Комплексный подход

Вид материала

Документы

Содержание 2.3 Анализ качества электроэнергии

Подобный материал:

• «Комплексный подход к организации физкультурно-оздоровительной работы». В течении месяца, 23.34kb.
• «Комплексный подход к профилактике, лечению и реабилитации пациентов стоматологического, 302.12kb.
• «Комплексный подход к профилактике, лечению и реабилитации пациентов стоматологического, 331.42kb.
• Семинаре практикуме Тема: «Комплексный подход к организации познавательной деятельности, 53.26kb.
• Вейвлетные преобразования сигналов, 185.88kb.
• Комплексный подход к обнаружению сетевых атак, 70.8kb.
• «Азбука здоровья» была представлена в виде нескольких разделов, 58.29kb.
• Тезисы доклада выставка «нефтегаз-2010», 13.97kb.
• Комплексный подход к обучению информационной безопасности, 177.9kb.
• Логоритмика как комплексный подход в коррекции нарушений речи у дошкольников, 78.39kb.

2.3 Анализ качества электроэнергии

Основной целью контроля качества электроэнергии является проверка его соответствия установленным требованиям в сети и у электроприемников, выяснение причин этого несоответствия для оценки экономичности передачи электроэнергии и разработки мероприятий по улучшению ее качества.

Проблема повышения качества напряжения в сельских сетях актуальна для всех регионов страны. Исследования качества напряжения и электрических нагрузок на 17 трансформаторах животноводческих комплексов Южной зоны, выполненные ЦНИПТИМЭЖ, позволили сделать следующие выводы. На стороне 0,4 кВ трансформатора отклонение напряжения 53% времени находится в пределах нормируемого интервала 5%, 45% - выше этого предела. Математическое ожидание отклонений напряжения изменяется в пределах от -0,62 до +8,56%; вероятность попадания в нормируемый интервал - от 5,5 до 98% (при нормируемых 95%). Основным фактором, определяющим уровень напряжения на шинах большинства трансформаторов, является отклонение напряжения в сетях 6-10 кВ, а изменение нагрузки трансформаторов сказывается в значительно меньшей степени [6].

Особенно остро эта задача стоит у потребителей Нечерноземной зоны России, что объясняется их территориальной разбросанностью и значительной (порой предельной) протяженностью воздушных линий при малой передаваемой мощности. В таких сетях поддержание должного уровня напряжения техническими средствами на зажимах всех потребителей связано со значительными трудностями.

Анализ качества напряжения в Советском районе Кировской области показал, что свыше 60% электроэнергии, потребляемой сельскими электроприемниками, не отвечает требованиям стандарта. Ни в одной из обследованных точек электрической сети 0,4 кВ напряжение не соответствует нормируемым значениям. Математическое ожидание отклонений напряжения находится в пределах 16%, а среднее квадратическое отклонение 1,8...6%. Диапазон изменения напряжения составляет 15...28% от номинального. Величина потерь напряжения от шин подстанции 0,4кВ до вводов в производственные помещения составляет 0,5...5% [20].

Для электрических сетей Вологодской области проблема повышения качества напряжения также актуальна. У потребителей электроэнергии напряжение не соответствует существующим нормам, несмотря на регулирование напряжения на районных подстанциях 35/10кВ под нагрузкой или сезонное переключение регулировочных отпаек трансформаторов.

Качество подводимого к сельскохозяйственному потребителю напряжения исследовалось на животноводческих комплексах и фермах на протяжении ряда лет. Контрольные измерения проводились на низкой стороне 16 трансформаторных подстанций молочных комплексов, комплексов по откорму животных и на фермах молочного и мясного направлений в 4 районах области.²

Для сельских потребителей основными показателями качества напряжения, влияющими на технологические процессы, являются отклонение напряжения, а также коэффициенты несинусоидальности, обратной и нулевой последовательности. Учитывая случайный характер уровня напряжения в каждой конкретной точке и специфику процессов, связанных с суточной периодичностью электропотребления, выделены следующие типовые реализации случайной величины: осенне-зимние и весенне-летние суточные графики напряжения в рабочие и выходные дни. Выполнены измерения таких величин, как фазные и линейные напряжения, фазные токи, а также отдельно по фазам активная и реактивная мощности. При помощи статистического анализатора качества напряжения осуществлен статистический анализ функции отклонений напряжения во времени. Порядок проведения контрольных измерений принят в соответствии с методическими указаниями по контролю и анализу качества электроэнергии [13]. На рис. 2 представлена обобщенная гистограмма отклонений напряжения для всей группы сельских производственных потребителей, где более темным цветом показан нормируемый интервал (5%).



Рис.2

Заметно различие уровней напряжения в зимние и летние сутки на одних и тех же подстанциях, в рабочие и выходные дни. Зимние графики отклонений напряжения отличаются от летних в целом более низким уровнем математического ожидания отклонений напряжения (+2,7% зимой в рабочие дни и +4,0% летом). Однако на отдельных подстанциях динамика может быть иной, что объясняется уровнем напряжения на питающей подстанции и наличием других потребителей на той же отходящей линии, например, коммунально-бытовых. В таблице 12 приведены обобщенные статистические показатели, характеризующие отклонения напряжения в сельских сетях. Там же показаны имевшие место диапазоны их изменения, так как обобщенные показатели нивелируют уровни, зафиксированные на отдельных питающих подстанциях.

