Оценка потенциала энергосбережения на подстанции энергосистемы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: «Оценка потенциала энергосбережения на подстанции энергосистемы».

Введение

Энергоснабжение - реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер , направленных на уменьшение объёма используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объёма произведённой продукции, выполненных работ, оказанных услуг).

Неотъемлемая часть данной дисциплины - это повышение энергетической эффективности, которая основывается на следующих принципах:

1) эффективное и рациональное использование энергетических ресурсов;

2) поддержка и стимулирование энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

3) системность и комплексность проведения мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности;

4) планирование энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

5) использование энергетических ресурсов с учетом ресурсных, производственно-технологических, экологических и социальных условий. [1]

1. Составление принципиальной электрической схемы ПС энергосистемы. Выбор главных трансформаторов (трансформатора) подстанции с учётом допустимых аварийных (систематических) перегрузок.

	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20	20-24
Pзим, МВт	42,4	36,3	48,4	60,5	48,4	48,4
Qзим, МВАр	31,8	27,2	36,3	45,4	36,3	36,3
Sзим, МВА	53	45,4	60,5	75,6	60,5	60,5
Pлет, МВт	31,8	27,2	36,3	45,4	36,3	36,3
Qлет, МВАр	23,9	20,4	27,24	34,08	27,2	27,2
Sлет, МВА	39,9	34	45,4	56,8	45,4	45,4

Полную максимальную мощность, протекающую через трансформатор, найдём по табл.1 :

S_max = S_зим =75,6 МВА

Выбираем два одинаковых трансформатора ТРДН-63000/220 (ТРДЦН) и проверим их на перегрузочную способность [4]

Каталожные и расчетные данные трансформатора приведены в табл. 2[4]



Sном, МВА	Uном, кВ	Рк, кВт	Рх, кВт
	ВН	НН
63	230	11-11	256	70

Табл.2 Каталожные данные трансформатора ТРДН-63000/220 (ТРДЦН)

Коэффициент начальной нагрузки:

Коэффициент длительных аварийных перегрузок:

(1,2>1,08), тогда

2. Определение суточных и годовых объёмов отпуска ЭЭ с главных шин распределительных устройств низкого напряжения подстанции без учёта потерь энергии в линиях электропередач, подключённых к ПС

электрический энергия подстанция потеря компенсация

3. Определение абсолютных и относительных потерь ЭЭ в главных трансформаторах подстанции для характерных зимних и летних суток при нормальных эксплуатационных режимах, а также режимах ремонтных (послеаварийных), имеющих место при отключении одного из трансформаторов на подстанции

Примечание. Повторяющиеся и аналогичные расчёты будут записываться кратко либо записываться в соответствующие таблицы.

3.1 Нормальная (параллельная) работа

Нормальная работа характеризуется одновременной работой трансформаторов, то есть каждый из них загружен на 50% .

Абсолютные суточные и годовые потери в трансформаторах:

Относительные суточные и годовые потери в трансформаторах:

3.2 Послеаварийный режим.(ПАР)

Данный режим наступает после внепланового выхода из работы одного из трансформаторов. Рассмотрим зимний период.

Абсолютные суточные потери в трансформаторе:

Относительные суточные потери в трансформаторе:

Относительное изменение суточных потерь в трансформаторе:

- знак (+) говорит о том, что потери в трансформаторах увеличились, знак (-) - уменьшились.

3.3 Ремонтный режим

Данный режим наступает в ходе планового выключения одного из трансформаторов. Рассмотрим летний период.

Абсолютные потери в трансформаторе:

Относительные потери в трансформаторе:

Изменение относительных потерь в трансформаторе:

Как видно, при отключении одного трансформатора летом, суточные потери в другом трансформаторе не изменяются, а в данном случае вообще уменьшаются. Тогда можно говорить о том, что в летний период может работать один трансформатор. Но чтобы говорить о полной замене двух трансформаторов одним, нужно посмотреть, как в целом изменяются суточные потери при разной загруженности трансформаторов.

4. Оценка относительных изменений суточных потерь ЭЭ в трансформаторах ПС

4.1 Параллельная или раздельная работа на РУ низкого напряжения в разных вариантах распределения нагрузки между секциями РУ. (40%/60%, 30%/70%, 20%/80%, 10%/90%, 0%/100%)

Один трансформатор загружен на 40%, второй - на 60%

Абсолютные суточные и годовые потери в трансформаторах:

Относительные суточные и годовые потери в трансформаторах:

Последующие расчёты сводим в таблицу 4.1

	50\50	40\60	30\70	20\80	10\90	0\100
	6,24	6,35	6,7	7,27	8,08	7,44
, МВт ч	4,98	5,06	5,26	5,59	6,05	4,92
	0	1,7	7	17	29	19
	0	1,6	5	12	21	-1,2

Табл. 4.1 Относительное изменение суточных потери при разной загруженности трансформаторов.

