Методы и средства повышения эффективности системы электроснабжения
Чтобы система электроснабжения (СЭС) была экономичной, ей необходимо иметь наименьшие потери электроэнергии. В настоящее время такие потери составляют до 20% от передаваемой электроэнергии.
Возможные причины потери электроэнергии:
Паспортные характеристики оборудования и передающих сетей.
Дополнительные причины, связанные с эксплуатацией:
несоответствие реальной нагрузки номинальным характеристикам устройств;
неправильные режимы эксплуатации;
низкое качество ремонта и дефектами в производстве продукции.
Часть этих потерь можно предотвратить еще на стадии проектирования электроснабжения, но большая часть зависит от правильной эксплуатации системы.
Проще говоря, для экономии электроэнергии нужно снизить потери при передаче и эксплуатации.
Обеспечение эффективности системы электроснабжения на стадии проектирования
В процессе разработки системы электроснабжения необходимо учесть объем потребляемой мощности и требования технологии производства. Также важно учитывать электромагнитную совместимость различных приемников, чтобы правильно выбрать питающее напряжение и обеспечить качество электроэнергии в соответствии с нормативами. Это также предполагает разделение спокойной и динамической нагрузки, и обеспечение требуемого уровня мощности короткого замыкания для различных приемников.
Как значительно сократить потери электроэнергии при транспортировке от электростанции до конкретной технологической установки:
применение устройств для компенсации реактивной мощности;
корректно выбрать сечения и материалы линий электропередач;
выбор оптимального количества и мощности трансформаторов на всех подстанциях.
Выбор более высокого напряжения для внешних и внутренних электрических сетей предприятий снижает потери электроэнергии, пропорционально квадрату отношения значения напряжения низшего к высшему. 0,4 кВ вместо 0,22 кВ, 35 кВ вместо 6 кВ (или 10 кВ), 110 кВ вместо 35кВ. Чем выше напряжение, тем меньше потери.
Однако при принятии решения о выборе уровня напряжения необходимо учитывать не только технико-экономические аспекты, но и затраты на дополнительные элементы системы: увеличение количества изоляторов и установки более мощных опор для поддержания надежности системы.
Хороший вариант: включение резервной линии электропередачи (ЛЭП). Если она отключена или находится под напряжением без загрузки, то ее включение может снизить потери электроэнергии предприятия, питающегося по одной линии электропередачи. Путем уменьшения омического сопротивления ЛЭП такой метод позволяет пропорционально уменьшить потери энергии в питающих линиях в два раза. Это достигается за счет распределения нагрузки на две линии (основной и резервной) с одинаковой протяженностью, площадью сечения и нагрузкой.
Количество силовых трансформаторов на подстанциях зависит от надежности электроснабжения. Определение, нужен ли один или два трансформатора, основывается на технико-экономическом расчете. Также важно учитывать энергосбережение и управление потреблением электроэнергии. Для этого нужно правильно учитывать потребляемую энергию с помощью счетчиков и информационно-измерительных систем учета электроэнергии.
Чтобы более точно учитывать использование электроэнергии в электроустановках, часто используют автоматические системы учета и контроля электроэнергии (АСКУЭ). Их внедрение считается недорогим или средней стоимости и окупается в течение года.
Обеспечение эффективности системы электроснабжения при эксплуатации
Использование электрической энергии в трансформаторах может приводить к потерям энергии. Определяем временные изменения через график нагрузки за нужный период времени, вплоть до всего периода службы трансформатора.
Чтобы сократить эти потери, нужно равномерно распределять график электрической нагрузки.
КПД трансформатора не прямо пропорционален его загрузке, а имеет форму несимметричной параболы. Это связано с потерями энергии в стали магнитопровода, которые практически не зависят от нагрузки и потерями в обмотках, которые меняются в квадратичной зависимости от нагрузки. Если коэффициент загрузки трансформатора ниже 0,6, удельные затраты резко возрастают. Увеличение загрузки и выбор трансформаторов с оптимальными коэффициентами загрузки могут снизить расходы на электроэнергию.
Кроме того, отключение трансформаторов, когда они не нужны, также позволяет сократить потери холостого хода и улучшить коэффициент мощности, вследствие снижения потребления реактивной мощности. При этом надежность электроснабжения не должна пострадать из-за вывода из работы силовых трансформаторов.
Эксплуатационный контроль электрических параметров
Контроль электрических параметров является неотъемлемой частью работы электроустановок. Он помогает поддерживать нужные режимы работы и обнаруживать возможные несбалансированности. Также контроль позволяет настраивать автоматические регуляторы мощности, защитные устройства и определять потери электроэнергии. Для этого используются приборы, которые могут быть классифицированы по точности и применимости к конкретному оборудованию.
Важно выбирать приборы, учитывая характеристики контролируемого оборудования, так как они определяются родом напряжения, частотой и перегрузочной способностью прибора. Необходимо также учесть пределы измерения и при необходимости использовать дополнительные устройства, чтобы расширить их. Например, трансформаторы тока и напряжения, а также шунты и добавочные сопротивления.
