автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Совершенствование методик расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях

На правах рукописи

ДЕВОЧКИН ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

Специальность 05 20 02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ .диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003066483

Москва 2007

003066483

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, Солдатов Валерий Александрович

доктор технических наук, профессор Сергованцев Владимир Трофимович

кандидат технических наук, Морозов Алексей Валерьевич

Региональный центр энергосбережения при ГОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет»

Защита диссертации состоится « /5~ » октября 2007г в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220 044 02 в ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им В П Горячкина» по адресу 127550, г Москва, ул Тимирязевская, д 58

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им В П Горячкина»

Автореферат разослан « /2.» С£мТ яор*.__2007 г

Размещен на сайте ууууу» :шаг ш « Ц » с еитл Ъря. 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Загинайлов В И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Работа посвящена актуальной теме - разработке методик и программ расчета потерь электроэнергии Придание «оперативности» расчету технических и коммерческих потерь электроэнергии в сетях различного класса напряжения на современном этапе (в условиях хаотичности работы промышленности) является важной электроэнергетической задачей Разрабатываемые методики расчета потерь должны основываться на показаниях существующих в сетях средств учета и на возможности периодического снятия этих показаний Периодические расчеты потерь (например, каждый месяц) позволяют проанализировать структуру потерь и составить балансы по подразделениям, выявить очаги потерь и разработать мероприятия по их снижению Следует отметить вклад в решение этих задач таких отечественных ученых как Железко Ю С , Будзко И А , Левина М С , Клебанова Л Д, Лещинской Т Б Маркушевича Н С , Поспелова Г Е , Сыч Н М и др

Целью работы является доработка методик и разработка программ расчета потерь электроэнергии для ЭВМ в распределительных сетях и проведение анализа структу ры потерь на примере сетей ОАО Костромаэнерго

Методы исследования, применяемые в работе, основаны на теории матричной алгебры, вариационного исчисления, теории вероятности, математической статистики, теории электрических цепей и электрических сетей, а также на применении ЭВМ

Научная новизна работы заключается в следующем

1 Развитие и обоснование методики расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,4, 6, 10, 20 кВ, позволившие сделать ее более доступной и точной

2 В методике расчета в сетях 0,4 кВ

• Исследована чувствительность потерь к значениям основных параметров и определены условия их задания экспертным путем ориентируясь на полученные диапазоны их изменения

• Исследована теоретически возможная выборка кабельных и воздушных фидеров, к показателям которой будут стремится очень большие выборки Показано, к чему стремятся потери в условных возможных больших «выборках» для воздушных и кабельных линий

• Получено аналитическое выражение для потерь напряжения (АII) в фидере 0,4 кВ в зависимости от числа отпаек (п) Показано, что при увеличении (п) коэффициент в формуле АII стремиться к 0,5

• Выведены аналитические соотношения для расчета суммарной выборки по параметрам отдельных выборок, входящих в суммарную выборку

3 В методике расчета потерь в сетях б,10,20 кВ

• Предложено учитывать перетоки в другие фидера и высоковольтные нагрузки с помощью эквивалентного трансформатора, для мощности которого получено аналитическое выражение

• Получены выражения для оптимальной энергии фидера

• Обоснованы четыре значения коэффициентов загрузки трансформаторов для их задания экспертным путем

• Для контроля правильности заданных в исходных данных значений времени расчета (Г) и отпущенной энергии (И^) получены аналитические выражения, позволяющие при заданном проценте потерь определять предельные значения (Т ) или (1¥Р)

• Показано, что потери в городских сетях с непостоянной схемой можно рассчитывать на основе статистической выборки

Практическая ценность. Разработанные методики реализованы в комплексе программ для ПЭВМ по расчету технических и коммерческих потерь в сетях 0,4 кВ, б, 10, 20 кВ На основе данных имеющихся в РЭС и ПЭС заполнены базы данных для предприятий ОАО Костромаэнерго Это позволяет оперативно проводить расчеты, исследовать структуру потерь, выявлять очаги потерь и разрабатывать мероприятия по их снижению Составлены базы данных по «выборкам» для предприятий ОАО Костромаэнерго, по которым рассчитаны потери в сетях 0,4 кВ, 6, 10, 20 кВ Показано, что их разброс по РЭС составляют 1,192-10,27% от отпуска в сети 0,4 кВ а 5,294-11,348 % от отпуска в сети б, 10 кВ Реализация работы.

Основные положения в виде методик, программ и результатов расчета внедрены в предприятиях ОАО Костромаэнерго

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на ежегодных межвузовских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» в Костромской ГСХА 2000, 2001, 2002, 2004, 2005, 2006 г А также на международной научно-практической конференции «Проблемы энергообеспечения и энергосбережения» Ижевская ГСХА в 2003г

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в восемнадцати печатных работах

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемых источников и приложений Работа изложена на 151

страницах основного текста и включает 22 рисунка, 29 таблиц, 2 приложения Список используемых источников содержит 97 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности работы, приводится цель работы, формулируются задачи исследований, научная новизна и другие сведения, выносимые на защиту

В первой главе рассматриваются существующие методы расчета и нормирования технических потерь электроэнергии, а так же разработанные по этим методикам программы расчета потерь

Во второй главе выбрана и усовершенствована методика расчета потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ, на ос нове «выборки»

Для воздушных и кабельных, а также всей совокупности линий в выборке можно вычислить потери по следующему известному алгоритму Потери A Wl(%) в 1 - ом фидере (%)

Ат(%) = Кс AU% КНЕР Krl (1)

где

Kc-p^L, «r-f w-a- (2)

1+ KSI tgcp R PH

КЛ-_ 7 = (0,124 + 0,876 Kzf к _Тщх_ Тщх Kz ' z 8760

3 (Ia2+Ib2+Ic2) (1 + 1,5

r____i « Ag.

HEP~ (Ia + Ib+lcf ' Кф

здесь Кс - коэффициент связи между потерями мощности и потерями напряжения, KSI - отношение эквивалентного индуктивного и активного сопротивлений фидера, tgcp - тангенс угла нагрузки в начале фидера, Krl -коэффициент относительного числа максимальных потерь, Тшх - число часов максимальной нафузки, г - число часов максимальных потерь, К7 - коэффициент заполнения графика нагрузки, КНЕР - коэффициент учитывающий неравномерность токов по фазам, RH,R!p - эквивалентное сопротивление нулевого и фазного провода,

г трки^ по фазам, А и - потери напряжения от начала фидера до самого удаленного потребителя (%), 1ср{г) - средний ток по 1-ой линии, Л - суммарный ток по всем (КО) линиям выборки

Процент потерь по выборке

1ср{1) (3)

Л

' ч!

Математическое ожидание (МО), среднеквадратичное отклонение (80), коэффициент вариации (УО) выборки

ко

Щ%)

МО = -, Ю = '

КО

£(Л^(%)-МО)2

Ю=-- (4)

МО

Погрешность расчетного процента потерь в сети 0,4 кВ, определяемого выражениями (3), при вероятности 0,95, составляет

ТР УО

• " ВО = —у=- 100 (5)

4ко

где ТР - коэффициент ширины интервала неопределенности потерь при заданной вероятности При вероятности 0,95 ТР=2

Если погрешность (ВО) окажется больше желаемой (например, больше 10%), тогда надо добавить в выборку еще несколько фидеров и повторить расчет

Учитывая выражения (1)-(3), по которым вычисляются Кс, Кнвр, Кл\ 1ср{г) и , можно определить основные параметры фидера от которых завися г потери, это сечения фазного (8Ф) и нулевого (3/г) проводов, по которым вычисляются сопротивления (ПГГ,ЯФ), число часов максимальной нагрузки (), потери напряжения от начала фидера до самого удаленного потребителя в максимум нагрузки (А11%), несимметрия нагрузки по фазам А, В, С в начале фидера в максимум нагрузки и их разность ТОК = 1ИАХ — 1мт, тангенс угла нагрузки в начале

Ш)

В (1)-(3) кроме известных сечений и длины фидеров входят неизвестные параметры (Тшх,tg(p,Л7У%,1А,1В, 1С,К7) Их можно измерить или рассчитать Однако это связано со значительными трудностями В целях совершенствования методики к ^ббоснования выбора возможных значений неизвестных параметров в работе иеслёдована чувствительность потерь в фидерах 0,4 кВ к значениям основных параметров числа часов максимальной нагрузки (Тшх), несимметрии токовой нагрузки по;,фазам {ТОК), тангенса угла нагрузки потери напряжения от

головы до самого удаленного потребителя (ДС/), сечение провода ( 8Ф )