Можно сделать следующий вывод, что наиболее оптимальный вариант- это параллельная работа. Так же в некоторых случаях можно использовать один трансформатор. Естественно, замена двух трансформаторов одним, экономически выгодно, но если он выйдет из строя, то потребитель останется без питания и достаточно долгое время, так как ремонт или замена трансформатора занимает не один день. В нашем случае есть потребители первой категории, для которых сбой в системе неприемлем. Поэтому в данном случае один трансформатор ставить нельзя.

4.2 Ремонт трансформаторов или других последовательно соединённых с ними элементов схемы ПС в разные календарные сроки (время года, продолжительность ремонта)

Летом ремонт длится 5 дней ,зимой - 2 дня. Рабочий день с 8.00 - 20.00

Зима:

Относительная величина дает нам оценку потерь только за одни сутки ремонта, и чтобы определить, как влияет ремонт на потери в целом, нужно определить годовые потери.

,

соответственно относительное изменение потерь буде равно

Лето:



,

тогда относительное изменение потерь в этом случае

Если ремонт велся и зимой и летом:

	Ремонт зимой	Ремонт летом	Ремонт зимой и летом
	7,14	5,12	-
	2071,5	2070	2072,18
	14	2,8	-
	0,08	0,01	0,12

Табл.4.2 Относительное изменение потерь в разные календарные сроки.

Из этой таблицы можно выделить следующее: За все дни, в которые ведётся ремонт, потери возрастают, но на годовые потери они мало влияют.

4.3 Полная и частичная компенсация реактивной мощности.

50% компенсации

	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20	20-24
Pзим, МВт	42,4	36,3	48,4	60,5	48,4	48,4
Qзим, МВАр	15,9	13,6	18,15	22,7	18,15	18,15
Sзим, МВА	45,28	38,76	51,69	64,62	51,69	51,69
Pлет, МВт	31,8	27,2	36,3	45,4	36,3	36,3
Qлет, МВАр	11,95	10,2	13,62	17,04	13,62	13,62
Sлет, МВА	33,97	29,05	38,77	48,49	38,49	48,49

Табл.4.3 Зимние и летние максимальные нагрузки при компенсации 50%

75% компенсации

	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20	20-24
Pзим, МВт	42,4	36,3	48,4	60,5	48,4	48,4
Qзим, МВАр	7,95	6,8	9,07	11,35	9,07	9,07
Sзим, МВА	43,13	36,93	49,2	61,55	49,2	49,2
Pлет, МВт	31,8	27,2	36,3	45,4	36,3	36,3
Qлет, МВАр	5,97	5,1	6,81	8,52	6,81	6,81
Sлет, МВА	32,4	27,67	36,9	46,19	36,9	36,9

Табл. 4.4 Зимние и летние максимальные нагрузки при компенсации 75%

100% компенсации (Q=0, S=P)

	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20	20-24
Sзим, МВA	42,4	36,3	48,4	60,5	48,4	48,4
Sлет, МВА	31,8	27,2	36,3	45,4	36,3	36,3

Табл. 4.5 Зимние и летние максимальные нагрузки при компенсации 100%

Абсолютные потери и изменение относительных потерь внесём в таблицу 4.6

компенсация	0%	50%	75%	100%
, МВт ч	6,24	5,46	5,26	5,2
МВт ч	5	4,54	4,43	4,39
	2073	1841	1782	1764
,%	0	-12	-15,7	-16,6
	0	-9	-11,7	-12,2
	0	-11	-14	-15

Табл.4.6.Изменение относительных потерь при полной или частичной компенсации

Можно сделать вывод, что при компенсации реактивной мощности потери в трансформаторах уменьшаются. Так же заметно, что полная компенсация не намного уменьшает потери по сравнению с компенсацией в 75%. И поэтому для сохранения денежных средств, можно ограничиться компенсацией в 75%

5. Выбор кабелей, подключаемых к РУ низкого напряжения ПС для питания распределительных пунктов (РП), по условиям их работы в основных эксплуатационных режимах. Определение относительных суточных потерь ЭЭ в этих линиях в условиях нормальных и послеаварийных режимов для характерных зимних и летних суток

	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20	20-24
	3,5	3,0	4,0	5,0	4,0	4,0
	2,6	2,25	3	3,75	3	3
	4,37	3,75	5	6,25	5	5
	3,25	2,8	3,75	4,69	3,75	3,75
	2,6	2,26	3	3,75	3	3
	1,56	1,35	1,8	2.25	1,8	1,8

Табл.5.1. Максимальные зимние и летние нагрузки РП сети.

