автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Влияние емкостных токов замыкания на землю на выбор рациональных мест деления замкнутой городской электрической сети

1Г а БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ г\Ь- АКАДЕМИЯ

г '

УДК 621.316

Римша Александр Викторович

ВЛИЯНИЕ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ НА ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ МЕСТ ДЕЛЕНИЯ ЗАМКНУТОЙ ГОРОДСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

05.14.02 — Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1998

Работа выполнена на кафедре "Электрические системы" Белорусской государственной политехнической академии.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Короткевич М.А.

Официальные опцонещы:

доктор технических наук, профессор' Герасимович А.Н.,

кандидат технических наук Вериго А.Р.

Оппонирующая организация:

Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический • институт". '

Защита состоится " ¡9 " июня 1998 года в 10.00 часов на заседании совета по зшвдге диссертаций Д 02,05.02 в Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220027, г. Минск, пр. Ф.Скорины, 65, корп. 2; ауд. 201. Белорусская государственная политехническая академия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии,

Автореферат разослан " $ " мая 1998 года.

Ученей секретарь совета ' по защите диссертаций доктор технических наук,

профессор г МА.Короткевич

' /

© Римша А.В., 1998

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Городская электрическая сеть представляет собой сложно-замкнутую электрическую сеть. Здесь распределительная линия напряжением 6-10 кВ, подключенная через выключатель к одной нз секций шин центра питания (ЦП), может замыкаться с другой линией той же самой или соседней секции шин данного центра питания или с линией, питающейся от другого ЦП. К сожалению, успешная работа релейной защиты в такой сети, не оснащенной устройствами автоматического отключения по концам каждого участка, обеспечивается лишь тогда, когда сложно-замкнутая сеть функционирует в разомкнутом режиме. Поэтому диспетчерской службой городских электрических сетей устанавливаются так называемые нормальные разрывы, осуществление которых превращает сложно-замкнутую сеть в радиальную. Установление отмеченных разрывов ведет к перераспределению потоков мощности по ветвям сети и, как следствие, к изменению общих потерь мощности в ней. В связи с этим, желательно точки деления сети установить таким образом, чтобы издержки на эксплуатацию сети, составной частью которых является стоимость потерянной электрической энергии, были минимальными.

При повреждении какого-либо участка кабельной линии персонал предприятия, после нахождения места повреждения, производит переключения в сети, выделяя поврежденный участок и подавая электроэнергию, как правило, всем потребителям по другим линиям. Способов восстановления электроснабжения может существовать несколько^ и они будут неравноценны с точки зрения общих потерь мощности и энергии в сети. Необходимо выбрать такие места размыкания сети, которые обеспечивали бы наименьшее значигие потерь мощности в сети.

' В настоящее время городские электрические сети напряжением 6-10 кВ выполняются с гаолировшшой нейтралью. Однофазное замыкание на землю в такой сети не ведет к протеканию токов короткого замыкания через оборудование сети и не требует немедленного отключения места повреждения кабельной линии. Данное повреждение сопровождается появлением емкостных токов замыкания на землю, которые при величине более 30 и 20 А (соответственно в сети 6 и 10 кВ) должны быть компенсированы установкой дугогасящих катушек в нейтраль трансформатора собственных нужд ЦП и отключены в течение двух часов. Величина указанных емкостных токов замыкания на землю, проте-

кающих через нейтраль трансформатора собственных нужд ЦП, определяется количеством и длиной подключенных к данной секции шин подстанции кабельных линий напряжением 6-10 кВ.

С другой стороны, образование в результате выделения поврежденного участка кабельной линии новых мест деле1шя сложно-замкнутой сети изменяет величину емкостных токов замыкания на землю. Компенсация этих токов должна быть обеспечена настройкой дугогасящей катушки р резонанс с суммарным емкостным сопротивлением кабельных линий, подключенных к данной секции шин центра питания. Если по каким-либо причинам ток замыкания на зеилю превышает регулировочные возможности катушки и принимает недопустимо большое значение, то это может привести к выходу из строя оборудования электрической .сети из-за возникающих в сети значительных перенапряжений.

Задача определешш мест размыкания городской электрической сети с учетом уровня емкостных токов замыкания на землю ранее в научной литературе не освещалась. Для ее решения требуется разработка соответствующей методики и программного обеспечения к персональным ЭВМ:

Отмеченное позволяет считать тему диссертационной работы актуальной, направленной в конечном итоге на повышение надежности работы электрической сети и снижение стоимости передачи электроэнергии.

Связь работы с крупными научными программами, темами

Работа выполнялась в соответствии с планом работ, координировавшимся Министерством образования Республики Беларусь, по теме ГБ 91-20 "Разработка теоретических основ, методов, алгоритмов и промышленных программ для оптимизации режимов и параметров электрических систем и их элементов с целью Экономии электроэнергии и повышения ее качества" и является составной частью исследований, проводимых на кафедре "Электрические системы" Белорусской государственной политехнической академии.

