автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Обоснование топологии построения сельских электрических сетей, повышающей надежность электроснабжения

На правах рукописи

ДАНЧЕНКО Игорь Васильевич

ОБОСНОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, ПОВЫШАЮЩЕЙ НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Специальность: 05.20.02 - «Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2014 ^ ^ МАЙ 2014

005548398

005548398

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ставропольский государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Воротников Игорь Николаевич

Сазыкин Василий Георгиевич

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», кафедра «Применение электрической энергии», профессор

Юидин Михаил Анатольевич

кандидат технических наук, профессор Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет», кафедра «Теоретических основ электротехники и электроснабжения сельского хозяйства», профессор

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СевероКавказский федеральный университет» (г. Ставрополь)

Защита состоится «3» июля 2014 г. в 10°° часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина 13, КубГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, ауд. № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» http://kubsau.ru/.

Автореферат разослан «15» мая 2014 года и размещен на официальном сайте ВАК при Министерстве образования и науки России http://vak2.ed.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» http://kubsau.ru/

Ученый секретарь диссертационного совета, Курасов Владимир Станиславович

<fy/r

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эффективное функционирование объектов агропромышленного комплекса, возможно только при надежной системе электроснабжения. Основной принцип их построения является использование распределительной электрической сети, находящейся чаще всего на балансе муниципального предприятия электрических сетей (ПЭС).

Анализ литературных источников доказывает сохранение показателей надежности сельских электрических сетей на низком уровне. Наибольшая частота отказов приходится на зимний период года, что связано с ростом в этот период гололедно-ветровых нагрузок и увеличением числа обрывов проводов распределительных линий. Продолжительность восстановления в электроснабжении сельскохозяйственных потребителей еще более возрастает и не отвечает нормативным требованиям его надежности.

От надёжности электроснабжения зависят экономические показатели работы оборудования. В качестве количественной меры экономической оценки используется такой показатель как стоимость перерывов в электроснабжении. В системе электроснабжения оправдано только такое повышение надёжности которое бы обеспечивало минимальные затраты, как со стороны энергоснабжаюицей организации, так и со стороны конкретного потребителя. Многие ученые рассматривали эту проблему, например, Будзко И.А., Ле-щинская Т.Б., Хорольский В.Я., Водяников, Оськин С.В. и т.д. Известны также работы в области надежности и оптимизации электрических сетей, Горбунова Н. Р., Клочкова А. Н., Солодухина А. М., Лопатина Е. И., Трофимова С. Н., Юндина М.А. и др. Тем не менее, до настоящего времени не найден универсальный подход, не разработаны методы и методики оценки стоимостных составляющих для конкретных сельскохозяйственных потребителей.

Таким образом, сложилась проблемная ситуация: несмотря на большое количество разработок и научных исследований по надежности электроснабжения сельских потребителей, уровень надежности сохраняется на низ-

3

ком уровне, что связано с одной стороны с экономической ситуацией на селе, а с другой - не адаптированными для сельских условий предложениями по повышению надежности.

Научная гипотеза. Повысить надежность сельских сетей можно путем обоснования, адаптированного сельским условиям, способа на основе секционирования, что позволит снизить ущербы от перерывов в электроснабжении.

Цель работы. Обосновать топологию построения сельских распределительных сетей, повышающую надежность электроснабжения потребителей для сокращения ущербов от перерывов подачи электроэнергии.

Задачи исследований.

1. Разработать математические модели надежности радиальных распределительных сетей электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

2. Количественно оценить степень повышения надежности электроснабжения для произвольного количества узлов нагрузки от применения секционирования основного питающего фидера.

3. Получить зависимости, связывающие показатели надежности с недо-тпуском электроэнергии потребителю.

4. Сопоставить теоретически рассчитанные данные по времени перерывов с фактическими для конкретного предприятия.

5. Определить пути повышения надежности электроснабжения сельских предприятий.

6. Определить экономическую эффективность повышения надежности электроснабжения предприятий и установить рациональную величину капитальных вложений, направленных на модернизацию электрических сетей.

Объект исследований - радиальная распределительная сеть сельскохозяйственного назначения.

Предмет исследований - показатели надежности распределительной сети сельскохозяйственного назначения и экономические характеристики предприятий электроснабжения.

Научная новизна.

1. Разработаны математические модели надежности радиальной распределительной сети для различных вариантов ее построения, которые позволяют рассчитать вероятность безотказного электроснабжения для произвольного узла нагрузки.

2. Введено понятие интегральной вероятности бесперебойного электроснабжения, что позволяет количественно оценить средний выигрыш в надежности для произвольного количества узлов нагрузки от применения секционирования основного питающего фидера.

3. Получены формулы для определения среднего времени перерывов электроснабжения конкретного потребителя для различных вариантов построения радиальной схемы распределительной сети, что дает возможность рассчитывать такие перерывы для большинства случаев построения сельских сетей.

4. Предложен путь повышения надежности электроснабжения -построение такой топологии распределительной сети, при которой эквивалентное число узлов нагрузки (ЛЬ) было бы меньше их общего числа (№<№).

5. Получены зависимости количества недоотпущенной электроэнергии вследствие перерывов в электроснабжении для различных вариантов построения распараллеленной распределительной сети, которые позволяют наглядно определить величину стоимости этих перерывов и сравнить их с реальными затратами на реконструкцию сети.

Практическая значимость.

1. Установлено, что величина среднего времени наработки на отказ радиальной схемы распределительной сети с секционированием питающей линии сети уменьшается обратно пропорционально числу узлов нагрузки Л' и при общем числе узлов нагрузки N=10 выигрыш в надежности от применения секционирующих разъединителей имеет место, только для тех узлов нагрузки, которые менее удалены от питающего центра. Для удаленных узлов вероятность бесперебойного электроснабжения с секционированием

5

меньше и это обусловлено уменьшением надежности участка с последовательно соединенными элементами, за счет включения в нее секционирующих разъединителей.

