На правах рукописи

Чернов Дмитрий Валерьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ШИНАХ СЕЛЬСКИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иркутск - 2009 г.

Работа выполнена в Иркутской государственной сельскохозяйственной академии (ИрГСХА)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ковалев Геннадий Федорович

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Колосок Ирина Николаевна

кандидат технических наук, профессор

Мурашко Николай Андреевич

Ведущая организация - ООО ИЭСК Восточные электрические сети.

Защита состоится 23 июня 2009 г. в 11-00 на заседании диссертационного совета Д 003.017.01 при Институте систем энергетики им.

. А. Мелентьева СО РАН по адресу: 664033, Иркутск-33, ул. Лермонтова, 130, к. 355.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 664033, Иркутск-33, ул. Лермонтова, 130, ученому секретарю совета.

Автореферат разослан л___________2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 003.017.01,

доктор технических наук, профессор А. М. Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное общество трудно представить без использования электрической энергии. Она применяется во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте, в строительстве, коммунальном хозяйстве и быту. Для нормального электроснабжения потребителей созданы большие электроэнергетические системы (ЭЭС). При функционировании этой сложной электроэнергетической системы предъявляются повышенные требования к надежности электроснабжения и качеству электрической энергии.

Одновременно с этим продолжающийся процесс увеличения электрических нагрузок, рост единичных мощностей агрегатов промышленных предприятий, расширение и углубление электрификации технологических процессов, автоматизации и информатизации в свою очередь предъявляют еще более высокие требования к надежности электроснабжения и качеству электрической энергии. С другой стороны, большой объём дорогостоящего энергетического строительства, длительные сроки строительства выдвигают требования экономии капитальных вложений и отыскания простых и современных решений по развитию и эксплуатации систем электроснабжения потребителей.

Возникает необходимость согласования этих в ряде случаев противоречивых интересов. Оптимальные решения могут быть найдены только при совместном рассмотрении вопросов надежности и качества при проектировании, строительстве и эксплуатации. Одним из основных вопросов, возникающих при этом, является определение оптимального соотношения уровня надёжности электроснабжения и качества электроэнергии.

Вопрос об оптимальном соотношении надёжности электроснабжения энергетических объектов и качества электрической энергии является основным в комплексе предъявляемых к системам электроснабжения требованиям: безопасность, надежность, экономичность электроснабжения, качество электроэнергии и экологичность.

В отдельных энергетических системах число аварий достигает нескольких десятков в год, а годовой недоотпуск электрической энергии в результате аварий - нескольких миллионов кВтчасов, при этом часто нормальное электроснабжение некоторых потребителей оказывается невозможным из-за снижения качества электроэнергии на их шинах. При такой высокой аварийности энергетических систем оценка надёжности отдельных видов оборудования и установок и поиск возможных путей повышения надёжности и качества как в процессе эксплуатации, так и при проектировании новых установок, становятся первоочередными задачами.

Электроснабжение производственных предприятий и населённых пунктов в сельской местности имеет свои особенности по сравнению с электроснабжением промышленности и городов. Главная из них - это необходимость подводить электроэнергию к огромному числу сравнительно маломощных объектов, рассредоточенных на обширной территории. В результате, протяженность сетей во много раз превышает эту величину в других отраслях народного хозяйства. За годы реформ производство сельскохозяйственной продукции сократилось на 45 %. Износ сельскохозяйст-

венной техники достиг критического уровня - 65...70 %. В настоящее время энерго- и электровооруженность труда на селе в 2,5 раза ниже, чем в других отраслях экономики страны, а удельная энергоемкость продукции в два и более раз превышает аналогичный показатель европейских стран. В последнее десятилетие ХХ века в процессе перестройки и приватизации изменилась вся система управления электроэнергетикой страны. Появилось множество новых форм собственности, что привело к изменениям приоритетов хозяйственной де-

ятельности энергоснабжающих организаций, мотивов их поведения на региона-

ьных энергетических рынках, условий инвестирования в энергетику и к другим серьезным последствиям. В свете экономического кризиса 90-х годов практически прекратилось финансирование электроэнергетики сельского хозяйства, в результате чего перестало обновляться оборудование, прекратилось строительство новых линий электропередач взамен аварийных и вышедших из строя, сократились темпы сетевого строительства, уменьшилось финансирование средств на реконструкцию и техническое перевооружение сетей, что сопровождается ростом износа основных фондов предприятий электрических сетей, необходимостью эксплуатировать воздушные линии (ВЛ) и трансформаторные подстанции (ТП), которые отработали нормативные сроки службы, что привело к повышению аварийности и снижению надежности электроснабжения и качества электроэнергии.

Сказанное выше наглядно показывает, какое большое значение имеет изучение проблемы электроснабжения сельского хозяйства. От её рационального решения в значительной степени зависит экономическая эффективность применения электроэнергии в сельском хозяйстве и быту сельского населения.

Целью работы является критический обзор практики электроснабжения сельхозпотребителей в современных условиях, выявление реальной взаимосвязи между надежностью электроснабжения и качеством электроэнергии. Формулирование методологии комплексного обеспечения надежности и качества электроснабжения в распределительных сетях. Предложение методики оценки эффективности мероприятий, повышающих надежность и качество электроснабжения, и на этой основе формулирование и обоснование первоочередных мероприятий по обеспечению эффективного функционирования распределительных сетей сельскохозяйственного назначения в новых условиях.

