Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Качество электроэнергии на промышленных предприятиях

Экономический ущерб - Качество электроэнергии на промышленных предприятиях

Оглавление
Качество электроэнергии на промышленных предприятиях
Нормирование качества электрической энергии
Характеристики измененного стандарта на качество
Состояние качества электрической энергии на промышленных предприятиях
Расчет отклонений напряжения
Расчет колебаний напряжения
Экономический ущерб
Ущерб, обусловленный отклонениями напряжения
Ущерб при колебаниях напряжения
Централизованное регулирование напряжения
Местное регулирование напряжения
Рациональное решение схем электроснабжения
Специальные технические устройства для ограничения колебаний напряжения
Снижение уровня высших гармоник
Специальные вентильные преобразователи
Ограничение несимметрии напряжения
Универсальность и многофункциональность методов и средств повышения качества напряжения
Обоснование точности настройки резонансных фильтров
Эксплуатационный контроль ПКЭ

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УЩЕРБ, ОБУСЛОВЛЕННЫЙ ПОНИЖЕННЫМ КАЧЕСТВОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

  1. Учет взаимного влияния показателей качества электроэнергии при расчете ущербов

Взаимное влияние ПКЭ проявляется в различной мере. Несинусоидальность напряжения практически не влияет на остальные показатели. Исключением является случай работы регуляторов напряжения, не защищенных от проникновения высших гармоник; в этом случае увеличиваются погрешности регулирования и как следствие возрастают отклонения напряжения в сравнении с установочными или оптимальными значениями. Из практики известно, что не следует ограничивать реактивную мощность турбогенераторов блок-станций, а также синхронных электродвигателей и специальных быстродействующих синхронных компенсаторов даже при весьма большом уровне гармоник. В последние годы конденсаторы в сетях с нелинейными нагрузками используют в схемах

силовых резонансных фильтров либо в сочетании с защитным реактором и они оказываются вполне совместимыми с другими нелинейными нагрузками. Следовательно, несинусоидальность формы кривой напряжения в сети практически не влияет на значения остальных ПКЭ.
Несимметрия напряжений при значении коэффициентов 4—5% незначительно влияет на изменение гармоник канонических порядков нелинейных нагрузок, а также появляющихся при несимметрии анормальных гармоник. Более существенно на отклонения напряжения влияет ток прямой последовательности основной частоты.
При подключении к шинам подстанции (с SK. 3 и нагрузкой Sn) несимметричной нагрузки, потребляющей токи прямой и обратной последовательностей /, и /2, относительное значение дополнительного отклонения напряженияопределится из выражения
(25)
—фазный угол нагрузки; е* — комплекс коэффициента несимметрии на пряжений, arg е* = (я/2) + arg /2. Это выражение можно дополнительно упростить, приняв амплитудную погрешность до 5% и угловую до 4°:

Дополнительное отклонение напряжения 1-й гармоники прямой последовательности ДК2д, = 0,035, т.е. 3,5%.
Колебания напряжения, как известно, представляются огибающей кривой напряжения, имеющей близкий к периодическому (прокатные станы) или непериодический (электродуговые сталеплавильные печи) характер. В первом случае имеют место амплитудно-модулированные колебания с очень малыми относительными амплитудами боковых частот, во втором случае спектр колебаний является сплошным. При амплитудной модуляции действующее значение напряжения UK снижается в сравнении с напряжением U при отсутствии колебаний:
UK=U (1 — т.),
где tn = (U — U мин)/2 — индекс модуляции;  U мин — минимальное значение напряжения.