2. Введен коэффициент, характеризующий совпадение во времени перерывов в электроснабжении с активной фазой потребления электроэнергии отдельным предприятием, который с достаточной степенью точности можно определить как отношение максимальной, фактически измеренной на головном участке мощности, к суммарной номинальной (паспортной) мощности узлов нагрузки (понижающих трансформаторных подстанций 10(6)/0,4 кВ) этого фидера.

3. Установлено, что среднее время перерывов в электроснабжении отдельно взятого потребителя за один календарный месяц (720 часов) для радиальных распределительных сетей составляет: без секционирования и резервирования (кольцевания) - 7 часов; с секционированием без резервирования (кольцевания) ~ 5 часов; с секционированием и резервированием (кольцеванием) - 3 часа.

4. На основании полученной формулы по недоотпуску электроэнергии можно получить графики для конкретного предприятия в зависимости от времени и структуры построения сети.

5. Задача построения такой топологии распределительной сети, при которой эквивалентное число узлов нагрузки (ЛЬ) было бы меньше их общего числа (Л/э<Л0 может быть решена за счет распараллеливания питающей линии 10(6) кВ путем создания отпаек и ответвлений и перераспределения по ним узлов нагрузки. Выигрыш в надежности электроснабжения узла нагрузки, а следовательно, и конкретного потребителя становится очевидным: при распараллеливании радиальной распределительной сети без секционирования и резервирования при N - N3=2; при распараллеливании радиальной распределительной сети с секционированием без резервирования при N - Л/Э=1.

6. Получены формулы для расчета чистого дисконтированного дохода для следующих 5-ти случаев распределительной сети, что позволяют рассчи-

6

тать рациональный объем капиталовложений на реконструкцию существующей топологии распределительной сети. Например, при числе узлов нагрузки равном 10, уровни рациональных капитальных вложений следующие: приведение топологии распределительной сети без секционирования и резервирования к топологии с секционированием - 400 тыс. руб.; топологии распределительной сети с секционированием к топологии с резервированием (кольцеванием) - 220 тыс. руб.

Положения, выносимые на защиту.

1. Математические модели надежности радиальной распределительной сети для различных вариантов ее построения.

2. Формулы для определения среднего времени перерывов электроснабжения конкретного потребителя для различных вариантов построения радиальной схемы распределительной сети.

3. Путь повышения надежности электроснабжения - построение определенной топологии распределительной сети.

4. Зависимости количества недоотпущенной электроэнергии вследствие перерывов в электроснабжении для различных вариантов построения распараллеленной распределительной сети.

5. Введение понятия интегральной вероятности бесперебойного электроснабжения и коэффициента, характеризующего совпадение во времени перерывов в электроснабжении с активной фазой потребления электроэнергии отдельным предприятием.

6. Формулы для расчета чистого дисконтированного дохода для следующих 5-ти случаев распределительной сети и уровни рациональных капитальных вложений в модернизацию электрических сетей.

7. Степень совпадения теоретически фактических данных по времени перерывов для конкретного предприятия.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях Ставропольского ГАУ (Ставрополь, 2004-2012 гг.), на Всероссийской науч-

7

ной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Нальчик, Кабардино-Балкарский университет, 2003 г.), на научно-практической конференции в Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (Зерноград, 2005 г.).

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ООО «Пищик», с. Красногвардейское (Ставропольский край), а также используются в учебном процессе Ставропольского ГАУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 1 свидетельство на программный продукт для ЭВМ. Общий объём публикаций составил - 2,3 п. л., из которых 1,6 п. л. принадлежит лично автору.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 83 наименований, в том числе 10 на иностранном языке и приложения. Работа изложена на 157 страницах, включая 34 страницы приложения, содержит 50 рисунков, 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность исследований, сформулированы цель, объект и предмет исследований, научная новизна, практическая значимость и положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ основных показателей надежности и выбор критерия оценки применительно к электроснабжению сельскохозяйственных потребителей.

Надёжность функционирования распределительной сети можно качественно оценить комплексом показателей: безотказности; ремонтопригодности; долговечности; комплексные показатели.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о многогранности и многокритериальности понятия надёжности электроснабжения. При этом исследованию каждого из её показателей посвящено целый ряд научных и методических трудов ведущих учёных, работающих в области надёжности

8

электрических сетей. Очевидным остаётся одно: повышение надёжности электроснабжения невозможно без своевременного, без своевременного проведения ППР и технического обслуживания сетей, их реконструкции с целью обеспечения оптимальной топологии и других мероприятий, неразрывно связанных с вложением дополнительных материальных трудозатрат.

Так же проведен анализ существующих методов оценки надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. Однако реализация концепции оптимальной надёжности связана с основными трудностями (на практике, как правило, неопределенными заключающимися в отсутствии априорных данных о реальной величине ущерба потребителей, вызванного перерывами в электроснабжении.

Указанные трудности количественной оценки ущерба потребителей обусловлены весьма широким спектром составляющих этого ущерба, которые включают: 1) дополнительные затраты промышленных сельскохозяйственных предприятий в связи с недоотпуском продукции, её браком, поломкой оборудования и т.д.; 2) затраты, которые понесут коммунально-бытовые потребители в связи с порчей продуктов питания, отсутствием обогрева помещений и др.; 3) наконец затраты, которые трудно оценить в стоимостном выражении, связанные с потерей удобств и комфорта и, что очень важно, с опасностью для жизни людей и т.д.

В связи с вышеизложенным, исследования представленной диссертационной работы посвящены реализации концепции оптимальной надёжности с позиции энергоснабжающей организации (ЛЭС).

Также в первом разделе сформулирована цель работы и задачи исследований.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей надежности функционирования различных вариантов построения радиальной распределительной сети сельскохозяйственного назначения. В результате получен требуемый научный результат, представленный в виде аналитических выражений для определения вероятности бесперебойной работы радиальной

9

распределительной сети при различных вариантах её построения применительно к электроснабжению конкретного сельскохозяйственного потребителя.

