Электроснабжение

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.

В нашей стране малоосвоенные или не освоенные территории характеризуются сложными климатическими условиями и, как правило, низкими зимними температурами. При строительстве в таких районах зачастую возникает вопрос об источниках энергии и в качестве таковых выступают дизель-генераторы, работа которых требует много топлива. Подвоз же большого количества топлива в такие территории - не только дорогостоящее мероприятие (доставка зачастую ведется воздушным транспортом), но и фактор серьезного загрязнения окружающей среды. Известны случаи, когда пустыми металлическими бочками завалены огромные территории, потому что вывозить их экономически нецелесообразно, не говоря уже о значительных утечках топлива на землю. При этом восстановление природы происходит десятилетиями. Необходимо к тому же дублировать энергосистему таких объектов строительства запасными и аварийными генераторами, так как добраться туда можно только летом.

Увеличение количества и повышение установленной мощности приемников электроэнергии с нелинейным характером нагрузки сделали несинусоидальные режимы характерной и неотъемлемой чертой современных систем электроснабжения. К таким электроприемникам относятся: • Вентильные преобразователи • Дуговые сталеплавиль¬ные печи • Тиристорные приводы прокатных станов и др. Помимо того, что указанные электроприемники являются источниками высших гармоник в сети, они также относятся к числу крупных потребителей реактивной мощности, на долю которых приходится около 20 % реактивной мощности

На эксплуатацию распределительных сетей угольных разрезов значительное влияние оказывают климатические условия это колебания температуры окружающего воздуха, влажность среды и скорость ветра (порывы). Для выявления количественного влияния указанных факторов на надежность систем электроснабжения разрезов были обработаны статистические данные об отказах 6 кВ электрических сетей разреза Кедровский за 2005-2007 гг.

Увеличение парка горнодобывающих машин, особенно мощных экскаваторов и буровых станков, на угольных разрезах Кузбасса обусловливает необходимость обеспечения бесперебойности электроснабжения всех звеньев технологических процессов разрезов. Отказы в системах электроснабжения (СЭС) открытых горных работ снижают эффективность работы горных машин, технологических звеньев и угольного разреза в целом вследствие уменьшения объема добычи, увеличения себестоимости, снижения уровня промышленной безопасности. Высокий уровень надежности систем электроснабжения и их элементов это один из решающих факторов, обеспечивающих эффективность использования горной техники. На надежность и безопасность функционирования систем электроснабжения и их элементов сильное влияние оказывают факторы горного производства - передвижной характер горных работ, буровзрывные работы, сильная запыленность воздуха, трудность проведения технического обслуживания, влияние погодных условий и др.

Силовые трансформаторы являются одними из основных потребителей реактивной мощности на промышленных предприятиях. На их долю приходится около 30 % от общей реактивной мощности, потребляемой в промышленных электрических сетях. При этом значительная часть реактивной мощности, потребляемой силовыми трансформаторами на промышленных предприятиях, обусловлена, в основном, их малой загрузкой. Снижение коэффициента загрузки силовых трансформаторов приводит к повышенному потреблению ими реактивной мощности, а также к увеличению коэффициента реактивной мощности tgϕ, как самих трансформаторов, так и промышленного предприятия в целом.

В современных условиях электропотребления в целях обеспечения эффективности мероприятий по компенсации реактивной мощности, осуществляемых в электрических сетях промышленных предприятий, все более остро возникает необходимость в решении задачи оптимизации процесса компенсации реактивной мощности. Эта задача в общем случае состоит в определении оптимальной мощности и мест установки компенсирующих устройств и имеет своей целью нахождение такого решения, которое бы обеспечивало максимальный экономический эффект при соблюдении всех технических условий нормальной работы электрических сетей и приемников электроэнергии.

В электрических сетях промышленных предприятий большинство электроприемников наряду с активной мощностью потребляет также и реактивную. В отличие от активной, реактивная мощность не совершает непосредственно полезной работы и служит лишь для создания переменных магнитных полей в индуктивных приемниках электрической энергии, непрерывно циркулируя между генератором и потребляющими ее электроприемниками. Вместе с тем реактивная мощность оказывает существенное влияние на такие параметры системы электроснабжения, как потери мощности и электроэнергии и уровни напряжения в узлах сети. Значительные перетоки реактивной мощности приводят к дополнительным, не вызванным потребностями производства, потерям электроэнергии, снижению ее качества, уменьшению пропускной способности электрических сетей, а также к ряду других нежелательных последствий.

