CC BY
0УДК 621.311
О.С. Парсентьев1, Т.А. Мусаев2, О.В. Федоров3
1 Луганский государственный университет имени Владимира Даля,
Луганск, 291034 e-mail: [email protected]; 2 АО «Сетевая компания», Казань, 420094 e-mail: [email protected];
3Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. Алексеева,
Нижний Новгород, 603155 e-mail: [email protected]
МИНИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 35 КВ СЕВЕРНОГО РЕГИОНА ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ПУТЕМ РЕНОВАЦИИ ПОНИЗИТЕЛЬНЫХ ПОДСТАНЦИЙ
Рассмотрена проблема технического состояния массива масляных двухобмоточных силовых трансформаторов с сочетанием напряжений 35/10 кВ в распределительных электрических сетях напряжением 35кВ Северного региона ГУП ЛНР «Республиканская сетевая компания». Используя обобщенный метод расчета, установлено, что при трансформации электрической энергии через массив масляных двухобмоточных силовых трансформаторов с сочетанием напряжений 35/10 кВ этой электросети в последних выделяются основные потери активной электроэнергии, превышающие нормируемое значение. Для снижения основных потерь активной электроэнергии, связанных с трансформацией в понизительных подстанциях распределительной электрической сети напряжением 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «Республиканская сетевая компания», в работе предлагаются варианты реновации этих подстанций с установкой групп энергоэффективных двухобмоточных масляных и сухих силовых трансформаторов с сочетанием напряжений 35/10 кВ производства России и Китая. По результатам анализа выбран вариант реновации понизительных подстанций в распределительной электрической сети напряжением 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «Республиканская сетевая компания» с установкой энергоэффективных групп силовых трансформаторов с сочетанием напряжений 35/10 кВ, имеющих наименьшие потери активной электроэнергии при трансформации.
Ключевые слова: силовой трансформатор, реновация, понизительная подстанция, сухое исполнение, класс напряжения, сочетание напряжений, трансформация электрической энергии, потери холостого хода, потери короткого замыкания, группа номинальной мощности.
O.S. Parsentev1, T.A. Musaev2, O.V. Fedorov3,
1 Lugansk State University named after Vladimir Dahl, Lugansk, 291034 e-mail: [email protected]; 2 JSC "Setevaya kompaniy", Kazan, 420094 e-mail: [email protected]; 3Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod, 603155 e-mail: [email protected]
MINIMIZATION OF MAJOR ELECTRICITY LOSSES IN 35 KV ELECTRIC GRIDS IN THE NORTHERN REGION OF THE LUHANSK PEOPLE'S REPUBLIC THROUGH THE RENOVATION OF STEP-DOWN SUBSTATIONS
The problem of the technical condition of an array of oil double-winding power transformers with a combination of voltages of 35/10 kV in distribution electric networks with a voltage of 35 kV in the Northern region of the SUE LPR "Respublikanskaya setevaya kompaniya" is considered. Using a generalized calculation method, it was
found that during the transformation of electrical energy through an array of oil-fired double-winding power transformers with a combination of voltages of 35/10 kV of this power grid, the main losses of active electricity exceeding the normalized value are allocated in the latter. To reduce the main losses of active electricity associated with the transformation in step-down substations of the 35 kV distribution electric network in the North-em region of the SUE LPR "Respublikanskaya setevaya kompaniya", the renovation options for these subst a-tions with the installation of groups of energy-efficient double-winding oil and dry power transformers with a combination of 35/10 kV voltages produced in Russia and China are suggested. Based on the results of the analysis, a variant of renovation of step-down substations in the 35 kV distribution electric grid of the Northern region of the SUE LPR "Respublikanskaya setevaya kompaniya" was selected with the installation of energy -efficient groups of power transformers with a combination of voltages of 35/10 kV, having the least loss of active electricity during transformation.
Key words: power transformer, renovation, step-down substation, dry design, voltage class, voltage combination, transformation of electrical energy, no-load losses, short circuit losses, rated power group.
Текущее состояние российской электроэнергетики остается сложным. Снизить потери при трансформации электрической энергии без реновации подстанций не представляется возможным [1].