Оценка надежности электроснабжения конкретного сельскохозяйственного потребителя производилась для электрической схемы радиальной распределительной сети без секционирования фидера 10(6) кВ, представленной на рисунке 1 и ее обобщенной топологии (рисунок 2).

Ь.

ВЛ-10(6) кВ и

Рисунок 1 - Электрическая схема радиальной схемы распределительной сети без секционирования фидера 10(6) кВ

Рисунок 2 - Укрупненная схема радиальной электрической сети без секционирования

Для схемы (рисунок 2) составлена схема надежности (рисунок 3). В результате использования метода минимальных сечений применительно к по-

лученной схеме (рисунок 3) получено аналитическое выражение (1) для вероятности бесперебойного электроснабжения узла нагрузки

= = ехр{-1(Лу + 1)^/1 (1)

где Лу, - параметры интенсивностей отказов нагрузочного узла и ВЛ-10(6) кВ, ЛГт и Л'Гт - параметры интенсивности отказов срабатывания разъединителей Ртп первого (обрыв цепи) и второго (невозможность разрыва цепи) типа соответственно; N - количество узлов нагрузки.

Рисунок Э - Логическая схема надежности радиальной электрической сети без секционирования по методу минимальных сечений

Известно, что одним из наиболее эффективных способов повышения надежности функционирования радиальной распределительной сети является секционирование питающего фидера 10(6) кВ. В этом случае имеется возможность частичной локализации отключений узлов нагрузки при повреждении элемента определенного участка распределительной сети.

Логическая схема надежности радиальной схемы распределительной сети с секционированием без резервирования представлена на (рисунок 4). Для составленной схемы получено аналитическое выражение (2), позволяющее определить величину вероятность бесперебойного электроснабжения узла нагрузки.

Р2(/Д)-ехр[-(Лу +кЛк + 2к ■ Л,,)/] ехр {- Л], [(А -1 )ЛУ + Л,, ]• /2}, (2) где Л1и - параметр интенсивности отказов отрезка ВЛ-10(6) кВ, а Лг и А'г -параметры интенсивности отказов срабатывания разъединителей Ртп Рд пер-

вого и второго типа соответственно; к - порядковый номер узла нагрузки, отсчитываемый от головного участка ВЛ-10(6) кВ.

Рл| .... Рл*

ь

|-| Уы —|

У|

У( -

I- рм -1

I- Ртп;-, -I

I— РгП|

Рисунок 4 - Логическая схема надежности радиальной электрической сети с секционированием по методу минимальных сечений

Анализ выражения (2) показывает, что в отличие от выражения (1) надежность электроснабжения узла нагрузки при его питании от радиальной распределительной сети с секционированием питающей линии не зависит от общего количества этих узлов, а определяется лишь его порядковым номером, отсчитываемый от головного участка ВЛ-10(6) кВ. При удалении узла нагрузки относительно питающего центра вероятность его бесперебойного электроснабжения уменьшается. Это обусловлено ростом числа последовательно соединенных элементов.

Различная зависимость вероятностей бесперебойного электроснабжения узлов нагрузки распределительной сети без секционирования и с секционированием выражения (1) и (2) (первая определяется лишь числом узлов нагрузки Л/, вторая - только порядковым номером к) затрудняет их количественное сравнение из-за неоднозначности трактовки результатов.

Указанный недостаток устранен путем введения понятие интегральной вероятности бесперебойного электроснабжения, усредненной по всей совокупности узлов нагрузки, и определяемой выражением (3).

Введение в рассмотрение интегральной характеристики (3) позволяет количественно оценить средний выигрыш в надежности для произвольного количества узлов нагрузки N от применения секционирования основного пи-

тающего фидера, который наглядно иллюстрируется на графиках, изображенных на рисунке 5.

ЛС/.Ло = ]ргЦ,к)с1к = (3)

Рисунок 5 - Зависимости Р2(<,Ю (сплошная линия) и Р,(Л Ы)(пунктир) при

N=2, Л-5, Л-10.

Сравнительный анализ результатов, решения первой и второй задач исследования показывают преимущества с точки зрения обеспечения надежности электроснабжения узла нагрузки радиальной распределительной сети с секционированием питающего фидера по сравнению с обычной. Однако наиболее эффективным способом повышения надежности, как известно, является резервирование элементов системы. Наиболее эффективным считается резервирование таких элементов, которые наиболее подвержены отказам, т.е. с наибольшим параметром интенсивности отказов. Для рассматриваемой схемы таким элементом является питающая ВЛ 6(10) кВ.

Определению надежности такого варианта построения радиальной распределительной сети посвящена третья задача исследований. Результатом ее решения является аналитическое выражение (3) для вероятности бесперебойного электроснабжения, полученное методом минимальных сечений при-

менительно к логической схеме надежности (4), составленной для рассматриваемого варианта построения схемы радиальной сети.

= е е е в (4)

Согласно построенным графикам величина среднего времени наработки на отказ радиальной схемы распределительной сети с секционированием питающей линии сети уменьшается обратно пропорционально числу узлов нагрузки N и в целом больше, чем в случае без секционирования.

В третьей главе разработаны методики расчета величины недоотпус-ка электроэнергии и сопоставление теоретических и экспериментальных данных.

Анализ выражений (1,3,4) показывает, что они не могут быть применены для расчета надежности бесперебойного электроснабжения конкретного потребителя. Это обусловлено тем, что эти выражения позволяют определить вероятностные характеристики только применительно к узлу нагрузки (УО. Учитывая тот факт, что узел нагрузки представляет собой не элемент, а подсистему общей системы электроснабжения, состоящую из совокупности под-станционного оборудования и нескольких (К) отходящих линий 0,4 кВ, в работе была произведена детализация влияния отказов элементов указанной подсистемы на надежность электроснабжения конкретного потребителя. В результате были определены параметры интенсивности отказов узла нагрузки (ку) применительно к произвольному потребителю. Результаты их определения для схемы узла нагрузки (рисунок 6) представлены выражениями (5), (6).

