Электроснабжение

Чтобы обеспечить высокую надежность и качество электроснабжения потребителей, необходимо осуществлять непрерывный контроль и управление режимами электроэнергетической системы. Анализ сети позволяет разработать оптимизационные мероприятия, которые позволяют экономить электроэнергию. В данной статье рассмотрены различные программные решения, позволявшие решить данную задачу.

Ка известно, что для улучшения качества напряжения и повышения экономичности работы электрической сети необходимо выбирать оптимальные значения коэффициентов трансформации, которые в общем случае могут быть комплексными. В данной статье рассмотрим возможные решения данного вопроса.

Существующая практика расчетов параметров, характеризующих состояние конкретной системы электроснабжения (СЭС). В данной статье рассмотрим необходимость динамических расчетах в СЭС.

Задача выбора компенсирующих устройств является неотъемлемой частью комплекса вопросов проектирования систем электроснабжения. От рационального выбора и размещения компенсирующих устройств зависят: • Потери электроэнергии в элементах сети. • Режимы напряжений и реактивных мощностей в электрической сети. • Габариты и пропускная способность сетевого оборудования, и другие факторы.

Постоянно нарастающий дефицит топлива и ухудшение экологической обстановки в большинстве регионов промышленно развитых стран дали существенный импульс исследованиям в области альтернативной энергетики. Один из наиболее перспективных способов преобразования энергии осуществляется в топливных элементах (ТЭ).

Количественная оценка потребляемой электроэнергии производится посредством приборов учета (ПУ). Для точного отображения динамики электропотребления по полученным при измерениях данным необходимо наличие современных приборов учета с высоким классом точности. Построение такой системы является одной из основных задач электросетевых компаний.

Электротехническая промышленность выпускает ряд устройств компенсации реактивной мощности (КРМ). К данному оборудованию относятся, регулируемые конденсаторные установки (КРМТ, КРМТФ) на базе тиристорных ключей для резко переменной нагрузки. У данных устройств следующие технические характеристики: • Мощность в диапазоне 20÷1500 кВАр. • Числом ступеней регулирования до 12. • Время переключения ступеней до 0,02 сек.

Для проведения экспериментальных исследований ветротурбины с вертикальной осью вращения были использованы специальные приборы и приспособления. Измерения проводились над оборудованием с учетом следующих характеристик и факторов: • Тип лопастей турбины «Колокол». • Высота ветровой турбины 2 метра. • Диаметр ветровой турбины 1 метр. • Лопасти изготовлены из стеклопластика. • Измерения производились на открытом воздухе.

Проблемы энергосбережения для России особенно актуальны потому, что расход энергии на производство ВВП в стране в 2-3 раза, а по некоторой продукции в 6-7 раз выше, чем в индустриально развитых странах. Жилищно-коммунальное хозяйство это один из крупнейших и неэффективных потребителей энергоресурсов. Это объясняется, в первую очередь, большим количеством мелких потребителей, по данным работы [1], на долю потребителей с напряжением 0,4 кВ приходится более 92% всех абонентов. Данные потребители с невысокой организацией электропотребления и технического обслуживания электрических сетей и электроустановок.

Современные тенденции развития электроэнергетики направлены на достижение следующих задач: • Сохранение экологии. • Повышение надежности электроснабжения и качества электроэнергии. • Энергоснабжения крупных мегаполисов и децентрализованной нагрузки. • Выполнение требований потребителей с неравномерным графиком нагрузки. • Наиболее рационального использования природных энергетических ресурсов. Указанные тенденции явились следствием новых условий функционирования электроэнергетики как социальной и клиентоориентированной инфраструктуры. Вышеперечисленные требования в большинстве развитых стран стали причиной модернизации электроэнергетики на базе инновационной организационно-технологической платформы Smart Grid.

Используемые в России электрические сети, являются сложными системами и зачастую имеют самые разнообразные структуры, обусловленные их «историческим» развитием, в частности: • Системообразующие. • Питающие. • Распределительные. В то же время объективно существуют общие законы создания и развития сложных систем.

Обеспечение надежности электроснабжения всегда будет являться приоритетной проблемой с ростом энерговооруженности, усложнения технологий, ответственности объектов требования к системам электроснабжения (СЭС) будут лишь ужесточаться.

В системах электроснабжения (СЭС) горных и промышленных предприятий, содержащих преимущественно электродвигательную нагрузку, происходит потребление значительного количества реактивной мощности. Для обеспечения эффективного энергопотребления и уменьшения потерь мощности возникает необходимость в решении задачи оптимизации процесса компенсации реактивной мощности.

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭЭП) по истечении установленного нормативно-технической документацией срока службы все технологические системы и электрооборудование должны подвергаться техническому освидетельствованию комиссией, возглавляемой техническим руководителем Потребителя, с целью оценки состояния, установления сроков дальнейшей работы и условий эксплуатации.

Проблема компенсации реактивной мощности (КРМ) остается одной из важнейших при эксплуатации систем электроснабжения (СЭС) с электродвигательной нагрузкой в виде асинхронных электродвигателей (АД) из-за продолжающегося роста мощностей используемых в приводах АД и цен на электроэнергию [1,2]. Ясно, что она напрямую связана с проблемой энергосбережения, так как около 60% всей реактивной мощности, связанной с образованием переменных магнитных полей, потребляют АД.

Вопросы, связанные с повышением эффективности эксплуатации систем электроснабжения (далее - СЭС) промышленных предприятий в настоящее время становятся все более актуальными. В России функционирует конкурентный оптовый рынок электроэнергии и мощности (далее - ОРЭМ), на котором покупают электроэнергию большинство крупных промышленных предприятий страны. В условиях рыночной экономики, для предприятий одним из мероприятий по повышению конкурентоспособности производимой продукции является снижение затрат на оплату электрической энергии.

Реактивная мощность является одним из основных параметров электроэнергетической системы, по следующим причинам: • Она определяет периодический обмен электроэнергией между источником и индуктивными электроприемниками с двойной частотой по отношению к частоте переменного тока без преобразования ее в другой вид энергии, а именно механическую или тепловую. • Это явление может рассматриваться как характеристика скорости обмена электроэнергией между источником и магнитным полем электроприемника. Вместе с тем, передача реактивной мощности по электрической сети приводит к: • Увеличению потерь электроэнергии. • Снижению напряжений в узлах сети. • Уменьшению пропускной способности сетевого оборудования и другое. Для снижения перетоков реактивной мощности в электрических сетях должна осуществляться компенсация реактивной мощности.

Ранее в статье было отмечено, что в результате экономического кризиса 90-х годов, охватившего практически все отрасли народного хозяйства России, прекратилось обновление основных фондов на угольных шахтах, в частности, высоковольтного рудничного взрывозащищенного электрооборудования (далее - РВЗЭО). В связи с этим в настоящее время на шахтах Кузбасса по данным Южно-Сибирского управления Ростехнадзора в эксплуатации находиться около 12 тысяч единиц такого электрооборудования с истекшими сроками службы, установленными изготовителями. Продление срока безопасной эксплуатации технических устройств с истекшим сроком службы в соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116-ФЗ производят организации, получившие аккредитацию Ростехнадзора и выполняющие требования, изложенные в нормативных документах [2,3,4,5], по результатам экспертизы промышленной безопасности этих устройств. Сроки службы комплектных распределительных устройств (КРУВ-6), комплектных трансформаторных подстанций (КТП) и высоковольтных электродвигателей (ВЭД) мощностью более 220 кВт, установленные изготовителями, составляют 15 лет.

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.