Технические науки/5.
Энергетика
К.т.н. Большанин Г.А., Большанина Л.Ю.
Братский государственный университет, Россия
Выбор оптимального места подключения
нагрузки к действующей линии электропередачи
Прогресс общества, как правило,
сопровождается новыми условиями электроснабжения промышленных и иных объектов,
которые обусловлены, в первую очередь, понижением качества электрической
энергии. В создавшейся таким образом ситуации наряду с формированием
оптимальных методов реализации средств и способов повышения качества
электрической энергии [1], возникает необходимость в обновлении методик
проектирования, монтажа, наладки и эксплуатации систем электроснабжения
промышленных и иных объектов. На стадиях проектирования, монтажа и наладки весьма
важным оказывается правильность выбора места присоединения электрической
нагрузки к линии электропередачи (ЛЭП), то есть места формирования узла, где бы
выполнялся отбор мощности электрического тока для потребителя электрической энергии.
В качестве иллюстрации использования такой
методики здесь рассмотрен алгоритм выбора оптимального места подключения
электрической нагрузки к действующей линии электропередачи (ЛЭП) напряжением
220 кВ, соединяющей подстанции «Лена» и «Коршуниха», входящие в состав ОАО
«Иркутскэнерго». Пусть будет известен спектральный состав фазных напряжений и линейных
токов в месте присоединения анализируемой ЛЭП-220 кВ к шинам подстанции «Лена»
(табл. 1). Пусть начальные фазы напряжений и токов будут практически симметричны,
то есть фазные напряжения, также как и линейные токи отличаются друг от друга
на треть периода. Причем ток в каждом линейном проводе отстает от
соответствующего напряжения на угол 200.
Цель анализа ЛЭП-220 кВ «Лена» –
«Коршуниха» заключается в выборе оптимального места подключения к этой ЛЭП
некоторой электрической нагрузки. Ориентировочно место расположения этой нагрузки
предполагается на расстоянии 100 км от подстанции «Лена». То есть желаемое
место подключения этой нагрузки может быть определено величиной (100
5) км от подстанции «Лена».
Таблица 1
Спектральный
состав фазных напряжений и линейных токов на ЛЭП-220 кВ (подстанция «Лена»)
|
П |
Фазные напряжения, В |
Линейные токи, А |
||||
|
UA |
UB |
UC |
IA |
IB |
IC |
|
|
0 |
529,64 |
263,58 |
1302,5 |
2 |
2 |
0 |
|
1 |
132410 |
131790 |
130250 |
66 |
65 |
65 |
|
2 |
13,24 |
65,9 |
0 |
1 |
0,13 |
2 |
|
3 |
3310,25 |
2639,4 |
2084 |
2 |
1 |
2 |
|
4 |
13,24 |
0 |
0 |
1 |
0,06 |
1 |
|
5 |
5031,58 |
39,52,7 |
2605 |
2 |
1 |
1 |
|
6 |
13,24 |
0 |
13,03 |
1 |
0,06 |
0,08 |
|
7 |
132,41 |
658,95 |
1432,75 |
0,12 |
0,02 |
0,06 |
|
8 |
13,24 |
0 |
0 |
0,06 |
0,02 |
0,06 |
|
9 |
662,05 |
131,79 |
13,03 |
0,06 |
0,02 |
0,06 |
|
10 |
13,24 |
0 |
0 |
0,06 |
0 |
0,03 |
|
11 |
1059,28 |
1317,9 |
1042 |
0,03 |
0,04 |
0,03 |
|
12 |
13,24 |
0 |
0 |
0,06 |
0,02 |
0,06 |
|
13 |
3707,48 |
1317,9 |
2341,5 |
0,03 |
0 |
0,03 |
|
14 |
13,24 |
0 |
0 |
0,07 |
0,02 |
0,03 |
|
15 |
13,24 |
65,9 |
130,25 |
0,03 |
0,04 |
0,03 |
|
16 |
0 |
0 |
0 |
0,06 |
0,02 |
0,03 |
|
17 |
264,82 |
131,79 |
130,25 |
0 |
0 |
0,03 |
Последовательность операций, которые
должны быть выполнены при выборе оптимального места подключения электрической
нагрузки к действующей ЛЭП, может быть сформулирована следующим образом.
1. Определить первичные (продольные и
поперечные) параметры действующей линии электропередачи, к которой требуется
подключить электрическую нагрузку, по соответствующей справочной литературе,
экспериментально или аналитически [2, 4].
2. На одном из концов анализируемой ЛЭП
(начало или конец) определить спектральный состав фазных напряжений и линейных
токов (табл. 1).
3. По известным первичным параметрам линии
вычислить величины вторичных параметров ЛЭП: постоянных распространения волн
электромагнитного поля, собственных и взаимных волновых сопротивлений [2-5].
4. Принимая во внимание технологические и
топографические особенности подключаемой электрической нагрузки, определить
ориентировочное место ее подключения (
).
5. Из соотношения мощностей электрической
энергии на концах анализируемого участка ЛЭП далее следует определить истинное
направление передачи этой энергии. Эта операция позволит уточнить
местонахождение начала и конца рассматриваемого участка ЛЭП.
