12.5. Мероприятия по изменению схемы сети с целью снижения потерь электроэнергии

Экономически целесообразный режим работы трансфор- маторов на подстанциях относится к эффективным меро- приятиям по снижению потерь электроэнергии.

На подстанциях, от которых питаются потребители I и II категорий надежности, а также на районных под- станциях энергосистемы, как правило, устанавливаются два и более трансформаторов. При этом возможна их раз- дельная и параллельная работа.

При раздельной работе каждый из трансформаторов включается на выделенную секцию шин. При этом снижа- ются токи короткого замыкания за трансформаторами, что облегчает работу оборудования и коммутационных аппа- ратов. Однако такой режим работы трансформаторов ме- нее экономичен по сравнению с режимом параллельной их работы.

Наиболее экономичный режим соответствует нагрузке трансформаторов, пропорциональной их номинальной мощ- ности. Экономическое распределение нагрузок между па- раллельно работающими трансформаторами наступает в том случае, если их параметры одинаковы. К сожалению, на практике не удается достигнуть такого положения, что- бы на каждой подстанции трансформаторы были однотип- ными. Допускается параллельная работа разнотипных трансформаторов, если отношение их мощностей не более 1:3, напряжения короткого замыкания отличаются не бо- лее чем на 10%, напряжения ответвлений - не более чем на 0,5 % и группы соединений обмоток одинаковые. При этом нагрузка трансформаторов будет несколько отли- чаться от экономической из-за появления уравнительных токов [22].

При минимумах суточного и годового графиков нагру- зок часть трансформаторов целесообразно отключить. При этом, если подстанция питает потребителей 1 категории, при отключении одного из трансформаторов должен быть пре- дусмотрен автоматический ввод резерва.

Рассмотрим условие отключения части трансформато- ров. Потери мощности в трансформаторе Р_т складыва- ются из переменных потерь, зависящий от нагрузки (по- терь в обмотках трансформатора), и постоянных потерь, не зависящих от нагрузки (потерь в стали трансформато- ра). При больших нагрузках потери мощности в обмотках намного больше потерь в стали трансформатора, а при малых нагрузках возможно обратное.

Рассмотрим подстанцию с k параллельно работающи- ми трансформаторами (однотипными). Потери мощности в k трансформаторах

P_т=P_x+(12.54)

где P_x — потери холостого хода трансформатора; Р_н - потери короткого замыкания.

Изменяя S, построим зависимости Р_т = f(S) для раз- ного числа работающих трансформаторов (рис. 12.9). Из

Рис. 12.9. Зависимость потерь мощ- ности от нагрузки и числа транс- форматоров

графика видно, что при изменении нагрузки от нуля до S₁ целесообразна работа одного трансформатора. При на- грузке в пределах от S₁ до S₂ экономически выгодна рабо- та двух трансформаторов. При увеличении нагрузки сверх S₂ следует включить третий трансформатор.

Нагрузка S, при которой целесообразно отключать один из трансформаторов, определяется условием равенст- ва потерь мощности при k и k-1 трансформаторах. Поте- ри для k-1 трансформаторов

P_т = (k-1) P_x+(12.55)

Граница интервалов находится как точка пересечения кривых для k и k-1 трансформаторов. Находим граничную мощность:

(12.56)

Условие включения k+1 трансформаторов запишется аналогично:

(12.57)

Подставляя в (12.56) и (12.57) вместо k последователь- но снижаемые на единицу значения, получаем ряд значений S, при которых целесообразно отключение очередного транс- форматора. Как правило, подстанции являются двухтранс- форматорными, в связи с чем определяется лишь одно зна- чение, при котором целесообразно отключение одного из двух трансформаторов.

При k разнотипных трансформаторах для определения программы их отключения при снижении нагрузки произ- водят расчеты потерь мощности в трансформаторах при за- данных значениях нагрузки для случаев работы всех транс- форматоров и отключении каждого из них поочередно.

Размыкание контуров в питающих и распределительных сетях. В § 12.3 рассматривалось снижение влияния неодно- родности сети при помощи линейных регуляторов (ЛР) с продольно-поперечным регулированием. При отсутствии таких ЛР (на их установку требуются значительные капи- таловложения) для снижения потерь электроэнергии воз- можно принудительное изменение потокораспределения пу- тем размыкания замкнутой питающей или распределитель- ной сети. В данном случае необходимо определить, в каком месте следует размыкать сеть, чтобы потери активной мощ- ности были минимальны. В питающих сетях недостатком такого мероприятия является понижение надежности. По- этому предварительно надо решить вопрос о допустимости такого размыкания с точки зрения надежности электро- снабжения и режимов напряжения.

В соответствии с изложенным в § 12.3, экономическое распределение мощностей определяется в сети только с r. Размыкание сети производится в точках токораздела, полу- ченных при расчете схемы только с r. Иногда точки раздела получаются различными для активной и реактивной мощ- ностей. В этом случае необходимо сравнить потери при раз- мыкании в каждой из них и выбрать наилучшую.

Если элементы рассматриваемого контура не входят в другие контуры (например, две части системы связаны линиями 500 и 220 кВ, работающими параллельно), то мож- но не определять экономическое распределение. В этом слу- чае проводят несколько расчетов при различных точках размыкания и выбирают вариант с меньшими потерями.

Переключения в схеме 110кВ и выше могут осущест- вляться в связи с сезонными изменениями нагрузки, а также при выводе некоторых линий и генераторов в ремонт. В этом случае могут возникнуть различные варианты питания по- требителей по оставшимся в работе элементам. Наилучший вариант выбирается исходя из сравнения потерь электро- энергии, вычисленных при различных вариантах питания потребителей. Эксплуатация распределительных сетей 35 кВ и ниже осуществляется, как правило, по разомкнутым схе- мам. Для обеспечения надежного и бесперебойного электро- снабжения предусматривается резервирование распредели- тельных линий с помощью резервных перемычек и средств автоматики. Для этих сетей очень важна задача выбора оп- тимальных точек размыкания сети.

Для осуществления экономичных разомкнутых режимов распределительной сети с наименьшими потерями ежегод- но, до наступления осенне-зимнего максимума нагрузки, или даже несколько раз в год персоналом электросети разраба- тывается так называемая нормальная схема эксплуатации с четко определенными точками размыкания контуров и ус- ловиями работы устройств релейной защиты и автоматики.

Размыкание более эффективно в городских сетях, чем в сельских. В городских сетях графики коммунально-быто- вой нагрузки меньше зависят от сезона и точки размыкания имеют более постоянный характер. В сельских сетях на- грузка имеет явно выраженный сезонный график и точки размыкания надо изменять каждый сезон, а иногда и чаще. Специально разработанные для ЭВМ программы определе- ния точек размыкания в распределительных сетях нашли широкое применение в эксплуатационной практике.

В § 12.3 указано, как выбирать точки размыкания кон- туров, используя программу оптимизации режима сети по U, Q, и n без учета дискретности. Применяются также алго- ритмы определения точек размыкания, которые учитывают дискретный характер задачи.

К изменениям схем сети относится и строительство но- вых линий и подстанций. Ввод в эксплуатацию новых линий и подстанций осуществляется с целью разгрузки существу- ющих сетей или присоединения к энергосистеме новых по- требителей электроэнергии. Снижение потерь в сетях при этом является, как правило, сопутствующим эффектом.