Показано, что если эти параметры неизвестны точно, то их можно задавать экспертным путем с следующими шагами Тшх - от 1000 до 6000 с шагом 1000 (час), ТОК - от 10 до 200 с шагом 10 (А), tg(p - от 0,1 до 0,6 с шагом 0,1, Ш - от 5 до 30 с шагом 3 (В), Зф - известно точно

Для оценки больших выборок были рассчитаны потери в теоретически возможной выборке при изменении рассматриваемых параметров на всем возможном диапазоне (т е перебраны все возможные сочетания их значений) Перебор всех значений перечисленных показателей привел к необходимости расчета ! 6250 вариантов воздушных и 6250 вариантов кабельных линий 0,4 кВ Число 6250 получилось при следующем переборе всех возможных значений (Тшх, ТОК, tg(p, АС/и Бф) 5 5 5 5 10 = 6250

Принятые значения расчетных параметров приведены в таблице 1

Таблица 1 - Изменение параметров

Параметр Значение

Тшу (час) 2000, 3000, 4000, 5000, 6000

ТОК (А) 10, 20, 30, 40, 50

1Я<Р (о е ) 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5

Аи (вольт) 5, 10, 15, 20, 25

5Ф (мм2) 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240

Результаты обработки выборки из 6250 воздушных 6250 кабельных линий сведены в таблицу 2

Таблица 2 - Показатели теоретически возможной выборки

Показатели Воздушные Кабельные

Число линий 6250 6250

Процент потерь по выборке АЙ7Л'(%) 4,033 5,054

Математическое ожидание потерь, МО (%) 4,001 5,023

Среднеквадратическое отклонение, 80 2,165 2,625

Коэффициент вариации, УО 0,54 0,522

Погрешность, БО (%) 1,366 1,322

Таким образом, показатели потерь для этих, теоретически возможных, выборок являются 4,033% - для воздушных и 5,054% - для кабельных линий при погрешности 1,3% К этим значениям должны стремиться потери в реальных очень больших выборках На практике реальные выборки сетей составляют до 1000-2000 фидеров и по этому могут отличаться от полученных цифр теоретически возможной выборки

В формулу (1) входят потери напряжения в максимум нагрузки (А(7) от начала каждого фидера (1/г ) до самого удаленного потребителя (1/т ) А1/ = 1/г — Vуп

Надо отметить, что измерение (А(7 ) является трудоемкой задачей Поэтому, в работе выведены значения по которым (АV) можно рассчитать

Покажем, как можно получить желаемую формулу для А(7, используя арифметическую прогрессию Для этого примем что, нагрузки одной фазы фидера одинаковы (токи Ь) и одинаковы расстояния между ними, т е одинаковы сопротивления (Ш) между нагрузками Й =(-К0 соЪ(р + Х0 зт^)) £

При п-отборах сопротивление участка равно Я, = , а ток отбора равен /, = Iг /п (где 1Г - ток в голове) Потери напряжения на участке Л£/, Ц

Тогда общее потери напряжения равны

А и = = (6)

^ ^п п п1 ^

Выделим коэффициент (Ки) в выражении (6)

Ш

(7)

п п

п

Сумма Зи — ^} представляет собой арифметическую прогрессию 1+2+3+ +пи равна

С,ТТ С«-1) п<1

Би = п а,->--

1 2

где <^=1- первый член прогрессии, й — разность арифметической прогрессии

При этих условиях получаем

2

Подставляя (В) в (7) получим

2 п

Значения (Ки) при разном числе отпаек (п) преде гавлены в таблице 3 Таблица 3 - Значения коэффициента (К11) при разном (п)

N 1 4 7 10 21 51 101 1001

ки 1 0,625 0,571 0,55 0,5238 0,509 0,505 0,5005

Отсюда вндно, что, при росте (п), коэффициент ( КИ) стремиться к 0,5 Таким образом, (АII) фидера 0,4 кВ можно вычислить по току в начале и эквивалентному сопротивлению (/?) и по известному числу нагрузок Если точное число нагрузок (и) неизвестно, то его можно принять приблизительно, задавая (п). т е

Как показано потери в сетях 0,4 кВ можно рассчитывать на основе статистических выборок (1)-(5)

Формулы (1)-(5) используют полное число фидеров (КО) По этим формулам можно рассчитать несколько выборок, например для каждого РЭС (с количеством фидеров к^,к, кь) Если эти формулы использовать для расчета суммарной выборки, например целого ПЭС или в целом по энергосистеме, то необходимо иметь программу, позволяющую рассчитывать выборку с очень большим числом фидеров

Представляет интерес получения выражений для параметров суммарной выборки (А1¥я, , (/д, Ох) по известным параметрам нескольких выборок (ЛИ^, М, , , V,, Оь, Ь = 1 кугде ку - число выборок, - количество фидеров в "Ь"-ой выборке Это дает возможность рассчитать любую необходимую суммарную выборку не зная параметров всех КО - фидеров, а зная параметры только ку -выборок Например, если есть «выборка» по всем РЭС то можно рассчитать суммарную выборку по ПЭС или всей энергосистемы

Проделанные математические преобразования позволили получить следующие формулы для определения парамегров суммарной выборки

(КО = к,+к2+ +кь)

• Процент потерь по суммарной выборке

ку

¿-1__

(9)

где АШ, и 1Ь- потери и средний ток в Ь - ой выборке • Магематическое ожидание суммарной выборки

Ш=— У К, М, КО Ц

(10)

• Среднеквадратическое отклонение суммарной выборки

1

XI1)

• Коэффициент вариации суммарной выборки

Уз = — (12)

Мз

где Мэ - вычисляется по (10), Бе - вычисляется по (11)

• Погрешность суммарной выборки

ТР VI

£>д = :Цр=^ 100 (13)

где Ув - вычисляется по (12) По полученным выражениям (9)-(13) были проделаны расчеты, подтвердившие их правильность (на примере сетей ОАО Костромаэнерго)

В третьей главе выбрана и усовершенствована методика расчета потерь электроэнергии в фидерах 6-10-20 кВ на основе прямого счета

Для расчета фидеров 6-10-20 кВ необходимо проделать предварительную работу Пронумеровать произвольными цифрами узлы на диспетчерской карте фидера, тогда каждую линию и каждый трансформатор можно однозначно определить веткой с граничными узлами, например 1-2, 5-6 и тд Для линий указывается длина и марка провода Для трансформаторов указывается мощность По этим данным рассчитываются сопротивления линий и трансформаторов, используя заполненную справочную базу

Сопротивление 1-ой линии

Д(|) = вд Цг) (14)

где В^ (г) - > дельное активное сопротивление линии, (Ом/км), Ц\) - длина лИнии, (км)

Сопротивление 1-го трансформатора

<15)

103 (5Т(г) 10~3)

где АР1(3 (г) - потери кз трансформатора, (кВт), >$"Г(/) - мощность трансформатора, (мва), С/в(»)- номинальное напряжение высокой стороны, (кВ),

Чтобы найти нагрузку на ТП-10/0,4 в существующих методиках показания счетчика в голове фидера распределяют пропорционально мощности (5Т(г)) трансформаторов на ТП-10/0,4 Однако на данном этапе хаотичного изменения нагрузки этот подход требует уточнения Поэтому в работе предложено использовать коэффициент загрузки трансформатора и пересчитывать мощность трансформатора (0 = Кзаг(г) 5*7'(г), что описано далее При этом трансформатор загружается на свою пересчитанную мощность (Кзаг(г) 8Т(1) ) Затем находят потокораспределение

по линиям, равные сумме мощностей (N7)) трансформаторов пишущихся по этой

ЛИНИИ , . с- ! (и!

-ей)"

Для расчетов потерь можно использовать следующий известный алгоритм,, Суммарные потери Ш по фидеру ,

- , 07)..'.

