Инжиниринг

Современные методы расчёта реактивной мощности в системах электроснабжения (СЭС) с электродвигательной нагрузкой предполагают применение упрощённых эквивалентных электрических схем. При наличии переходных процессов в системе электроснабжения, вызванных изменением нагрузок электрических машин, использование распространенных методик становится проблематичным из-за возможности появления неконтролируемых погрешностей расчетов. Естественным путем решения проблемы является использование интегрированных моделей СЭС.

В связи с проведением реформ в электроэнергетике возникло большое количество территориальных сетевых организаций, оказывающих потребителям услуги по транспорту электрической энергии. Старение объектов сетевой инфраструктуры приводит: • К значительным перегрузкам линий электропередачи и электрооборудования. • Увеличению количество аварий. • Отказов и ремонтов оборудования. Все это в свою очередь создает неоптимальные режимы работы сетей и рост технических потерь, угрозу энергетической безопасности региона. Перед собственниками объектов сетевого хозяйства встает вопрос об определении элементов сети, требующих первоочередного вложения средств на реконструкцию и модернизацию. Ввиду различия паспортных данных и фактических параметров электрооборудования представляет интерес введение корректирующих коэффициентов: • Для увеличения точности расчета потерь электроэнергии. • Учитывающих износ электрооборудования. • Ухудшение свойств контактных соединений. • Изменение конфигураций участков линий электропередачи в течение длительной эксплуатации и т. д.

В современных условиях дефицита энергетических ресурсов все более важную роль на промышленных предприятиях приобретают проблемы энергосбережения. Принятый Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...» и Энергетическая стратегия России на период до 2030 года призваны обеспечить реализацию на промышленных предприятиях потенциала организационного и технологического энергосбережения. В настоящее время потенциал энергосбережения в промышленности составляет 13-15 % от общего объема электропотребления. При этом значительная его часть обусловлена высокими потерями электроэнергии в промышленных электрических сетях. В связи с этим важным направлением энергосбережения на промышленных предприятиях является снижение потерь электроэнергии в электрических сетях. Проведение мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях промышленных предприятий позволит не только в значительной степени реализовать указанный потенциал энергосбережения, но и получить существенную экономию энергетических ресурсов за счет сокращения объемов непроизводительного расхода электроэнергии.

В соответствии с действующей нормативной документацией все болты, винты, гайки и другие крепежные детали, применяемые в частях оболочек взрывозащищенного электрооборудования, должны быть предохранены от самопроизвольного ослабления способом, оговариваемым в технической документации. Таким способом в отечественном и зарубежном взрывозащищенном электрооборудовании признано применение разрезных пружинных шайб (прежнее название - шайбы Гровера). Отсутствие или поломка разрезных пружинных шайб (далее РПШ) приводит в ряде случаев к невозможности обеспечить плотное прилегание взрывозащитных поверхностей взрывонепроницаемых соединений. В соответствии с «Инструкцией по осмотру и ревизии рудничного взрывобезопасного электрооборудования» его эксплуатация при неполной затяжке хотя бы одного болта или другого крепежного элемента запрещена. Таким образом, отсутствие или поломку РПШ хотя бы у одной крепежной детали взрывонепроницаемого соединения можно считать повреждением средств взрывозащиты (СВЗ) этого электрооборудования. Анализ состояния средств взрывозащиты рудничного взрывозащищенного электрооборудования (далее РВЗЭО) на шахтах Кузбасса показал, что на повреждения РПШ приходится 28 % всех зарегистрированных повреждений СВЗ РВЗЭО.

На промышленных предприятиях большинство электроприемников наряду с активной мощностью потребляет также и реактивную. К основным промышленным потребителям реактивной мощности относятся: • Асинхронные двигатели. • Силовые трансформаторы. • Преобразовательные установки и т. п. Вместе с тем наличие значительных перетоков реактивной мощности в электрических сетях увеличивает потери электроэнергии, снижает пропускную способность электрических сетей, а также оказывает существенное влияние на режимы напряжения. Для снижения перетоков реактивной мощности в электрических сетях должна осуществляться компенсация реактивной мощности. С этой точки зрения, компенсация реактивной мощности может рассматриваться как эффективное направление энергосбережения на промышленных предприятиях.