Вероятность бесперебойного электроснабжения потребителя

Руи) = ехр [- (ХТр + Л, + Л, + КЛ .х] «-'"-"^ . (5)

Здесь ХГр, X, - параметры потока интенсивности отказов силового трансформатора и отходящих линий 0,4 кВ; Лр - интенсивность отказов в срабатыва-

нии первого типа (обрыв) главного рубильника Р\ ЯА,Я'А - интенсивности отказов коммутирующих аппаратов А первого и второго типа (отказ в срабатывании) соответственно.

Параметр интенсивности отказов электроснабжения потребителя, получающего электроэнергию от узла нагрузки У,

л=.

V

1 -erf

хехр

(Л1р + Я+Я, + КЛ1У

(6)

ЦК -\)Х,ХЛ

В качестве показателя была принята величина потерь дохода от недо-отпуска электроэнергии. Ключевым звеном для его определения, при этом, является величина среднего времени перерыва в электроснабжении, которая зависит от вероятности бесперебойного электроснабжения. В диссертации установлена искомая взаимосвязь. В результате получены аналитические выражения (7) и (8) для определения средних времени перерывов в электроснабжении и недоотпуска электроэнергии.

il L-,

л» л.., Л-/ л,

Рисунок 6 - Логическая схема надежности электроснабжения потребителя по методу минимальных сечений

Среднее время перерывов в электроснабжении

Г"'(0 = '(т77Т~ 1

Средний недоотпуск электроэнергии

AW = Scpi ТП = Scp/ Г„, Ков. 15

(7)

Здесь Л'ср,= , кВт - удельная средняя мощность нагрузки, приходящаяся ТЫ,

на одного абонента, ИС, кВт.ч - полезный отпуск электроэнергии; ЫА - общее количество абонентов предприятия; Кав - коэффициент одновременности; Т— рассматриваемый интервал времени.

На основе полученной формулы по определению среднего времени перерывов электроснабжения построены соответствующие графики, по которым установлено среднее время перерывов в электроснабжении отдельно взятого потребителя за один календарный месяц (720 часов) для радиальных распределительных сетей: без секционирования и резервирования (кольцевания) - 7 часов; с секционированием без резервирования (кольцевания) ~ 5 часов; с секционированием и резервированием (кольцеванием) ~ 3 часа.

Сопоставление теоретически рассчитанных данных по времени перерывов с фактическими для предприятия ООО «Пищик» в с. Красногвардейском показало следующее: фактическое время перерывов электроснабжения, вызванное нарушением работоспособности элементов распределительной сети составляет в среднем за календарный месяц 5 часов 17 минут, а теоретическое - 5 часов. Таким образом ошибка не превысила 5%.

На основании полученной формулы по недоотпуску электроэнергии были получены графики для конкретного предприятия (ООО «Пищик» в с. Красногвардейском) в зависимости от времени и структуры построения сети, например, для радиальной распределительной сети без секционирования и резервирования (кольцевания) и на 720 часов работы потери энергии составят 11000 кВт-ч, для сети с секционированием без резервирования -7000 кВт-ч, для сети с секционированием и резервированием (кольцеванием) -4000 кВт'Ч.

В четвертой главе произведена разработка мероприятий по снижению недоотпуска электроэнергии и экономическая эффективность предлагаемых модернизаций.

В общем случае эквивалентную схему распараллеленной распределительной сети можно представить в виде (рисунок 7)

Рисунок 7 - Обобщенная эквивалентная схема распараллеленной радиальной распределительной сети

Согласно изображенной на рисунке 10 схеме питающий фидер 10(6) кВ Ь| представляет собой совокупность ш эквивалентных линий Ьэ|... ЬЭт. При этом общее число узлов нагрузки, присоединенных к питающему фидеру 10(6) кВ, определяется как:

Ы=п+а+Ь+с, (9)

где п - число узлов нагрузки, присоединенных к участку ВЛ-10(6) кВ Ь,0..Х|П; а - число узлов нагрузки, присоединенных к отпайке ВЛ-10(6) кВ Ьмо---Ьц(а-1); Ь - число узлов нагрузки, присоединенных к от-пайке ВЛ-10(6) кВ Ь|2о...Ь12(ь-1), с - число узлов нагрузки, присоединенных к отпайке ВЛ-10(6) кВ Ь|гао...Ь,т(с.1)

В целях проведения дальнейшего сравнительного анализа надежности функционирования классического варианта построения радиальной распределительной сети и ее модификации путем распараллеливания преобразуем полученные в разделе 2 выражения (1), (2) и (3) применительно к ее распараллеленной топологии.

1. Распараллеленная радиальная схема распределительной сети без резервирования и секционирования:

Лэ(0 = ЧэС. ^э) « ехр{- (Лу + МЭЛ^ + N3 ■ ЛРт )г}ехр(-Л^О = = ехр {- (Лу + N эЛ,и + + \ )-ЛР)(\ . (10)

2. Распараллеленная радиальная схема распределительной сети с секционированием без резервирования.

Р2Э(/,ЛГЭ) = МЭ(Л,„ +2Д„)/]} (,1)

/У.ДЛ, + ¿А,,)!

3. Распараллеленная радиальная схема распределительной сети с секционированием и резервированием (кольцеванием) питающего фидера.

ехр {- Ы; +ЛУ+ 2Л, )1- Лх (Л, + 2Л,,)/2]}

-ЛМ,/^) "-Х

х{1-ехр[-^,Я,/./2(Д,+Л,)]}. (12)

Анализ полученных результатов показывает, что применение в качестве способа повышения надежности электроснабжения узла нагрузки распараллеливание распределительной сет целесообразно для радиальной распределительной сети без резервирования. В случае радиальной распределительной сети с резервированием (кольцеванием) питающего фидера распараллеливание выигрыша в надежности не дает.

