Ниже рассмотрены методы расчета потерь электроэнергии в следующем оборудовании сетей и подстанций:
- линейной арматуре ВЛ;
- устройствах присоединения ВЧ-связи;
- РВ и ОПН;
- измерительных ТТ и ТН;
- электрических счетчиках 0,38 кВ непосредственного включения (без ТН).
Линейная арматура
В конструкциях ВЛ напряжением 110 кВ и выше используется арматура, предназначенная для крепления проводов – поддерживающие зажимы (лодочки), гасители вибрации (на линиях 110–220 кВ), дистанционные распорки между проводами расщепленной фазы (на линиях 330–750 кВ). Наличие в конструкциях линейной арматуры замкнутых контуров из магнитных материалов (стальных болтов с плашками и лодочками из стали или ковкого чугуна) приводит к потерям электроэнергии в них на перемагничивание и вихревые токи.
Ввиду больших потерь в арматуре из магнитных материалов на линиях 330 кВ и выше (для ВЛ 750 кВ расчетное активное сопротивление практически удваивается) при их строительстве в последние 20 лет стали использовать немагнитную арматуру из алюминиевых сплавов. Ее применение снижает потери в арматуре в 25–30 раз, приводя их относительное увеличение к цифрам того же порядка, что и для линий 110–220 кВ с арматурой из магнитных материалов. Однако большое количество эксплуатируемых линий 110–220 кВ имеют старую арматуру; имеются и старые линии 500 кВ с арматурой из магнитных материалов.
Потери мощности в линейной арматуре из магнитных материалов, полученные на основе исследований [36], приведены в табл. П2.1, а среднее количество арматуры на 1 км линии – в табл. П2.2.
Таблица П2.1
Потери мощности в линейной арматуре воздушных линий
Аппроксимация данных, приведенных в табл. П2.1, позволяет судить, что зависимость потерь мощности в арматуре ∆Pа от тока в проводе I близка к квадратичной, поэтому учет этих потерь может быть сделан с помощью увеличения удельного активного сопротивления провода на величину ∆r 0 = ∆Pа /I 2 . Результаты аппроксимации приведены в табл. П2.3.
Таблица П2.3
Высокочастотная связь
В отличие от потерь в ВЗ, являющихся нагрузочными, потери в устройствах присоединения ВЧ-связи являются практически постоянными. Подавляющая их часть приходится на конденсатор связи. Годовой расход электроэнергии в нем определяют по формуле
Рассчитанные таким способом потери мощности и электроэнергии приведены в табл. П2.4.
Таблица П2.4
Параметры конденсаторов ВЧ-связи
Потери для напряжений 60 и 154 кВ, полученные с помощью линейной интерполяции, составляют 117 и 300 кВт·ч/год соответственно.
Вентильные разрядники
Токи проводимости элементов РВ нормируются в виде допустимого диапазона, за который они не должны выходить при приложении установленного значения выпрямленного напряжения Uисп [37]. Уменьшение тока ниже нижнего предела (обычно в несколько или в десятки раз) указывает на обрыв в цепи шунтирующих сопротивлений, а увеличение тока – на увлажнение нелинейных резисторов.
Сопротивление РВ в целом может быть определено по формуле, МОм:
Параметры РВ различных типов и напряжений, потери мощности и электроэнергии в них, рассчитанные по формулам (П2.4) и (П2.5), приведены в табл. П2.5. Прочерки в последних двух столбцах таблицы означают, что данный РВ используется только для комплектации РВ более высоких напряжений, а прочерки в столбцах Uисп и Iпр – что данный разрядник скомплектован из элементов и испытаниям в скомплектованном виде не подвергается [37, 38].
Таблица П2.5
Параметры вентильных разрядников с шунтирующими сопротивлениями
В качестве расчетных значений потерь электроэнергии могут быть приняты потери для сетевых разрядников, составляющих большинство установленных РВ. Эти значения приведены в табл. П2.6.
Таблица П2.6
Потери электроэнергии в РВ и ОПН
Ограничители перенапряжений
Потери мощности в колонке резисторов зависят от распределения напряжения по высоте столба. При обычно используемых в конструкциях ОПН устройствах выравнивания напряжений удельные потери в фазе ОПН 500 кВ, полученные на основе натурных измерений, составили 150 Вт [39]. Годовые потери электроэнергии в трех фазах такого ОПН составляют 3 ∙ 150 ∙ 8 760 ∙ 10–3 = 3 940 кВт·ч.
В связи с тем, что в ОПН других напряжений используются такие же резисторы, потери в них могут быть рассчитаны на основании приведенного значения для ОПН 500 кВ по формуле
Колонки резисторов ОПН, используемых в сетях 6–35 кВ, рассчитываются на линейное напряжение, то есть потери в них в 3 раза меньше. В сетях 6–20 кВ используются резисторы других конструкций, однако общие закономерности изменения потерь мощности в зависимости от номинального напряжения сети справедливы и для них. На основании анализа соотношения потерь электроэнергии в ОПН 110–750 кВ нетрудно заметить квадратичный характер их зависимости от номинального напряжения сети. В соответствии с этой зависимостью потери в ОПН 6–20 кВ, приведенные в табл. П2.6, были определены как произведение потерь в ОПН 35 кВ на квадрат отношения напряжений. Потери в РВ и ОПН напряжением 60 и 154 кВ получены с помощью линейной интерполяции.