Вопросы энергосбережения приобретают в настоящее время все большую значимость. На их решение направлены многочисленные обращения и указы Президента Российской Федерации, постановления Правительства Российской Федерации, и в том числе Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» [1]. В данном аспекте снижение потерь электроэнергии в электрических сетях, возникающих при ее передаче и распределении, является актуальной, практически значимой задачей, необходимость своевременного решения которой обусловлена различными техническими и экономическими причинами. Поскольку угольные разрезы относятся к сложным энергоемким потребителям электрической энергии, то снижение потерь электроэнергии в электрических сетях разрезов позволит не только снизить их энергоемкость, но и в значительной степени реализовать потенциал энергосбережения, имеющийся на сегодняшний день в угольной промышленности, и обеспечить существенную экономию энергетических ресурсов. Значительное влияние на формирование величины технологических потерь электроэнергии в электрических сетях оказывают перетоки реактивной мощности.

Основными потребителями электрической энергии являются промышленные предприятия. Ими используется около 60 % от общего объема электроэнергии, вырабатываемой энергосистемой. Однако, несмотря на достаточно высокий уровень электропотребления, энергетическая эффективность российских предприятий остается крайне низкой, а их энергоемкость в 2-3 раза превышает энергоемкость аналогичных зарубежных предприятий. Причиной этого во многом являются: • Общий спад промышленного производства, наблюдаемый в России в последние десятилетия, и вызванное им снижение уровня загрузки электрооборудования, в результате чего на промышленных предприятиях сложилась ситуация, при которой системы электроснабжения эксплуатируются не в номинальном режиме. • Нерациональная эксплуатация и снижение уровня загрузки электрооборудования приводят к увеличению потерь электроэнергии в промышленных электрических сетях и, как следствие, к дополнительному, не вызванному потребностями производства расходу электрической энергии. • Кроме того, значительная часть потерь электроэнергии в промышленных электрических сетях обусловлена перетоками реактивной мощности, что свидетельствует о низкой степени ее компенсации в месте потребления. Таким образом, за последние десятилетия на промышленных предприятиях создался огромный потенциал энергосбережения. В этой связи актуальной и практически значимой задачей, необходимой для реализации данного потенциала энергосбережения, является рационализация эксплуатации промышленных электрических сетей и электрооборудования.

Статистика показывает, что в летние месяцы при прохождении гроз существенно возрастают потоки отказов в воздушных линиях электропередачи (ВЛ), составляющих основу системы электроснабжения Кемеровской области. В предыдущих статьях отмечено, что отключения воздушных распределительных линий электропередачи при грозах составляют 27-30 % общего числа отключений, вызванных разного рода отказами входящего в ВЛ электрооборудования. Обычно принято считать, что потоки отказов различного электрооборудования обладают: • Свойствами ординарности (когда для любых неперекрывающихся интервалов времени число событий, появляющихся на одном из них, не зависит от числа событий, появляющихся в других интервалах). • Свойствами стационарности (когда вероятностный режим отказов не изменяется во времени). Такие потоки отказов называются пуассоновскими. Наличие этих свойств дает основание применять теорию марковских процессов для описания потока событий и теорию массового обслуживания для планирования ремонтов.

В угольных шахтах, опасных по газу и пыли, основой электрификации производственных процессов служит рудничное взрывобезопасное электрооборудование (РВЗЭО) - взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается как при нормальном режиме работы, так и при признанных вероятных повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме повреждений средств взрывозащиты (СВЗ). Из этого определения (ГОСТ Р 51330.0) очевидно, что основным условием безопасного применения РВЗЭО является безопасное состояние СВЗ. Для сохранения свойств безопасности РВЗЭО в процессе эксплуатации нормативными документами (НД) предусмотрено техническое обслуживание в виде осмотров с регламентированной периодичностью: • Лицами, работающими на машинах и механизмах и дежурными электрослесарями – ежесменно. • Механиком участка (его заместителем) - еженедельно с занесением результатов в оперативный журнал участка. • Главным энергетиком (главным механиком) шахты или назначенным им лицом - не реже одного раза в три месяца с занесением результатов в «Книгу регистрации состояния электрооборудования и заземления». • Специальной группой электрослесарей шахты под контролем главного энергетика (главного механика) шахты или назначенного им лица по графику, утвержденному техническим руководителем шахты.