Выбираем 2 кабеля.

По табл. 3.23 [1] выбираем трёхжильный бумажный кабель с поясной изоляцией .

По табл. 3,35 [1] находим плотность тока .

Сечение жилы кабеля: .

Выбираем кабель сечением F=150 мм² и по табл. 1.3.13 [2] выбираем для него I_доп=355А, по табл. 3,29[1] выбираем удельное активное сопротивление кабеля r₀=0,264 Ом\км.

По табл. 3,32[1] при средней коррозионной активности земли выбираем кабель без наличия блуждающих токов: ААШвУ

Чтобы кабель прошёл должно выполняться условие :, где - допустимый ток с учётом поправочных коэффициентов.

,

где

Определение относительных потерь ЭЭ в линиях в нормальных и послеаварийных режимах.

Нормальный режим (N=2)

Остальные расчёты заносим в табл. 5.2

Аварийный режим (ПАР).(N=1)

Все расчёты аналогичны предыдущим, поэтому сразу заносим данные в табл.5.2

Норм.реж.	1,8	1,01	526	1,9%	1,4%	1,7%
ПАР	3,64	2,06	1068	3,8%	2,9%	3,5%

Табл.5.2. Относительные потери в линиях при нормальных и аварийных режимах.

6. Оценка относительного изменения суточных потерь ЭЭ в линиях

6.1 Использование кабелей разного сечения

Выберем два сечения , соседних с исходным:

F=120мм², I_доп=310A, r₀=0,258Ом/км

F=185мм², I_доп=400А, r₀=0,167 Ом/км

Примечание: По аналогичным формулам пункта 5 рассчитаем относительные потери нормального режима в линиях для данных сечений кабелей. Сведём всё в табл.6,1

F, мм2	120	150	185
	2,28	1,8	1,47
	1,28	1,01	0,83
	667,2	526	430,9
	2	1,9	1,56
	1,8	1,4	1,2
	2,2	1,7	1,4
	5,2	0	-18
	28	0	-17
	29	0	-17

Табл. 6,1. Относительное изменение относительных потерь при использовании разных сечений кабеля одной марки

Из всего этого можно сделать вывод, что при использовании кабеля большего диаметра можно уменьшить потери примерно на 20%, но с другой стороны такой кабель намного дороже, а это немало важный фактор при выборе любого оборудования.

6.2 Использование кабелей разных марок

Выбираем кабель с пластмассовой и резиновой изоляцией АВАШв. По [1] находим допустимый ток, плотность тока, и необходимые коэффициенты по аналогии с пунктом 5:

Изменение относительных потерь занесём в табл. 6.2

				%	%	%	%	%	%
ААШвУ	1.8	1.01	256	1.9	1.4	1.7	0	0	0
АВАШв	2.33	1.3	680.5	2.5	1.84	2.24	31	31	32

Табл.6.2 Изменение относительных потерь в кабелях при использовании другой марки кабеля

Из таблицы заметно, что при использовании кабеля из пластмассовой изоляции с

тем же самым сечением потери в линиях увеличились на 30%. То есть кабель с бумажной изоляции в данном случае наиболее оптимален.

6.3 Отклонение напряжения электропередачи в диапазонах

U₁=0,9U_ном, U₂=0,95U_ном, U₃=1,05U_ном, U₄=1,1U_ном.

U₁=0,9U_ном:

Следующие параметры находятся по уже известным формулам, поэтому сразу заносим их в табл. 6.3. В неё же заносим параметры, рассчитанные при других отклонениях номинального режима.

	0.9Uном	0,95Uном	Uном	1,05Uном	1,1Uном
	2,25	2,02	1,8	1,82	1,5
	1,26	1,14	1,01	1,02	0,84
	657,9	592	526	532	438,6
%	2,4	2,1	1,9	1,9	1,6
%	1,8	1,6	1,4	1,4	1,2
%	2,2	1,9	1,7	1,7	1,4
%	26	6	0	0	-16
%	28	28	0	0	-14
%	29	12	0	0	-17

Табл. 6.3 Изменение относительных потерь в кабелях при разных отклонениях U_ном.

