УДК 621.311.12
Сравнение вариантов построения систем
электроснабжения сельских потребителей
,
КузГТУ
Научный руководитель: доцент кафедры ЭГПП
На сегодняшний день развитие отечественной энергетики достаточно часто сталкивается с проблемами качества электрической энергии в сельских системах электроснабжения (СЭС), что обусловлено старением установленного оборудования, перегруженностью линий электропередач, неравномерным распределением нагрузки по фазам и т. д..
На территории России все сельские сети имеют, как правило, схожий вариант построения – это магистральные воздушные линии переменного тока на 0,4 кВ, запитанные от однотрансформаторных подстанций с первичным напряжением 6 или 10 кВ. Такое построение систем электроснабжения потребителей сельской местности не только обуславливает большие потери электроэнергии, но и низкое ее качество. В настоящее время разработаны абсолютно новые схемные решения построения СЭС сельских потребителей, сравнение которых будет произведено в данной работе.
В качестве объекта для исследований выбрана схема электроснабжения поселка Андреевка Кемеровского района (рис.1).
Рис. 1. Паспортная схема ВЛ – 0,4 кВ одной из подстанций п. Андреевка
В данном поселке электроснабжение производится по воздушной линии (ВЛ) 0,4 кВ от комплектной трансформаторной подстанции (КТП) мощностью 250 кВА, марка провода воздушной линии – АС-35.
Так как в сети преобладает однофазная нагрузка, то при расчете потерь мощности в системах переменного тока необходимо учитывать потери не только от токов нагрузки, но и дополнительные потери от уравнительных токов, вызванных несимметрией нагрузки фаз.
Потери мощности в ЛЭП при симметричной нагрузке рассчитываются по формуле:
, (1)
где I - величина тока, А, R – сопротивление линии, Ом.
При несимметричной нагрузке необходимо учитывать дополнительные потери с учетом несимметрии токов:
, (2)
где 
– коэффициент несимметрии по обратной последовательности, 
- коэффициент несимметрии по нулевой последовательности, 
- сопротивление нейтрального провода, 
- сопротивление фазного провода.
Потери мощности в трансформаторе определяются по формуле:
Д
, (3)
где 
- потери холостого хода трансформатора, кВт, 
- потери короткого замыкания трансформатора, кВт, – коэффициент загрузки трансформатора.
В табл. 1 представлены результаты расчета потерь мощности в ЛЭП – 0,4 кВ для двух режимов работы системы электроснабжения (СЭС) переменного тока при симметричной и несимметричной нагрузке фаз.
Таблица 1
Потери мощности в ЛЭП – 0,4 кВ для двух режимов работы системы электроснабжения переменного тока
Потери мощности | Потери мощности в ЛЭП, кВт | Потери мощности в трансформаторе, кВт | Дополнительные потери с учетом несимметрии токов, кВт | Итого |
Симметричная нагрузка фаз | 169,3 | 0,893 | - | 225,4 |
Несимметричная нагрузка фаз | 224,5 | 0,893 | 1,6 | 227 |
В работе рассмотрены следующие варианты построения СЭС, которые направлены на уменьшение нагрузки и сопротивления сети, а соответственно и сокращение потерь мощности:
Электроснабжение на постоянном токе. Электроснабжение от двух источников питания. Электроснабжение от КТП, расположенной в центре электрических нагрузок (ЦЭН).
Рис. 2. Схема сельской сети с двумя источниками питания
Рис. 3. Перенос ТП в ЦЭН
Результаты расчета потерь мощности в ЛЭП – 0,4 кВ, с учетом потерь в преобразовательных устройствах на КТП и в местах подключения нагрузки (домов), представлены на гистограмме (рис. 4)
Рис. 4. Потери мощности в ЛЭП при трех вариантах электроснабжения
Таким образом, самым выгодным вариантом построения СЭС оказалось электроснабжение на переменном токе при расположении ТП в ЦЭН. Этот вариант выгоден и с точки зрения повышения качества электроэнергии за счет сокращения длины линий и снижения потерь напряжения.
Определены объемы затрат на реализацию вариантов построения СЭС, в которые включена стоимость оборудования, замены провода без учета затрат на проведение работ (табл. 2).
Таблица 2
Затраты на полную реконструкцию электрической сети для различных вариантов схемы
Наименование электрооборудования | СЭС на постоянном токе | Использование двух КТП | Одна КТП, расположенная в ЦЭН | |||
Кол-во/длина, шт./м | Затраты, руб. | Кол-во/длина, шт./м | Затраты, руб. | Кол-во/длина, шт./м | Затраты, руб. | |
СИП-3 1х35 | - | - | 1650 | 50 | 1500 | 50 |
КТП-ВВ-40/10 | - | - | 2 | 110 000 | - | - |
ТМГ-40/10 | - | - | 2 | 77 800 | - | - |
Выпрями-тель ТЕ1 – 315/115-0 УХЛ4 | 1 | 395 600 | - | - | - | - |
Инвертор DC/AC – 110/220 В – 1500ВА – 2U - ВР | 30 | 66 316 | - | - | - | - |
Провод АС - 95 | 1500 | 52 | - | - | - | - |
КТП-ВВ-250/10/0,4 | - | - | - | - | 1 | 190 000 |
ТМГ-250/10 | - | - | - | - | 1 | 150 000 |
Итого | 2 463 080 | 458 100 | 415 000 |
Затраты на реконструкцию сети для первого варианта значительно превосходят затраты на реконструкцию для других вариантов. Это связано, прежде всего, с дорогостоящим оборудованием, а также сложностью переоборудования подстанции. Сроки окупаемости трех вариантов представлены на гистограмме (рис. 5).
Рис. 5. Сроки окупаемости реконструкции СЭС п. Андреевка
Согласно полученным результатам, наиболее выгодными оказались сразу два варианта: электроснабжение от двух источников питания и электроснабжение от КТП, расположенной ЦЭН. Срок окупаемости обоих вариантов приблизительно равен одному году. При этом затраты на второй вариант на 81,5% меньше, а на третий на 83%, чем вариант электроснабжения на постоянном токе.
Список литературы:
1. Проблемы электроснабжения [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://www. td-m. ru/solutions/Problems/Problems. php
2. Выпрямительные агрегаты [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://www. upsrus. ru/index. sema? a=texts&id=189
3. Инверторная система [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://www. ups-online. ru/dcac/invertori/dc-ac-invertornaya-sistema-48-220-tsi-bravo-epc-pack-preobrazovatel-postoyannogo-napryazheniya-48v-v-peremennnoe-220v. html