Распределительные электрические сети напряжением 35 кВ Северного региона Государственного унитарного предприятия Луганской Народной Республики «Республиканская сетевая компания» (РЭС - 35 кВ ГУП ЛНР «РСК») состоят из 58 питающих понизительных подстанций (ПС) с сочетанием напряжений 35/10 кВ, в которых установлены 87 двухобмоточных масляных силовых трансформатора (СТ) с аналогичными сочетаниями напряжений суммарной установленной мощностью 255 530 кВА [2]. Осуществляют электрификацию объектов народного хозяйства на территории Беловодского, Белокуракинского, Марковского, Меловского, Новоайдарского, Новопсковского, Станично-Луганского и Старобельского муниципальных округов через понизительные трансформаторные ПС с сочетанием напряжений 10/0,4 кВ, находящиеся в оперативно-техническом обслуживании районов электрических сетей, закрепленных на этих территориях [3].
На понизительных ПС напряжением 35/10 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» эксплуатируется массив масляных двухобмоточных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ, II и III габаритов, номинальной мощностью от 630 до 6 300 кВА, одна часть которого представляет ряд мощностей, сформированный по ГОСТ 9680 - 77 [2].
Другая часть на этих понизительных ПС напряжением 35/10 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» представляет массив, состоящий из шести масляных двухобмоточных СТ (6,9 % от общего количества) номинальной мощностью: 1 800 и 3 200 кВА, срок эксплуатации которых в настоящий момент превышает 50 лет, а потери холостого хода и короткого замыкания при трансформации электрической энергии превышают в несколько раз нормируемое значение по ГОСТ 11677 - 85 «Общие технические условия».
Целью работы является реновация понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС -35кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» для минимизации основных годовых потерь активной электроэнергии при трансформации.
Для достижения цели в работе поставлены такие задачи:
1. Провести сравнительный анализ суммарных годовых потерь активной электроэнергии, связанных с трансформацией в массиве номинальной мощности существующих двухобмоточ-ных масляных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ на ПС напряжением 35/10 кВ промышленной частоты от токов нагрузки, а также в планируемых для замены группах номинальной мощности энергоэффективных двухобмоточных СТ с аналогичным сочетанием напряжений с масляной и литой изоляцией промышленной частоты отечественного и зарубежного производства после реновации этих ПС в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК».
2. По итогам сравнительного анализа выбрать варианты для реновации понизительных подстанций в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» с группами номинальной мощности двухобмоточных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ, имеющих наименьшие суммарные годовые потери активной электроэнергии при ее трансформации.
Для определения основных суммарных годовых потерь активной электроэнергии в существующем централизованном парке двухобмоточных масляных СТ промышленной частоты с сочетанием напряжений 35/10 кВ РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» от токов
нагрузки при трансформации электрической энергии используется обобщенный метод расчета, суть которого и допущения изложены в [4].
При расчете не учитываются потери активной электроэнергии, выделяемые:
- в СТ, балансодержателями которых не являются РЭС - 35кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК»;
- в коммутационно-защитных аппаратах, контрольно-измерительном оборудовании и ошиновке, связанных с образованием переходного сопротивления в понизительных ПС напряжением 35/10 кВ РЭС - 35кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК»;
- от действия электромагнитных переходных процессов, возникающих в результате коммутации в РЭС от действия токов одно-, двух-, трехфазного и межвиткового короткого замыкания, бросков токов намагничивания при включении СТ в работу и анормальных режимов работы в РЭС - 35кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК».
Таким образом, после всех уточнений и допущений формулы для определения основных суммарных годовых потерь активной электроэнергии в существующем массиве двухобмоточ-ных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» при ее трансформации, а также в группах номинальной мощности двухобмоточных масляных и сухих СТ аналогичного сочетания напряжения, планируемых для замены существующего массива трансформаторов, окончательно примет вид [4]:
где Рхх - мощность потерь холостого хода, Вт [2-5];
- мощность потерь короткого замыкания, Вт [2-5];
T - время работы СТ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК», ч, T = 8 760 ч;
К - коэффициент нагрузки на СТ;
n - количество одинаковых по мощности СТ, ед.
Расчеты основных суммарных годовых потерь активной электроэнергии в существующем массиве двухобмоточных масляных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ ГУП ЛНР «РСК» промышленной частоты при ее трансформации проводились при следующих значениях коэффициента нагрузки на СТ К3 = 0; 0,25; 0,5; 0,75 и 1,0.