Из таблицы видно, что падение напряжения увеличивает потери в трансформаторах, поэтому стараются поддерживать его постоянным. Именно поэтому были выбраны трансформаторы с РНП (регулированием нагрузки под напряжением)

6.4 Разное размещение компенсирующих устройств

· на шинах ПС или на шинах питаемых от них РП;

· при полной или частичной компенсации реактивной мощности на шинах РП

(0,3Q_РП, 0.6Q_РП, 0,9Q_РП )

Для наглядности и простоты возьмём 100% компенсации. Если мы поставим БСК на шинах ПС, то компенсируется реактивная мощность в цепях трансформаторов, в высоковольтных линиях, а по кабелям будет протекать 100% реактивной мощности , то есть полная мощность S_РП.

Если мы поставим БСК на шинах РП, то реактивная мощность будет компенсироваться непосредственно и в кабелях, то есть по ним будет протекать только Р_РП.

Можно предположить, что при установке БСК на шинах ПС потери в кабелях уменьшатся, по сравнению с установкой на шинах ПС. Для проверки рассчитаем изменение относительных потерь для обоих случаев и занесём данные в таблицу 6.4

Установка БСК	На шинах ПС	На шинах РП
	1,8	1.2
	1,01	0.65
	526	348.19
%	1,9	1.3
%	1,4	0.9
%	1,7	1.1
%	0	-31
%	0	-35
%	0	-35

Табл.6.4 Изменение относительных потерь в кабелях при разном размещении компенсирующих устройств.

Как и предполагалось, установка БСК на шинах РП приводит к уменьшению потерь в кабелях

30% компенсации

	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20	20-24
	3,5	3,0	4,0	5,0	4,0	4,0
	2,6	2,25	3	3,75	3	3
	3,9	3,4	4,5	5,6	4,5	4,5
	2,8	2,4	3,25	4,06	3,25	3,25
	1,82	1,6	2,1	2,6	2,1	2,1
	1,1	0,9	1,26	1,57	1,26	1,26

Табл.6,5 Зимние и летние максимальные нагрузки при компенсации 30%

60% компенсации

	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20	20-24
	3,5	3,0	4,0	5,0	4,0	4,0
	2,6	2,25	3	3,75	3	3
	3,77	3,23	4,3	5,4	4,3	4,3
	2,8	2,4	3,24	4	3,24	3,24
	1,4	1,2	1,6	2	1,6	1,6
	1,04	0,9	1,2	1,5	1,2	1,2

Табл. 6.6Зимние и летние максимальные нагрузки при компенсации 60%

90% компенсации

	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20	20-24
	3,5	3,0	4,0	5,0	4,0	4,0
	2,6	2,25	3	3,75	3	3
	3,52	3,01	4,02	5,02	4,02	4,02
	2,61	2,25	3,01	3,76	3,01	3,01
	0,35	0,3	0,4	0,5	0,4	0,4
	0,26	0,2	0,3	0,4	0,3	0,3

Табл. 6.7 Зимние и летние максимальные нагрузки при компенсации 90%

Изменение относительных потерь внесём в таблицу 6.8

компенсация	0%	30%	60%	90%	100%
, МВт ч	1,8	1,47	1,35	1,2	1,2
МВт ч	1,01	0,82	0,76	0,66	0,65
	526	429,3	395	350	348,19
,%	1,9	1,5	1,4	1,3	1,3
	1,4	1,1	1,07	0,9	0,9
	1,7	1,4	1,3	1,2	1,1
%	0	-21	-26	-31	-31
%	0	-21	-23	-35	-35
%	0	-18	-23	-29	-35

Табл.6.8.Изменение относительных потерь при полной или частичной компенсации реактивной мощности в кабелях.

Потери в линиях аналогичны потерям в трансформаторах. При большей компенсации реактивной мощности потери уменьшаются.

7. Еженедельные изменения электропотребления в жилище студента. План мероприятий, направленных на энергосбережение в быту. Оценка их натуральной и стоимостной эффективности