Известно, что распределительные электросети (РЭС) напряжением 10-6-0,4 кВ на территории нашей области общей протяженностью более 21 тыс. км (от 1,2 до 68,5 км) с подстанциями обслуживают три производственных сетевых предприятия: • Северо-Восточные. • Центральные. • Южные электросети. Соответственно СВЭС, ЦЭС, ЮЭС, входящие в состав «Кузбассэнерго – РЭС» - филиал ОАО «МРСК Сибири»: • СВЭС обслуживает 71,7 % всех электросетей и подстанций. • ЦЭС - 16,7%. • ЮЭС - 12 %. Статистика показывает, что при эксплуатации электрооборудования (ЭО) РЭС на территории Кемеровской области ежегодно в среднем имеет место до 18000 аварийных отключений линий электропередачи (ЛЭП) по разнообразным причинам с разной длительностью, а среднегодовой недоотпуск электроэнергии (ЭЭ) из-за этих отключений составляет около 295 тыс. кВт ч. Эти данные свидетельствуют об актуальности задачи исследования с целью повышения надежности РЭС и их ЭО.

В настоящее время в связи с существенным снижением объемов промышленного производства на большинстве российских предприятий сложилась ситуация, при которой системы электроснабжения эксплуатируются не в номинальном режиме. При этом одной из основных проблем, которые имеют место в промышленных электрических сетях, на сегодняшний день является низкий уровень загрузки электрооборудования. Снижение уровня загрузки электрооборудования приводит к увеличению потерь электроэнергии в электрических сетях, к дополнительному непроизводительному расходу электрической энергии и, как следствие, к снижению энергетической эффективности технологических процессов и промышленного предприятия в целом: • В данных условиях на промышленных предприятиях значительно увеличилась доля потерь электроэнергии, обусловленная малой загрузкой силовых трансформаторов. При малых загрузках потери электроэнергии в трансформаторах могут быть весьма существенными, так как при снижении коэффициента загрузки происходит увеличение потребляемой трансформаторами реактивной мощности намагничивания, которая расходуется ими на создание магнитного потока холостого хода. • Влияние коэффициента загрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности подробно рассмотрено в [1, 2]. При этом установлено, что при снижении загрузки трансформаторов менее 30 % номинальной мощности наблюдается существенное повышение величины реактивной мощности, потребляемой силовыми трансформаторами. • Это в свою очередь приводит к увеличению коэффициента реактивной мощности tgϕ промышленного предприятия, росту потерь электроэнергии в электрических сетях, увеличению затрат на электрическую энергию и др.

Наиболее распространенными электроприемниками на промышленных предприятиях являются асинхронные электродвигатели: • Они составляют основную часть промышленной нагрузки, и на их долю приходится около 80 % всей потребляемой в промышленности электрической энергии [1]. • При этом асинхронные двигатели являются также крупными потребителями реактивной мощности. Ими используется около 40 % реактивной мощности, потребляемой в промышленных электрических сетях. Именно режимы работы асинхронных двигателей зачастую оказывают существенное влияние на общую реактивную мощность, потребляемую промышленным предприятием, и, как следствие, на величину коэффициента реактивной мощности tgϕ промышленного предприятия, значение которого нормируется в [2] в зависимости от уровня номинального напряжения электрической сети. В связи с этим представляется целесообразным проанализировать потребление реактивной мощности асинхронными двигателями с тем, чтобы в дальнейшем выработать рекомендации по их рациональной эксплуатации, которые бы были направлены на естественное уменьшение реактивной мощности, потребляемой электродвигателями, и, в конечном итоге, на снижение величины tgϕ промышленного предприятия в целом.