Анализ проведенных расчетов по формуле (1) позволил сделать заключение о том, что при изменении нагрузки К3 от 0,5 до 1,0 в массиве существующих двухобмоточных масляных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ промышленной частоты, эксплуатируемых на понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК», суммарные основные годовые потери активной электроэнергии ^^Акттрупст будут составлять 6,24-16,69%
от величины суммарного отпуска электрической энергии, поступаемого из единой национальной электрической сети (ЕНЭС) ПАО «Федеральная сетевая компания - Россети» общего назначения, и будут в 1,54-4,11 раза выше усредненного показателя норматива потерь электрической энергии при ее передаче по ЕНЭС с уровнем напряжения «220 кВ и ниже» и остаются высокими [6].
Далее проводится сравнительный анализ годовых потерь активной электроэнергии в существующем массиве двухобмоточных масляных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ на понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК», с годовыми потерями активной электроэнергии в вариантах групп номинальной мощности энергоэффективных двухобмоточных СТ отечественного и зарубежного производства, предназначенных для установки после реновации этих ПС.
В варианте № 1 предлагается реновация понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС -35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» с заменой существующего массива двухобмоточных масляных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ, представленных в [2; 3] на группы номинальной мощности масляных двухобмоточных СТ серии S9 промышленной частоты с уровнем напряжения короткого замыкания 6-8% аналогичного сочетания напряжений номиналом: 800; 1 000; 1 600; 2 000; 2 500; 3 150; 4 000 и 6 300 кВА производства компании CNC Electric GroupCo., Ltd [5].
(1)
Уточненное количество групп двухобмоточных масляных СТ серии 89 промышленной частоты с сочетанием напряжений 35/10 кВ будут такими, как это представлено в таблице. Суммарная мощность групп номинальной мощности СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ на понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» после такой реновации составит 256 400 кВА.
Количество и суммарная номинальная мощность групп двухобмоточных СТ серии Б9 с сочетанием напряжений 35/10 кВ, принимаемых к установке после реновации понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК»
Номинальная мощность СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ 5ном, кВА Количество, ед. Потери холостого хода одного СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ, РХХ, Вт Потери короткого замыкания одного СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ, РКЗ., Вт
800 1 1 250 9 900
1 000 1 1 480 12 150
1 600 11 2 130 17 550
2 000 4 2 610 19 350
2 500 39 3 150 20 700
3 150 2 3 870 24 300
4 000 25 4 640 28 800
6 300 4 6 570 36 900
Итого 87 -
Анализ расчетов позволил сделать заключение о том, что при изменении коэффициента нагрузки К:
- от 0 до 1,0 в группах номинальной мощности двухобмоточных масляных СТ серии S9 с сочетанием напряжений 35/10 кВ суммарные основные годовые потери активной электроэнергии при трансформации ^ ^актгруп.ст будут составлять 1,71-12,86% от величины суммарного
отпуска электрической энергии, поступаемого из ЕНЭС ПАО «Федеральная сетевая компания -Россети» общего назначения [6];
- от 0,5 до 1,0 в группах номинальной мощности двухобмоточных масляных СТ серии S9 с сочетанием напряжений 35/10 кВ суммарные основные годовые потери активной электроэнергии при трансформации ^ ^Актгетст будут в 1,11-3,17 раза выше усредненного показателя
норматива потерь электрической энергии при ее передаче по ЕНЭС с уровнем напряжения «220 кВ и ниже» [6].
В варианте № 2 предлагается реновация понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС -35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» с заменой существующего массива двухобмоточных масляных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ, представленных в [2, 3] на группы номинальной мощности двухобмоточных СТ серии SС(Z)B9, выполненных с литой изоляцией промышленной частоты, уровнем напряжения короткого замыкания 6-9% аналогичного сочетания напряжений номиналом: 800; 1 000; 1 600; 2 000; 2 500; 3 150; 4 000 и 6 300 кВА, производства компании CNC Electric Group Co., Ltd [5]. Количество и суммарная номинальной мощность групп СТ серии S^Z)B9 с сочетанием напряжений 35/10 кВ на понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» будут аналогичны представленным в таблице.