где

1Г„

_(ж/+1Гв2) кф

и2 т

Г? ЦТ _ 1КЭлс> ,гтн

кф

— АРтх Т

1=1 ,-1

лт иг

и.э Т

V

(18)

К

1=1

лг

ад

V $тс J / \2

яг(0

V ^гс у

(19)

=5>т(о= аргх=ХАрх(о

Г7Э = ^ 1 и1ш + (1 - АГ1) , где К 1=0,9 - для сетей 6-10-20 кВ здесь 1¥ш - нагрузочные потери в линиях фидера, \¥Г11 - нагрузочные потери в трансформаторах фидера, Штх - потери хх в трансформаторах фидера, Лзлс -суммарное эквивалентное сопротивление линий фидера, Кжс - суммарное эквивалентное сопротивление трансформаторов фидера, \¥,,, - показание счетчиков активной и реактивной энергии в голове фидера за время Т, Т - время расчета, Vэ - эквивалентное напряжение фидера, Кф - коэффициент формы графика нагрузи и в голове фидера, АРтх - суммарные потери мощности хх трансформаторов фидера, АРх(г) - потери мощности хх 1-го фидера, Рэл(г) - эквивалентное сопротивление 1-ой линии, 7?эг0) - -эквивалентное сопротивление 1-го трансформатора, /<^7(г) - сопротивление 1-ой линии, ИГ {() - сопротивление 1-го трансформатора, 8Т{1) мощность 1-го т рансформатора, он же поток мощности через трансформатор, 8Ь(1) - поток мощности- по 1-ой линии, - суммарная мощность трансформаторов фидера, , имш - напряжение в голове фидера в максимум и минимум нагрузки

Представленная методика (14)-(19) не учитывает возможные перетоки в другие фидера и высоковольтную нагрузку Переток или нагрузка учитывается счетчиком с показанием (УУРЕ) Чтобы учесть потокораспределение и потери в фидере с перетоком или с высоковольтной нагрузкой можно включить в этот узел эквивалентный трансформатор Тогда необходимо найти мощность (5ТЭ) этого эквивалентного трансформатора из условия равенства показания счетчика и потерь в этом трансформаторе

Полные потери ( №'т ) в трансформаторе можно представить как

Жт = Кэт Во + АРХ Т

где

¿т2 (Ж/+иу) К2

С^+^э) и2 Т

здесь Кэт - эквивалентное сопротивление трансформатора, £><? коэффициент, БТ - мощность трансформатора, АРх - потери мощности х х в трансформаторе, - Суммарная мощность без данного трансформатора

Для искомого эквивалентного трансформатора примем, что потери х х в нем равны нулю (АР,, = 0), а сопротивление = 1(Ом)

Тогда потери в этом трансформаторе запишутся как

ЧТ 2

ТРт=1--^-т Ио + 0

Если, приравнять эти потери к значению перетока или высоковольтной нагрузки (ЖРЯ), то получим

З^+ЗТуЧ 25е 5Тэ

Решая (20) относительно (5ТГ ) получим квадратное уравнение

. ^ до (20)

Ш 5Тэ2+52 5Тэ + #3 = 0

где

В1 = ЖРЕ-Оо, В2 = 2 1¥ре ВЗ = Жре Тогда искомая мощность эквивалентного трансформатора будет равна „„ _-Б2 + у/В22-4 В1-ВЗ

¡Ы « —--

э 2 В1

Сложившаяся схема фидера 6-10-20 кВ и параметры линий и трансформаторов обуславливают наличие такого значения (\УРОР) оптимальной отпущенной энергии

(нагрузки) при которой процент потерь в фидере минимален Найдем оптимальную энергию (\УРОР) фидера

Возьмем производную от потерь (Ж?) (17) по времени (Т) и приравняем ее к

нулю

<т

Преобразовывая (21) получим оптимальную энергию фидера WPOP

V ТЮЗ У туз 3 4 1

где 1¥СЛ = Жв2 Кфг (Яэлс+Яэтс), Ш02 = Т2 1/э2-АРтх,

Цг<ЭЗ = Кф2 {кэлс + яэтс)

Вычисляя оптимальную энергию (\VPOP) и сравнивая ее с реальной энергией отпуска можно выявить, работает ли фидер с недогрузкой (\УР<\УРОР) или с перегрузкой (\\гР>\УРОР) по отношению к оптимальной энергии

Подставляя (22) в (17), получим выражение для минимальных потерь в фидере (0\¥80), соответствующих оптимальному отпуску

= ЦТ А ДР т

\JV03 ц у ] иэ2 т Выделяя из (17) составляющие для минимальных потерь в линиях (БХУЬО) в трансформаторах (Б\УТО) и потерь х х 03\¥Х), получим

РЪУЮ = ^ —^элс

1¥03 и2 Т ' ггоз и2 Т '

0]¥Х = АРТХ -Т (23)

Преобразовывая (23) с учетом (22), получим

РУУЬО= Т2 ^э'Щх Кф2 Кэлс =АРТХ Т _Кэлс (24)

Кф2 {^элс +Кэтс) и2 Т (^элс +^этс)

_ Т2 Цэ2 ■ АРТХ К 2 Яэтс _ _Л

— — \ _ _ о _ ¿ЛГТУ I ,

■эге

Кф {^элс + Дэтс )' V2 • Т ТХ (Кэлс + Кэгс ) Учитывая, что АРТХ Т это потери х х (В\УХ), получим

эгс

В1¥Ь0 = 01¥Х

Кэле ^эге

^эте Кэле + ^эт<

ГШТО = ВШ ---(25)

Суммарные нагрузочные минимальные потери (DWO) определяются с учетом

DWO = DWLO + DWTO = DWX ^C+R3tc ^ £>WO = DWX (26)

Цэлс + Rэтс

Полные минимальные потери (DSO) с учетом (25) будут равны

DSO = DWX + DWX = 2 DWX (27)

Таким образом, из полученных выражений видно, что в оптимальном режиме суммарные нагрузочные потери равны потерш хх (26), а полные потери равны удвоенному значению потерь хх (27) При этом, нагрузочные потери в линиях и трансформаторах делятся пропорционально их эквивалентным сопротивлениям (25) Расчеты показывают, что в основном фидера работают с WP>WPOP

При расчетах потерь (Ws ) возможны ошибки при задании отпуска активной энергии (Wp) или времени расчета (Т) (не правильно работал счетчик, не правильно занесены снятые данные) Однако, в некоторых случаях можно определить согласованность между ними Если задаться каким-то предельным значением процента потерь ( XX — Ws/Wp ), то можно найти каким должен быть отпуск ( Wx ) или время (Тх )

Потери в фидере 6-10-20 кВ можно определить по формуле из (17) ()'р2 +W 2) К 2

Ws = Р и/т Ф ^л + Т (28)

Запишем неравенство

W JW» <ХХ (29)

С учетом (28), (29) получим

(Wp2 K2 + W2 К2) Д/> Г

—-%-2-— {R3nc+^3Tr)+ ^ХХ (30)

и2 Т Wp у эла 3T~J Wp

Записывая (30) относительно (Wp) получим квадратное уравнение

Wp К 2 {R3JIC + R3TC)+ Wq Кф2 (Rmc+R3TC) + +АРтх Т U32 Т<ХХ иэ2 Т Wp

(31)

Преобразовывая (31) получим уравнение

Г/ Ж42+^з=0 (32)

Решая (32) получим значение отпуска (IVх ) при верном времени (7*) Т е для того, чтобы процент потерь был меньше (XX) необходимо, чтобы отпуск (1УР) был больше (№х),

w JwA2l-wM WA3 2 WA1

где Wdl = (R3JIC + RaTC), WA2 = XX U32 T,

A3

WAi - Wq1 к 2 (R3JIC+R3TC) + AI>TX T2 U 2

Записывая (31) относительно (T ) получим также квадратное уравнение

Т2 WBl-T WB2+WB3=0

(34)

где

Wm=bPTX ul, wB1=xx и2 wp WB^Kl (R3JIC +R3TC) {W2+W2)

Решая (34) получим значение времени (Тх) при верном отпуске (1Ур) Т е для того, чтобы процент потерь был меньше {XX) необходимо, чтобы время (Т) было больше (Тх), где

Таким образом, выражения (33) и (35) помогают оценить правильность задания отпуска (Wp > Wx) или времени (Т >ТХ) при заданном проценте потерь (XX)

Этот подход был реализован в программе для ЭВМ, которая при расчете потерь и неправильных данных сообщает например «Чтобы потери были меньше 20%, необходимо»

1) при верном времени (Т) чтобы отпуск (Wp) был больше 150 тысяч кВт нас,

2) При верном отпуске ( WP) чтобы время было больше 600 часов

Чтобы учесть реальную нагрузку на ТП 10/0,4 в данной работе применен коэффициент загрузки трансформатора K3Ar(i), который может изменяться от 0 до 1 в этом случае мощность трансформаторов в (17-19) перестраивается

Т е суммарная нагрузка в голове перераспределяется не как обычно пропорционально мощности трансформаторов, а пропорционально произведению

Для выявления эффективности учета реальной нагрузки проведен анализ чувствительности потерь в фидерах 6, 10, 20 кВ к значениям коэффициентов загрузки трансформаторов

Т

WB2-4WB2- 4 Wm WB

2 Wm

S3

(35)

ST(i) = Kiaa(i) ST(i)

(KsaeQ) ST(i))

Показано, что если эти коэффициенты неизвестны точно, то их можно задавать экспертным путем, пользуясь всего четырьмя значениями