Цель и задачи исследования

Цель работы: разработка методики и программы для персональной ЭВМ, удобной для применения непосредственно на рабочем месте диспетчера элек-. трических сетей, определения мест деления сложно-замкнутой городской электрической сети с учетом величины емкостных токов замыкания на землю линий, подключенных к данной секции шин центра питания.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- выявление особенностей построения схем городских электрических сетей и режимов их работы;

- разработка методики и программы для ПЭВМ определения мест размыкания петлевых и двухлучевых схем;

- разработка алгоритма и компьютерной программы расчета установившегося режима городской электрической сети напряжением 6-10 кВ и опреде-лешш мест деления сложно-замкнутой городской электрической сети с учетом величины емкостных токов замыкания на землю линий, подключенных к данной секции шин центра питашм.

Научная новизна полученных результатов

Разработана методика, алгоритм и программа для персональной ЭВМ определения рациональных мест размыкания петлевой и двухлучевой схем городской электрической сети, отличающаяся от известных учетом резервных трансформаторов на двух- и трехтралсформаторных подстанциях и секционного разъединителя между секциями пцш 6-10 кВ трансформаторных подстанций городской сети.

Предложены упрощенные способы нахождения мест деления городской электрической сети по критерию минимума потерь мощности, отличающиеся тем, что потокораспределение определяется решением системы линейных алгебраических уравнений при учете величины емкостных токов замыкания на землю всех линий, подключенных к данной секции шин центра питания. В случае выхода емкостных токов замыкания на землю.за регулировочные возможности компенсирующих устройств., предложены способы перемещения точек деления сети, обеспечивающие введение величины тока замыкания на землю в допустимую область.

Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности применения предлагаемых методов расчетов режимов и выбора точек деления городских электрических сетей непосредственно на рабочем месте диспетчера городских электрических сетей. Разработанные программы прошли апробацию применительно к электрическим сетям одного города. Они позволяют оперативно проводить выбор мест нормальных разрывов при аварийном или преднамеренном отключении какого-либо из участков сети.

Компьютерные программы, разработанные на основании предложенных в диссертации методов, полностью готовы к использованию и используются в практике эксплуатации электрической сети одного города.

Методики, предложенные в диссертационной работе, используются также при дипломном проектировании студентами специальности 10.02 "Электроэнергетические системы и сети" Белорусской государственной политехнической академии.

Экономическая значимость полрченньа результатов

Результаты диссертационной работы внедрены в Мопщевских электрических сетях. Результаты работы представляют собой законченный коммерческий продукт, который при использовании в городской электрической сети позволяет повысить надежность ее работы и снизить расходы на распределение электроэнергии,

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика определения мест размыкания петлевых и двухлучевых схем с учетом емкостных токои замыкания на землю в кабельной сети;

- способ снижения потерь мощности в сети путем определения рационального места подключения трансформатора к секциям шин многотрансформаторных Ш;

- методика определения мест деления сложно-замкнутых городских электрических сетей по критерию минимума потерь мощности с учетом величины емкостных токой замыкания на землю на секциях шин центров питания.

Личный вклад соискателя

Научные и практические результаты диссертации, положения, выносимые на защиту, разработаны и получены лично соискателем или при его основном участии.

Апробация результатов диссертации ■

Результаты работы доложены, обсуждены и получили положительные отзывы на:

- Международном семщаре "Проблемы энергоресурсосбережения — новые решения" (г. Минск, 1995 г.);

- научно-технических конференциях, профессорско-преподавательского состава Белорусской государственной политехнической академии в 1994, 1995,

1996 и 1997 годах;

- Международной научно-технической конференции "Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в АПК" (г. Минск,

1997 г.).

Опубликованность результатов

Результаты диссертации опубликованы в трех статьях и четырех тезисах Докладов научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения и четырех глав, изложенных на 91 стра-шще, 21 рисунка и 3 таблиц на 12 страницах, 5 приложений на 61 странице, списка использованных источников, включающего 109 наименований, на 10 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматриваются особенности построения и способы снижения потерь электроэнергии в городской кабельной электрической сети напряжением 6-10 кВ. Она строится, как правило, замкнутой. Однако работает по разомкнутой схеме из-за отсутствия по концам каждого участка линии ерло-вых выключателей и устройств релейной защиты' от повреждений.

В составе замкнутой городской электрической сети можно выделить петлевую (рис. 1), двухлучевую (рис. 2) и сложно-замкнутую сеть.