2. Функция экономического ущерба

Ущерб, обусловленный электроэнергией пониженного  качества, имеет электромагнитную и технологическую составляющие [28]. Электромагнитная составляющая определяется, в основном, дополнительными потерями активной мощности и сокращением срока службы изоляции электрических машин, трансформаторов, кабелей и конденсаторов. Известно, что при значениях коэффициентов несимметрии, несинусоидальности напряжения, не превосходящих более чем в два-три раза нормированные значения ГОСТ 13109—67, нарушений нормальной работы систем электроснабжения и отдельных элементов их не наблюдается. При колебаниях напряжения, наблюдаемых на практике, аварийные ситуации также не возникают.
Отклонения напряжения и частоты, допустимые согласно нормативам и даже несколько превосходящие их, также не вызывают нарушений электроснабжения потребителей. Поэтому функция экономического ущерба У, вызванного отклонениями ПКЭ от нулевых значений (или в случае отклонений напряжения — от оптимальных), является непрерывной, а также дифференцируемой. Такие функции можно представить степенным рядом. Например,, дополнительные потери мощности при несинусоидальности и несимметрии напряжений определяются квадратом напряжения гармоник и напряжения обратной последовательности (коэффициента несимметрии). Сокращение срока службы изоляции в результате дополнительного нагрева, определяемого этими потерями, описывается степенной функцией.
Учитывая обоснованную выше оценку взаимного влияния ПКЭ, можем представить в общем виде функцию экономического ущерба для случая, когда в электрической сети имеют место отклонения, колебания, несимметрия и несинусоидальность напряжения. Если режим работы сети стабильный и все ПКЭ неизменны во времени, ущерб при отклонениях напряжения в н-м узле сети
(26)
где aQs — коэффициент степенного полинома, характеризующего ущерб УЦ(; k — число учитываемых видов электрооборудования. В выражении (26) можно ограничиться членами с q = 0, 1, 2. Приращение функции ущерба ДУуг при изменении показателей качества в символической форме представляется выражением
(27)
В выражении функции (27) можно ограничиваться членами с q — — 3 и принимать Р = 2.
Функция ущерба, обусловленного колебаниями напряжения при регулярном характере их,
где т — глубина модуляции.
Расчеты подтверждают, что величиной ущерба, обусловленного дополнительным снижением напряжения из-за колебании, можно пренебречь.
Функции ущерба при несимметрии Ун и несинусоидальности yvi:
где смысл gE; gv, P?s и aVQ (v) — тот же, что и a„gw и Другие в выражении (26). Запись avq (v) означает зависимость этого коэффициента от номера гармоники.
Практически при определении значений Уч и yvi достаточно ограничиться членами с q = 2, при расчете приращений этих функций — членами с q — 3. Суммарное значение ущерба в сети с числом узлов W
На крупных металлургических, машиностроительных, химических предприятиях, целлюлозно-бумажных комбинатах значения ущерба, обусловленною наличием отклонений, колебаний, несимметрии и несинусоидальности напряжения составляют несколько сотен тысяч рублей в год. Это свидетельствует о безусловной экономической целесообразности улучшения качества электроэнергии. Ущерб, вызываемый технологическими факторами, определяется, в основном, отклонениями напряжения от оптимальных значений, различных для конкретных электротехнологических установок и агрегатов. Технологическая составляющая ущерба при несимметрии и колебаниях напряжения определяется, в первую очередь, обусловленными ими дополнительными отклонениями напряжения. Несинусоидальность напряжения при наличии фильтрующих цепей в составе устройств релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи не приводит к появлению ущерба.
Производительность П различного рода электротехнологических установок (электродуговые, ферросплавные печи, печи электродных заводов, электролитические ванны и т. п.) связана с уровнем полезного напряжения U (напряжение на дуге, на электродах):

где k и р — постоянные коэффициенты, зависящие от вида производства.

Эта функция является непрерывной и дифференцируемой. Производительность станков и других механизмов, обусловленных асинхронным электроприводом, также выражается непрерывными и дифференцируемыми функциями.
В связи с этим технологическую составляющую ущерба Угв, обусловленную наличием стабильных отклонений напряжения от оптимальных значений для сети с числом узлов W, можно представить в виде линейной суммы:

Во всех случаях неучет членов разложения порядков q > 3 приводит к погрешности в определении ущерба, не превышающей 5%, что позволяет пренебречь ими. В равной мере это относится и к приращениям функции ущерба ДУгл.
Удельные ущербы, т. е. ущербы, определяемые единичными значениями показателей качества, относительно невелики и существенно зависят от схемы электроснабжения, состава нагрузок и режима их работы. Обычно значение ущерба при пониженном качестве электроэнергии на единицу коэффициента несимметрии для различных предприятий находится в пределах 500—2000 руб. При несинусоидальности напряжения (Кнс = 2—4%), характеризуемого гармоническим коэффициентом ущерба Л= 0,1 * 10 ~3, удельный ущерб составляет 200—1500 руб. Наибольшим оказывается удельный ущерб, обусловленный отклонениями напряжения от оптимального значения. Электромагнитная составляющая ущерба находится в пределах 750—3000 руб., а технологическая—1000—  10 000 руб.
Экономический ущерб определяется, в основном, квадратом отклонения того или иного ПКЭ от оптимального (или нулевого) значения. При относительном уменьшении показателя качества q на величину k вследствие применения средств улучшения качества электроэнергии ущерб

где р — удельный ущерб, определяемый единичным значением показателя q.
Приращение функции ущерба ДУ связано с относительным изменением показателя. Из последнего
выражения следует, что при малых значениях показателей качества (k -> 1) изменение этих показателей не приводит к существенному изменению ущерба. Сказанное справедливо и в случае, если учитывается взаимосвязь показателей качества. Небольшие изменения показателей качества в диапазоне их максимальных значений (k — 0) приводят к значительным изменениям функции ущерба.

Отклонения напряжения из всех ПКЭ вызывают наибольший ущерб. Рассмотрим этот вопрос для чувствительных к отклонениям напряжения ЭП.



 
« Исследование электрической прочности высоковольтных вакуумных дугогасительных камер после бестоковой коммутации   Кварценаполненные взрывобезопасные шахтные трансформаторы и подстанции »
электрические сети