Компенсация реактивной мощности
Большинство промышленных предприятий потребляют реактивную мощность. Одним она нужна для нормальной работы (асинхронные двигатели), а другим для преодоления значительных индуктивных сопротивлений в системах электроснабжения (дуговые сталеплавильные печи). В процессе передачи возникают потери активной мощности, вызванной необходимостью передачи реактивной мощности, для этого требуются дополнительные затраты на большую площадь сечения проводников, увеличение мощностей трансформаторов и добавление дополнительных генераторов на электростанциях.
Процесс выработки реактивной мощности имеет ту удивительную особенность, что генераторы реактивной мощности можно размещать в разных частях энергосистемы, не связывая их с генераторами на электростанциях. Так можно значительно уменьшить или полностью устранить реактивную мощность, используя методы компенсации.
Использование устройств, компенсирующих реактивную мощность, может усложнить и удорожать эксплуатацию электрических систем. Однако, благодаря этим устройствам можно сократить передачу полной реактивной мощности по системе, что позволяет увеличить пропускную способность линий и трансформаторов. Это также дает возможность использовать провода меньшей площади сечения при передаче той же активной мощности. Важным фактором является экономичность и целесообразность установки компенсирующих устройств, учитывая дополнительные потери активной мощности, которые варьируются в зависимости от типа установки и измеряются в удельном расходе активной мощности на компенсацию.
Компенсация реактивной мощности может быть достигнута разными способами:
действия без использования компенсирующих устройств;
использование компенсирующих устройств;
использование синхронных двигателей в качестве синхронных компенсаторов. Это особая форма компенсации, при которой синхронный двигатель используется для улучшения коэффициента мощности электрической системы.
Выбор способа и необходимой компенсирующей мощности должны определяться с целью минимизации затрат на компенсацию. Однако любые меры, требующие применения компенсирующих устройств или изменения коэффициента мощности, должны быть согласованы и подтверждены соответствующими расчетами и энергосистемой.
Для уменьшения реактивной мощности можно применить следующие меры без использования специальных устройств:
оптимизировать технологический процесс и использовать рациональные электрические режимы;
исправить режимы холостого хода у асинхронных двигателей и трансформаторов;
перераспределить или отключить трансформаторы, загруженные менее чем на 30% от их номинальной мощности;
переключить статорные обмотки асинхронных двигателей с "треугольника" на "звезду" при низкой загрузке (меньше 40%);
заменить асинхронные двигатели на синхронные для новых установок электропривода (после проведения технико-экономического расчета);
повысить качество ремонта двигателей, сохраняя их номинальные параметры.
Чтобы уменьшить реактивную мощность, на предприятиях используют различные методы компенсации, каждый со своими достоинствами и недостатками.
Одним из наиболее распространенных способов в промышленности является установка статических конденсаторов.
Групповая компенсация на группу потребителей проводится путем подключения конденсаторов к шинам на цеховой ТП ил ГПП.
Индивидуальная компенсация – конденсаторы наглухо подключаются к обмоткам отдельных электродвигателей или трансформаторов, коммутируются вместе с ними, иногда отдельно. Они помогают уменьшить реактивную мощность, но при этом могут вызывать толчки токов при включении и отключении, поэтому требуется использовать автоматические выключатели с запасом 50% по номинальному току.
На предприятиях с электротехнологическими установками, такими как плавильные печи или закалочные нагревательные установки, проблема потребления реактивной мощности решается с помощью конденсаторных батарей, которые входят в комплект оборудования таких установок.
Также на предприятиях с вакуумными дуговыми печами, питающимися от параметрических источников тока, где они используются одновременно и для поддержания коэффициента мощности всего предприятия. Они могут переводить индуктивную реактивную мощность в емкостную для более эффективного использования электроэнергии.
Повышение параметров качества электрической энергии
С ростом использования преобразователей силовой электроники, задача поддержания стабильного качества электроэнергии в сети становится все сложнее. Плохое качество электроэнергии приводит к увеличению потерь, неэффективному использованию систем распределения, поломкам чувствительного оборудования и помехам для других потребителей.
При нормальных значениях показателей качества электрической энергии, технические средства функционируют нормально. Если показатели находятся в пределах от нормальных значений до предельно допустимых, функционирование ограничено по времени. Однако, превышение предельно допустимых значений приводит к нарушению нормального функционирования электроприемников.
Неустойчивое напряжение, фликер напряжения и высшие гармоники могут вызывать сбои и нечеткую работу микроэлектроники, но не являются опасными. Для улучшения качества электрической энергии можно использовать активные фильтры, которые компенсируют гармоники тока, создаваемые нелинейными нагрузками. Это современное оборудование, которое требуется для правильной работы через источники питания.
Активные фильтры – это лучшая альтернатива пассивным фильтрам. Они позволяют избежать таких недостатков, как:
неконтролируемые резонансы (вызванные изменениями паразитных параметров линии);
перегрузки (вызванной гармоническими токами, создаваемыми соседними пользователями);
расстройка (вызванная дрейфом характеристик используемых компонентов);
медленная реакция на изменение нагрузки.
Комментарии 0