МП „ ТП1 ТП2 тпз'_

Г I. Г ! Г

' Л ( Р2 РЗ/7Р4 Р5/у Р6

Р1

6-10

Р10

ТГ15

Р9

ТП4

1 '

Р7

Рис. I Петлевая схема

ЦП1

6-10 кВ

2 1

и1г ^¿иХ* е.

ТП1 ТП2 ТП П

Рис. 2 Двухлучевая сеть от разных центров питания

10 кВ

Особенности построения схем функционирующих электрических сетей по сравнению с приведенными в литературных источниках следующие:

- автоматическое резервирование на стороне 6-10 кВ, выполненное на базе выключателей нагрузки, в существующей сети в настоящее время не применяется. Схема сети при выходе из строя какого-либо элемента позволяет запи-тать ТП или потребителей несколькими способами. Однако данная операция проводится вручную оперативно-выездной 'бригадой (ОВБ), что увеличивает продолжительность погашения потребителей;

* в схеме сети 6-10 кВ средних и крупных городов нет радиальных линий, поэтому резервированием охвачены все. без исключения потребители, что позволяет при необходимости в течение короткого Промежутка времени восстано-,вить их электроснабже1ше;

- отдельные секции шин на стороне 6-10 кВ трансформаторных подстанций в двухлучевых схемах разделены друг от друга нормально отключенным разъединителем.

В некоторых городских электрических сетях заложены достаточно боль-

2

щие сечения кабелей (средние значения сечений составляют 120 и 150 мм соответственно в сети 6 и 10 кВ). Из этого следует, что схема замещения кабельной линии должна быть представлена последовательно соединенными активным и индуктивным сопротивлениями.

Количество трансформаторов на трансформаторных подстанциях петлевых линий и двухлучевых схем может шменяться в пределах от одного до трех. В 40% случаев ТП оснащены одним трансформатором, а на ТП, содержащих два или три трансформатора, в 60,5-64% случаев один трансформатор не нагружен. Снижение потерь мощности в таких схемах может быть достигнуто также и за счет определения номера секции шин, к которой должен подключаться трансформатор на однотрансформаторных подстанциях, или определения номера резервного трансформатора на двух- или трехтрансформаторных подстанциях.

Наличие резерва для всех без исключения потребителей ставит вопрос выбора оптимальной ремонтной схемы сети при возможном выходе из строя или преднамеренном выводе в ремонт какого-либо ее элемента, а в режиме нормальной эксплуатации — определения положения разрывов, при которых обеспечивается минимум потерь электрической энергии.

Проблема определения мест размыкания городской распределительной электрической сети была сформулирована в ходе дискуссии о перспективах развития юродских электрических сетей, проходившей в 60-е годы. Изучение предложенных за прошедший период решений по данной проблеме позволяет

указать на следующую схему построения методик и программ определения рациональных мест размыкания электрической сети:

- вначале определяются точки потокораздела по результатам расчета условной замкнутой схемы с активными сопротивлениями и размыкаются ветви, примыкающие к точке потокораздела и имеющие наименьшие потоки мощности;

- уточняются места размыкания сети с использованием различных методов (градиентного, дискретного спуска, целенаправленного перемещения разрезов и так далее).

При этом напряжение в узлах сети должно быть не ниже минимально допустимого, нагрузка головных участков линий не должна превышать длительно допустимого тока по нагреву, загрузка трансформаторов в ЦП не должна превышать допустимую.

Городская электрическая сеть представляет собой неоднородную сеть, в которой отношение реактивного сопротивления к активному не одинаково для каждой из ветвей. Ухудшение показателей работы замкнутой неоднородной сети по сравнению с замкнутой однородной связано с различием в токораспреде-лениях.

Оптимизация установившегося режима неоднородной электрической сети может быть выполнена либо путем снижения степени неоднородности сети, либо принудительным изменением потокораспределения с целью приближения его к потокораспределению в однородной сети.

При решении задачи отыскания мест размыкания городской электрической сети будем минимизировать потери мощности в режиме максимальных нагрузок при предположении относительной однородности графиков нагрузок. Нагрузка измеряется на стороне 0,38 кВ трансформаторов и представляет собой среднее значение токов фаз.

Городские электрические сети 6-10 кВ выполняются с изолированной нейтралью с компенсацией емкостных токов замыкания на землю через дугога-' сящую катушку (ДГК), которая включается в нейтраль трансформатора собственных нужд в ЦП. Правила технической эксплуатации требуют, чтобы настройка дугогасящих аппаратов была выполнена в резонанс. Из-за несовершенства автоматического регулирования это требование не всегда может быть выполнено. Диспетчеру на подстанции было бы желательно сравнить ток, на который автоматически настраивается ДГК, и расчетный ток замыкания на землю

той части электрической сети, которая подключена к данной сскшш системы сборных шин центра питания.

