56
3. Использование регуляторов или устройств коррекции качества одного
или нескольких показателей качества электроэнергии или связанных с ними
параметров потребляемой мощности.
Мероприятия по повышению качества электроэнергии можно разделить
на две группы:
1. Организационно-технические;
2. Технические.
К техническим мероприятиям по повышению качества электроэнергии
относятся:
1. Ограничение токов симметричных составляющих в местах их
возникновения (реактивные фильтры).
2. Изменение напряжений симметричных составляющих путем
создания симметричной системы напряжений;
3. Уменьшение сопротивления элементов системы электроснабжения
с помощью параллельной работы трансформаторов, установки сдвоенных
реакторов продольной компенсации реактивной мощности.
Применяются авторегуляторы расхода пара турбины для повышения
качества частоты на электростанциях автоматическая форсировка тока
возбуждения ротора генератора, устройство автоматической разгрузки по
частоте, отключающее часть менее ответственных потребителей.
Регулирование отклонения напряжения в электрических сетях может быть
централизованным и местным. Централизованное регулирование отклонения
напряжения – это переключение отпаек с высокой стороны, которое позволяет
получить добавки 2,5; 5,0 и 7,5 %.
Переключение может быть ручным (со снятием напряжения) и
автоматическим (без снятия напряжения), то есть регулирование под нагрузкой
(РПН). Местное регулирование отклонения напряжения осуществляется за счет
установки компенсаторов реактивной мощности (БК) с устройством
автоматического регулирования мощности в функции напряжения.
57
Широкое применение имеют линейные регуляторы напряжения (ЛР),
которые включаются в сеть последовательно. Данные регуляторы имеют
проходную мощность от 16 до 110 МВА. Их схемы включения РПН и ЛР
представлены на рис. 4. Схемы отличаются степенью и точностью
регулирования.
Необходимо вести регулирование напряжения с учетом его изменения
во всех точках сети и изменения нагрузки. К организационно-техническим
мероприятиям по повышению качества электроэнергии относятся:
1. Построение системы электроснабжения путем применения глубоких
вводов, применение трансформаторов с оптимальным коэффициентом загрузки,
применение токопроводов.
2. Наиболее правильный выбор ответвлений обмоток у
трансформаторов.
3. Применение перемычек на низкой стороне напряжения, которые
обеспечивают отключение части трансформаторов в часы минимума нагрузки.
4. Снижение сопротивления электроснабжения путем использования
параллельной работы трансформаторов.
5. Применение регулировочной способности синхронных двигателей.
Рисунок 4 - Схема регулирования уровня напряжения
58
В основном снижение колебаний напряжения достигается за счет
рационального построения схем электроснабжения:
1. Выделение ударных нагрузок на отдельный питающий
трансформатор;
2. Использование трансформаторов с расщепленной обмоткой и
разделение нагрузок;
3. Подключение нагрузок на разные плечи сдвоенного реактора;
4. Установка разделительных трансформаторов.
5. Выделение на отдельный фидер наиболее чувствительной к
колебаниям напряжения части нагрузки;
6. Увеличение мощности КЗ за счет использования параллельной работы
трансформаторов.
Организационные мероприятия включают рассредоточение
несинусоидальной нагрузки, исходя из допустимого уровня коэффициента
несинусоидальности; выделение несинусоидальной нагрузки на отдельную
секцию шин со своей обмоткой трансформатора и с последующей установкой
фильтров на шинах. Несимметрия напряжений происходит исключительно
только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения
нагрузок по её фазам.
Так суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 80...95 %
несимметричной нагрузки. Потери электроэнергии в электрических сетях
возрастают от дополнительных потерь в нулевом проводе. Однофазные и
двухфазные потребители, а также разные фазы трёхфазных потребителей
электроэнергии работают на различных, отличных от номинальных
напряжений, вызывающие точно такие же последствия, как при отклонении
напряжения.
Несимметрия трехфазной системы напряжения, обусловлена
несимметрией элементов электрической сети или несимметричными
нагрузками потребителей электрической энергии. Показателями качества
59
электроэнергии, которые относятся к несимметрии напряжений в трехфазных
системах, являются:
1. Коэффициент несимметрии напряжений по обратной
последовательности;
2. Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой
последовательности.
В промышленности, как и в быту используются трехфазные сети
электроснабжения. Потери электроэнергии возрастают от дополнительных
потерь в нулевом проводе. Разные фазы трёхфазных потребителей и
однофазные потребители электроэнергии работают на различных, далеких от
номинальных напряжений, вызывающие точно такие же последствия, как и
отклонение напряжения.
Развитие измерительной техники, направленное на повышение
производительности труда и снижение себестоимости выпускаемой продукции,
приводит к увеличению функциональных возможностей средств измерений и
объединению нескольких функций в одном приборе. Эта тенденция в полной
мере затронула приборы для решения двух важнейших измерительных задач
электроэнергетики – учет электрической энергии и контроль ее качества. Для
эффективного и полноценного решения этих измерительных задач их
выполнение должно осуществляться одновременно.