Экономическое обоснование целесообразности модернизации сельскохозяйственной распределительной сети является определение величины стоимости недоотпущенной вследствие перерывов в электроснабжении электроэнергии, т.е. величины упущенной прибыли ПЭС, выраженной в денежном эквиваленте.

Наиболее распространенным методом оценки экономической эффективности реконструкции распределительной сети является метод с использованием основного и важнейшего показателя (критерия) - ЧДД. Последний характеризует превышение суммарных денежных поступлений над суммарными затратами для заданного типа реконструкции.

Используя понятие ЧДЦ, величину рациональных капиталовложений на модернизацию схемы электроснабжения предприятия-потребителя электрической энергии с двух оговоренных позиций на примере ООО «Пищик», с. Красногвардейское. Среднемесячное потребление электроэнергии указанным предприятием составляет И^ 11560 кВт-ч, при этом усредненное время перерывов электроснабжения Тгг 5,25 ч за месяц. Исходя из этого, рассчитаем средний ежемесячный недоотпуск электроэнергии

Р тп= _ 7~ , (13)

' 'II

где Р - средняя за период наблюдения Т потребляемая мощность. Для рассматриваемого интервала, равного календарному месяцу Т= 720 ч, величина ДИ/=85 кВт-ч.

Очевидно, что наиболее целесообразным путем уменьшения недоот-пуска электроэнергии представляется введение дополнительного (резервного) источника электроснабжения от другого питающего фидера 10 кВ. Определим величину недоотпуска электроэнергии предприятию при условии выполнения указанной модернизации. Для этого рассчитаем прогнозируемое время перерывов в электроснабжении т„, исходя из величины коэффициента готовности

К = 1 " ~ = Р(Т ) =0,993. (14)

Отсюда

Г,,' = Т (1 - К /) = Г (1 - К г )2 =0,04 ч; (15)

А1¥'= РТ„= 0,64 кВт-ч,

где К,- = 1 -(1- К,.)2, Д IV'- прогнозируемые коэффициент готовности и средний недоотпуск электроэнергии для резервируемой (модернизированной) системы электроснабжения.

Исходя из полученных расчетных данных, определим величину рациональных капиталовложений на модернизацию с точки зрения энергоснабжа-

19

ющей организации на интервале (А/) рассмотрения ЧДД, равному 12 месяцам. При Ссо =3,21 руб./кВт-ч (тариф для одноставочных потребителей, с принятым уровнем напряжения СН-2) и Сс„ =2,51 руб./кВт-ч с учетом ставки НДС=18 % получим

=М{МУ -ДИ"ХС„, -С«Я)Х—- = 8907 руб. (16)

т,I (.! + £.;

Очевидно, что с полученный размер рациональных капиталовложений меньше реальной сметной стоимости на производство работ по модернизации системы электроснабжения, т.е. с позиции ПЭС указанная реконструкция не выгодна, так как период ее окупаемости существенно превышает календарный год.

Рассмотрим объем рациональных капиталовложений на модернизацию с точки зрения потребителя. При этом будем полагать, что во время перерывов в электроснабжении предприятие не работает, т.е. производство продукции полностью остановлено. В этом случае

м 1 П — — м 1

где ЛЯ и Д#' - потери совокупной полезной прибыли предприятия Д за период Г, обусловленные недоотпуском продукции из-за перерывов в электроснабжении до и после реконструкции соответственно.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны математические модели надежности радиальной распределительной сети для различных вариантов ее построения: без секционирования и резервирования, с секционированием, с секционированием и резервированием (кольцеванием) питающей линии. Данные модели позволяют рассчитать вероятность безотказного электроснабжения для произвольного узла нагрузки.

2. Введено понятие интегральной вероятности бесперебойного электроснабжения, что позволяет количественно оценить средний выигрыш в надежности для произвольного количества узлов нагрузки N от применения секционирования основного питающего фидера.

3. Установлено, что величина среднего времени наработки на отказ радиальной схемы распределительной сети с секционированием питающей линии сети уменьшается обратно пропорционально числу узлов нагрузки N и при общем числе узлов нагрузки N=10 выигрыш в надежности от применения секционирующих разъединителей имеет место, только для тех узлов нагрузки, которые менее удалены от питающего центра. Для удаленных узлов вероятность бесперебойного электроснабжения с секционированием меньше и это обусловлено уменьшением надежности участка с последовательно соединенными элементами, за счет включения в нее секционирующих разъединителей.

4. Получена формула для определения среднего времени перерывов электроснабжения конкретного потребителя для различных вариантов построения радиальной схемы распределительной сети, что дает возможность рассчитывать такие перерывы для большинства случаев построения сельских сетей.

5. Установлено, что среднее время перерывов в электроснабжении отдельно взятого потребителя за один календарный месяц (720 часов) для радиальных распределительных сетей составляет: без секционирования и резервирования (кольцевания) ~ 7 часов; с секционированием без резервирования (кольцевания) ~ 5 часов; с секционированием и резервированием (кольцеванием) ~ 3 часа.

6. Сопоставление теоретически рассчитанных данных по времени перерывов с фактическими для предприятия ООО «Пищик» в с. Красногвардейском (Ставропольский край) показало следующее: фактическое время перерывов электроснабжения, вызванное нарушением работоспособности эле-

ментов распределительной сети составляет в среднем за календарный месяц 5 часов 17 минут, а теоретическое - 5 часов — высокий уровень совпадения.

7. Введен коэффициент, характеризующий совпадение во времени перерывов в электроснабжении с активной фазой потребления электроэнергии отдельным предприятием. Данный коэффициент для всей совокупности потребителей, получающих электроэнергию от питающего фидера 10(6) кВ с достаточной степенью точности можно определить как отношение максимальной, фактически измеренной на головном участке мощности, к суммарной номинальной (паспортной) мощности узлов нагрузки (понижающих трансформаторных подстанций 10(6)/0,4 кВ) этого фидера.