К ограничениям, известным ранее, нами добавлена проверка величины токов замыкания на землю после оптимизации мест размыкания сета по поге-рям мощности. При несоблюдении данного условия следует уточнить места размыкания исходя из величины токов замыкания на землю.

В главе 2 разработаны методики и компьютерные программы определения погокораспрсделения и мест размыкания в петлевых и двухлучевых схемах сети.

Функционирующую городскую электрическую сеть, характерную для городов Республики Беларусь, можно разделить по напряжению на сеть 6 кВ и 10 кВ. Расчет режимов указанных частей сети можно производить независимо друг от друга, так как трансформаторные связи между ними, как правило, отсутствуют. .

Пример петлевой линии, подключенной к одному ц«пру питания (ЦП), приведен на рис. 1. Установить номер разъедишггеля, который должен быть нормально отключен, можно на основе критерия минимума погерь активной мощности в петлевых линиях в условиях последовательного перебора мест ее размыкания.

В случае размыкания разъединителя Р1 направление потока мощности будет следующим: ЦП-ТП5-ТО4-ТГО-ТП2-ТП1. Если разомкнуть разъединитель Р2, то направления потоков мощности будут ЦП-ТШ и ЦП-ТП5-ТП4-ТПЗ-ТП2. Эти направления потоков мощности не изменятся при размыкании разъединителя РЗ. Аналогично можно рассмотреть направления потоков мощности при размыкании разъединителей Р4 - Р10. Потери мощности в сети АР при последовательном отключении участка линии ЦП-ТП1, изображенной на рис. 1:

ЛР1=3[/12Г12+(/1+/2)2Г23+(/1+/2+/з)2Г34+(/1+/2+/З+/4)2Г45+(/|+/2+^+/4+/5)2'-5-ЦП],

(1)

где rtj - активное сопротивление линии между к-и и j- м ТП; Ii,..., U - токи нагрузки ТП со стороны высщего напряжения.

При отключении остальных участков потери мощности определятся аналогично. Таким образом, размыкание петлевых линий приводит к образованию двух радиальных линий с легко определяемыми потоками мощности. Сущность вариации мест размыкания заключается в нахождении такого участка, размыкание которого обеспечивает наименьшие потери мощности. Отмеченный ме-

тод определения мест размыкания петлевых линий в настоящее время не разработан применительно к персональным ЭВМ.

Токи нагрузки, заданные на стороне 0,38 кВ трансформатора, приводятся к высшей стороне умножением на коэффициенты 0,066 и 0,04 для сети 6 и 10 кВ соответственно. Падение напряжения до места размыкания сравнивается с допустимой величиной А1!д, равной 0,9 и 1,5 кВ соответственно для сети 6 и 10 кВ. При ее превышении данный участок исключается из списка возможных мест размыкания сети.

Рассмотрим определение погокораспределения двухлучевой схемы. Здесь кроме линейных разъединителей размыкаются также секционные разъединители ТП, что ранее в литературе не отмечалось.

Двухлучевую схему, опирающуюся на разные центры питания, разделим на две петлевые линии. Первый способ формирования петлевых линий состоит в том, что все секционные разъединители на ТП считаются отключенными. Первая и вторая цени образуют две ретлевые линии. Такой способ оптимизации также возможен при отсутствии в ТП секционных разъединителей. Оптимальное место размыкания каждой петлевой лиши найдем в соответствии с методикой определения потокораспределения в петлевых линиях.

Второй способ формирования петлевых линий заключается в размыкании обеих кабельных линий на участке между соседними трансформаторными подстанциями и замыкании секционных разъединителей по концам этого участка В результате получается одна петлевая линия, питающаяся с шин ЦП1, и вторая петлевая линия, питающаяся с шин ЦП2.

Отметим, что в отличие от первого способа формирования двух петлевых линий, где определите оптимального места размыкания схемы выполняется только вариацией отключаемых участков каждой петлевой линии, во втором способе определение места размыкания схемы производится в два этапа. На первом этапе формируются петлевые линии размыканием участков между соседними ТП. Варьируя эти места размыкания, в каждом случае образуются разные петлевые линии. На втором этапе варьируются места размыкания полученных петлевых линий.

Далее определяется рациональный способ питания трансформаторов в ТП в случае, если один из двух трансформаторов ненагружен. Снижение потерь мощности достигается за счет перераспределения потоков мощности в результате изменения точки присоединения нагрузки.

Методика, описанная выше и предназначенная для определения мест размыкания двухлучевых схем и номера секции шин ТП, к которой должна подключаться нагрузка, представляется, на наш взгляд, оригинальной. Расчеты, проведенные для двухлучевых схем областного города Республики Беларусь, показали, что снижение потерь мощности в результате рационального размыкания замкнутой городской сети составляет до 15%.

