Диссертация Акимжанов

51

2.1.4. Суммарные коэффициенты искажения синусоидальности токов

Как было отмечено в первой главе диссертации, показателями искажения синусоидальности тока являются суммарные коэффициенты искажения и коэффициенты гармонических составляющих тока. Причем, первое является результатом суммирования вторых.

Вотличие от напряжений, искажения синусоидальности тока в электрических сетях не нормируются ГОСТ. В то время как эти искажения являются причиной многих неблагоприятных последствий, таких как искажения кривых напряжений, добавочные потери и др.

Вэлектрических сетях коэффициенты несинусоидальности токов могут достигать весьма высоких значений. На рисунке 2.7. представлен пример,

иллюстрирующий суточные изменения суммарного коэффициента искажения синусоидальности тока.

Рисунок 2.7. График суточного изменения коэффициента искажения синусоидальности тока в линии «ГПК-146», присоединенной к шинам 110 кВ подстанции «Георгиевка» филиала МРСК Сибири – «Бурятэнерго»

Из рисунка видно, что суммарный коэффициент искажения синусоидальности тока носят случайный характер в течение суток. Так же они имеют как максимальные, так и минимальные уровни в течение периода наблюдения. Их минимальные уровни можно расценивать как физически возможный потенциал улучшения качества электроэнергии. Для выявления

53

2.2. Анализ режимов электрических сетей 110 кВ МРСК «Сибири» и «Юга» России на соответствие стандарту качества электроэнергии по несинусоидальности и несимметрии

На сегодня в практике регулирования режима электроэнергетической сети ограничиваются контролем лишь отклонения напряжения и частоты и принято считать, что при их удовлетворительном состоянии режим является эффективным. При этом не уделяется внимание несинусоидальности и несимметрии напряжений и токов. Постоянный рост энерговооружённости,

сопровождающийся увеличением доли нелинейных нагрузок и ухудшением качества электроэнергии при транспортировке по электрическим сетям, повышает требования к контролю её качества.

Искажения синусоидальности и несимметрия напряжений и токов в ЭС вызывают ряд негативных последствий, таких, например, как: увеличение потерь электроэнергии в процессе ее транспортировки, ухудшение функционирования систем релейной защиты и автоматики, телемеханики и связи, сокращение срока службы силового электрооборудования сетей и, как следствие, ухудшение технико-экономических показателей ЭС. В этой связи в ЭС всех стран уровень высших гармоник и несимметрии напряжения нормируются. Согласно [12, 23, 67]

добавочные потери электроэнергии от несинусоидальности и несимметрии считаются незначительными при соответствии качества электроэнергии по указанным показателям стандарту КЭ. Измерения показывают другое, и это определяет необходимость обзора реального состояния режимов на соответствие ГОСТ.

ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [17] предписывает нормирование КЭ в точках передачи электрической энергии пользователям электрических сетей.

Вместе с тем, границы раздела балансовой принадлежности ЭС имеют место практически на всех подстанциях высокого, среднего и низкого классов

54

напряжения, где необходимо контролировать уровни несинусоидальности и несимметрии. «Отравление» ЭС высшими гармониками часто происходит из-за систем электроснабжения с источниками высших гармоник, а также из-за нелинейностей и резонансных явлений в элементах ЭС.

Реальный уровень искажений режимов ЭС гармониками высшего порядка в настоящее время не известен. Для восполнения этого пробела в данной главе решается задача – оценить режимы работы ЭС напряжением 110 кВ на соответствие требованиям ГОСТ Р 54149-2010 по несинусоидальности и несимметрии напряжения.

В период 2009–2012 гг. сотрудниками РЦР ЭНИН произведены измерения параметров электропотребления в электрических сетях 110 кВ некоторых предприятий МРСК Сибири и Юга. Большинство измерений были проведены на высокой стороне подстанций 110/35/10-6 кВ. Эти данные были положены в основу анализа.

2.2.1. Методика анализа

Параметры электропотребления измерены портативными анализаторами электропотребления AR.5 в соответствии с ГОСТ Р 53333-2008 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [16]. Полученная информация позволяет произвести оценку КЭ в пунктах измерения.

Согласно ГОСТ Р 54149-2010 [17], показателями КЭ, характеризующими несинусоидальность напряжения, являются: а) коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения; б) коэффициенты гармонических составляющих напряжения. Несимметрия напряжений в трехфазных трехпроводных электрических сетях характеризуется коэффициентом несимметрии по обратной последовательности.

Уровни указанных показателей оцениваются как нормально допустимые и предельно допустимые. Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения в

55

точках общего присоединения к электрическим сетям с номинальным напряжением 110 кВ равны 2,0 % и 3,0 %, соответственно. Нормально допустимые значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения в точках общего присоединения к трехфазным трехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 110 кВ приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения трехфазных трехпроводных сетей при Uном=110 кВ, в процентах

где KU(n)норм - нормально допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, определяемое по таблице 2.3.

56

Несимметрия напряжений по обратной последовательности также имеет нормально и предельно допустимые уровни, значения которых 2% и 4%

соответственно.

Таким образом, измеренные значения рассматриваемых параметров можно отнести в один из трех разрядов:

нормально допустимые значения;

предельно допустимые значения;

значения, превышающие предельно допустимые.

По стандарту все без исключения зафиксированные измерения должны входить в разряд предельно допустимых значений, из которых не менее 95%

зафиксированных значений должны входить в разряд нормально допустимых. В

случае выполнения этих условий режим ЭС считается эффективным.