Анализ расчетов позволил сделать заключение о том, что при изменении коэффициента нагрузки К:
- от 0 до 1,0 в группах номинальной мощности двухобмоточных сухих СТ серии S^Z)B9 с сочетанием напряжений 35/10 кВ суммарные основные годовые потери активной электроэнергии при трансформации ^ ^акттрго.ст будут составлять 2,95-14,93% от величины суммарного
отпуска электрической энергии, поступаемой из ЕНЭС ПАО «Федеральная сетевая компания -Россети» общего назначения [6];
- от 0,5 до 1,0 в группах номинальной мощности двухобмоточных сухих СТ серии S^Z)B9 с сочетанием напряжений 35/10 кВ суммарные основные годовые потери активной
электроэнергии при трансформации ^^^тгргаст будут в 1,46-3,68 раза выше усредненного
показателя норматива потерь электрической энергии при ее передаче по ЕНЭС с уровнем напряжения «220 кВ и ниже» [6].
Обобщающий анализ позволяет сделать заключение о том, что реновация понизительных ПС напряжением 35/10 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК», предусмотренная в варианте № 1, обеспечит наименьшие суммарные основные годовые потери активной электроэнергии при ее трансформации.
В работе предложено решение актуальной научно-технической задачи - минимизация основных потерь активной электроэнергии на понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС -35 Северного региона кВ ГУП ЛНР «РСК» при трансформации. Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. Установлено, что при изменении нагрузки К от 0 до 1,0 в массиве существующих двухобмо-точных масляных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ промышленной частоты, эксплуатируемых на понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК», суммарные основные годовые потери активной электроэнергии при трансформации ^^актгруп.ст будут составлять 2,75-16,69% от величины суммарного отпуска электрической энергии, поступаемой из ЕНЭС ПАО «Федеральная сетевая компания - Россети» общего назначения [6].
2. При изменении коэффициента нагрузки К от 0 до 1,0 в группах номинальной мощности двухобмоточных масляных СТ серии S9 с сочетанием напряжений 35/10 кВ промышленной частоты, планируемых к установке на понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» после реновации, суммарные основные годовые потери активной электроэнергии при трансформации ^ Макттрго.ст снизятся в 1,30-1,61 раза в сравнении
с существующими основными потерями активной электроэнергии, возникающими в массиве двухобмоточных масляных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ, эксплуатируемых в настоящий момент в этих ПС.
3. Для дальнейшей минимизации суммарных основных и дополнительных потерь активной и перетекания реактивной электроэнергии в группах номинальной мощности двухобмоточных СТ с сочетанием напряжений 35/10 кВ, предусмотренных вариантом № 1, рекомендуется использование на понизительных ПС напряжением 35/10 кВ в РЭС - 35 кВ Северного региона ГУП ЛНР «РСК» фильтрокомпенсирующих устройств.
Литература
1. Россети ЛЕНЭНЕРГО/Реновация основных фондов - оптимальный способ снизить потери в электросетях [Электронный ресурс]. - URL: https://rosseti-lenenergo.ru (дата обращения: 03.09.2024).
2. Парсентьев О.С. Современные научные и прикладные задачи электроэнергетики: Учеб. пособие. - Луганск: ООО «НПК ПЕРСПЕКТИВА», ФГБОУ ВО «Луганский государственный университет имени Владимира Даля», 2023. - 271 с. - ISBN 978-5-605-07958-3. - EDNDXUWME.
3. Парсентьев О.С. Качество электрической энергии: Учеб. пособие. - Луганск: ООО «НПК ПЕРСПЕКТИВА», 2024. - 306 с. - ISBN 978-5-605-15700-7. - EDNWHKLHG.
4. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 582 с.
5. Каталог силовых трансформаторов СNC Deliver/Power for better/Life Power transformer/Oil immersed transformer/Dry-type transformer [Электронный ресурс]. - URL: http://www.cncele.com (дата обращения: 12.07.2024).
6. Приказ Министерства энергетики Российской Федерации от 30.11.2022 года № 1272 «Об утверждении нормативов потерь электрической энергии при ее передаче по единой национальной (общероссийской) электрической сети, осуществляемой публичным акционерным обществом «Федеральная сетевая компания - Россети» с использованием объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих публичному акционерному обществу «Федеральная сетевая компания - Россети» на праве собственности или ином законном основании, на 2023 год» [Электронный ресурс]. -URL: https://minenergo.gov.ru/view-pdf/23795/195515#:~text=yf (дата обращения: 03.10.2023).
