CC BY
13
УДК 621.3:622
© Ю.С. Дорошев, А.Б. Беспятов, Д.Н. Николайчук, 2014
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Высказана идея о необходимости и возможности определения и регистрации нагрузочных потерь по одному режимному параметру - величине канализируемой головным участком системы электроснабжения активной мощности и эквивалентному коэффициенту потерь. Разработана новая методика определения абсолютных и относительных нагрузочных потерь системы.
Ключевые слова: режимы электрических сетей, абсолютные и относительные потери электроэнергии, коэффициент полезного действия элемента сети, коэффициент потерь, методика.
Тенденция роста энергопотребления обязательным условием ставит требование соблюдения рациональных режимов использования электроэнергии и минимизации потерь. Абсолютные потери мощности, определяемые для конкретной электроустановки или системы, не позволяют судить об эффективности мероприятий по снижению потерь. Универсальной характеристикой в этом плане могут быть относительные (удельные) потери мощности (энергии), позволяющие регламентировать уровень потерь для различных электрических систем. Удельные потери каждого элемента системы могут быть определены по отношению к мощности головного элемента с использованием коэффициента потерь элемента системы к„, = 1 - п, где П - КПД элемента системы.
Задачи повышения эффективности производства при экономном расходовании топлива и электроэнергии обусловливают необходимость четкого планирования расхода электроэнергии с учетом потерь в распределительных линиях. На потери энергии в целом по сети и ее элементов в первую очередь влияют соотношения активной и реактивной мощности и топология сети. Задача определения потерь электроэнергии встречается в различных постановках, и в общем случае является сложной многоаспектной проблемой.
В горной промышленности распределительные сети не являются сложно-разветвленными. При необходимости они могут быть легко эквивалентированы к радиальным линиям, предприятие же в основном интересует доля потерь в общем расходе электроэнергии, учтенной счетчиком на фидерной линии.
Достаточно точные методы расчета потерь предложены Г.М.Каяловым [1]. Если известны пределы изменения нагрузок Р и Q, то целесообразно определять коэффициенты формы для этих пределов, суммируя затем потери для всего промежутка времени Т. Однако в формулах присутствует эквивалентное значение линии Я, которое при неизменной топологии сети изменяется как в зависимости от изменения нагрузки, так и изменения температуры окружающей среды. При эквивалентирова-нии сети по активным сопротивлениям изменение температуры нагрева проводников только на 10 0С приводит к изменению сопротивления на 4,04 %.
Значительно в меньшей степени зависит от нагрузки и температуры окружающей среды КПД элемента системы — КПД электроустановок изменяется незначительно при достаточно широком отклонении их режима от номинального. При этом потери электроэнергии изменяются значительно - пропорционально канализируемой мощности. Кроме того, невозможно использовать абсолютные значения параметров для сравнения эффективности работы различных по рабочим параметрам электроустановок, сетей и систем электроснабжения. В этом случае появляется возможность создания измерительного комплекса, содержащего программируемые элементы, с помощью которого можно регистрировать как текущие, так и среднеквадратические значения относительных потерь электроэнергии в исследуемой сети или электроустановке.
Критерий эффективности использования электроэнергии по удельным потерям может быть использован для выявления очагов повышенных потерь, сравнения вариантов в технических расчетах. Отсутствие информации о действительных текущих потерях электроэнергии способствует росту безучетных потребителей и увеличению коммерческих потерь. Кроме того, общая картина рационального распределения электроэнергии на предприятии затушевывается, невозможно выявить очаги повышенных потерь
без детальных технико-экономических расчетов, что не всегда возможно в силу указанных выше причин. Таким образом, наряду с развитием теоретических методов расчета потерь электроэнергии, возникла настоятельная необходимость в создании оперативных систем технического, а также коммерческого учета потерь электроэнергии. Наличие подобных систем позволит регламентировать на отдельных энергоемких производствах наряду с удельными нормами потребления электроэнергии удельные нормы потерь электроэнергии.
Разрабатываемые системы измерения текущих потерь мощности основаны на применении устройств телемеханики, позволяющих измерять потери вычитанием активной мощности в начале и конце линии. Создание системы оперативного технического учета потерь представляется целесообразным с использованием существующей и минимальным количеством дополнительной измерительной аппаратуры на основе предложенного в диссертации способа определения относительных потерь электроэнергии (АС СССР № 1339455) [2]. Сущность способа заключается в том, что измеряют значение относительных потерь электроэнергии в линии на головном участке сети:
АЖ ЖЯкф
АЖ% = —100 =-2 л ф 2 , (1)
Ж 10и2Т С082 ф
где А Ж — абсолютные потери электроэнергии за период времени Т; Ж — активная электроэнергия, передаваемая по линии электропередач за период времени Т; кф — коэффициент формы графика нагрузки; Ял - эквивалентное активное сопротивлении линии; со$у - средневзвешенное значение коэффициента мощности сети.
