ВОПРОСЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
1. Общие сведения
Электрические сети являются частью энергетической системы. Поэтому экономичность работы электрических сетей существенно влияет на экономичность работы энергетических систем. Например, снижение потерь мощности в сетях систем нашей страны на 1% высвобождает более 160 Мвт установленной мощности электростанций, которая может быть использована для питания дополнительных потребителей. Снижение на 1% потерь электроэнергии даст ежегодную экономию электроэнергий более 0,7 млрд, кВт-ч, что в свою очередь приведет к значительной экономии топлива на электростанциях. При наличии протяженных электрических сетей изменение потерь мощности в них влияет на экономическое распределение мощностей между электростанциями системы. Учет электрических сетей при этом позволяет корректировать экономическую загрузку электростанций.
Вопросы учета электрических сетей при оптимизации рабочих режимов в энергетических системах рассматриваются в специальных курсах [Л. 24 и др.]. Ниже кратко рассмотрены некоторые возможные пути повышения экономичности работы электрических сетей* при их эксплуатации.
В существующих электрических сетях при наличном оборудовании основное внимание приходится обращать на снижение потерь мощности и энергии в элементах сети при выполнении всех технических требований. При этом следует иметь в виду, что около 67—70% потерь электроэнергии в сетях систем приходится на потери в сетях напряжением 10 кВ и ниже. В то же время в провода и кабели этих сетей вложена значительная часть всего цветного металла, затраченного в сетях. В связи с этим возможное снижение потерь мощности и энергии в сетях указанных напряжений является весьма важным.
*Вопросы повышения экономичности работы энергетических систем здесь не рассматриваются.
При заданной передаваемой активной мощности величину нагрузочных потерь мощности в линиях и обмотках трансформаторов можно снизить путем повышения уровня напряжения сети и уменьшения величины передаваемой реактивной мощности. Последнее может быть обеспечено за счет рационального использования установленных КУ (см. § 6-7). В линиях электропередачи сверхвысокого напряжения при плохой погоде потери на корону могут в ряде случаев превышать нагрузочные потери. В этих случаях может оказаться целесообразным несколько снизить уровень напряжения, что приведет к снижению суммарных потерь в линии. Таким образом, изменение уровня напряжения в сети влияет на величину потерь в них.
В режимах малых нагрузок потери холостого хода в трансформаторах могут превышать нагрузочные потери. В связи с этим возникает вопрос об экономической целесообразности отключения части трансформаторов в режимах малых нагрузок. Аналогичные вопросы возникают и при работе других агрегатов: СК, генераторов и т. п.
В существующих электрических системах часто встречаются замкнутые электрические сети различных напряжений (например, 110 и 220 кВ), связанные трансформаторами и автотрансформаторами. В этих неоднородных замкнутых сетях в ряде случаев возможно снизить потери мощности и энергии путем применения специальных мероприятий.
Рассмотрим указанные вопросы подробнее.
2. Повышение экономичности работы неоднородных замкнутых сетей
По мере развития электрических систем и увеличения числа трансформаций все чаще встречаются случаи параллельной работы электрических сетей разных номинальных напряжений. В настоящее время нередки случаи параллельной работы сетей 110, 220, 330 и 500 кВ. Такие сети отличаются большей или меньшей неоднородностью: отношения реактивного сопротивления к активному Е=х/г для их ветвей имеют разные значения. В этих условиях возникают некоторые нежелательные явления. Проиллюстрируем это положение на упрощенном примере. На рис. 7-1 изображена принципиальная схема неоднородной замкнутой сети, состоящей из линии напряжением 220 кВ, с обеих сторон соединенной трансформаторами с линиями сети 110 кВ. Примерные отношения реактивного сопротивления к активному для отдельных элементов рассматриваемой неоднородной сети указаны на схеме. Основной нагрузкой сети является нагрузка Н1\ нагрузки Н2 и НЗ имеют существенно меньшие значения мощности.
Рис. 7-1. Принципиальная схема неоднородной замкнутой сети напряжением 110-220 кВ.
Линия 220 кВ имеет значительно большую пропускную способность, чем сеть 110 кВ. Поэтому основная часть нагрузки Н1 должна была бы получать электроэнергию по линии 220 кВ.