КЗАГ(1) = 1 - трансформатор включен на номинальную нагрузку, КЗАГ(г) = 0,5 - трансформатор включен на нагрузку меньше номинальной, КЗАГ(}) = 0,05 - трансформатор включен практически на холостой ход, КЗАГ(г) = 0- трансформатор отключен

В работе получено выражение для эквивалентного коэффициента формы графика нагрузки в виде произведения коэффициентов формы, описывающих графики подинтервалов времени Это можно использовать при расчете суммарных потерь за интервал времени больший, чем имеющиеся данные за подинтервалы этого общего времени расчета

Для городских сетей 6-10 кВ с непостоянной схемой фидеров в работе обоснована методика расчета потерь по «выборке» Особенностью городских сетей 6, 10 кВ является непостоянство схем фидеров Т е за расчетное время (7 ) многократно включаются и отключаются выключатели, установленные в сети 6, 10 кВ В связи с этим, для городских сетей 6, 10 кВ можно применить метод прямого счета, только если вести ведомость состояния всех выключателей и регистрировать отпуск в точках учета при каждой коммутации выключателей Конечно, это очень трудоемкая задача и она не применима на практике сегодняшнего дня

В этой ситуации можно воспользоваться методом расчета на основе выборки Т е из всех фидеров (генеральной совокупности) выбирается например 20% фидеров 6, 10 кВ, для которых фиксируют их рабочую схему и прямым счетом считают потери в них На основе статистического метода обрабатывают результаты расчета выборки и получают процент потерь от отпуска, который можно распространить на всю совокупность фидеров

Однако, чтобы применить метод выборки, надо убедиться, что переключения в части городских сетей связанных между собой не сильно влияют на суммарные потери в них

Для расчетов в городских сетях был выбран участок сети в котором фидера могут быть связаны между собой

После расчета эквивалентных параметров всех фидеров участка, эти фидера были набраны в исходных данных программы расчета нормального режима сети При этом, были набраны также выключатели типа (В1) — соединяющие конец и начало фидеров, и типа (В2) — соединяющие концы фидеров Чтобы смоделировать изменение схем городских фидеров при расчете был организован перебор всех возможных состояний выключателей (В1) и (В2) — включен, отключен Было

проведено сравнение суммарных потерь по фидерам (ДЖж), с суммарными потерями (АЖЗР), рассчитанными по программе расчета режима сети при переборе состояний выключателей

Анализ показал, что все значения потерь (АЯ^) лежат между параллельным соединением фидеров (А{¥31) (все выключатели В1 — отключены и все выключатели В2 — включены) и последовательным соединением фидеров (АЖ82) (все выключатели В1 — включены и все выключатели В2 — отключены) Потери при параллельно-последовательном соединении фидеров лежат между значениями

(Д*Гя)и(ДЖи)

Анализ показывает, что при параллельном соединении фидеров (Лй^) практически равно (АЩ/) Наибольшее отличие наблюдается при последовательном соединении фидеров, однако при этом (АИ/32) отличается от (А1¥8В) всего на 3% Таким образом, при расчете суммарных потерь по выбранным фидерам результаты расчетов по каждому фидеру и всем фидерам с выключателями близки друг к другу (погрешность — 3%) Это обстоятельство позволяет при расчете городских сетей отказаться от учета состояния выключателей и считать потери на основе выборки, т е рассчитывать потери прямым счетом в каждом фидере с зафиксированной схемой и обрабатывать статистическим методом суммарные потери, распространяя процент потерь на всю сеть РЭС, как это делалось в главе 2

При расчетах количество фидеров в выборке должно быть таким, чтобы погрешность не превышала, например 10%

В четвертой главе предоставлены результаты расчета и анализа потерь электроэнергии в распределительных сетях ОАО Костромаэнерго Экономически обоснованы мероприятия по снижению потерь а сетях 0,4 кВ и в сетях 6, 10 кВ

Показано, что разброс потерь в сети 0,4 кВ по РЭС составляет 1,192-10,27 % от отпуска в сеть 0,4 кВ Расчеты получены на основе выборок

Показано, что разброс потерь в сети 6-10 кВ по РЭС составляет 5,2 - 11,3 % от отпуска в сеть 6, 10 кВ Расчеты получены прямым счетом

Представлены и обоснованы экономически мероприятия, ведущие к снижению потерь в сетях класса 0,4, 6, 10 кВ и выше ОАО Костромаэнерго

Для сетей 0,4 кВ рассмотрена эффективность симметрирования фаз и замена проводов

Для сетей 6-10 кВ рассмотрена эффективность перевода загруженных фидеров на напряжение 20 кВ

18

вывода

В работе получили развитие методики расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,4, 6, 10, 20 кВ на основе которых рассчитаны я проанализированы потери в сетях ОАО Костромаэнерго

Основные выводы и результаты работы можно сформулировать следующим образом

1 Доработана методика расчета потерь в сетях 0,4 кВ на основе экспериментальных измерений в этих сетях с использованием «выборки» в которой

• Исследована чувствительность потерь в фидерах 0,4 кВ к значениям основных параметров числа часов максимальной нагрузки (ТиАХ), несимметрии токовой нагрузки по фазам (ТОК), тангенса угла нагрузки (1%(р), потери напряжения от головы до самого удаленного потребителя (А II), сечение провода (8Ф),

• Показано, что если эти параметры неизвестны точно, то их можно задавать экспертным путем с следующими шагами

Тшх - от 1000 до 6000 с шагом 1000 (час) ТОК - от 10 до 200 с шагом 10 (А) tg(p - от 0,1 до 0,6 с шагом 0,1 Ш - от 5 до 30 с шагом 3 (В) Бф - известно точно

• Составлены и исследованы теоретически возможные выборки воздушных и кабельных фидеров 0,4 кВ, состоящие из 6250 фидеров каждая, в которых использованы все возможные сочетания параметров Обработка этих выборок показала, что процент потерь в воздушных линиях 0,4 кВ составляет 4,033%, а в кабельных 5,023% при погрешности 1,3% К этим значениям будут стремиться большие выборки реальных сетей

• Получено аналитическое выражение для потерь напряжения (АV) в фидере 0,4 кВ в зависимости от числа отпаек (п) Этим выражением можно пользоваться, когда потери напряжения нельзя измерить Показано, что при увеличении числа отпаек коэффициент в формуле потерь напряжения стремится 0,5

• Для возможности объединения отдельных выборок в одну выведены аналитические выражения для параметров суммарной выборки потери АТ¥я, математическое ожидание Мй, коэффициент вариации К?, среднеквадратичное отклонение &, погрешность £>5 Это дает возможность не обрабатывать очень большие выборки (несколько тысяч фидеров), а делать измерения и расчеты отдельных выборок Например можно рассчитывать выборки в отдельных РЭС, а

затем их объединять для ПЭС или всей энергосистемы Приведены расчеты, подтвердившие правильность полученных выражений ,

2 Доработана методика расчета потерь в сетях 6, 10, 20 кВ в которой

« Предусмотрена возможность учета перетоков в другие фидера и учета высоковольтной нагрузки, (заданных показаниями , счетчика), которые пересчи гываются в мощности эквивалентных (перетоку или нагрузке) трансформаторов по полученным в работе аналитическим выражениям

• Получена оптимальная энергия отпуска фидера 6, 10, 20 кВ за расчетное время Показано, что при оптимальном отпуске суммарные нагрузочные потери в линиях и трансформаторах должны равняться потерям холостого хода в трансформаторах Таким образом, оптимальные потери равны удвоенному значению потерь холостого хода

• Получены соотношения между отпуском энергии и временем расчета при заданном проценте потерь в фидере 6, 10, 20 кВ Эти соотношения полезно использовать при контроле результатов' расчета указывая, каким должен быть отпуск или время расчета, если они заданы случайно неправильно

• Проведен анализ чувствительности потерь в фидерах 6, 10, 20 кВ к значениям коэффициентов загрузки трансформаторов Показано, что если эти коэффициенты неизвестны точно, то их можно задавать экспертным путем, пользуясь всего четырьмя значениями

КЗАГ,(г) = 1 - трансформатор включен на номинальную нагрузку,

КЗАГ(г) = 0,5 - трансформатор включен на нагрузку меньше номинальной,

К-заЛ0 — 0,05 - трансформатор включен практически на холостой ход,

К-заг (0 = 0-трансформатор отключен

• Для городских сетей с непостоянной схемой фидеров обоснована методика расчета потерь по выборке

3 Рассчитаны и проанализированы потери в сети 0,4, 6, 10 кВ РЭС и ПЭС ОАО Костромаэнерго

