CC BY
19СНИЖЕНИЕ РЕАКТИВНЫХ ПОТЕРЬ ПУТЕМ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНФИГУРАЦИИ СХЕМЫ СЕТИ Башлаков М.О.1, Клеев Ю.В.2, Пирожков М.С.3, Муромцев А.А.4
1Башлаков Михаил Олегович - студент; 2Клеев Юрий Владимирович - студент; 3Пирожков Максим Сергеевич - студент; Муромцев Александр Александрович - студент,
кафедра электроэнергетических систем, Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, г. Москва
Аннотация: в статье рассмотрено влияние различных вариантов схемы сети, а также ее параметров на потери реактивной мощности. Сделаны выводы о предпочтительных конфигурациях схемы сети с точки зрения снижения реактивных потерь. Ключевые слова: электроэнергетика, реактивная мощность, параметры сети, конфигурация, влияние, потери.
Реактивная мощность - явление, присущее сетям с реактивными элементами (индуктивности и емкости). Она не совершает полезной работы, и направлена только на создание магнитных полей в индуктивной нагрузке и электрических полей в емкостной нагрузке. Реактивная мощность - это потери, которые энергосистеме необходимо компенсировать для выполнения своей функции - доставки электроэнергии потребительским электросетям в необходимом объеме и с определенными параметрами. В связи с этим возникает задача расчетов по компенсации реактивной мощности [1].
Потребление реактивной мощности в сети в период наибольших нагрузок суммируется по следующим слагаемым:
• известные реактивные нагрузки в точках потребления электроэнергии (с учетом установленных конденсаторных батарей для предотвращения достижения предельных значений коэффициента реактивной мощности);
• потерь реактивной мощности в элементах электрической сети (линии, понижающий трансформатор) с учетом зарядных мощностей линий.
Одна из составляющих суммарных потерь реактивной мощности в сети - потери в трансформаторах. В электрических сетях номинальным напряжением до 220 кВ основным типом подстанций являются подстанции с двухобмоточными трансформаторами. На подстанциях, где есть переход напряжения на 2 других класса напряжения, стоят автотрансформаторы. Потери реактивной мощности в автотрансформаторах зависят от класса напряжения, соотношения нагрузок на шинах среднего и низшего напряжения и коэффициентов загрузки его обмоток [1].
Вторая составляющая потерь реактивной мощности - потери в линиях электропередачи. Эта составляющая существенно зависит от передаваемой по линии мощности и длины линии. Зарядная мощность линий зависит от длины линии. Обе эти величины зависят от напряжения электропередачи, причем потери мощности обратно пропорциональны, а зарядная мощность прямо пропорциональна квадрату напряжения линии электропередачи. Вследствие этого, соотношение потерь и генерации реактивной мощности в линиях существенно различается для линий разных номинальных напряжений [1].
Конфигурация схемы сети и номинальные напряжения участков сети значительно влияют на составляющие баланса реактивной мощности, поэтому баланс реактивной мощности необходимо оценивать для каждого варианта схемы сети. Для линии длиной Ь с числом цепей пц при передаче по ней полной мощности 8л при номинальном напряжении ином потери реактивной мощности составляют:
Ай
Л
V ^ном У
X0 • Ь п„
(1)
В свою очередь, зарядная мощность линий:
Ос = Чс0 • Ь ^ Пц • (2) В качестве расчетных примеров были выбраны схемы сети, изображенные на рис. 1 (двойными линиями обозначены двухцепные линии электропередач).
Рис. 1. Расчетные схемы сети
Для каждой из данных схем был проведен выбор оборудования, выбор марки и сечений проводов воздушных линий электропередач. Были рассчитаны все основные режимы работы сети. Все расчеты проводились в программном комплексе КаБ^^п. В таблицах 1 и 2 представлены окончательные результаты расчетов реактивных потерь, полученные из расчета режимов работы.
Таблица 1. Потери реактивной мощности в различных вариантах сети
Схемы ДQ, Мвар ДО. нагр, Мвар О ген, Мвар
1 схема -0,41 27,8 -28,21
2 схема -2,19 27,26 -29,45
3 схема -13,58 22,34 -35,92
4 схема -5,48 26,78 -32,26
Таблица 2. Потери реактивной мощности в различных послеаварийныхрежимах в 1 схеме
ДQ, Мвар ДО нагр, Мвар О ген, Мвар
НБ -0,41 27,8 -28,21
линия А-1 18,71 36,74 -18,03
линия 1-5 2,17 29,11 -26,94
линия 1-2 3,56 30,18 -26,62
Анализ результатов показывает, что у схемы с кольцом потери реактивной мощности больше, чем при радиальном исполнении, что видно при сравнении вариантов № 1 и № 2. В варианте № 1 подстанции 2, 3 и 4 соединены в кольцо, а во втором линии 2-3 и 2-4 выполнены в радиальной схеме.
Наименьшими потерями из четырёх рассмотренных вариантов отличается схема № 3. Несмотря на то, что в ней также есть кольцо, оно выполнено более высоким классом напряжения. Вся остальная сеть во всех вариантах, кроме третьей, выполнена на 110 кВ, а в варианте № 3 соответственно часть 220 кВ значительнее.
Самыми большими потерями на одном классе напряжения с одними мощностями обладают соответственно кольцевые сети, а минимальными - радиальные и магистральные.
Зависимость реактивных потерь от параметров режима рассматривалась в варианте № 1. Было проведено сравнение исходного варианта и трёх послеаварийных вариантов. Самый тяжёлый режим, с самым большим увеличением потерь реактивной мощности - отключение одной цепи линии А-1 головного участка 220 кВ, так как эта линия с максимальной генерацией реактивной мощности. В этом режиме наблюдается снижение генерации почти с 28 Мвар до 18 Мвар. Линии 110 кВ остались без изменения. Потери при этом также значительно увеличились. Это привело к тому, что если в наибольшем режиме вариант сети генерировал реактивную мощность, то в этом режиме он существенно увеличил ее потребление. На источнике питания потребуется около 19 Мвар реактивной мощности, что больше, чем в режиме наибольших нагрузок.
Также были рассмотрены другие два режима для сети 110 кВ. Самым тяжёлым оказался режим отключения линии 1 -2, так как эта линия характеризуется большой загруженностью. Соответственно, изменение в наиболее загруженных элементах приводит к большим отклонениям результатов от исходного. Хотя это и происходило в несильно загруженной сети 110 кВ, изменения значительно меньше, чем в первом случае, и нагрузочные потери в обоих вариантах аварий 110 кВ увеличились не более чем на 15-20% в отличие от 35% в 1 случае. Снижение генерации реактивной мощности ёмкостью линии менее 10%. Суммарное потребление реактивной мощности изменилось незначительно (не более 3-4 Мвар потребовалось больше на источнике питания по сравнению с режимом наибольших нагрузок).
Отсюда можно сделать вывод: элементы сети значительно влияют на потери реактивной мощности; чем больше элемент загружен, чем на большее напряжение он работает, тем более связано с наибольшими изменениями реактивной мощности, генерируемой этим элементом. Также по нагрузке, соответственно, наиболее нагруженный элемент, увеличение его сопротивления ведёт к росту потерь реактивной мощности.
Список литературы
1. Глазунов А.А., Шведов Г.В. Проектирование районной электрической сети: методические указания к курсовому проектированию. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. 72 с.