6. Определить спектральный состав фазных
напряжений и линейных токов в местах возможного подключения электрической
нагрузки по методике [1-3].
7. Определить потери
активной мощности (разница активной мощности в начале и конце анализируемого
участка ЛЭП):
.
Величины активных мощностей
в начале и в конце рассматриваемого участка ЛЭП определяются как сумма
соответствующих активных мощностей фаз:
;
,
где 
, 
и 
– активные мощности
фаз в начале анализируемого участка ЛЭП; 
, 
и 
– активные мощности
фаз в конце рассматриваемого участка ЛЭП.
8. В местах возможного подключения
электрической нагрузки определить коэффициенты искажения синусоидальности кривой
напряжения (1) и коэффициенты искажения синусоидальности кривой тока (2).
, (1)
где N – количество зарегистрированных в спектре напряжения
гармонических составляющих; 
– действующее
значение напряжения на частоте n-й гармонической составляющей; 
– действующее
значение напряжения на частоте основной гармонической составляющей.
,
(2)
где 
– действующее
значение тока на частоте n-й гармонической составляющей; 
– действующее
значение тока на частоте основной гармонической составляющей.
9. Дополнительно к п. 8 или вместо него рекомендуется
определить мощность искажения:
,
где 
, 
и 
– мощности искажения
в линейных проводах ЛЭП соответственно в линии 
, в линии 
и в линии 
, и определяются по формулам типа:
.
10. Определить величины коэффициентов
мощности в местах возможного подключения электрической нагрузки к действующей
ЛЭП:
,
где 
- активная, 
- полная мощности в конце анализируемого участка ЛЭП.
11. Процедура выбора оптимального места
подключения электрической нагрузки к действующей ЛЭП заканчивается
сопоставлением результатов вычислений по п.п. 7– 10 (табл.2).
Таблица 2
Количественная
оценка результатов передачи электрической энергии по
анализируемым участкам ЛЭП различной
протяженности
|
L |
|
|
|
T |
|
|
Км |
кВт |
% |
кВА |
- |
|
|
95 |
4794 |
5,96 |
4,98 |
25,91 |
0,96 |
|
96 |
11591 |
8,55 |
5,10 |
16,93 |
0,91 |
|
97 |
137 |
5,57 |
4,22 |
30,06 |
0,89 |
|
98 |
2422 |
5,77 |
4,79 |
27,68 |
0,99 |
|
99 |
12317 |
9,26 |
5,32 |
15,56 |
0,91 |
|
100 |
780 |
5,66 |
4,24 |
29,23 |
0,93 |
|
101 |
358 |
5,05 |
4,64 |
29,00 |
1,00 |
|
102 |
11988 |
9,07 |
5,48 |
15,76 |
0,98 |
|
103 |
2002 |
5,79 |
4,29 |
27,81 |
0,96 |
|
104 |
– 1232 |
5,57 |
4,51 |
29,79 |
1,00 |
|
105 |
11165 |
8,20 |
5,54 |
17,25 |
1,00 |
Рассмотрению подлежат возможные места
подключения электрической нагрузки с наименьшими потерями активной мощности. Из
этих мест предпочтение отдается местам с наименьшими коэффициентами искажения
синусоидальности напряжений и токов, а также с наименьшей мощностью искажения.
Кроме того, избранное таким образом оптимальное место подключения электрической
нагрузки к действующей ЛЭП должно характеризоваться нормативной величиной
коэффициента мощности [6].
Заданным критериям наилучшим образом
соответствует участок 100 км, где потери активной мощности сравнительно малая
величина 780 кВт, мощности искажения 29,23 кВА, коэффициент мощности достаточно
высок и равен 0,93.
При необходимости более аргументированного
выбора оптимального места подключения электрической нагрузки к действующей ЛЭП
в качестве критериальных показателей можно использовать и другие характеристики
передаваемой электрической энергии.
Литература
1. Большанин, Г. А. Автоматизированная
система активного контроля показателей качества электрической энергии. –
Братск: БрГУ, 2006. – 152 с.
2. Большанин, Г. А. Распределение
электрической энергии пониженного качества по однородному трехпроводному
участку воздушной ЛЭП. // Научный вестник НГТУ. – 2009.– №4(37).– С. 135–144.
3. Большанин, Г. А. Расчет параметров
трехфазной трехпроводной линии электропередачи (LEP3 v. 1.00):
Программа для ЭВМ. / Л. Ю. Большанина. – №2010611988 от 16.03.2010.
4. Большанин, Г. А. Распределение
электрической энергии пониженного качества по участкам электроэнергетических
систем. В 2-х кн. – Братск: БрГУ, 2006. – 807 с.
5. Большанин, Г. А. Особенности
распространения электрической энергии по трехпроводной линии электропередачи. /
Л. Ю. Большанина, Е. Г. Марьясова. – Системы. Методы. Технологии. – 2011. –
№3(11). – С.
6. Нормы качества электрической энергии в
системах электроснабжения общего назначения: ГОСТ 13109 – 97 . – Минск:
Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1998. –
31 с.