Однако в соответствии с законом «естественного» распределения нагрузок в неоднородной замкнутой сети распределение мощности в ней происходит по полным сопротивлениям Z (см. (2-33)]. Это оказывается ненеэкономичным. Часть сети более высокого напряжения (220 кВ) недогружается, а часть сети с менее высоким напряжением (110 кВ) перегружается. В связи с этим условия нагрева проводов сети 110 кВ ограничивают пропускную способность всей сети. Таким образом пропускная способность всей неоднородной сети оказывается сниженной. В ряде случаев это снижение может достигать 25% и более (Л. 29].
Помимо снижения пропускной способности неоднородной сети она обладает еще одним существенным недостатком: передача мощности по ней происходит при увеличенном значении потерь активной мощности и энергии по сравнению с условиями в однородной сети. Наименьшими потери активной мощности получились бы, если бы нагрузка распределялась между параллельными ветвями в соответствии с их активными сопротивлениями, а не полными. Это связано с тем, что потери активной мощности определяются активными сопротивлениями. В действительности же активная мощность нагрузки распределяется приблизительно в соответствии с реактивными сопротивлениями |см. (2-38,а)]. Это приводит к увеличению потерь активной мощности, так как ветви с меньшим реактивным сопротивлением в неоднородной сети обладают относительно большим активным сопротивлением. Так, в схеме, представленной на рис. 7-1, увеличение потерь активной мощности может достигать 20%.
Таким образом, возникает задача повышения экономичности работы неоднородной замкнутой сети. Для этого может быть .применено принудительное изменение распределения активной мощности. Могут быть использованы следующие способы.
Деление сети низшего напряжения. Это мероприятие является наиболее простым и не требует значительных затрат. Оно может быть проведено непосредственно в условиях эксплуатации электрической сети. Для повышения надежности электроснабжения подстанций, получающих при этом одностороннее питание, в местах деления сети должны быть установлены устройства АВР.
Деление сети приводит к вынужденному распределению нагрузок в сети низшего напряжения и поэтому снимает ограничения по загрузке сети высшего напряжения. При правильном выборе мест деления снижаются потери активной мощности и энергии в сети низшего напряжения. Однако при этом увеличиваются потери реактивной мощности. Это связано с тем, что при принудительном изменении режима увеличивается нагрузка ветвей с малыми активными и относительно большими реактивными сопротивлениями. Если в сети отсутствует резерв реактивной мощности, то в этом случае может оказаться необходимой установка дополнительных КУ.
Режим напряжений в сети в целом улучшается. Это происходит за счет устранения транзита мощности через сеть низшего напряжения, которая имеет меньшую пропускную способность.
Деление сети целесообразно производить в тех местах, где значения передаваемой активной мощности в экономичном режиме получились сравнительно небольшими —см., например, точку А на схеме рис. 7-1.
В некоторых случаях деление сети низшего напряжения может значительно увеличить эквивалентное сопротивление всей сети, а следовательно, привести к ухудшению условий устойчивости работы системы. Если эти условия являются определяющими при оценке пропускной способности сети, то деление выполнять нельзя. Кроме того, должна быть выяснена возможность применения устройств АВР, т. е. возможность лишь кратковременного перерыва питания некоторых подстанций, а также возможность выполнения самого деления сети при данной схеме ее соединений с учетом величин и размещения нагрузок и схем соединения подстанций.
Включение вольтодобавочных трансформаторов (см. рис. 1-11) с продольно-поперечным регулированием в ветви связи сетей различных номинальных напряжений создает добавочные э. д. с. определенной величины и фазы. Их необходимо изменять в соответствии с изменением рабочего режима сети. Это является определенным недостатком, так как при этом требуются контроль за рабочим режимом и автоматическое управление э. д. с. по условию оптимизации режима. В случае сложной сети, когда должно быть установлено несколько вольтодобавочных трансформаторов, осуществление автоматического управления э. д. с. может вызывать затруднения.
Применение продольно-емкостной компенсации. Обычно она используется в других целях — для улучшения условий устойчивости и повышения пропускной способности линий по этим условиям. При этом одновременно происходит изменение параметров ветвей сети и, в частности, повышение ее однородности, некоторое снижение потерь реактивной мощности за счет генерации реактивной мощности и уменьшения суммарных реактивных сопротивлений элементов сети. Однако эти установки имеют обычно сравнительно высокую стоимость. Поэтому они могут оказаться целесообразными лишь при сравнительно небольшом числе ветвей высшего напряжения.
Выбор наилучшего способа повышения экономичности неоднородных замкнутых сетей производится на основании соответствующих технико-экономических расчетов.