Руководствуясь этими соображениями, для выяснения фактической степени соответствия качества электроэнергии в ЭС 110 кВ МРСК Сибири и Юга, был использован следующий методический приём:

из общего количества обследованных присоединений выделена доля (%)

с низким показателем КЭ (они представляют наибольший интерес для решения поставленной в работе задачи);

измеренные значения, попавшие в эту долю, «рассортированы» по трём

названным выше разрядам.

Следует отметить, что в распределении коэффициентов гармонических составляющих учтены результаты измерений по всем обследованным присоединениям, т.к. предварительный анализ показал, что коэффициенты гармонических составляющих напряжения практически никогда не соответствуют нормативным уровням.

2.2.2. Основные результаты

В качестве примера на рисунке 2.9 представлено распределение коэффициентов искажения синусоидальности напряжений в присоединениях ЛЭП распределительной сети 110 кВ филиала ОАО МРСК Сибири – «Бурятэнерго».

Суточные измерения были выполнены в 33 присоединениях ЛЭП суммарной

57

длиной 1018 км. Количество измерений, выполненных с интервалом 150 с,

составляет 54927.

Во всех обследованных присоединениях ЭС ОАО «Бурятэнерго» качество напряжения по коэффициенту искажения синусоидальности не соответствует нормативному, и поэтому в диаграмму включены результаты абсолютно всех измерений. Данные оценки в соответствии с методикой исследований представлены в таблице 2.4.

Рисунок 2.9. Распределение коэффициентов искажения синусоидальности напряжений в электрической сети 110 кВ ОАО «Бурятэнерго»

Как видно из диаграммы, только 20,91 % коэффициентов искажения синусоидальности напряжения укладываются в разряд нормально допустимых значений, в то время как по стандарту их доля должна составлять, как минимум,

95 %. В предельно допустимые значения входят 34,91 % (должно быть не более

5 %) полученных значений коэффициентов искажения синусоидальности и

44,18 % (должно быть 0 %) превышают предельно допустимые границы. В

таблице 2.4 представлены также оценки коэффициентов искажения синусоидальности для некоторых обследованных ЭС 110 кВ МРСК Сибири и Юга.

В последние три колонки таблицы 2.4 помещены распределения коэффициентов искажения синусоидальности напряжений, полученные обработкой результатов измерений лишь по тем узлам, в которых частость превышения нормативных уровней не соответствует ГОСТ. Исключение сделано для ЭС ОАО «Кузбасэнерго». Для него значения коэффициентов искажения

58

синусоидальности напряжений соответствуют нормам стандарта, и поэтому во всех колонках таблицы указывается 0.

Таблица 2.4

Распределение коэффициентов искажения синусоидальности в ЭС 110 кВ некоторых предприятий МРСК Сибири и Юга

Интересно отметить, что на предприятии ОАО «Волгоградэнего» из 24

обследованных присоединений, в 4 (17%), принадлежащих низкой стороне подстанции 220/110 кВ Ростовского предприятия МЭС, режимы не соответствуют нормам стандарта по несинусоидальности. Это позволяет предположить, что высшие гармоники в сети 110 кВ попадают из сетей напряжением 220 кВ.

По результатам исследования коэффициентов искажения синусоидальности нельзя делать однозначных выводов о характере несинусоидальности в сетях.

Можно судить лишь об общей картине. Например, в ОАО «Кузбасэнерго»

59

режимы всех обследованных присоединений соответствуют уровням требований ГОСТа по коэффициенту искажения синусоидальности, однако часто режимы не соответствуют нормативному по коэффициентам гармонических составляющих

(поэтому последние суммированы по всей энергосистеме и обобщены в виде распределения коэффициентов гармонических составляющих). На рисунке 2.10

представлена гистограмма, характеризующая распределение коэффициентов нечетных гармонических составляющих напряжений, кратных трём, на предприятии ОАО «Бурятэнерго».

Рисунок. 2.10. Распределение коэффициентов нечетных гармонических составляющих напряжений (кратных трем) в электрической сети 110 кВ ОАО

«Бурятэнерго»

На гистограмме можно видеть, что практически все нечетные гармоники,

кратные 3, всегда превышают установленные ГОСТом нормально допустимые уровни.

Такие же диаграммы для нечетных гармоник некратных трем и четных гармоник представлены на рисунках 2.11 и 2.12.

60

Рисунок 2.11. Распределение коэффициентов нечетных гармонических составляющих напряжений (не кратных трем) в электрической сети 110 кВ ОАО

«Бурятэнерго»

Частости превышения норм стандарта гармониками 11 и 13 порядка, с

которыми часто ведется борьба в системах электроснабжения, хоть и не входят в достаточном количестве в нормальные пределы для выполнения условий стандарта, тем не менее, они находятся почти на удовлетворительном уровне.

В связи с низкими требованиями к уровням четных гармонических составляющих, часто имеют место превышения нормативных уровней. Вместе с тем, как видно из таблицы 2.3, требования к уровням четных гармоник от 6 и

выше одинаково и равно 0,2. Учитывая данный факт, можно проследить закономерности в измерении уровней высших гармоник. Так, видно, что их уровень превышения нормативного значения изменяется волнообразно: пики,

имеющих место двух волн, приходятся на 12 и 28-32 гармоники.

В таблице 2.5 обобщены результаты подобных исследований других энергосистем.