках трансформаторов:

, что составляет 38,2% от суммарных потерь и 1,4% от общего отпуска электроэнергии;

потери в стали трансформаторов:

, что составляет 13,9% от суммарных потерь и 0,5% от общего отпуска электроэнергии;

суммарные потери:

, что составляет 3,6% от общего отпуска электроэнергии.

Рассчитаем нормативы потерь электроэнергии для данной распределительной сети по формулам (4.10) и (4.11):

норматив технологических переменных потерь:

,

норматив условно-постоянных потерь:

.

Анализ проведенных расчетов потерь электроэнергии и их нормативов позволяет сделать следующие основные выводы:

при увеличении k_ЗТП от 0,5 до 0,8 наблюдается увеличение абсолютного значения суммарных потерь электроэнергии, что соответствует увеличению мощности головного участка пропорционально k_ЗТП. Но, при этом, увеличение суммарных потерь относительно отпуска электроэнергии составляет:

для k_ЗТП1 = 0,5 - 2,8%, а

для k_ЗТП2 = 0,8 - 3,6%,

в том числе доля условно-переменных потерь в первом случае составляет 2%, а во втором - 3,1%, тогда как доля условно-постоянных потерь в первом случае - 0,8%, а во втором - 0,5%. Таким образом, мы наблюдаем увеличение условно-переменных потерь с ростом нагрузки на головном участке, в то время как условно-постоянные потери остаются неизменными и занимают меньший вес при повышении загрузки линии.

В итоге, относительное увеличение потерь электроэнергии составило всего 1,2% при значительном увеличении мощности головного участка. Этот факт свидетельствует о более рациональном использовании данной распределительной сети.

Расчет нормативов потерь электроэнергии показывает, что и для k_ЗТП1, и для k_ЗТП2 соблюдаются нормативы по потерям. Таким образом, наиболее эффективным является использование данной распределительной сети при k_ЗТП2 = 0,8. При этом оборудование будет использоваться более экономично.

Заключение

По итогам выполнения данной бакалаврской работы можно сделать следующие основные выводы:

электрическая энергия, передаваемая по электрическим сетям, для своего перемещения расходует часть самой себя. Часть выработанной электроэнергии расходуется в электрических сетях на создание электрических и магнитных полей и является необходимым технологическим расходом на ее передачу. Для выявления очагов максимальных потерь, а также проведения необходимых мероприятий по их снижению необходимо проанализировать структурные составляющие потерь электроэнергии. Наибольшее значение в настоящее время имеют технические потери, т.к именно они являются основой для расчета планируемых нормативов потерь электроэнергии.

В зависимости от полноты информации о нагрузках элементов сети для расчета потерь электроэнергии могут использоваться различные методы. Также применение того или иного метода связано с особенностью рассчитываемой сети. Таким образом, учитывая простоту схем линий сетей 0,38 - 6 - 10 кВ, большое количество таких линий и низкую достоверность информации о нагрузках трансформаторов, в этих сетях для расчета потерь используются методы, основанные на представлении линий в виде эквивалентных сопротивлений. Применение подобных методов целесообразно при определении суммарных потерь во всех линиях или в каждой, а также для определения очагов потерь.

Процесс расчета потерь электроэнергии является достаточно трудоемким. Для облегчения подобных расчетов существуют различные программы, которые имеют простой и удобный интерфейс и позволяют произвести необходимые расчеты гораздо быстрее.

Одной из наиболее удобных является программа расчета технических потерь РТП 3.1, которая благодаря своим возможностям существенно сокращает время на подготовку исходной информации, а следовательно и расчет производится с наименьшими затратами.

Для установления в рассматриваемом периоде времени приемлемого по экономическим критериям уровня потерь, а также для установления тарифов на электроэнергию, применяется нормирование потерь электроэнергии. Учитывая существенные различия в структуре сетей, в их протяженности норматив потерь для каждой энергоснабжающей организации представляет собой индивидуальное значение, определяемое на основе схем и режимов работы электрических сетей и особенностей учета поступления и отпуска электроэнергии.

Более того, потери электроэнергии рекомендовано рассчитывать по нормативам при использовании значений обобщенных параметров (суммарной длины линии электропередачи, суммарной мощности силовых трансформаторов) и отпуску электроэнергии в сеть. Подобная оценка потерь, особенно для множества разветвленных сетей 0,38 - 6 - 10 кВ, позволяет существенно снизить трудозатраты на проведение расчетов.

Пример расчета потерь электроэнергии в распределительной сети 10 кВ показал, что наиболее эффективным является использование сетей с достаточно высокой загрузкой (k_ЗТП=0,8). При этом наблюдается небольшое относительное увеличение условно-переменных потерь в доле отпуска электроэнергии, и снижение условно-постоянных потерь. Таким образом, суммарные потери увеличиваются незначительно, а оборудование используется более рационально.

Список литературы

1. Железко Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях. - М.: НУ ЭНАС, 2002. - 280с.

2. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 176с.

3. Будзко И.А., Левин М.С. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 320с.

4. Воротницкий В.Э., Железко Ю.С., Казанцев В.Н. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 368с.

5. Воротницкий В.Э., Заслонов С.В., Калинкина М.А. Программа расчета технических потерь мощности и электроэнергии в распределительных сетях 6 - 10 кВ. - Электрические станции, 1999, №8, с.38-42.

6. Железко Ю.С. Принципы нормирования потерь электроэнергии в электрических сетях и программное обеспечение расчетов. - Электрические станции, 2001, №9, с.33-38.

7. Железко Ю.С. Оценка потерь электроэнергии, обусловленных инструментальными погрешностями измерения. - Электрические станции, 2001, №8, с. 19-24.

8. Галанов В.П., Галанов В.В. Влияние качества электроэнергии на уровень ее потерь в сетях. - Электрические станции, 2001, №5, с.54-63.

9. Воротницкий В.Э., Загорский Я.Т., Апряткин В.Н. Расчет, нормирование и снижение потерь электроэнергии в городских электрических сетях. - Электрические станции, 2000, №5, с.9-13.

10. Овчинников А. Потери электроэнергии в распределительных сетях 0,38 - 6 (10) кВ. - Новости ЭлектроТехники, 2003, №1, с.15-17.