В третьей глцве разработаны методика и комплекс программ выбора рациональных мест размыкания сложнотзамкнутой городской электрической сети.

Сформулировать задачу можно следующим образом: необходимо по критерию минимума потерь мощности при соблюдении отмеченных ранее ограничений найти места размыкания, после установления которых замкнугая сеть станет радиальной разомкнутбй.

Для целей диспетчерского управления схемами городской электрической сети необходима разработка упрощенных методов, позволяющих за непродолжительное время с использованием одной итерации получить ответ о целесообразных местах размыкания сложно-замкнутой сети и об увеличении потерь мощности при изменении мест размыкания в случае аварийного или планового вывода в ремойт какого-либо участка сети. Это можно сделать на основе определения потокораспределения однородной схемы сети и выполнения размыкания всех линий с наименьшими потоками мощности, которые подходят к точкам потокораздела. Установленные таким образом места размыкания сети в дальнейшем не уточняются.

Для расчета потокораспределения в городской электрической сети напряжением 6-Ю кВ достаточно решения системы линейных уравнений узловых напряжений с нагрузками в виде токов, решение которой необходимо проводить точными методами, так как при расчетах режимов городских электрических сетей обязательно необходим учет связи между секциями шин трансформаторной подстанции, осуществляемой с помощью секционного разъединителя. Это позволяет учесть наличие нагрузки на каждой из шин и представить ТП в схеме замещения, в зависимости от количества секций шин, несколькими узлами. Сопротивление такой связи близко к нулю, и следовательно, ее проводимость в матрице узловых проводимостей приближается к бесконечности.

Решение системы линейных алгебраических уравнений в диссертации выполнено методом Гаусса (методом последовательного исключения). Для увеличения точности при ее решении желательно в качестве главного элемента Уц

и

2-го шага исключения иметь большее по абсолютной величине число. Поэтому систему уравнений перепишем в таком виде, где на главной диагонали будут расположены собственные индуктивные проводимости узлов.

Хранение в памяти ЭВМ всех элементов матрицы собственных и взаимных проводимостей узлов не представляется возможным из-за их большого количества Весьма эффективным является запоминание и использование в расчетах только ненулевых элементов. В процессе исключения неизвестных могут постоянно возникать новые ненулевые элементы, что приводит к заполнению матрицы коэффициентов и увеличению требуемого объема памяти. Для предотвращения этого явления используется выбор порядка исключения неизвестных (упорядочение), который преследует одну из трех основных целей: обеспечение высокой точности вычислений, сохранение слабой заполненности матрицы и повышение эффективности вычислений. В общем случае эти цели противоречат друг другу, и решение какой-либо конкретной задачи требует их оптимального сочетания.

Для достижения большей точности вычислений в качестве главного элемента выбирается наибольший элемент, что нами и сделано при формировании матрицы собственных и взаимных узловых проводимостей.

Попытки программной реализации какого-либо из методов упорядочения с целью недопущения увеличения числа ненулевых элементов заставили нас остановиться на динамическом-методе исключения узлов с наименьшим числом присоединенных ветвей, сущность которого заключается в следующем.

Вначале определяется переменная, подлежащая исключению на первом шаге. Это будет переменная, номер которой соответствует узлу в графе сети с наименьшим числом присоединенных" ветвей. Следовательно, номер этой пере- ' менной соответствует номеру строки в матрице собственных и взаимных проводимостей узлов с наименьшим количеством ненулевых коэффициентов. На втором шаге происходит исключение данной переменной из системы уравнений. На третьем шаге подсчитывается число ненулевых коэффициентов по строкам в матрице собственных и взаимных узловых проводимостей, так как во время исключения переменной на предыдущем этапе могли появиться новые ненулевые элементы. После этого по количеству коэффициентов в строках матрицы собственных и взаимных узловых проводимостей определяется следующая переменная, которая подлежит исключению. Процесс продолжается до исключения всех переменных.

Расчеты, проведенные с использованием такого алгоритма, применительно к городской электрической сети 6-10 кВ показали, что хотя алгоритм является квазиоптимальным, увеличения количества ненулевых элемешов не наблюдается.

С учетом изложенного, алгоритм определения мест размыкания сложно-замкнутой городской электрической сети напряжением 6-10 кВ следующий:

- рассчитывается токораспределенне, соответствующее однородной схеме сети, которая получается подсталовкой в матрицу собственных и взаимных проводимостей узлов Су - {Ву вместо значения индуктивной проводимости Ву величины активной проводимости

- по известному токораспределеншо определяются ветви, подлежащие размыканию;

- рассчитывается токораенределение и потери мощности в разомкнутой

сети.