• Показано, что разброс потерь по РЭС составляет 1,192-10,27 % от отпуска в сеть 0,4 кВ Расчеты получены на основе выборок

» Показано, что разброс потерь по РЭС составляет 5,294 - 11,348 % от отпуска в сеть 6,10 кВ Расчеты получены прямым счетом

® Представлены и обоснованы экономически мероприятия, ведущие к снижению потерь в сетях класса 0,4, 6, 10 кВ и выше ОАО Костромаэнерго

4 На основе представленных методик разработан комплекс программ по расчету технических и коммерческих потерь в сетях 0,4 кВ и в сетях 6, 10, 20 кВ, на

основе которого были проведены расчеты и получены описанные результаты расчетов потерь Внедрение данного комплекса программ в РЭСах и ПЭСах ОАО Костромаэнергр и в других энергосистемах позволит в дальнейшем вести задачи расчета режимов и потерь распределительных сетей, выявлять очаги потерь и разрабатывать мероприятия по их снижению, а также разрабатывать нормативы потерь для всех подразделений

5 Перечисленное в пунктах 1-4 позволяет сделать методику расчета потерь в распределительных сетях 0,4, б, 10, 20 кВ более доступной и точной

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1 Девочкин Ю Н Искусственная выборка электрической сети класса 0,4 кВ [Текст] /ЮН Девочкин, В А Солдатов // Материалы межвузовской научно-практической конференции /КГСХА - 2002 -Актуальные проблемы науки в АПК -Т2-С 118-119

2 Девочкин ЮН Исследование чувствительности потерь электроэнергии по отношению к основным параметрам фидеров 0,4 кВ [Текст]®) Н Девочкин, В А Солдатов//Материалы межвузовской научно-практической конференции/ КГСХА - 2005 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 2 - С 43-44

3 Девочкин ЮН Мощность трансформатора, эквивалентного перетоку или высоковольтной нагрузке в фидере 6-10 кВ [Текст]/Ю Н Девочкин, В А Солдатов//Мат 56-й н - практ конф / КГСХА - 2005 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 2 - С 45-46

4 Девочкин Ю Н Обоснование применения метода расчета потерь в городских сетях 6 - 10 кВ на основе выборки [Текст] /ЮН Девочкин, В А Солдатов // Труды Костромской государственной сельскохозяйственной академии -Выпуск65 -Кострома Изд КГСХА, 2006 - С 153-158

5 Девочкин Ю Н Расчет потерь суммарной выборки электрических сетей 0,4 кВ [Текст] /Ю Н Девочкин, В А Солдатов // Материалы межвузовской научно-практической конференции/ КГСХА - 2005 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 2 - С 46-47

6 Девочкин Ю Н Результаты расчета и анализ потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ ОАО «Костромаэнерго» [Текст] /ЮН Девочкин // Мат 58-й н - практ конф /КГСХА - 2007 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 3 - С 150-151

7 Девочкин Ю Н Результаты расчета и анализ потерь электроэнергии в сетях 6-10 кВ ОАО «Костромаэнерго» [Текст] /ЮН Девочкин // Мат 58-й н -

практ конф / КГСХА - 2007 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 3 -С 152-153

8 Девочкин Ю Н Совершенствование методики расчета потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ на основе статистической выборки [Текст] /ЮН Девочкин, В А Солдатов // Труды Костромской государственной сельскохозяйственной академии - Выпуск 64 - Кострома Изд КГСХА, 2005 - С 148-154

9 Девочкин Ю Н Совершенствование методики расчета потерь электроэнергии в фидерах 6-10-20 кВ [Текст] /ЮН Девочкин, В А Солдатов // Труды Костромской государственной сельскохозяйственной академии - Выпуск 64 -Кострома Изд КГСХА, 2005 - С 155-162

10 Солдатов В А Анализ возможности использования отдельных выборок для каждого параметра, входящего в расчетную формулу потерь в сети 0,4 кВ [Текст] / В А Солдатов, Ю Н Девочкин // Мат 55-й н - практ конф / КГСХА -

2004 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 3 - С 169-170

11 Солдатов В А Анализ чувствительности потерь в фидерах 6-10 кВ к коэффициентам загрузки трансформаторов [Текст]/В А Солдатов, Ю Н Девочкин//Мат 56-й н - практ конф /КГСХА - 2005 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 2 - С 64-65

12 Солдатов В А Вывод соотношений для потерь напряжения в фидерах 0,4 кВ [Текст] / В А Солдатов, Ю Н Девочкин // Материалы межвузовской научно-практической конференции / КГСХА - 2004 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 3 - С 168-169

13 Солдатов В А Исследование чувствительности потерь электроэнергии по отношению к основным параметрам фидеров 0,4 кВ [Текст]/В А Солдатов, Ю Н Девочкин // Проблемы развития энергетики в условия производственных преобразований Науч тр / ФГОУ ВПО "Ижевская ГСХА" -Ижевск РИО ФГОУ ВПО "Ижевская ГСХА", 2003 Т 2 С 32-37

14 Солдатов В А Нормативная характеристика потерь в фидере 6-10 кВ (НХП) [Текст]/В А Солдатов, Ю Н Девочкин // Мат 56-й н - практ конф / КГСХА -

2005 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 2 - С 66

15 Солдатов В А Оптимальная энергия отпуска фидеров 6-10-20 кВ [Текст]/ В А Солдатов, Ю Н Девочкин // Мат 52-й н - практ конф / КГСХА - 2001 -Актуальные проблемы науки в АПК - Т 2 - С 167-169

16. Солдатов В.А. Совершенствование методики расчета потерь электроэнергии в фидерах 6-10-20 кВ [Текст]/В.А. Солдатов, Ю.Н. Девочкин // Вестник ФГОУ ВПО Московский государственный агроинженерный университет им. В.П.Горячкина / М.: 2007. -Агроинженерия - вып.1(21)-с.9-12

17 Солдатов В А Соотношение между отпуском энергии и временем расчета при заданном проценте потерь в фидерах 6-10 кВ [Текст] / В А Солдатов, Ю Н Девочкин // Мат 56-й н - практ конф / КГСХА - 2005 - Актуальные проблемы науки в АПК - Т 2 - С 66-67

18 Солдатов В А Эквивалентная схема замещения фидера 6-10 кВ [Текст] / В А Солдатов, Ю Н Девочкин // Мат 56-й н - практ конф / КГСХА - 2005 -Актуальные проблемы науки в АПК - Т 2 - С 68-69

© Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия" 156530 Костромская обл , Костромской район, пос Караваево, уч городок, КГСХА Лицензия на издательскую деятельность ЛР№021292 Выдана 18/06/98

Компьютерный набор Подписановпечать29/06/2007 Заказ№154 Формат84х60/16 Тираж 100 зкз Услпеч л 1,44 Бумага офсетная Отпечатано 05/07/2007 Отпечатано с готовых оригинал-макетов в академической типографии на цифровом дубликаторе Качество соответствует предоставленным оригиналам

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ПРОГРАММ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ.

1.1. Методы расчета условно-постоянных потерь не зависящих от нагрузки).

1.2. Методы расчета нагрузочных потерь электроэнергии.

1.3 Порядок расчета потерь, обусловленных допустимыми погрешностями системы учета электроэнергии.

1.4. программы расчета потерь электроэнергии.

Глава 2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА

ПОТЕРЬ В СЕТЯХ 0,4 кВ.

2.1. Общая характеристика расчета потерь.

2.2. Исходные данные для расчета потерь в фидерах 0,4 кВ.

2.3. Вывод основных соотношений.

2.4 Алгоритм расчета потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ.

2.5. Теоретически возможная выборка фидеров 0,4 кВ.

2.6. Исследование чувствительности потерь по отношению к основным параметрам фидеров 0,4 кВ.

2.7. Анализ влияния параметров воздушных линий.

2.8. Анализ влияния параметров кабельных линий.

2.9. Вывод соотношений для потерь напряжения в фидерах 0,4 кВ.

2.10. Расчет потерь суммарной выборки сетей 0,4 кВ.

Глава 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА

ПОТЕРЬ В СЕТЯХ 6-10-20 кВ.

3.1. Исходные данные по фидерам 6-10-20 кВ.

3.2. Алгоритм расчета потерь электроэнергии в сетях 6-10-20 кВ.

3.3. Мощность трансформатора, эквивалентного перетоку.

3.4. Нормативная характеристика потерь в фидере 6-10-20 кВ (НХП).

3.5. Оптимальная энергия отпуска фидера.

3.6. Соотношения между отпуском энергии и временем расчета при заданном проценте потерь.