8. Получены формулы для расчета чистого дисконтированного дохода для следующих 5-ти случаев распределительной сети, что позволяют рассчитать рациональный объем капиталовложений на реконструкцию существующей топологии распределительной сети. Например, при числе узлов нагрузки равном 10, уровни рациональных капитальных вложений следующие: приведение топологии распределительной сети без секционирования и резервирования к топологии с секционированием - 400 тыс. руб.; топологии распределительной сети с секционированием к топологии с резервированием (кольцеванием) — 220 тыс. руб.

9. Определена величина рациональных капиталовложений на модернизацию схемы электроснабжения предприятия-потребителя электрической энергии на примере ООО «Пищик», с. Красногвардейское, и установлено, что проведение указанной модернизации за счет предприятия-потребителя является целесообразным даже при размере его. среднемесячной прибыли, превышающей 50000 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы - в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Данченко И.В. Повышение надежности радиальной схемы электроснабжения путем ее распараллеливания / И.Н. Воротников, И.В. Данченко //

Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - № 10. - С. 2224.

2. Данченко И.В. Надежность радиальной схемы распределительной сети с секционированием / И.Н. Воротников, И.В. Данченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. -Краснодар: КубГАУ. - 2013. - №91 (07). - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/07/pdf/77.pdf

3. Данченко И.В. Надежность радиальной схемы распределительной сети без секционирования и резервирования // И.Н. Воротников, И.В. Данченко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2013. -№5(44). - С. 247-251.

- в прочих изданиях:

4. Данченко И.В. Надежность радиальной схемы распределительной сети без секционирования и резервирования / И.Н. Воротников, Е.В. Коно-плев, И.В. Данченко // Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве: сборник научных трудов. - Ставрополь, 2004. - С. 56-57.

5. Данченко И.В. Надежность радиальной схемы распределительной сети с секционированием / И.Н. Воротников, Е.В. Коноплев, И.В. Данченко // Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве: сборник научных трудов. - Ставрополь, 2004.-С. 61-63.

6. Данченко И.В. Надежность радиальной схемы распределительной сети с секционированием и резервированием / И.Н. Воротников, И.В. Данченко // Перспектива 2003: материалы Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Нальчик, 2003. - С. 62-64.

7. Данченко И.В. Расчет недоотпуска электроэнергии из-за перерывов в электроснабжении / И.Н. Воротников, Е.В. Коноплев, И.В. Данченко // Акту-

альные проблемы современной науки: сборник научных трудов. - Ставрополь, 2004. - С. 74-75.

8. Данченко И.В. Расчет недоотпуска электроэнергии из-за перерывов в электроснабжении / И.Н. Воротников, Е.В. Коноплев, И.В. Данченко //Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве: сборник научных трудов. - Ставрополь, 2005. - С. 90-92.

9. Данченко И.В. Анализ влияния распараллеливания радиальной распределительной сети на стоимость недоотпуска электроэнергии / И.Н. Воротников, И.В. Данченко // Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве: сборник научных трудов. - Ставрополь, 2005. - С. 90-92.

10. Данченко И.В. Увеличение надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей путем секционирования и резервирования распределительных сетей // И.Н. Воротников, И.В. Данченко // Электрооборудование и электротехнологии в сельскохозяйственном производстве: сборник научных трудов. - Зерноград, 2005. - С. 145-147.

11. Данченко И.В. Вероятность бесперебойного электроснабжения узла нагрузки (без секционирования по методу минимальных сечений) / И.Н. Воротников. И.В. Данченко // Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве: сборник научных трудов. - Ставрополь, 2005. - С. 97-99.

- авторские свидетельства на прикладные программы для ЭВМ: 12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2005610257 РФ Метод симметричных составляющих // И.Н. Воротников, Е.В. Коноплев, И.В. Данченко: заявитель Ставропольский ГАУ. - 2004612012; за-явл. 27.04.2004; опубл. 28.01.2005.

Подписано к печати ]2.. 05- 2014 г. Бумага офсетная Печ. л. 1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 '/, Офсетная печать Заказ № 308

Отпечатано в типографии Кубанского ГАУ 350044, Краснодар, ул. Калинина, 13.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201460178

Данченко Игорь Васильевич

ОБОСНОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, ПОВЫШАЮЩЕЙ НАДЕЖНОСТЬ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.20.02 - «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., доцент Воротников И.Н.

Ставрополь - 2014

Содержание

Введение...........................................................................................4

1. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ..............................11

1.1 Анализ основных показателей надежности и выбор критерия ее оценки применительно к электроснабжению сельскохозяйственных потребителей...........................................................................11

1.2. Анализ существующих методов оценки надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей ................20

1.3. Существующие исследования по надежности электроснабжения предприятий АПК.....................................................................28

1.4. Выводы и задачи исследований.............................................32

2.РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

РАДИАЛЬНОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ...........................34

2.1 Надежность радиальной схемы распределительной сети без секционирования и резервирования ............................................34

2.2. Надежность радиальной схемы распределительной сети с секционированием.............................................................................42

2.3. Надежность радиальной схемы распределительной сети с

секционированием и резервированием...................................................52

2.4 Выводы..............................................................................59

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ВЕЛИЧИНЫ НЕДООТПУСКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И СОПОСТАВЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ДАННЫХ.................................................................................61

3.1 Расчет надежности электроснабжения потребителя.....................61

3.2Методика расчета недоотпуска электроэнергии из-за

перерывов в электроснабжении...................................................67

3.3 Выводы...............................................................................78

4. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ НЕДООТПУСКА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ПРЕДЛАГАЕМЫХ МОДЕРНИЗАЦИЙ..........................................80

4Л Повышение надежности радиальной схемы электроснабжения путем ее распараллеливания.......................................................80

4.2 Анализ влияния распараллеливания радиальной

распределительной сети на объем недоотпуска электроэнергии........91

4.3 Экономическое обоснование целесообразности модернизации сельскохозяйственной распределительной сети ............................94

4.4 Выводы.............................................................................106

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ...................................................................109

ЛИТЕРАТУРА........................................................................113

Приложение 1

Приложение 2

ВВЕДЕНИЕ

Эффективное функционирования объектов агропромышленного комплекса, возможно только при надежной системе электроснабжения. Основной принцип их построения является использование распределительной электрической сети, находящейся чаще всего на балансе муниципального предприятия электрических сетей (ПЭС).