Полагая Ж = РТ, где Р - среднее значение активной мощности, получаем:
кф Я
АЖ = Р-— = ЬРЯл , (2)
10и 2С082 ф л
к2
где Ь =-2-^ . (3)
10и2С082 ф
Фактические значения коэффициента b [3,] были получены в результате измерений режимных параметров на угольном разрезе «Павловский-2». Для различных экскаваторов значения b лежат в пределах от 0,005 до 0,1 и для конкретного экскаватора определяется в наибольшей степени значением коэффициента формы графика нагрузки кф. Поскольку исследованиями школы Б.П.Белых [4, 5] доказано, что для конкретного типа экскаватора и вида работ кф является величиной статистически постоянной, также можно говорить и о статистически постоянном значении коэффициента b для конкретных видов экскаваторов и работ (характерного графика нагрузки данной фидерной линии). Значения кф и со$ф для данной фидерной линии должны быть определены экспериментально. В этом случае мгновенные абсолютные потери легко определяются по канализируемой мощности на головном участке сети и могут быть учтены счетчиком потерь аналогично счетчику активной энергии, а относительные потери за промежуток времени Т - на основании затраченной за этот промежуток времени активной энергии. Созданный в стране агрегатный комплекс электроизмерительной техники (АСЭТ) позволяет реализовать выражения с помощью унифицированных функциональных узлов либо посредством цифровых микропроцессоров, например, контроллера ТМ803Соп1хо1 или S7-200 производства SIEMENS. Данное решение представляется наиболее целесообразным, поскольку исключает необходимость индивидуальной разработки приборов и дает возможность перейти к типовому проектированию. Нами предлагается один из возможных вариантов системы оперативного учета потерь электроэнергии, составленной из унифицированных элементов АСЭТ. При этом эквива-лентирование сети возможно как по величинам активного сопротивления элементов сети, так и по величинам предлагаемого в работе коэффициента потерь kni = 1 - ц,.
Для последовательно соединенных элементов системы можно написать:
Р APi Р(1 - ni) АР2 (Р - APi)(1 - П2) (Р - X АР' )(1 - Vi)APn
i=1
Рис. 1. Последовательное включение элементов системы
АР = Р (1 -П ),
АР2 =(Р-АР1 )(1 -П2), АР3 = (Р-АР1 -АР2 )(1-Пз),
(4)
АР, = [ Р-ТАР, J(1 -Ля)
Общие потери определятся по формуле:
АР = £АР, или АР = Р(1 -ППп, 1 = Рктке . (5)
1=1 V ,=1 /
Для двух параллельно включенных элементов системы справедливо следующее:
Р = и/со8ф; (6)
АР^ = 1\Щ1 - со8ф! = Л и со8ф1ки1, (7)
АР2 = /2 Ц(1 - ^2) с08ф2= /2 и с08ф2к„2, (8)
11 = /
Я2
/, = /-
Я + я
Я
Я + Я
Р
= /Р = /к у
Р у
Р
= /Р = /к Р
у2
(9)
(10)
где ку1 и ку2 — коэффициенты участия первого и второго элементов в канализации мощности головным участком сети. При с08ф]~ с08ф2~ с08ф: АР = АР1 + АР2 = /1 и с08ф1к„1 + /2и с08ф2к„2 =
= /и С08 ф|
Я2
Я
Я + я п1 Я + я п2
= Р (ку1к„1 + ку2кп2) (11)
Для п параллельно включенных
элементов:
Рис. 2. Параллельное включе- АР = Т Pikni .
(12)
1=1
В работе произведен анализ влияния различных режимных параметров на нагрузочные потери, определяемых по предлагаемому методу на головном участке сети.
Изменение уровня напряжения в узлах сети позволяет судить о нагрузочных потерях, но, являясь следствием изменения нагрузки системы, не является независимым режимным параметром в определении потерь. Отклонения напряжения на элементах сети не вызывает дополнительных потерь, не учтенных при определении потерь по канализируемой мощности головным участком сети.