3.7. Ток и плотность тока в голове фидера 6-10 кВ.

3.8. Анализ чувствительности потерь в фидерах 6-10 кВ к коэффициентам загрузки трансформаторов.

3.9. Эквивалентная схема замещения фидера 6-10 кВ.

3.10. Зависимость коэффициента формы графика нагрузки от числа ступеней графика нагрузки.

3.11. Обоснование применения метода расчета потерь в городских сетях 6 -10 кВ на основе выборки.

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА И АНАЛИЗ ПОТЕРЬ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

ОАО КОСТРОМАЭНЕРГО.

4.1. Потери в сетях 0,4 кВ ОАО Костромаэнерго.

4.2. Потери в сетях 10 кВ.

4.3. Технико-экономическая эффективность мероприятий, направленных на снижение потерь в сетях 0,4 кВ.

4.4. Технико - экономическое обоснование перевода фидеров

10 кВ на напряжение 20 кВ.

Актуальность темы. Работа посвящена актуальной теме - разработке методик и программ расчета потерь электроэнергии. Придание «оперативности» расчету технических и коммерческих потерь электроэнергии в сетях различного класса напряжения на современном этапе (в условиях хаотичности работы промышленности) является важной электроэнергетической задачей. Разрабатываемые методики расчета потерь должны основываться на показаниях существующих в сетях средств учета и на возможности периодического снятия этих показаний. Периодические расчеты потерь (например, каждый месяц) позволяют: проанализировать структуру потерь и составить балансы по подразделениям; выявить очаги потерь и разработать мероприятия по их снижению.

Целью работы является доработка методик и разработка программ расчета потерь электроэнергии для ЭВМ в распределительных сетях и проведение анализа структуры потерь на примере сетей ОАО Костромаэнерго.

Методы исследования, применяемые в работе, основаны на теории матричной алгебры, вариационного исчисления, теории вероятности, математической статистики, теории электрических цепей и электрических сетей, а также на применении ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Развитие и обоснование методики расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,4, 6, 10, 20 кВ, позволившие сделать ее более доступной и точной:

2. В методике расчета в сетях 0,4 кВ:

• Исследована чувствительность потерь к значениям основных параметров и определены условия их задания экспертным путем ориентируясь на полученные диапазоны их изменения.

• Исследована теоретически возможная выборка кабельных и воздушных фидеров, к показателям которой будут стремится очень большие выборки. Показано, к чему стремятся потери в условных возможных больших «выборках» для воздушных и кабельных линий.

• Получено аналитическое выражение для потерь напряжения (AU) в фидере 0,4 кВ в зависимости от числа отпаек (п). Показано, что при увеличении (п) коэффициент в формуле AU стремиться к 0,5.

• Выведены аналитические соотношения для расчета суммарной выборки по параметрам отдельных выборок, входящих в суммарную выборку.

3. В методике расчета потерь в сетях 6,10,20 кВ:

• Предложено учитывать перетоки в другие фидера и высоковольтные нагрузки с помощью эквивалентного трансформатора, для мощности которого получено аналитическое выражение.

• Получены выражения для оптимальной энергии фидера.

• Обоснованы четыре значения коэффициентов загрузки трансформаторов для их задания экспертным путем.

• Для контроля правильности заданных в исходных данных значений времени расчета (Т) и отпущенной энергии (Wp) получены аналитические выражения, позволяющие при заданном проценте потерь определять предельные значения (Г) или (WP).

• Показано, что потери в городских сетях с непостоянной схемой можно рассчитывать на основе статистической выборки.

Практическая ценность. Разработанные методики реализованы в комплексе программ для ПЭВМ по расчету технических и коммерческих потерь в сетях 0,4 кВ; 6, 10, 20 кВ. На основе данных имеющихся в РЭС и

ПЭС заполнены базы данных для предприятий ОАО Костромаэнерго. Это позволяет оперативно проводить расчеты, исследовать структуру потерь, выявлять очаги потерь и разрабатывать мероприятия по их снижению. Составлены базы данных по «выборкам» для предприятий ОАО Костромаэнерго, по которым рассчитаны потери в сетях 0,4 кВ, 6, 10, 20 кВ. Показано, что их разброс по РЭС составляют 1,192-10,27 % от отпуска в сети 0,4 кВ и 5,294-11,348 % от отпуска в сети 6,10 кВ.

Реализация работы.

Основные положения в виде методик, программ и результатов расчета внедрены в предприятиях ОАО Костромаэнерго.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на ежегодных межвузовских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» в Костромской ГСХА 2000, 2001, 2002, 2004, 2005, 2006 г. А также на международной научно-практической конференции «Проблемы энергообеспечения и энергосбережения» Ижевская ГСХА в 2003г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в восемнадцати печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемых источников и приложений. Работа изложена на 151 страницах основного текста и включает: 22 рисунка, 29 таблиц, 2 приложения. Список используемых источников содержит 97 наименований.

Основные выводы и результаты работы можно сформулировать следующим образом:

1. Доработана методика расчета потерь в сетях 0,4 кВ на основе экспериментальных измерений в этих сетях с использованием «выборки» в которой:

• Исследована чувствительность потерь в фидерах 0,4 кВ к значениям основных параметров: числа часов максимальной нагрузки (7^); несимметрии токовой нагрузки по фазам (ТОК); тангенса угла нагрузки (tgg>); потерь напряжения от головы до самого удаленного потребителя (AU); сечение провода (S0);

• Показано, что если эти параметры неизвестны точно, то их можно задавать экспертным путем с следующими шагами:

ТМАХ - от 1000 до 6000 с шагом 1000 (час) ТОК - от 10 до 200 с шагом 10 (А) tgcp - от 0,1 до 0,6 с шагом 0,1 AU - от 5 до 30 с шагом 3 (В) S0 - известно точно.

• Составлены и исследованы теоретически возможные выборки воздушных и кабельных фидеров 0,4 кВ, состоящие из 6250 фидеров каждая, в которых использованы все возможные сочетания параметров. Обработка этих выборок показала, что процент потерь в воздушных линиях 0,4 кВ составляет 4,033%, а в кабельных 5,023% при погрешности 1,3%. К этим значениям будут стремиться большие выборки реальных сетей.

• Получено аналитическое выражение для потерь напряжения (AU) в фидере 0,4 кВ в зависимости от числа отпаек (и). Этим выражением можно пользоваться, когда потери напряжения нельзя измерить. Показано, что при увеличении числа отпаек коэффициент в формуле потерь напряжения стремится 0,5.

• Для возможности объединения отдельных выборок в одну выведены аналитические выражения для параметров суммарной выборки: потери A Ws, математическое ожидание Ms, коэффициент вариации Vs, среднеквадратичное отклонение Ss, погрешность Ds. Это дает возможность не обрабатывать очень большие выборки (несколько тысяч фидеров), а делать измерения и расчеты отдельных выборок. Например можно рассчитывать выборки в отдельных РЭС, а затем их объединять для ПЭС или энергосистемы. Приведены расчеты, подтвердившие правильность полученных выражений.

2. Доработана методика расчета потерь в сетях 6,10,20 кВ в которой:

• Предусмотрена возможность учета перетоков в другие фидера и учета высоковольтной нагрузки, (заданных показаниями счетчика), которые пересчитываются в мощности эквивалентных (перетоку или нагрузке) трансформаторов по полученным в работе аналитическим выражениям.

• Получена оптимальная энергия отпуска фидера 6, 10, 20 кВ за расчетное время. Показано, что при оптимальном отпуске суммарные нагрузочные потери в линиях и трансформаторах должны равняться потерям холостого хода в трансформаторах. Таким образом, оптимальные потери равны удвоенному значению потерь холостого хода.

• Получены соотношения между отпуском энергии и временем расчета при заданном проценте потерь в фидере 6, 10, 20 кВ. Эти соотношения полезно использовать при контроле результатов расчета указывая, каким должен быть отпуск или время расчета, если они заданы случайно неправильно.

• Проведен анализ чувствительности потерь в фидерах 6, 10,.20 кВ к значениям коэффициентов загрузки трансформаторов. Показано, что если эти коэффициенты неизвестны точно, то их можно задавать экспертным путем, пользуясь всего четырьмя значениями:

K3Ar(i) = 1 - трансформатор включен на номинальную нагрузку; K3Ar(i) = 0,5 - трансформатор включен на нагрузку меньше номинальной;

K3Ar(i) = 0,05 - трансформатор включен практически на холостой ход;

K3Ar(i) = 0- трансформатор отключен.

• Для городских сетей с непостоянной схемой фидеров обоснована методика расчета потерь по выборке.