Табл. 7.1 Учет ЭЭ за два месяца

День недели	Показание счетчика	Расход ЭЭ, кВт ч	Руб.	примечание
март
Вск	10.03.12	2459	-	-
Ср	14.03.12	2469	10	24,2
Пт	16.03.12	2479	10	24,2
Вск	18.03.12	2479	0	0	Никого не было дома
Ср	21.03.12	2489	10	24,2
Пт	23.03.12	2496	7	15,68
Вск	25.03.12	2497	1	2,42
Ср	28.03.12	2508	11	24,64	Пылесос+стир.машина
Пт	30.03.12	2517	9	20,16
апрель
Вск	1.04.12	2519	2	4,48
Ср	4.04.12	2536	17	41,14	Пылесос+стир.машина
Пт	6.04.12	2543	7	16,94
Вск	8.04.12	2544	1	2,42
Ср	11.04.12	2560	16	38,7	стир.машина
Пт	13.04.12	2572	12	29,04	пылесос
Вск	15.04.12	2572	0	0	Никого не было дома
Ср	18.04.12	2581	9	21,78
Пт	20.04.12	2584	3	7,26
вск	22.04.12	2584	0	0	Никого не было дома
Ср	25.04.12	2597	13	31,46
Пт	27.04.12	2603	6	14,52
Вск	29.04.12	2603	0	0	Никого не было дома
май
Ср	2.05.12	2609	6	14,52
пт	4.05.12	2612	3	7,26

Если проследить за показаниями, то можно сделать следующие выводы. Много электроэнергии потребляют пылесос, стиральная машина и микроволновая печь. Если в доме индивидуальное отопление, то регулируя температуру помещения, мы регулируем потребляемую мощность. Ближе к маю, когда на улице потеплеет, отопление совсем можно отключить: потребление энергии снижается, о чем говорит уменьшение чисел в конце таблицы.

Если говорить о затратах ЭЭ и способах ее уменьшения, то могу предложить некоторые варианты, которых я придерживаюсь сама. В отличие от частных домов, в многоэтажных домах можно выключать отопление, если уезжаешь на выходные, так как квартира не промёрзнет полностью, потому что будет поступать тепло от соседей сверху, снизу, сбоку.

Не стоит включать разом стиральную машину, микроволновку или пылесос - может выйти из строя автомат.

Естественно, если есть возможность не использовать электронные вещи, то я так и делаю ( читаю обычные книги, а не электронные). Протираю лампочки, мою окна. Так же есть вариант замены обычных лампочек, энергосберегающими, светодиодными. Но я не использую энергосберегающие лампы, потому что сложна их утилизация.

И таких мелочей много, по порой это даёт возможность неплохо сэкономить.

Так же вывод о зависимости показаний счетчика от времени года можно сделать и по квитанциям, которые мы оплачиваем каждый месяц.

месяц	Расход ЭЭ, кВт ч	Руб.
Февраль	105	254,1
Март	84	203,3
Апрель	83	200,8

Табл. 7.2 Расход ЭЭ за февраль, март, апрель.

В зимние месяцы мы тратим больше ЭЭ, из-за холодов, из-за короткого светового дня. И по таблице видо, что с наступлением тепла и с увеличением светового дня, потребление уменьшилось в среднем на 21кВт ч. Но это совсем не значит, что в летний пероид потребление ЭЭ дойдёт до минимума. Если лето очень жаркое, то во всех домах начинают работать вентиляторы, кондиционеры, что сопровождается увеличением потребления ЭЭ.

Заключение

В данной работе была составлена схема подстанции, выбраны силовые трансформаторы, кабельные линии, питающие РП. Были рассмотрены потери электрической энергии в трансформаторах при нормальном, аварийном, ремонтном режимах. Получены данные о зависимости потерь от разной загруженности каждого из трансформаторов. Так же получены данные о зависимости потерь в кабельных линиях от использования кабелей разного сечения, разных марок, от отклонения номинального напряжения.

Немало внимания было уделено компенсации реактивной мощности в трансформаторных линиях, в кабельных линиях. Получены данные об изменении потерь при различной компенсации реактивной мощности, различном размещении компенсирующих устройств. Был рассмотрен вопрос об экономичном использовании электрической энергии в жилищах.

В данной работе можно было использовать компенсирующие устройства (поставить БСК), но это было бы экономически невыгодно, так как выбранные трансформаторы могут работать на рассчитанную мощность и без компенсации.

Уменьшение любых потерь, бесспорно, приводит к дополнительным денежным затратам. Всегда будет становиться вопрос: «А будет ли это выгодно? А сможет ли это окупиться?» Нахождение баланса между затратами и выгодой - и есть задачи энергосбережения.

Список используемой литературы

1. «Справочник по проектированию электроэнергетических сетей» под редакцией Д. Л. Файбисовича. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.:НЦ ЭНАС,

2009 г. -392с. ил.

2. Правила устройства электроустановок ПУЭ. - 7-е изд. - М: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003 г.

3. Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ.

4. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. М.: Энергоатомиздат. 1989.

5. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. - Москва: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с. ил.

6. http://www.news.elteh.ru/arh/2005/34/15.php

Размещено на Allbest.ru