Положительное значение математического ожидания отклонений напряжения объясняется непосредственной близостью потребительских подстанций от крупных потребителей, какими являются фермы и комплексы; необходимость обеспечения напряжения у более удаленных потребителей требует создания повышенных уровней, например, в начале отходящей линии. Имеет место левосторонняя асимметрия, объясняемая влиянием провалов напряжения при пусках сравнительно мощных электродвигателей. В слабых сельских сетях пусковые режимы проявляются более отчетливо, чем в городских, поэтому пуск электродвигателей мощностью 55 кВт и выше связан с техническими трудностями. Большой размах отклонений напряжения затрудняет выбор оптимального регулировочного ответвления трансформаторов.

Таблица 12

Показатели качества напряжения

у сельских производственных потребителей Вологодской области

Показатели	Средние значения	Размах вариации показателя
Уровень фазного напряжения, кВ	-	187...264
Отклонение напряжения, %	-	-15,0...+20,0
Математическое ожидание отклонения напряжения, %	+3,5	-4,3...+10,9
Вероятность попадания отклонений напряжения в нормируемый интервал, %.	52,3	0...100
Среднее квадратическое отклонение, %	5,4	0,6...5,6
Коэффициент вариации, %	157	11...144
Асимметрия	-0,242	-3,6...+1,9
Эксцесс	-0,437	-2,1...+7,8

Согласно стандарту значения отклонений напряжения должны находиться в допустимых пределах с интегральной вероятностью 0,95. Фактически лишь в половине случаев отклонения напряжения находятся в нормируемом интервале. На подстанциях трех молочных комплексов вероятность попадания отклонений напряжения в нормируемый интервал равнялась нулю. В ходе исследований отмечена зависимость между глубоким понижением температуры окружающей среды в отдельные дни зимнего периода (-25 С и ниже) и существенным дополнительным снижением уровня напряжения в питающей сети.

Можно видеть, что кривая отклонений напряжения у совокупного сельскохозяйственного потребителя более пологая в сравнении с нормальным законом распределения (эксцесс равен -0,22). Проверка гипотезы о предполагаемом распределении отклонений напряжения производилась для нескольких законов распределения: нормального, логнормального, Вейбулла, Пуассона, Релея, - и -распределений. Количественная оценка меры расхождения между эмпирическим и теоретическими распределениями производилась критериями согласия ² (Пирсона), Романовского, Ястремского.

Эмпирическому распределению в наибольшей степени отвечают -распределение, Вейбулла и нормальное распределение (законы распределения представлены по мере возрастания ²). Целесообразность применения -распределения для описания эмпирического распределения отклонений напряжения предопределена его левосторонней асимметрией, которая объясняется не только случайными отклонениями напряжения, хорошо описываемыми нормальным законом, но и дополнительным воздействием пусковых режимов, вызывающих значительные провалы напряжения.

Замеры фазных и линейных напряжений позволили вычислить коэффициенты обратной и нулевой последовательности. Коэффициент обратной последовательности (К_2U) достигает 6,5% (вместо нормируемых 2%), математическое ожидание М(К_2U)=2,45, среднее квадратическое отклонение _К2U=1,35. В 40% замеров коэффициент К_2U находится в пределах от 3 до 4%, и в 73% - превышает нормируемые 2%. Коэффициент нулевой последовательности (К_0U) достигает 6% (в отдельных случаях превышает 7%), математическое ожидание М(К_0U)=2,4, среднее квадратическое отклонение _К0U =1,44.

В производстве и в быту все более широкое распространение получают электроприемники с нелинейными вольт- и вебер-амперными характеристиками: различные тиристорные преобразователи, электросварочные установки, газоразрядные лампы, феррорезонансные стабилизаторы и пр. Они потребляют из сети несинусоидальный, а иногда и непериодический, ток. В результате возникают нелинейные искажения кривой питающего напряжения, которые неблагоприятно сказываются на работе систем релейной защиты, автоматики, радиоэлектронной аппаратуры и силового электрооборудования.

Проведенные выборочные измерения коэффициента искажения синусоидальности и спектрального состава высших гармоник и их анализ позволили сделать следующие выводы. Коэффициент искажения синусоидальности К_U в абсолютном большинстве не превышает максимальных значений, допустимых стандартом (5%). Математическое ожидание коэффициента искажения синусоидальности составляет 2,1%, среднее квадратическое отклонение равно 0,8 и коэффициент вариации - 38%. Даже вблизи такого крупного промышленного узла с мощными искажающими электроприемниками, как Череповец, он не превышает максимально допустимого значения.

Наибольшие значения К_U находятся в интервалах времени массового просмотра телепередач, так как искажение формы синусоидальной кривой агропромышленными потребителями невелико ввиду незначительной доли электроприемников с нелинейными характеристиками (в интервалах рабочих смен К_U=0,8...2%). Источниками появления высших гармоник в основном являются феррорезонансные стабилизаторы и автотрансформаторы, применяемые для питания телеприемников в коммунально-бытовых сетях.