Анализ литературных источников доказывает сохранение показателей надежности сельских электрических сетей на низком уровне. Наибольшая частота отказов приходится на зимний период года, что связано с ростом в этот период гололедно-ветровых нагрузок и увеличением числа обрывов проводов распределительных линий. Продолжительность восстановления в электроснабжении сельскохозяйственных потребителей еще более возрастает и не отвечает нормативным требованиям его надежности.

От надёжности электроснабжения зависят экономические показатели работы оборудования. В качестве количественной меры экономической оценки используется такой показатель как стоимость перерывов в электроснабжении. В системе электроснабжения оправдано только такое повышение надёжности которое бы обеспечивало минимальные затраты, как со стороны энергоснабжающей организации, так и со стороны конкретного потребителя. Многие ученые рассматривали эту проблему, например, Будзко И.А., Лещинская Т.Б., Хорольский В.Я., Таранов М.А., Оськин C.B. и т.д. Известны также работы в области надежности и оптимизации электрических сетей, Горбунова Н. Р., Клочкова А. Н., Солодухина А. М., Лопатина Е. И., Трофимова С. Н., Юндина М.А. и др. Тем не менее, до настоящего времени не найден универсальный подход, не разработаны

методы и методики оценки стоимостных составляющих для конкретных сельскохозяйственных потребителей.

Таким образом, сложилась проблемная ситуация: несмотря на большое количество разработок и научных исследований по надежности электроснабжения сельских потребителей, уровень надежности сохраняется на низком уровне, что связано с одной стороны с экономической ситуацией на селе, а с другой - не адаптированными для сельских условий предложениями по повышению надежности.

Научная гипотеза. Повысить надежность сельских сетей можно путем обоснования, адаптированного сельским условиям, способа на основе секционирования, что позволит снизить ущербы от перерывов в электроснабжении.

Цель работы. Обосновать топологию построения сельских распределительных сетей, повышающую надежность

электроснабжения потребителей для сокращения ущербов от перерывов подачи электроэнергии. Задачи исследований.

1 .Разработать математические модели надежности радиальных распределительных сетей электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

2.Количественно оценить степень повышения надежности электроснабжения для произвольного количества узлов нагрузки от применения секционирования основного питающего фидера.

3.Получить зависимости, связывающие показатели надежности с недотпуском электроэнергии потребителю.

4. Сопоставить теоретически рассчитанные данные по времени перерывов с фактическими для конкретного предприятия.

5. Определить пути повышения надежности электроснабжения сельских предприятий.

6.Определить экономическую эффективность повышения надежности электроснабжения предприятий и установить рациональную величину капитальных вложений, направленных на модернизацию электрических сетей.

Предмет диссертационных исследований — показатели надежности распределительной сети сельскохозяйственного назначения и экономические характеристики предприятий электроснабжения.

Объект исследований - радиальная распределительная сеть сельскохозяйственного назначения.

Научная новизна.

1 .Разработаны математические модели надежности радиальной распределительной сети для различных вариантов ее построения, которые позволяют рассчитать вероятность безотказного электроснабжения для произвольного узла нагрузки.

2. Введено понятие интегральной вероятности бесперебойного электроснабжения, что позволяет количественно оценить средний выигрыш в надежности для произвольного количества узлов нагрузки от применения секционирования основного питающего фидера.

3. Получены формулы для определения среднего времени перерывов электроснабжения конкретного потребителя для различных вариантов построения радиальной схемы распределительной сети, что дает возможность рассчитывать такие перерывы для большинства случаев построения сельских сетей.

4. Предложен путь повышения надежности электроснабжения -построение такой топологии распределительной сети, при которой эквивалентное число узлов нагрузки (/Уэ) было бы меньше их общего числа (Ы,<1\Г).

5. Получены зависимости количества недоотпущенной электроэнергии вследствие перерывов в электроснабжении для различных вариантов

6

построения распараллеленной распределительной сети, которые позволяют наглядно определить величину стоимости этих перерывов и сравнить их с реальными затратами на реконструкцию сети.

Практическая значимость.

1. Установлено, что величина среднего времени наработки на отказ радиальной схемы распределительной сети с секционированием питающей линии сети уменьшается обратно пропорционально числу узлов нагрузки N и при общем числе узлов нагрузки N=10 выигрыш в надежности от применения секционирующих разъединителей имеет место, только для тех узлов нагрузки, которые менее удалены от питающего центра. Для удаленных узлов вероятность бесперебойного электроснабжения с секционированием меньше и это обусловлено уменьшением надежности участка с последовательно соединенными элементами, за счет включения в нее секционирующих разъединителей.

2. Введен коэффициент, характеризующий совпадение во времени перерывов в электроснабжении с активной фазой потребления электроэнергии отдельным предприятием, который с достаточной степенью точности можно определить как отношение максимальной, фактически измеренной на головном участке мощности, к суммарной номинальной (паспортной) мощности узлов нагрузки (понижающих трансформаторных подстанций 10(6)/0,4 кВ) этого фидера.

3. Установлено, что среднее время перерывов в электроснабжении отдельно взятого потребителя за один календарный месяц (720 часов) для радиальных распределительных сетей составляет: без секционирования и резервирования (кольцевания) ~ 7 часов; с секционированием без резервирования (кольцевания) ~ 5 часов; с секционированием и резервированием (кольцеванием) ~ 3 часа.

4. На основании полученной формулы по недоотпуску электроэнергии можно получить графики для конкретного предприятия в зависимости от времени и структуры построения сети.