Для расчета потокораспределения и мест размыкания в сложно-замкнутой городской электрической сети с помощью персонального компьютера разработана программа ОогБеН, в которой разумный компромисс между противоречивыми требованиями уменьшения памяти и сокращением времени счета достигается выбором схемы хранения с учетом процесса вычислений. Для реализации этого использовано хранение коэффициентов в очередях по строкам. То есть каждая строка системы линейных уравнений представляет собой очередь, каждый элемент которой является комбинированным типом данных, то есть записью. Использование указателей позволяет динамически распределять оперативную память компьютера.

Для решения поставленной ранее задачи с учетом в качестве ограничения , величины емкостных токов замыкания на землю на шинах центров питания предложены два метода их приведения к допустимой величине: метод построения дерева схемы сети и метод понижения напряжения. Сущность первого из них заключается в уменьшении длины присоединенных к данному ЦП кабелей за счет поочередного отключения участков распределительной линии от одного ТП до другого. . '

По второму методу производится расчет потокораспределения замкнутой схемы сети. В центре питания, емкостные токи которого выходят за допустимые пределы, снижается напряжение на некоторую величину по сравнению с остальными ЦП. В результате этого происходит смещение точек потокораздела и, как следствие, уменьшение емкостного тока в данном ЦП. Для улучшения

вычислительного процесса по сдвигу точек потокораздела предложен метод замены сопротивлений схемы замещения.

В главе 4 даны рекомендации по целесообразному делению замкнутой городской электрической сети на радиальные ветви, определена периодичность выполнения расчетов потокораспределения, мест размыкания сети с учетом конфигурации графика нагрузки и изменения потерь мощности в сети при выводе в ремонт отдельного участка Произведена оценка возможности перевода городских электрических сетей на замкнутые схемы электроснабжения.

В процессе эксплуатации сети нормальные разрывы должны быть установлены на основе оптимизационных расчетов, которые необходимо проводить при изменении нагрузок в сети, вводе новых линий, выводе в ремонт какого-либо из элементов 1(ли участков сети. Выполненные расчеты показали, что учет отмеченных обстоятельств приводит к снижению потерь мощности до 15% по сравнению с установленными нормальными разрывами сети.

Расчеты, выполненные нами, показали также, что:

- уровень напряжения в узлах сети никогда не был ниже минимально допустимого. Этому способствовали низкие нагрузки в сети, большие сечения кабелей, а также то, что при установлении точек разрезов в сети оптимальным образом, уровень напряжения на них будет самым высоким;

- в цешрах шпаиия установлены трансформаторы значительной мощности, поэтому они могли перефужаться только в единичных случаях;

- величина токов замыкания на землю в некоторых случаях выходила за регулировочные возможности дугогасящей катушки. Места размыкания сети, устанавливаемые с учетом величины токов замыкания на землю, обуславливают рост потерь мощности в сети до 16%, что говорит о необходимости более тщательного выбора мощности средств компенсации емкостных токов замыка-1шя на землю.

Имеющиеся в распоряжении персонала электрических сетей на сегодняшний день данные (токи нагрузок на шинах ТП, измеряемые два раза в год) позволяют выполнять расчет мест размыканий сети сезонно, что при отсутствии автоматики и производстве переключений в сети оперативно-выездной бригадой- вполне приемлемо. Более частое изменение мест нормальных разрывов приведет к росту издержек на эксплуатацию автотранспорта, что весьма существенно при росте цен на горюче-смазочные материалы.

Вывод в ремонт какого-либо участка сети сопровождается изменением местоположения нормальных разрывов на соседних участках. Здесь следует

различать непродолжительное (на срок до одних суток) отключение участка сети и отключение участка сети для выполнения ремонтных работ на длительное время, проводимые или по инициативе электросетевого предприятия, или по заявке потребителей.

Вариант с неоптимальными местами размыкания имеет большие потери мощности в сети и, в зависимости от маршрута движения оперативно-выездной бригады, может иметь меньшие издержки на производство оперативных переключений. Вариант с рациональными местами размыкания сети должен обеспечивать большую экономию денежных средств за счет снижения стоимости потерянной электроэнергии по сравнению с дополнительными издержками на проезд оперативных бригад, устанавливающих требуемые места разрыва сети.

Граничное значение эффективности установления мест деления сети оптимальным образом запишется в виде

ЫР^Р-ГЫ, (2)

где ЗАР - увеличение потерь мощности в сети в ремонтном режиме от установления мест размыкания неолтимальным способом;

'о™ " продолжительность вывода в ремонт участка сети или его отключения по

заявке потребителя, ч;

/?- стоимость потерянной электроэнергии;

у - затраты на проезд одного километра автотранспорта ОВБ электросетевого предприятия;

А/ - разность расстояний, необходимых на проезд ОВБ при разных схемах восстановления электроснабжения.

Расчеты показывают, что установление мест деления сети оптимальным образом целесообразно при стоимости потерь электроэнергии более 265 руб/кВт • ч.