В настоящее время все более важным становится выявление участков электрических сетей с высокой долей коммерческих потерь, величина которых в отдельных районах может превышать 50% в структуре отчетных потерь. В связи с этим возникает актуальность задачи проведения анализа небалансов электроэнергии по элементам распределительной сети 0,4 и 10 кВ и выявления участков, где величина коммерческих потерь наиболее значима. Баланс электроэнергии - система показателей, характеризующая соответствие потребления электроэнергии в энергосистеме, расхода ее на собственные нужды и потерь в электрических сетях величине выработки электроэнергии в энергосистеме с учетом перетоков мощности из других энергосистем

При построении прогнозной модели электропотребления промышленного предприятия на основе искусственной нейронной сети одним из первых этапов является определение входных параметров для искусственной нейронной сети - параметров, которые в той или иной мере определяют величину электропотребления предприятия. Согласно методике указанной в статье, все электроприемники предприятия сначала должны быть разбиты на группы по тем или иным технологическим признакам, а затем для каждой группы должны быть выделены параметры, «определяющие» и «влияющие» на электропотребление этой группы. Разбиение всех электроприемников на группы и определение «влияющих» и «определяющих» параметров - достаточно сложная, трудоемкая и трудно формализуемая задача. Для решения этой задачи мы предлагаем использовать один из коллективных методов экспертных оценок - метод «Дельфи»

Основой для построения любых прогнозов, в том числе и прогноза электропотребления, является прогнозная модель. Прогнозная модель - модель объекта прогнозирования, исследование которой позволяет получить информацию о возможных состояниях объекта в будущем и путях и сроках их осуществления. Процесс построения прогнозной модели включает в себя следующие этапы: 1. Выбор метода прогнозирования, определяющего суть прогнозной модели. 2. Выбор входных параметров модели. 3. Выбор выходных параметров модели. 4. Построение внутренней структуры прогнозной модели, определяющей зависимость выходных параметров от входных. 5. Формирование обучающего и проверочного множества. 6. Выбор параметров модели. 7. Верификация прогнозной модели, определение качества получаемых прогнозов.

Известна математическая модель и схема электроснабжения приводов горных машин, состоящая из отдельных электромеханических модулей. В статье рассмотрена методология расчетов и решений по электроснабжению промышленной сети.

Для оценки свойств безопасности рудничного взрывозащищенного электрооборудования (РВЗЭО) необходимо располагать показателями, учитывающими особенности его функционирования. Для их получения введем условия: • РВЗЭО обладает функциональной избыточностью при повреждении средств взрывозащиты (СВЗ) работоспособность РВЗЭО сохраняется • СВЗ не обладают отказными признаками

Производство цемента требует существенных затрат электроэнергии на основных и вспомогательных стадиях процесса. Так на ООО «Топкинский цемент» общий средний удельный расход электроэнергии на выпуск 1 т продукции составляет 135,8 кВт ч со среднеквадратическим отклонением σ = 3,08 кВт ч. При годовом объеме производства цемента 2700 тыс.т общее электропотребление в 2007 г. составило 366660 тыс. кВт ч. Из приведенных цифр видно, что даже экономия 5 % от общего расхода электроэнергии может привести к снижению годовой себестоимости продукции примерно на 15,6 млн. рублей.

В соответствии с Федеральным законом № 35-ФЗ «Об электроэнергетике», Постановлениями Правительства РФ №529 «О совершенствовании порядка функционирования оптового рынка электроэнергии (мощности)» и №530 «Об утверждении правил функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики» предусмотрено разделение электроэнергетической отрасли Российской федерации на конкурентную и монопольную составляющие. К естественным монополиям относится передача электроэнергии по сетям, а также управление режимами работы энергосистемы. Оптовые и территориальные генерирующие компании, гарантирующие поставщики (ГП) и энергосбытовые организации (ЭСО) представляют конкурентный сектор оптового рынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ).

Как известно, к стационарным электросетям относятся воздушные линии электропередач (ВЛ), питающие подстанции разрезов, отдельных участков или распределительные пункты (РП), электрооборудование этих подстанций, а также комплектные стационарные трансформаторные подстанции 110/35/6 кВ и 35/6 кВ. Стационарные линии электропередачи разрезов (СЛЭПР) выполняются в одно- или двухцепном исполнении с ответвлениями к подстанциям или РП.