3. Рассчитаны и проанализированы потери в сети 0,4, 6, 10 кВ РЭС и ПЭС ОАО Костромаэнерго.

• Показано, что разброс потерь по РЭС составляет 1,192-10,27 % от отпуска в сеть 0,4 кВ. Расчеты получены на основе выборок.

• Показано, что разброс потерь по РЭС составляет 5,2 - 11,3% от отпуска в сеть 6,10 кВ. Расчеты получены прямым счетом.

• Представлены и обоснованы экономически мероприятия, ведущие к снижению потерь в сетях класса 0,4; 6, 10 кВ и выше ОАО Костромаэнерго.

4. На основе представленных методик разработан комплекс программ по расчету технических и коммерческих потерь в сетях 0,4 кВ и в сетях 6, 10,

20 кВ, на основе которого были проведены расчеты и получены описанные результаты расчетов потерь. Внедрение данного комплекса программ в РЭСах и ПЭСах ОАО Костромаэнерго и в других энергосистемах позволит в дальнейшем вести задачи расчета режимов и потерь распределительных сетей, выявлять очаги потерь и разрабатывать мероприятия по их снижению, а также разрабатывать нормативы потерь для всех подразделений.

5. Перечисленное в пунктах 1-4 позволяет сделать методику расчета потерь в распределительных сетях 0,4,6,10,20 кВ более доступной и точной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получили развитие методики расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,4, 6, 10, 20 кВ на основе которых рассчитаны и проанализированы потери в сетях ОАО Костромаэнерго.

1. Адонц Г.Т. Методы расчета и способы снижения расхода электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Текст./ Г.Т. Адонц, А.А. Арутюнян - Ереван: Луис, 1984.

2. Анализ необходимости учета коэффициентов формы графиков нагрузок фидеров, а также коэффициентов загрузки трансформаторов при расчете потерь электроэнергии в сетях 10 кВ. Текст.: отчет о НИР. -Институт энергетики. -1995.

3. Андерсон Т. Введение в многомерный статистический анализ. Текст./Т. Андерсон. М.: Физматгиз, 1963.

4. Бабкин Н.С. Удельные затраты на потери электроэнергии в сельских электросетях: обзор Текст./ Н.С. Бабкин, B.C. Благой и др. М.: Информаэнерго, 1975

5. Бебко В.Г. Методика расчета расхода электроэнергии на ее транспорт в сельских электрических сетях напряжением 6-110 кВ. Текст./ В.Г Бебко., С.Я. Меженный и др. //Электрические станции. 1983. - №5.

6. Бебко В.Г. Снижение потерь электроэнергии в сельском хозяйстве. Текст./В.Г. Бебко и др. Киев: Урожай, 1981.

7. Будзко И.А. Электроснабжение сельского хозяйства : Учебник для вузов Текст. / И. А. Будзко, Т. Б. Лещинская, В. И. Сукманов. М : Колос, 2000. - 536 с. : ил. - (Учебники и учеб. пособия для студентов вузов).-ISBN 5-10-003172-7

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Текст./Е.С. Вентцель. М.: Наука, 1974

9. Водяников В.Т. Экономическая оценка средств электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства и систем сельской энергетики : учеб. пособие / В. Т. Водянников ; Московский гос. агроинженерный ун-т. М, 1997. - 180 е.

10. Ю.Волобринский С.Д. Об оценке величины потерь в электрических сетях. Текст. / С.Д. Волобринский // Электричество. 1968. - №2.

11. Волчков Ю.Д. Методика расчета потерь электроэнергии в сети 0,4 кВ Текст. / Ю.Д. Волчков, В. А. Солдатов, Ю. Н. Девочкин // Мат. 51-й н.-практ. конф. / КГСХА,- 2000.- Актуальные проблемы науки в АПК.-Т.2. С.165-166.

12. Воротницкий В.Э. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Текст./ В.Э. Воротницкий, Ю.С. Железко. М.: Энергоатомиздат. 1981.

13. Воротницкий В.Э. Потери энергии в электрических сетях энергосистем. Текст./В. Э. Воротницкий, Ю.С. Железко М.: Энергоатомиздат, 1983.

14. Временная инструкция по расчету и анализу потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Текст. М.: СПО Союзтехэнерго, 1976.

15. Григорьев Н.Д. Определение потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ. Текст./Н.Д. Григорьев//Энергетик. -1976. -№11. -С.33-36.

16. Девочкин Ю.Н. Искусственная выборка электрической сети класса 0,4 кВ. Текст. / Ю. Н. Девочкин, В. А. Солдатов // Материалы межвузовской научно-практической конференции /КГСХА.- 2002.-Актуальные проблемы науки в АПК. Т.2.-С.118-119.

17. Девочкин Ю.Н. Мощность трансформатора, эквивалентного перетоку или высоковольтной нагрузке в фидере 6-10 кВ Текст. / Ю. Н. Девочкин, В. А. Солдатов // Мат. 56-й н.- практ. конф. / КГСХА.-2005.- Актуальные проблемы науки в АПК.- Т.2. С.45-46.

18. Девочкин Ю.Н. Обоснование применения метода расчета потерь в городских сетях 6 -10 кВ на основе выборки Текст. / Ю. Н. Девочкин, В. А. Солдатов // Мат. 57-й н.- практ. конф. / КГСХА.- 2006.-Актуальные проблемы науки в АПК.- Т.4. С.107-108.

19. Девочкин Ю.Н. Результаты расчета и анализ потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ ОАО «Костромаэнерго» Текст. / Ю. Н. Девочкин // Мат. 58-й н.- практ. конф. / КГСХА.- 2007.- Актуальные проблемы науки в АПК.- Т.З. С.150-151

20. Девочкин Ю.Н. Результаты расчета и анализ потерь электроэнергии в сетях 6-10 кВ ОАО «Костромаэнерго» Текст. / Ю. Н. Девочкин // Мат. 58-й н.- практ. конф. / КГСХА.- 2007.- Актуальные проблемы науки в АПК.- Т.З. С.152-153

21. Драйпер Н. Прикладной регрессионный анализ. Текст./Н. Драйпер, Г. Смит. М.: Статистика, 1973.

22. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях.Текст./ Ю.С. Железко М.: Энергоатомиздат, 1989.

23. Железко Ю.С. Интервалы неопределенности расчетных значений потерь электроэнергии в сетях. Текст.ЛО.С. ЖелезкоЮлектричество. -1982.-№10.

24. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. Текст./ Ю.С. Железко. М.: Энергоатомиздат. 1985.

25. Железко Ю.С. Методы расчета нормативных характеристик сетей по потерям электроэнергии. Текст./ Ю.С. Железко//Электрические станции. -1991. №8.

26. Железко Ю.С. Ответ автора на отклики В.А. Богданова и Е.И. Литвиновой. Текст./ Ю.С. Железко//Электрические станции. -1994. №12.

27. Железко Ю.С. Погрешности определения потерь энергии в электрических сетях .Текст./ Ю.С. Железко //Электричество. 1975. -№2.

28. Железко Ю.С. Предельная точность и области применения регрессионных зависимостей эквивалентных сопротивлений линий 6-20 кВ. Текст./ Ю.С. Железко, Р.П. Бирюкова Электричество, 1988, №8, с. 10-16.

29. Железко Ю.С. Расчет потерь электроэнергии в энергосистемах с реверсивными межсистемными связями. Текст./ Ю.С. Железко, О.В. Савченко//Электричество. 1995. - №8.

30. Железко Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов Текст. /

31. Ю. С. Железко, А. В. Артемьев, А. В. Савченко. М: НЦ ЭНАС, 2005. -280 е.: ил.

32. Железко Ю.С. Составление и перспективы нормативного планирования потерь электроэнергии в сетях энергосистем Текст./ Ю.С. Железко, К.В. МалхасьянцЮлектрические станции. -1991. №8.

33. Инструкция о порядке подготовки, передачи и автоматизированной обработке отчетных данных по потерям электроэнергии в электрических сетях Минэнерго ССС. Текст. М.: СПО Союзтехэнерго, 1983.

34. Инструкция по замерам нагрузок трансформаторов подстанций 10/0,4 кВ сельскохозяйственного назначения. Текст. —М., 1976.

35. Инструкция по нормированию расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций 35-500 кВ. Текст. М.: СПО Союзтехэнерго, 1981.

36. Инструкция по определению экономической эффективности капитальных вложений в развитие энергетического хозяйства: генерирование, передача и распределение электрической и тепловой энергии. Текст. -М.: Энергия, 1973.

37. Инструкция по расчету и анализу технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъединений. Текст. М.: Союзтехэнерго, 1987.