Так, при учете электрической энергии значения ПКЭ и других
параметров электрических величин используются для оценки погрешности
измерений количества электрической энергии, а при соответствующем
нормативно-методическом обеспечении значения ПКЭ могут оказать
существенное влияние и на финансово-экономические отношения между
поставщиками и потребителями электрической энергии.
В свою очередь, при проведении испытаний электрической энергии,
связанных с контролем ее качества, необходимо получение измерительной
информации о количестве электрической энергии, которая была испытана.
60
Результаты измерений показателей качества электрической энергии могут
использоваться при расчетах за поставленную электрическую энергию
(мощность), если в договорах энергоснабжения, заключаемых хозяйствующими
субъектами в электроэнергетике, определена экономическая ответственность за
поставку электрической энергии, показатели качества которой выходят за
границы значений, определённых в соответствующих нормативных
документах.
Для достижения эффективной интеграции учета и мониторинга качества
электрической энергии в рамках одной системы рекомендуется использовать
общий измерительно-вычислительный компонент – многофункциональный
прибор, в котором объединены функции счетчика и анализатора качества
электрической энергии [16].
Другие измерительные и вычислительные компоненты систем учета и
контроля качества электрической энергии также могут быть объединены
(совмещены). Создание приборов, объединяющих две важнейшие
измерительные задачи в электроэнергетике – учет количества и контроль
качества электрической энергии является отражением важной тенденции их
развития и сближения.
Нетрудно предположить, что дальнейшим развитием этой тенденции,
должно явиться создание измерительных систем, в которых с помощью одних и
тех же компонентов измерительного канала будет производиться и учет
количества, и контроль качества электрической энергии. Как уже отмечалось
выше, в настоящее время происходит постепенный переход от контроля
качества электрической энергии, основанного на периодических испытаниях
электрической энергии, к непрерывному мониторингу качества электрической
энергии с помощью автоматизированных измерительных систем.
Результатом развития измерительных систем, предназначенных для
контроля качества электрической энергии, может стать их интеграция с
автоматизированными информационно-измерительными системами
61
коммерческого или технического учета электроэнергии. В результате этой
интеграции могут быть найдены эффективные решения важной задачи
определения взаимосвязи количественных и качественных характеристик
электрической энергии. Дальнейшее развитие контроля качества электрической
энергии связано со становлением и развитием систем непрерывного
мониторинга качества электрической энергии, что, в конечном итоге, должно
способствовать созданию автоматизированных систем управления качеством
электроэнергии.
3.3. Экономическая эффективность предложенных мероприятий
Основным технологическим оборудованием ГУП «ОКЭС» является:
–воздушные линии (ВЛ);
–кабельные линии (КЛ);
–трансформаторные подстанции (ТП, КТП);
–распределительные подстанции (РП).
Основной функцией распределительных подстанций является
распределение электрической энергии высокого напряжения (10 кВ) по
воздушным линиям (ВЛ) и кабельным линиям (КЛ) между
трансформаторными подстанциями (ТП) и комплектными
трансформаторными подстанциями (КТП) от которых в свою очередь
осуществляется питание по КЛ и ВЛ низкого напряжения (0,4 кВ)
промышленных объектов, жилых районов, культурных и социальных центров
города.
Основным звеном в этой цепи являются распределительные подстанции.
Их оборудование несет нагрузку по снабжению электроэнергии примерно 650-
ти трансформаторных подстанций. При этом из всех РП относительно новыми
являются только две, которые сданы в эксплуатацию в текущем и прошлом
годах. Оборудование остальных РП довольно сильно изношено, так как
практически все они были построены более 15-ти лет назад, и их
оборудование выработало свой ресурс более чем на 80 %, оно подвергнуто как
62
физическому, так и моральному износу. Как известно, при физическом
износе происходит утрата основными фондами их потребительной стоимости,
т. е. ухудшение технико-экономических и социальных характеристик под
воздействием процесса труда, сил природы, а также вследствие их
неиспользования.
При значительной доле устаревших основных фондов предприятие
несет существенные потери:
во-первых, старение зданий, сооружений и оборудования требует
увеличения вложений средств в капитальный ремонт для поддержания их в
рабочем состоянии;
во-вторых, старая техника зачастую ухудшает качество продукции и
услуг и из-за технической отсталости возникает убыточность производства.
Моральный же износ характеризуется, прежде всего, тем, что он
наступает до физического износа, т. е. основные фонды физически могут не
использоваться, но они уже экономически неэффективны. Моральный износ
бывает двух видов (форм). Моральный износ первого вида означает потерю
части стоимости машин без соответствующего физического износа в результате
удешевления изготовления этих машин в новых условиях (при использовании
достижений научно-технического прогресса в производстве). Моральный
износ здесь вызван уменьшением стоимости выпуска аналогичных машин
той же конструкции. Моральный износ первого вида связан с
непродолжительностью срока службы оборудования, не со степенью его
физического износа, а с темпами технического прогресса, ведущего к
снижению стоимости изготовления продукции вследствие роста
производительности труда в отрасли, производящей новые основные фонды.