Из анализа гармонического состава следует, что в спектре высших гармоник преобладающей является 3-я гармоника, заметны также 5, 7, 9 и 11-я гармоники, четные гармоники на порядок меньше соседних нечетных.

Более тщательные исследования режимов электропотребления проводились на крупных животноводческих комплексах. Питание комплекса ОАО «Васильевское» по откорму 10 тыс. голов крупного рогатого скота осуществляется от двух двухтрансформаторных подстанций (2х400 и 2х630 кВА), имеющих, как потребитель первой категории, двухстороннее питание по отдельным линиям 10 кВ от двух районных подстанций 35/10 кВ. Основная линия протяженностью 5,2 км питает только комплекс.

Экспериментальные данные показывают, что размах отклонений напряжения достигает зимой -7,2...+14,5% и летом -14,5...+9,1%. Вероятность попадания отклонений напряжения в нормируемый интервал на подстанциях в различные дни составляет 57...65% зимой и 79...90% летом. Несимметрия напряжений превышает нормируемые 2%.

Наиболее важно знать качество напряжения непосредственно на зажимах электрооборудования. Ввиду значительного количества электрооборудования (только асинхронных двигателей насчитывается около 800) падение напряжения на участках сети 0,4 кВ от шин подстанции до вводов в здания и далее до ближайших и наиболее удаленных электроприемников внутри зданий определено расчетным путем.

В результате расчетов установлено, что потеря напряжения во внутренних сетях достигает 7,6%, при этом на участках сети до ввода в здания потеря напряжения варьирует от 1,8% (здание молодняка) до 6,1% (насосная станция 3). С учетом потерь напряжения во внутренних проводках размах математических ожиданий отклонений напряжения на зажимах отдельных электроприемников составляет: -4,0...+2,14% зимой и -10,8...+0,49% летом. Поэтому для ответственных электроприемников, находящихся в неблагоприятных по качеству напряжения условиях, целесообразно дополнительно применять местные средства регулирования напряжения.

Питание электроэнергией свинокомплекса на 24 тыс. голов осуществляется от трех двухтрансформаторных подстанций (2х250, 2х250 и 2х630 кВА), напряжение 10 кВ подается по условно-замкнутой схеме электропотребления от двух независимых подстанций 35/10 кВ.

Размах отклонений напряжения составляет -10,0...+15,0% зимой и -5,0... +10,0% летом. Отклонение напряжения находится в допустимых пределах с вероятностью 74...96% зимой и 33...76% летом.

Выявлена неравномерность распределения нагрузки по фазам, что приводит к дополнительным потерям электроэнергии и напряжения из-за появления токов обратной и нулевой последовательности. Вместе с тем, значения коэффициентов несимметрии не превышают 2,0% и в большей степени обусловлены несимметрией питающего напряжения.

Особую группу потребителей электроэнергии составляют коммунально-бытовые. У коммунально-бытовых потребителей при проведении измерений приборы подключались непосредственно к зажимам электроосветительных розеток. Диапазоны статистических характеристик отдельных потребителей, рассчитанных по результатам измерений, показаны ниже.

Математическое ожидание отклонений напряжения, %	-5,4 ...+9,8
Размах вариации отклонений напряжения, % . . . . .	-20,0 ...+20,0
Вероятность попадания отклонений напряжения в нормируемый интервал, % . . . . . . . . . . . .	0 ... 94,5
Среднее квадратическое отклонение, %. . . . . . . .	0,7 ... 6,1
Асимметрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	-5,6 ...+3,1
Эксцесс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	-3,1...+8,6

Как видно из приведенных данных, у коммунально-бытовых потребителей наблюдаются еще большие отклонения напряжения, которые достигают 20%, и встречаются случаи, когда у потребителя вероятность попадания отклонений напряжения в нормируемый интервал в течение суток равна нулю.

Для улучшения качества электроэнергии необходим выбор и реализация соответствующих мероприятий по улучшению режима потребления, которые осуществляются на основании данных анализа показателей качества напряжения. Регулирование напряжения в распределительных сетях можно производить путем изменения коэффициента трансформации трансформаторов, параметров питающей сети и величины реактивной мощности, протекающей по сети.

При анализе режимов работы систем электроснабжения комплексов и других сельскохозяйственных потребителей установлено, что не используется возможность регулирования напряжения при помощи регулировочных отпаек трансформаторов.

В силу ряда причин компенсация реактивной мощности в сельских распределительных сетях применяется очень редко. Отсутствие компенсирующих устройств было оправдано на начальных стадиях развития сельской электрификации. С развитием сельскохозяйственных предприятий промышленного типа резко возросло потребление как активной, так и реактивной мощности. Это вызвано применением большого количества двигателей мощностью до 5 кВт с невысоким коэффициентом мощности, а также источников освещения и облучения на люминесцентных лампах, потребляющих реактивную мощность.

Выбор конкретных мероприятий по улучшению режимов напряжений целесообразно проводить на основе технико-экономических расчетов с учетом убытков потребителей от низкого качества напряжения.