5. Задача построения такой топологии распределительной сети, при которой эквивалентное число узлов нагрузки (ДГ.,) было бы меньше их общего числа (7УЭ<А0. может быть решена за счет распараллеливания питающей линии 10(6) кВ путем создания отпаек и ответвлений и перераспределения по ним узлов нагрузки. Выигрыш в надежности электроснабжения узла нагрузки, а следовательно, и конкретного потребителя становится очевидным: при распараллеливании радиальной распределительной сети без секционирования и резервирования при N - УУЭ=2; при распараллеливании радиальной распределительной сети с секционированием без резервирования при N -

6. Получены формулы для расчета чистого дисконтированного дохода для следующих 5-ти случаев распределительной сети, что позволяют рассчитать рациональный объем капиталовложений на реконструкцию существующей топологии распределительной сети. Например, при числе узлов нагрузки равном 10, уровни рациональных капитальных вложений следующие: приведение топологии распределительной сети без секционирования и резервирования к топологии с секционированием - 400 тыс. руб.; топологии распределительной сети с секционированием к топологии с резервированием (кольцеванием) - 220 тыс. руб.

Положения, выносимые на защиту.

1 .Математические модели надежности радиальной

распределительной сети для различных вариантов ее построения.

2. Формулы для определения среднего времени перерывов электроснабжения конкретного потребителя для различных вариантов построения радиальной схемы распределительной сети.

3. Путь повышения надежности электроснабжения - построение определенной топологии распределительной сети.

4. Зависимости количества недоотпущенпой электроэнергии вследствие перерывов в электроснабжении для различных вариантов построения распараллеленной распределительной сети.

5. Введение понятия интегральной вероятности бесперебойного электроснабжения и коэффициента, характеризующего совпадение во времени перерывов в электроснабжении с активной фазой потребления электроэнергии отдельным предприятием.

6. Формулы для расчета чистого дисконтированного дохода для следующих 5-ти случаев распределительной сети и уровни рациональных капитальных вложений в модернизацию электрических сетей.

7. Степень совпадения теоретических и фактических данных по времени перерывов для конкретного предприятия.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях 2004-2012 г.г. (Ставрополь СтГАУ), на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых» (Нальчик, Каб.-Балк. ун-т, 2003 г.), на научно-практической конференции 2005 г. ( Зерпоград: ФГОУ ВПО АЧГАА).

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ООО «Пищик», с. Красногвардейское (Ставропольский край), а также используются в учебном процессе Ставропольского ГАУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 1 1 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 свидетельство на программный продукт для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 80

наименований, 2-х приложений. Основная часть работы изложена на 125 страницах, содержит 50 рисунков, 2 таблицы.

1. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

1Л Анализ основных показателей надежности и выбор критерия оценки применительно к электроснабжению сельскохозяйственных потребителей.

Известно, что среди существующих систем, обеспечивающих эффективное функционирования объектов агропромышленного комплекса, ведущая роль принадлежит системам электроснабжения [33, 34, 43, 64]. Главным принципом их построения является использования в качестве основного источника питания распределительной электрической сети, находящейся па балансе муниципального предприятия электрических сетей (ПЭС).

Для дальнейших исследований установим характерные особенности построения распределительной сети в населенных пунктах сельского типа. Согласно [1] распределительной электрической сетью принято считать такую сеть, в которой энергия от источника питания (ИП) (питающего центра) непосредственно подводится к отдельным трансформаторным подстанциям (ТП), снабжающих электроэнергией потребителей (П). Таким образом, распределительная сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) (6 — 10 кВ и 0,4 кВ) и понижающих трансформаторных подстанций. Общий вариант её построения в виде радиальной сети изображен на рисунке 1.1.

Отличие распределительной сети от питательной состоит в том, что построение последней предполагает предварительную подачу электроэнергии от питающего центра па распределительные пункты

(РП), от которых уже отходит собственно распределительная сеть (Рисунок 1.2).

ни

тп

п

тп

тп

Рисунок. 1.1.- Радиальная распределительная сеть.

ип

Рисунок. 1.2.- Питательная сеть

Питательная сеть устраивается в тех случаях, когда ИП расположен на значительном расстоянии от ТП или если необходимо уменьшить число дорогостоящих ячеек с выключателями нагрузки и прочей аппаратурой высокого напряжения на питающем центре или, наконец, если понижающих ТП, присоединяемых к одной ЛЭП 6-10 кВ, больше, чем это допускается из условий удобства эксплуатации.

Питательная сеть, как правило, используется в городских населённых пунктах. Для электроснабжения потребителей сельскохозяйственного назначения в качестве основного источника питания используется распределительная сеть. В связи с этим, предметом диссертационных исследований является

распределительная сеть.

Основными отличительными особенностями последней являются:

- распределительная схема построения распределительной сети;

- использование в качестве ЛЭП воздушных линий (ВЛ);

- применение комплектных трансформаторных подстанций (КТП) с воздушным вводом и воздушными отходящими линиями 0,4 кВ.

Отмеченные особенности и, в первую очередь - вторая обуславливает невысокую надежность электроснабжения потребителей, получающих энергию через сельскую распределительную сеть.

Влияние использования ВЛ па снижение надёжности электроснабжения объектов агропромышленного комплекса объясняется следующим [2, 6, 17, 24, 27, 28, 33, 52, 58, 61]:

исключительно важной ролью ВЛ в процессе обеспечения безо отказного и надёжного электроснабжения в сельской местности;

значительной частью отказов и преднамеренных отключений из общего числа отказов и отключений (до 50%).

Второй фактор объясняется специфическими функционирования ВЛ:

подверженность климатическим воздействиям (гололедно-ветровые нагрузки, атмосферные перенапряжения и др.);

«доступность» ВЛ посторонним вмешательством (наезды автотранспорта, обрывы проводов высоко габаритным механизмом и

др-);

сложность контроля технического состояния элементов ВЛ, выявление элементов ВЛ, выявление и устранения неисправностей.

Поток отказов ВЛ-10 кВ за 1990-1997 гг. имеет тенденцию к росту, а его оценка показала, что при уровне надежности 0,95 он