Задачи исследования:

1. Провести анализ состояния сельских электрических сетей (на примере Жигаловского района Иркутской области).
2. Выявить взаимосвязь между надежностью электроснабжения и качеством электроэнергии.
3. Разработать методику совместного комплексного анализа и синтеза надежности электроснабжения и показателей качества электроэнергии. Предложить ее алгоритмическую реализацию для выполнения практических расчетов.
4. Выполнить анализ существующих мероприятий и средств, предназначенных для повышения надежности электроснабжения и качества электрической энергии.
5. На основе разработанной методики и анализа мероприятий сформулировать основные способы и средства обеспечения эффективного функционирования сельских электрических сетей, учитывая проблемы периода перехода энергетической отрасли к рынку.

Объект исследования: сельские распределительные сети, надежность электроснабжения и качество электроэнергии на шинах потребителей.

Предмет исследования: влияние надежности электроснабжения на показатели качества электроэнергии у потребителей.

Научная новизна:

1. Разработка комплексного подхода к оценке надежности электроснабжения и качества электроэнергии, отличительной чертой которого является учет взаимозависимости надежности и качества.
2. Разработка метода и проведение на его основе комплексного анализа мероприятий по повышению уровня надежности электроснабжения и поддержанию качества электроэнергии на заданном уровне.
3. Технико-экономическое обоснование рекомендаций по повышению надежности и качества электроснабжения и поддержания их на заданном уровне.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика расчёта показателей надежности электроснабжения с учетом показателей качества электроэнергии и количественной зависимости этих показателей друг от друга.
2. Результаты анализа надежности и качества работы сельских электрических сетей.
3. Экспериментальные исследования степени влияния надежности электроснабжения на показатели качества электроэнергии.
4. Предлагаемые способы и технические средства повышения уровня надежности электроснабжения и поддержания показателей качества электрической энергии в требуемых пределах.

Практическая значимость работы заключается в использовании разработанной комплексной методики совместного анализа и синтеза надежности электроснабжения и показателей качества электроэнергии при планировании дальнейшего развития инфраструктуры электроснабжения Восточных электросетей Иркутской области.

Публикации и апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях Иркутской ГСХА в 2003-2005 гг.; конференции молодых ученых Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН; 3-й Международной научно-технической конференции Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве в г. Москва в 2003 г; на Всероссийском семинаре с международным участием Методические проблемы исследования надежности больших систем энергетики, г. Вологда, 2007г. Результаты исследований опубликованы в 8 работах, в том числе две статьи в рекомендованных ВАК изданиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений. Основной текст занимает 130 стр., список литературы содержит 69 наименования. Работа включает 26 рисунков и 18 таблиц. Весь текст занимает 150 стр.

Автор выражает благодарность за помощь и консультирование в выполнении данной работы д.т.н. проф. ИрГСХА Наумову И. В. и сотрудникам ИСЭМ СО РАН О. Н. Войтову и Л. В. Семеновой за консультации при освоении программы расчета электрических режимов СДО-6.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи диссертации, охарактеризована ее структура, показана научная новизна работы, определены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации посвящена анализу показателей качества электрической энергии (ПКЭ), требованиям, предъявляемым к ним. В ней так-же рассматриваются основные показатели надежности (ПН) электроснабжения и их влияние на работу электрооборудования, взаимосвязь ПКЭ и ПН электроснабжения. Дается анализ состояния сельской энергетики на современном этапе.

Начиная с 50-х годов, электрификация сельского хозяйства Роснсии осуществлялась высокими темпами. Развитие государственных энергосистем и присоединение к ним сельских электрических сетей позволили охватить централизованным электроснабжением около 99 % хозяйств и завершить важный этап электрификации Ч обеспенчение электроэнергией потребителей в сельской местности. В зоне децентрализованного электроснабжения остались лишь отдельные хозяйства, расположенные преимущественно в северных районах страны и удаленные на значительные расстояния от сетей энергосиснтем. Построенные в этот период сельские электрические сети в больншинстве своем в настоящее время отработали свой ресурс и требуют замены или реконструкции.

Ситуация еще более усугубилась в связи с резким сонкращением объемов строительства и реконструкции сельских распренделительных электрических сетей в последние годы, начиная с 1990, связанным с фактическим отсутствием финансирования из централизованных гонсударственных источников и недостатком средств местных бюджетов и энергетических предприятий.

К началу 2000 г. примерно 30 % ВЛ (630 тыс. км) и ТП (140 тыс. шт.), которые обеснпечивали электроснабжение 153000 сельских населенных пунктов, предприятий агропронмышленного комплекса и объектов социальной сферы, а также промышленных предприятий, малых городов и поселков городского типа, расположенных на сельской территории, отработали нормативный срок. К 2010 году эта величина составит 40 %. Ежегодно доля повреждений трансформаторов напряжением 6... 10/0,4 кВ составляет ~ 2,5 % (1300 штук), а трансформаторов напряжением 35... 110 кВ ~ 1,2 % от числа установленных.

Низок уровень автоматизации распределительных сетей. В сетях 10 кВ отсутствует линейное коммутационное электрооборудование, что затрудняет процесс их автоматизации. В сетях 0,4...10 кВ теряется до 12 % электроэнергии, при этом значительно возросли коммернческие потери.

Электрическая энергия используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует в создании других видов продукции, влияя на их качество. Каждый электроприемник (ЭП) работает при определенных параметрах электрической энергии: номинальной частоте, напряжении и т. п., поэтому для его нормальной работы должно быть обеспечено требуемое качество электрической энергии (КЭ). Таким образом, качество электроэнергии определяется совокупностью характеристик электрической энергии, при которых ЭП могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции.

Отпускаемая потребителю электроэнергия подлежит обязательной сертификации на основании Постановления Правительства Российской Федерации №1013 от 13.08.97 г. Для этого созданы и аккредитованы при Госстандарте РФ соответствующие органы по сертификации и испытательные лаборатории по определению качества электрической энергии.