. В главе указывается преимущества работы городской электрической сети по замкнутой схеме и • отмечается необходимость проведения технико-экономического обоснования перевода существующей сети 6-10 кВ в режим работы по замкнутой схеме.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что определение рациональных мест размыкания городской электрической сети необходимо проводить на основе критерия минимума потерь активной мощности в сети прн недопущении перегрузки кабелей 6-10 кВ и трансформаторов в центре питания, соблюдении допустимого напряжения в узлах, а также уровня емкостных токов замыкания на землю на типах центра питания.

2. Места размыкания петлевых и двухлучевых схем городской электрической сети могут быть найдены методом поочередного размыкания участков линий между соседними трансформаторными подстанциями. При необходимости разделения двухлучевых схем на петлевые линии, возникающей при наличии секционного разъединителя между шинами 10 кВ трансформаторных подстанций и отсутствии нагрузки на одной из секций шин, для определения их количества следует использовать метод комбинаторного исчисления.

3. Разработана методика, алгоритм и компьютерная программа определения рациональных мест размыкания петлевой и двухлучевой схем городской электрической сети, отличающаяся от известных учетом емкостных токов замыкания на землю на шинах центра питания, наличия резервных трансформаторов на двух- и трехтрансформаториых подстанциях, а также секционного разъединителя между секциями шин 6-10 кВ трансформаторных подстанций городской сети.

4. На основе метода упорядоченного исключения переменных Гаусса разработан алгоритм расчета установившегося режима сложно-замкнутой городской электрической сети напряжением 6-10 кВ при задании нагрузок в узлах в виде токов и наличии нескольких балансирующих узлов. Предложен также алгоритм хранения коэффициентов матрицы собственных и взаимных проводи-мостей узлов Уу в очередях, соответствующих строкам уравнения узловых напряжений.

5. На основе минимума потерь мощности разработана методика и программа для персональной ЭВМ определения мест размыкания сложно-замкнутой городской электрической сети, отличающаяся от известных учетом величины емкостных токов замыкания на землю на секциях шин центров питания. В случае выхода за допустимые пределы токов замыкания на землю .предложены методы перемещения точек деления сети. Показано, что дальнейшего

снижения потерь мощности и величины недоотпуска электроэнергии можно

достичь при работе городской электрической сети по замкнутой схеме.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Короткевич М.А., Римша A.B. Влияние емкостных токов замыкания на землю на выбор рациональных мест деления замкнутой городской электрической сети / Белорус, гос. политехи, акад.- Минск, 1996. - 40 с. - Деп. в ВИНИТИ 18.01.97, № 137-В97.

2. Короткевич М.А., Римша A.B. Выбор рациональных мест деления городской электрической сети с учетом емкостных токов замыкания на землю // Известия Белорусской инженерной академии. - 1997, № 2(4). - С. 52-59.

, 3. Короткевич М.А., Римша A.B. Определение рациональных мест размыкания петлевых И двухлучевых схем городской электрической сети / Белорус, гос. политехи, акад.- Минск, 1996. - 23 с. - Деп. в ВИНИТИ 18.01.97, № 138-В97.

4. Короткевич М.А., Римша A.B. Разработка мероприятий по снижению потерь мощности в сложнозамкнутой городской электрической сети напряжением 6 и 10 кВ // Проблемы энергоресурсосбережения — новые решения: Тез. докл. междунар. семинара,- Мн.: МНПО "БелОТЭК", 1995. - С. 34-35.

5. Короткевич М.А., Римша A.B. Снижение потерь мощности в двухлучевых схемах городской электрической сети Напряжением Ю кВ // Состояние и перспективы развития науки и подготовки инженеров высокой квалификации в Белорусской государственной политехнической академии: Материалы междунар. 51-й научно-техн. конф. В 8 ч. 4.1. - Мн: БГПА, 1995. - С. 28-29.

6. Короткевич М.А., Римша A.B. Улучшение качества электроэнергии у сельскохозяйственных потребителей путем совершенствования эксплуатации распределительной сети // Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в АПК:' Тез. докл. междунар. научно-техн. конф. - Мн: БАТУ, 1997. - С. 138.

7. Римша A.B. Компенсация затрат электросетевого предприятия на выполнение заявок потребителей по отключению отдельных линий электропередачи // Технические вузы — Республике: Матер, междунар. 52-й научно-техн. конф. В 7 ч. Ч 1. - Мн: БГПА, 1997. - С. 39.

РЕЗЮМЕ

Римша Александр Викторович Влипнпе емкостных токов замыкания на землю на выбор рациональных мест деления замкнутой городской электрической сети

Городская электрическая сеть, емкостные токи замыкания, петлевая линия, двухлучёвая лшшя, сложно-замкнутая сеть, потокораспределение.