38. Инструкция по расчету технико-экономической эффективности и планированию мероприятий по снижению расхода электроэнергии на ее транспорт в электрических сетях энергосистем.(временная) Текст. -М.: СПО Союзтехэнерго, 1980.

39. Инструкция по регулированию напряжения трансформаторов РЛН 35110кВ. Текст. М.: СПО Союзтехэнерго, 1978.

40. Инструкция по системному расчету компенсации реактивной мощности в электрических сетях. Текст. //Инструктивные материалы Главгосэнергонадзора. -2-е изд. -М.: Энергоатомиздат, 1983.

41. Исследование влияния основных параметров фидеров 0,4 кВ при расчете потерь электроэнергии. Текст.: отчет о НИР. Институт энергетики. - 1995.

42. Исследование характеристик графиков нагрузок фидеров 10 кВ. Текст.:отчет о НИР. Институт энергетики. - 1995.

43. Каялов Г.М Определение потерь энергии в электрической сети по средним значениям нагрузки в ее узлах. Текст./Г.М. Каялов//Электричество.-1970.-№6.- С. 19-24.

44. Кезевич В.В. Зависимость числа часов потерь от использования максимума. Текст. /В.В. Кезевич//Электрические станции. 1948. -№9.

45. Кортневич М.А. Оптимизация эксплуатационного обслуживания электрических сетей. Текст./ М.А. Кортневич, под ред. А.В. Бережного. Минск: Наука и техника, 1984.

46. Левин М.С. Определение потерь электроэнергии в сетях 6-20кВ. Текст./ М.С. Левин//Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйств. -1973.- №2.

47. Лысенко В.Л. Расчет потерь электроэнергии в сельских электрических сетях. Текст. /В.Л. Лысенко и др.//Энергетик . -1981.-№5.

48. Маркушевич Н.С. Автоматизированная система диспетчерского управления: из опыта Латвийской энергосистемы. Текст./Н.С.

49. Маркушевич . М.: Энергоатомиздат, 1986.

50. Материалы проектного кабинета ГПИ «Тяжпромэлектропроект»

51. Методика расчета коммерческих потерь. Текст.: отчет о НИР. -Институт энергетики. 1995.

52. Методика расчета потерь электроэнергетики в сетях 10 кВ. Текст.: отчет о НИР. Институт энергетики. - 1995.

53. Методика расчета потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ. Текст.: отчет о НИР. Институт энергетики. - 1995.

54. Методика расчета потерь электроэнергии в сетях 35 кВ. выше. Текст.: отчет о НИР. Институт энергетики. - 1995.

55. Методические указания по расчету электрических нагрузок в сетях 0,38—110 кВ сельскохозяйственного назначения: руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства. Текст. М.: Сельэнергопроект, 1981.

56. Нечипорович JI.B. Статистические модели определения потерь энергии в распределительных электрических сетях. Текст./ JI.B. Нечипорович, Л.П. Филянович//Изв. ВУЗов: энергетика. 1979.-№8.

57. Номенклатура изделий заводов электротехнической промышленности.

58. Нормы армотизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства и положение о порядке планирования, начисления и использования амортизационных отчислений в народном хозяйстве. Текст. -М.: Экономика, 1974.

59. Пекелис В.Г. Методика расчета нагрузочных потерь энергии в распределительных сетях. Текст./В.Г. Пекелис и др. //Электрические станции. -1975,- №7.

60. Пекелис В.Г. Экспресс метод расчета потерь электроэнергии в сетях 110кВ и ниже. Текст./В.Г. Пекелис и др.//Энергетик. -1979. -№12. -С.16-18.

61. Порядок расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям (утв. приказом

62. Минпромэнерго РФ от 4 октября 2005 г. N 267)

63. Поспелов Г.Е. Потери мощности и энергии в электрических сетях. Текст./Г.Е. Поспелов, Н.М. Сыч М.: Энергоиздат, 1981.

64. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Текст./под ред. В.Н. Казанцева. М.: Энергоатомиздат, 1983.

65. Правила использования электрической и тепловой энергии. Текст. 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982.

66. Руководящие указания к использованию замыкающих затрат на топливо -электрическую энергию. Текст. -М.: Наука, 1973.

67. Руководящие указания к использованию замыкающих затрат на топливо и электрическую энергию. Текст. -М.: Наука, 1975.

68. Руководящие указания по определению потерь энергии в городских электрических сетях: М—во. ком. хоз. РСФСР. Текст. -М. Изд. Министерстве сельского хозяйства, 1956,34 с.

69. Смирнов Н.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. Текст./Н.В. Смирнов и др. М.: Наука, 1965.

70. Солдатов В.А. Анализ чувствительности потерь в фидерах 6-10 кВ к коэффициентам загрузки трансформаторов Текст. /В. А. Солдатов, Ю. Н. Девочкин//Мат. 56-й н.- практ. конф./КГСХА.- 2005.- Актуальные проблемы науки в АПК.- Т.2. С.64-65.

71. Солдатов В.А. Вывод соотношений для потерь напряжения в фидерах 0,4 кВ. Текст. / В. А. Солдатов, Ю. Н. Девочкин // Материалы межвузовской научно-практической конференции / КГСХА.- 2004.-Актуальные проблемы науки в АПК.- Т.З. С. 168-169.

72. Солдатов В.А. Нормативная характеристика потерь в фидере 6-10 кВ (НХП) кВ Текст. / В. А. Солдатов, Ю. Н. Девочкин // Мат. 56-й н.-практ. конф. / КГСХА.- 2005.- Актуальные проблемы науки в АПК.-Т.2. С.66.

73. Солдатов В.А. Оптимальная энергия отпуска фидеров 6-10-20 кВ Текст. / В. А. Солдатов, Ю. Н. Девочкин // Мат. 52-й н,- практ. конф. / КГСХА.- 2001.- Актуальные проблемы науки в АПК.- Т.2. С.167-169.

74. Солдатов В.А. Соотношение между отпуском энергии и временем расчета при заданном проценте потерь в фидерах 6-10 кВ Текст. / В.А. Солдатов, Ю. Н. Девочкин // Мат. 56-й н.- практ. конф. / КГСХА.-2005.- Актуальные проблемы науки в АПК.- Т.2. С.66-67.

75. Солдатов В.А. Эквивалентная схема замещения фидера 6-10 кВ Текст. / В. А. Солдатов, Ю. Н. Девочкин // Мат. 56-й н.- практ. конф. / КГСХА.- 2005.- Актуальные проблемы науки в АПК.- Т.2. С.68-69.

76. Справочник по проектированию электрических систем. Текст./под ред. С.С. Рокотяна, Н.М Шапиро. М.: Энергия, 1971.

77. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения. Текст./ под ред. И.А. Буумштейна. М.: Энергия, 1974.

78. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Текст. В 2 т. T.l./под ред. А.А. Федорова. -М.: Энергия, 1973.

79. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Текст. В 2 т. Т.2./под ред. А.А. Федорова. М.: Энергия, 1974.

80. Тарнишевский М. В. Расчет потерь электроэнергии в городских электрических сетях. Текст./М.В. Тарнишевский//Энергетик. 1979. -№10. - С. 12—14.

81. Типовая инструкция по оптимальному управлению потоками реактивной мощности и уровням напряжений в электрических сетях энергосистем. Текст. М.: СПО Союзтехэнерго, 1982.

82. Хамитов А.Х. Потери электроэнергии в низковольтных сетях. Текст./ А.Х. Хамитов, А.Г. Ганиходжаев Ташкент: Узбекистан, 1984

83. Шапиров И.З. Вероятностно-статистические модели для определения и прогнозирования потерь энергии в распределительных сетях 6-10кВ. Текст./И.З. Шапиров.//Известия Вузов: энергетика. -1978. -№4. -С. 15—20.

84. Щербина Ю.В. Снижение технологического расхода энергии в электрических сетях. Текст. / Ю.В. Щербина и др. Киев: Техника, 1981.- 104 с.

85. Экономия энергии новый энергетический источник. Текст. [пер. снем. М.: Прогресс, 1982. 94.Электрическая часть электростанций и подстанций. Текст]/под ред.

86. Б.Н.Неклеева. 2-ое изд. -М.: Энергия, 1972. 95.Электротехнический справочник. Текст. В. 2 т. Т.1./под ред. В.Г.

87. Герасимова. -М.: Энергоатомиздат, 1980. 96.Электротехнический справочник. Текст. В. 2 т. Т.2/под ред. В.Г.

88. Герасимова. -М.: Энергоатомиздат, 1981. 97.Электротехнический справочник. Текст./под ред. Л.Г. Грудинского. -4-ое изд. М.: Энергия, 1971.152