Трансформаторы тока
Потери в ТТ и его вторичной нагрузке относятся к нагрузочным потерям и зависят от квадрата фактического тока. При относительной токовой нагрузке ТТ, равной, например, 50 % номинального первичного тока, потери составят 25 % номинальных. Исключение составляют потери в магнитной системе, которые не зависят от нагрузки. Однако, как показывают расчеты, проведенные на Свердловском заводе трансформаторов тока (ОАО «СЗТТ»), они составляют доли процента от суммарных потерь и ими можно пренебречь.
Мощность, потребляемая ТТ от силовой цепи, определяется суммой шести составляющих: потерь в первичной обмотке ∆P1 , в магнитной системе ∆Pм, во вторичных обмотках – измерительной ∆P2 изм и защитной ∆P2 защ и в их нагрузках – ∆Pн. изм и ∆Pн. защ. Сумма первых четырех составляющих представляет собой потери во внутренних элементах ТТ (∆Pвн ), а последних двух – во внешних элементах ТТ.
П
араметры и потери в обмотках и магнитной системе ТТ напряжением 10 и 35 кВ, выпускаемых ОАО «СЗТТ», приведены в табл. П2.7. Для целей расчета суммарных потерь мощности во всех ТТ на объекте могут использоваться их средние значения:
Допустимые нагрузки измерительных и защитных обмоток ТТ устанавливаются в виде полной мощности (табл. П2.8) [40]. Аппаратура, присоединяемая ко вторичным цепям ТТ, имеет низкий cos ϕ2 (подавляющая индуктивная нагрузка). Однако соединительные кабели, имеющие протяженность иногда до десятков, а на подстанциях 330–750 кВ – сотен метров, обладают практически активным сопротивлением. Поэтому расчетное значение cos ϕ2 принимают равным 0,8.
С учетом данных, приведенных в табл. П2.7–П2.8, расчетные значения активной мощности, потребляемой от силовой цепи ТТ, установленными в одной точке учета, при известном коэффициенте токовой загрузки βтт , определяют по формулам:
Значения, рассчитанные по формулам (П2.7) – (П2.9), приведены в табл. П2.9.
При расчете фактических и допустимых небалансов электроэнергии на объекте все параметры ТТ (номинальные напряжения и токи, классы точности) обычно известны. Коэффициент токовой загрузки ТТ легко определяется по известному значению электроэнергии W, проходящей через каждую точку учета.
Результаты обследования более 1000 точек учета по четырем АОэнерго, проведенные в ОАО «ВНИИЭ», показали, что подавляющее число потребителей на напряжении 6–35 кВ имеет ТТ с Iном < 1000 А. Среднегодовой коэффициент токовой загрузки ТТ не превышает 0,4. Потери в ТТ при этом составляют 16 % номинальных. На основе этих данных рассчитаны средние значения потерь электроэнергии в ТТ, которые могут быть использованы в качестве расчетных при отсутствии точных расчетов по программе РАПУ (см. п. 5.7):
Выборочный анализ ТТ более высоких напряжений показал, что расчетные годовые потери в ТТ во всем диапазоне номинальных напряжений хорошо аппроксимируются линейной зависимостью, тыс. кВт·ч/год,
Таблица П2.7
Параметры трансформаторов тока 10–35 кВ
Таблица П2.8
Допустимые нагрузки вторичных обмоток ТТ
Трансформаторы напряжения
В отличие от ТТ, ТН работают в практически стабильном режиме в течение всего расчетного периода. Потери в них незначительно изменяются при изменении напряжения в контролируемой точке, поэтому они относятся к условно-постоянным потерям. Потери в обмотках ТН составляют 3–4 % суммарных потерь, остальные потери приходятся на магнитную систему. В сумме эти потери составляют потери во внутренних цепях ТН (∆Pвн ТН ). Допустимая нагрузка вторичных обмоток ТН Sн2 в отличие от ТТ устанавливается как суммарная величина для всех обмоток.
Мощность, потребляемую от силовой цепи тремя ТН, установленными в одной точке учета, определяют по формуле
Таблица П2.10
Потери мощности и электроэнергии в ТН и ТТ
Примечание. Расчетные значения энергии, потребляемой комплексами ТН и ТТ в сетях 6; 15; 20; 60 и 154 кВ, полученные с помощью линейной интерполяции, составляют соответственно 1,6; 2,5; 2,9; 6,8 и 13,3 тыс. кВт·ч/год.
Электрические счетчики непосредственного включения
В табл. П2.11 приведены данные по потреблению мощности цепями тока и напряжения индукционных и электронных счетчиков непосредственного включения, нормируемому стандартами [41, 42]. Потребление каждой цепью напряжения установлено в стандартах в виде активной и полной мощности, а каждой цепью тока – только в виде полной мощности. Поэтому потребление активной мощности каждой цепью тока в табл. 11 принято равным 1/5 потребления полной мощности – аналогично соотношению, приведенному в [41, 42] для цепей напряжения. Потери в трехфазных счетчиках вычислены для трех цепей.
Таблица П2.11
Параметры счетчиков непосредственного включения
Средние потери в рассмотренном оборудовании приведены в п. 2.2.5.