Объект исследования — городская электрическая сеть напряжением 6-10

кВ.

Цель диссертации — разработка методики и программы для персональной ЭВМ, удобной Для применения непосредственно на рабочем месте диспетчера электрических сетей, определения мест деления сложно-замкнутой городской электрической сети с учетом величины емкостных тОков замыкания на землю линий, подключенных к данной секции шин центра питания.

Разработана методика, алгоритм и программа для персонального компьютера определения рациональных мест размыкания петлевой и двухлучевой схем городской электрической сети, отличающаяся от известных учетом резервных трансформаторов на двух- и трехтрансформаторных подстанциях и секционного разъединителя между секциями шин 6-10 кВ трансформаторных подстанций городской сети.

Предложены упрощенные способы нахождения мест деления электрической сети по критерию минимума потерь мощности, отличающиеся тем, что потокораспределение определяется решением системы линейных алгебраических уравнений при учете величины емкостных токов замыкания на землю всех линий, подключенных к данной секции шин центра питания. Предложены методы перемещен™ точек деления сети, обеспечивающие приемлемое значение тока замыкания на землю.

Разработанные программы прошли апробацшо применительно к электрическим сетям одного города. Они позволяют оперативно производить выбор мест нормальных разрывов при аварийном или преднамеренном отключении какого-либо из участков сети. Компьютерные программы, разработанные на основании предложенных в диссертации методов, полностью готовы к использованию и используются'в работе предприятия электрических сетей.

Методики, предложенные в диссертационной работе, используются при дипломном проектировании студентами специальности 10.02 "Электроэнергетические системы и сети" Белорусской государственной политехнической академии.

Область применения результатов диссертации — электроэнергетика и, в частности, городские электрические сети.

РЭЗЮМЭ

Рымша Аляксандр В1ктарав1ч Уилыу бмктых токау замыкания на зямлю па выбар рацыяиальных месцау дзялення замкнутай гарадской элекгрычнай сетм

Гарадская электрычная сетка, См1стыя тою замыкания, петлявая линя, двухпрамянёвая лш1я, складана-замкнутая сетка, патокаразмеркаванне.

Аб'ект даследавання — гарадская электрычная сетка напружаннем 610 кВ.

Мэта дысертацьп — распрацоука методыш 1 праграмы для персаналь-най ЭВМ, зручнай для ужыпання непасрэдна на працоуным месцы дыспетча-ра электрычных сетак, вызначэння месцау дзялення складана-замкнутай гарадской элекгрычнай сеты з ушкам вел!чыш См1етых токау замыкания на зямлю линй, падключаных да дадзенай секцьп шын цзтггра сшкавання.

Распрацавана методика, алгарытм 1 праграма для персанальнага камп'ютэра вызначэння рацыяиальных месцау размыкания петлявой 1 двух-прамянёвай схем гарадской элекгрычнай сеты, якая адрозшваецца ад вядомых умкам рэзервовых трансфарматарау на двух- 1 трохтрансфарматарных падет анцыях 1 секцыйнага раз'яднальшка памЬк секцыям1 шын 6-10 кВ транс-фарматариых падстанцый гарадской села.

■ Прапанаваныя спрошчаныя спосабы знаходжання месцау дзялення элекгрычнай сети па крытэрыю мпнмуму страт магутнасщ, якЫ ад-розшваюцца тым, нгго патокаразмеркаванне вызиачаецца рашэннем Ыстэмы лшейных алгебра!чных урауненняу пры Улшу вел1чыш 2м1стых токау замыкания на зямлю 5?С1х Л1ШЙ, падключаных да дадоенай секцьп шын цэнтра сшкавання. Прапанаваныя мегады перамяшчэння кропак дзялення сети, ямя забяспечваюць прьшальнае значэние тока замыкания на зямлю.

Распрацаваныя Праграмы прайиш апрабацыю у прымяненш да элек-трычных сетак аднаго горада. Яны дазвапяюць аператыуна праводзщь выбар месцау нармальных разрыва^ пры аварийным щ наумысным адключэши якого-небудзь з участкау сетю. Камп'югэрныя праграмы, распрацаваныя на аснове прапанаваных у дысертацьп метадау, цапкам гаговыя да ужывання I Ужываюцца у рабоце лрадпрыемства электрынных сетак.

Методом, прапанаваныя у дысертацьп, выкарыстоуваюцца пры дып-. ломным праектаванн1'студэнтам1 спецыяльнасщ 10.02 "Электраэнергетычньш с1стэмы 1 сети" Беларускай дзяржаунай полггэхшчнай акадэмн.

Галша выкарыстання вышкау дысертацьп — электраэнергетыка ¡, у прыватнасц], гарддсмя электрычныя сеты.