Построение систем электроснабжения (СЭС) разрезов отличается от общепринятых принципов, применяемых на промышленных предприятиях рядом особенностей, а именно: 1. Электрические сети не являются автономными по отношению к факторам горного производства, поскольку они «привязаны» к горным работам и схеме вскрытия разреза или месторождения. 2. Передвижной характер горных работ приводит к необходимости перемещать электрические сети по мере отработки участков месторождения, а поэтому в пределах одного разреза имеются стационарные сети, располагающиеся в безугольной зоне и служащие для питания главных подстанций, и передвижные, располагающиеся в зоне ведения горных работ. 3. Срок службы электросетей ограничен длительностью отработки участка месторождения или группы пластов.

Многолетняя практика эксплуатации рудничного взрывозащищенного электрооборудования (РВЗЭО) на угольных шахтах свидетельствует об имеющих место фактах повреждения его средств взрывозащиты (СВЗ), что приводит РВЗЭО в опасное для эксплуатации во взрывоопасной среде состояние. Наибольшее число повреждений СВЗ возникает при переносе РВЗЭО на новое место установки при продвигании горных работ.

Основными особенностями подготовительных забоев являются высокая вероятность их загазирования и, следовательно, образования взрывчатой метано-воздушной среды, периодическое удлинение кабельной сети по мере подвигания забоев и повышение потребляемой мощности за счет ввода в работу новых ленточных или скребковых конвейеров.

По оценке органов Росэнергонадзора Госстандарта России значение погрешности измерений электроэнергии, отпускаемой потребителям, достигает 13%. Основной причиной этого является преобладающее влияние систематических погрешностей средств учёта, входящих в состав измерительных комплексов, в том числе измерительных трансформаторов напряжения (ТН), систематические погрешности которых могут достигать минус 2-3%.

В последние годы на шахтах Кузбасса существенно возросла производительность забойных машин и увеличилась мощность их электродвигателей. Это обстоятельство выдвинуло новые задачи перед системами электроснабжения очистных забоев (СЭС 03) по обеспечению их экономичности и надежности. С целью выявления фактических характеристик СЭС были изучены 86 схем питания очистных забоев на шахтах, разрабатывающих пологие и наклонные (до 30°) пласты мощностью 2,3 - 3,2 м, как наиболее представительных для бассейна в целом.

В 1936 г. завершилось строительство линии электропередач Белово - Прокопьевск напряжением ПО кВ. Стали работать в параллель на общую электрическую сеть ТЭЦ КМК и Кемеровская ГРЭС. Это был ввод первой воздушной линии 110 кВ и начало создания энергетической системы Кузбасса. За семьдесят лет мощность энергосистемы возросла многократно, в настоящее время в эксплуатации находятся 224 электроподстанции высокого напряжения и более 30 тысяч км. воздушных линий электропередач. На сегодняшний день протяженность воздушных линий (ВЛ) составляет: 110 кВ - 2814 км., в то время как ВЛ 500 кВ - 311 км., ВЛ 220 кВ - 985 км., и ВЛ 35 кВ - 2683 км.

Ранее рассматривали возможность долгосрочного прогноза планового почасового потребления промышленного предприятия с применением самообучающихся нейронных сетей. Однако, в сегодняшних условиях работы оптового рынка электроэнергии (далее - ОРЭ), актуальным является и краткосрочный прогноз потребления. Крупные предприятия, участники ОРЭ подают заявки на величину своего планового почасового потребления на конкретный день за двое суток перед этим днем и могут уточнить заявку за сутки до этого дня.

Одной из важнейших характеристик функционирования систем промышленного электроснабжения является уровень потерь электроэнергии в сетях. Существует определенное соотношение между стоимостью электрической сети и величиной потерь энергии в ней. Увеличение стоимости сети в общем случае приводит к снижению потерь и, наоборот, при меньших капитальных затратах потери энергии растут

Частые отключения электроэнергии у сельских потребителей возможны как по техническим, так и по организационным причинам. Значительная изношенность электрооборудования, большая протяженность линии электропередачи обуславливают высокую аварийность. Неукомплектованность техникой, отсутствие топливносмазочных материалов, низкая квалификация обслуживающего персонала не позволяют быстро ликвидировать повреждения, вызывают длительные перерывы в электроснабжении. И имеют место отключения потребителей из-за ограничений по мощности в энергосистеме и падения частоты ниже допустимой. Все это наносит определенный материальный ущерб производителям и потребителям электроэнергии. Поэтому важным аспектом является выбор резервных источников потребителей малой мощности таких как генераторы.