Моральный износ второго вида приводит к сокращению срока
службы машин и оборудования. Это обусловлено уменьшением их
производительности и мощности. В связи с этим дальнейшая эксплуатация
старых основных фондов по сравнению с аналогичными новыми приводит к
63
росту издержек производства. Технологическое оборудование
муниципального предприятия ГУП «ОКЭС» подвержено, как физическому,
так и моральному износу.
Общий коэффициент износа складывается из износа основных
групп технологического оборудования, в частности, воздушные и кабельные
линии, протяженность которых составляет более 10 тыс. км., изношены более
чем на половину, а основное оборудование трансформаторных подстанций
(трансформаторы и автоматические выключатели) на 58 %. [17]
Существуют такие проблемные ТП, оборудование которых
эксплуатируется сначала 60-х годов, тем самым, выработав свой ресурс в 2
раза. Темпы обновления основных средств 0,2% в год недостаточны для
улучшения положения. Через несколько лет расходы предприятия, связанные
с содержанием, ремонтом и обслуживанием изношенного оборудования могут
возрасти в несколько раз.
Основное технологическое оборудование, подвергшееся наибольшему
износу, можно разделить на три категории:
–трансформаторы;
–кабельные линии;
–оборудование РП.
За прошедший год предприятием на модернизацию, реконструкцию
и обновление основных средств были израсходованы некоторые средства.
При этом капиталовложения в модернизацию и реконструкцию воздушных и
кабельных линий в десятки раз превышают капиталовложения в обновление
оборудования КТП и РП. Так в модернизацию воздушных и кабельных линий
за прошедший год было вложено около 11000 тысяч рублей, а вложения
средств в распределительные и трансформаторные подстанции составили около
2000 тысяч рублей.
Если учесть, что из этих средств на модернизацию и закупку
оборудования ТП и КТП израсходовано более 1500 тысяч рублей, то на долю
64
оборудования РП приходится незначительная сумма (от 46 тысяч рублей до 92
тысяч рублей на одну распределительную подстанцию
При этом правильная политика руководства предприятия по
обновлению основных средств распространяется в основном на первые две
категории основных средств, тогда как третей группе наиболее
изношенного оборудования не уделяется должного внимания. Хотя, с точки
зрения надежности работы предприятия, это наиболее важная группа, так как
именно от этого оборудования зависит нормальное функционирование всей
энергосистемы города. При этом оборудование РП нельзя считать самым
дорогостоящим, поскольку его стоимость значительно ниже стоимости
трансформаторов и кабельных линий. В связи с этим наибольшее внимание
нужно уделить модернизации, реконструкции и обновлению именно
оборудования РП.
Основным технологическим оборудованием распределительных
подстанций являются ячейки КРУ (комплектное распределительное
устройство), оснащенные масляными выключателями ВМГ – 133 с пружинным
приводом. Эти устройства представляют собой довольно громоздкие
сооружения, приводимые в действие очень сложным пружинным механизмом.
Принцип действия этих аппаратов заключается в том, что при включении и
выключении (коммутации), возникающая при разрыве контактов электрическая
дуга, гасится в специальном трансформаторном масле. Каждый масляный
выключатель содержит около 20 литров такого масла. [30]
Масляные выключатели имеют ряд недостатков:
-требуют осмотра и доливки масла после каждого аварийного
выключения;
-не реже одного раза в год необходимо проводить текущие планово-
предупредительные ремонты этих аппаратов (осмотр, устранение подтекания
масла, доливка, протяжка контактных соединений);
65
-не реже одного раза в два года необходимо проводить капитальные
ремонты (полный разбор выключателя, замена изношенных комплектующих,
полная замена масла, испытание повышенным напряжением);
-взрыво-и пожароопасность;
-низкая надежность и безопасность эксплуатации;
-вредное влияние на окружающую среду.
Все эти недостатки можно устранить путем замены выключателей ВМГ
–133 на современные вакуумные выключатели.
В последние годы широкое распространение в мировой практике
получили вакуумные коммутационные аппараты. В них гашение дуги при
коммутации электрической цепи осуществляется в вакуумной
дугогасительной камере (ВДК), которая состоит из изоляционной
цилиндрической оболочки, снабженной по концам металлическими
фланцами, внутри которой помещаются подвижный и неподвижный
контакты и электростатические экраны. Неподвижный контакт жестко
крепится к одному фланцу, а подвижный соединяется с другим
фланцемсильфоном из нержавеюще стали, обеспечивающим возможность
перемещения контакта без нарушения герметичности ВДК. Экраны
предназначены для защиты оболочки от брызг и паров металла, образующихся
при горении дуги, а также для выравнивания распределения, напряжения по
камере. Оболочка ВДК изготовляется из специальной газоплотной керамики (в
некоторых конструкциях-из стекла). Внутри оболочки создается вакуум, в ВДК
применяют контакты торцевого типа достаточно сложной конфигурации,
выполненные из специальных сплавов. [37]
В выключателях напряжением до 35 кВ предназначенных для работы в
сетях трехфазного переменного тока промышленной частоты, используются
три ВДК (по одной на полюс выключателя), снабженные общим приводом-
пружинным или электромагнитным. При напряжении выше 35кВ в каждом