Несимметричные режимы работы электрической системы обусловливают появление дополнительных потерь в линиях за счет тока обратной последовательности. Эти потери составляют доли процента от номинальных нагрузочных потерь.
Несинусоидальные режимы электрической системы, вызывая появление высших гармоник в сети, обусловливают появление дополнительных потерь, основная доля которых определяется токами нулевой последовательности. Удельные потери от высших гармоник даже в случае значительного отклонения кнс от нормированного значения не превышают долей процента номинальных потерь.
Диэлектрические потери в высоковольтных сетях горнорудных предприятий обусловлены низким качеством изоляции и составляют существенную долю в общих потерях электрической сети.
Все виды дополнительных потерь в сети канализируются головным участком сети и могут быть определены по активной мощности этого участка и эквивалентного коэффициента потерь сети.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Основы построения промышленных электрических сетей/ Кая-лов, Г. М., Каждан, А. Э., Ковалёв, И. Н., Куренный, Э. Г.; Под общ. ред. Г. М. Каялова — М.: Энергия, 1978. — 352 с.
2. Дорошев Ю.С. Авторское свидетельство СССР № 1339455. на изобретение «Способ определения относительных потерь электроэнергии на нагрев проводов», 001Я21/00, 1987.
3. Дорошев Ю.С., Тюрин С.Н. Режимные параметры распределительных сетей горных предприятий // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2000, № 11. - С.212.
4. Белых Б.П., Свердель И.О., Олейников В.К. Электрические нагрузки и электропотребление на горнорудных предприятиях. - М.: Недра, 1971.
5. Белых Б.П., Заславец Б.И. Распределительные электрические сети рудных карьеров. - М.: Недра, 1978.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Дорошев Юрий Степанович — доктор технических наук, доцент, руководитель основной образовательной программы, профессор кафедры горного дела и комплексного освоения георесурсов, [email protected],
Беспятов Александр Борисович — магистр, аспирант, [email protected], Николайчук Дмитрий Николаевич — старший преподаватель, [email protected],
Инженерная Школа Дальневосточного Федерального Университета.
UDC 621.3:622
THE DETERMINATION OF RELATIVE ENERGY LOSSES IN DISTRIBUTION NETWORKS OF MINING ENTERPRISES
Doroshev Y.S., doctor of technical Sciences, Professor, head of the basic educational program, Professor in the Department of mining and integrated development of geo-resources, [email protected], School Of Engineering, Far Eastern Federal University, Russia, Bespyatov A.B., master, postgraduate, [email protected], School Of Engineering, Far Eastern Federal University, Russia,
Nikolaychuk D.N., senior lecturer, [email protected], School Of Engineering, Far Eastern Federal University, Russia.
The paper put forward the idea of the necessity and the possibility of determining and recording of load losses in one regime parameters — the magnitude of a guided head portion of the system power supply active power and the equivalent loss factor. A new method of determining the absolute and relative load losses of the system.
Key words: modes of electrical networks, the absolute and relative power losses, the efficiency of the network element, the loss factor, technique.
REFERENCES
1. Osnovy postroenija promyshlennyh jelektricheskih setej ( Bases of construction of industrial electrical networks)/ Kajalov, G. M., Kazhdan, A. Je., Kovaljov, I. N., Kurennyj, Je. G.; Pod obshh. red. G. M. Kajalova. Moscow: Jenergija, 1978. 352 p.
2. Doroshev Ju.S. Avtorskoe svidetel'stvo SSSR № 1339455. na izobretenie «Sposob opredelenija otnositel'nyh poter' jelektrojenergii na nagrev provodov» (Author's certificate No. 1339455. for the invention "Method of determining the relative energy loss on heating of wires"), G01R21/00, 1987.
3. Doroshev Ju.S., Tjurin S.N. Rezhimnye parametry raspredelitel'nyh setej gornyh predprijatij (The operating parameters of distribution networks mining) // Gornyj informa-cionno-analiticheskij bjulleten'. Moscow: MGGU, 2000, No 11. pp. 212.
4. Belyh B.P., Sverdel' I.O., Olejnikov V.K. Jelektricheskie nagruzki i jelektropotreble-nie na gornorudnyh predprijatijah (Electrical load and the power consumption in mining companies). Moscow: Nedra, 1971.
5. Belyh B.P., Zaslavec B.I. Raspredelitel'nye jelektricheskie seti rudnyh kar'erov (Electrical Distribution system ore quarries). Moscow: Nedra, 1978.
