НАГРУЗКИ ГОРОДСКИХ И СЕЛЬСКИХ ПОДСТАНЦИЙ 110 КВ

LOADS OF URBAN AND RURAL 110 kv SUBSTATION

Vladimir Kostin

assistant professor of the St. Petersburg Mining University,

Russia, Saint Petersburg

АННОТАЦИЯ

Для городских и сельских подстанций 110 кВ выявлены тенденции изменения электропотребления в современных условиях. Получены характеристики графиков нагрузки, которые следует использовать при проектировании новых подстанций, а также для оценки режима электропотребления и расчета потерь электроэнергии на существующих подстанциях, не оснащенных АИИС КУЭ.

ABSTRACT

For urban and rural substations of 110 kV revealed trends in energy consumption in modern conditions. Characteristics of load profiles to be used in the design of new substations, as well as to evaluate the mode of calculation of power consumption and electricity losses in existing substations, are not equipped with an automatic power metering system.

Ключевые слова: подстанция; график нагрузки; электропотребление; коэффициент формы; коэффициент заполнения; число часов наибольших потерь; потери электроэнергии; автоматическая система учета электроэнергии.

Keywords: substation; load schedule; power consumption; form factor; fill factor; the number of hours the largest losses; the loss of electricity; automatic electricity metering.

В настоящей работе статистические данные АИИС КУЭ использовались для анализа структуры городского и сельского электропотребления в современных условиях, получения информации о динамике его изменения за последние годы, оценивались основные показатели графиков электрических нагрузок, используемые для расчетов потерь электроэнергии в электрических сетях.

Рассмотрены четыре подстанций (ПС) Ленэнерго с высшим напряжением 110 кВ, оснащенных АИИС КУЭ:

• ПС 1, от которой получают питание жилой сектор и социальные объекты Кировского и Красносельского районов Санкт-Петербурга;
• ПС 2, обеспечивающая электроснабжение жилого сектора Южной части Московского района Санкт-Петербурга, промышленной зоны на Пулковском шоссе;
• ПС 3, питающая жилой сектор, коммунально-бытовые и промышленные объекты пос. Сосново и близлежащих населенных пунктов Приозерского района;
• ПС 4, обеспечивающая электроснабжение жилых, коммунально-бытовых и промышленных объектов г. Приозерска и близлежащих населенных пунктов.

Анализ электропотребления и последующие расчеты проводились по значениям мощностей, протекающих через силовые трансформаторы ПС и зафиксированных АИИС КУЭ. Интервал усреднения мощности принимался Dt = 1 ч. По этим данным строились суточные, месячные и годовые графики нагрузок ПС, определялись основные показатели режима электропотребления.

В соответствии с нормативными документами на ПС, не оснащенных АИИС КУЭ, дважды в год проводятся контрольные замеры нагрузки (в третьи среды июня и декабря). На рис. 1, а-г приведены в относительных единицах суточные графики активных нагрузок рассматриваемых ПС, соответствующие дням контрольных замеров. За единицу мощности принята максимальная нагрузка декабрьских контрольных суток. Более темный цвет соответствует зимним замерам, более светлый – летним. Здесь же по данным [4] показан суточный график городской ПС, расположенной в жилой зоне (аналог ПС 1), и по данным [7] – график городской ПС с коммунально-бытовой и промышленной нагрузкой (аналог ПС 2).

а)                         б)                                  в)

г)                                   д)                         е)

Рисунок 1. Суточные графики нагрузок исследуемых ПС (а–г) и городских ПС по данным [4; 7] (д, е)

Для суточных графиков всех ПС, характерны следующие особенности:

·     снижение нагрузки в ночное время;

·     рост нагрузки в утренние часы;

·     некоторая стабильность нагрузки в дневное время со слабовыраженным дневным максимумом;

·     явно (ПС 1 в жилой зоне) или слабо выраженный вечерний максимум нагрузки.

Сопоставление суточных графиков нагрузки городских ПС с аналогичными графиками, приведенными в [4; 7], показывает их заметное отличие.

График нагрузки ПС 1, расположенной в жилой зоне, по сравнению с данными [4], более плотный вследствие уменьшения ночного провала нагрузки и практического отсутствия утреннего максимума. Кроме того, просматривается более позднее наступление вечернего максимума.

График нагрузки ПС 2 с коммунально-бытовыми и промышленными потребителями по сравнению с аналогичным графиком [7] также более плотный за счет меньшего провала нагрузки в ночное время и практического отсутствия снижения нагрузки днем.

Плотность графика нагрузок ПС 3 и 4, питающих коммунально-бытовые и промышленные объекты в Ленинградской области, выше данных, приводимых в [7] для сетей сельскохозяйственного значения.

Указанные выше отличия графиков нагрузок городских и сельских ПС обусловлены существенным изменением за последние десятилетия состава потребителей (исчезновением ряда видов потребителей и появлением новых), повышением уровня жизни населения, созданием в городах отдельных спальных районов, промышленных кластеров и другими факторами.

Тенденция повышения плотности графика нагрузок городских ПС при повышении уровня жизни населения наблюдается и в развитых зарубежных странах, что отражено, в частности, в работе [8].

Максимальный коэффициент загрузки K_{т max} трансформаторов ПС 1, 2, 3 и 4 составил 0,7; 0,4; 0,53 и 0,53 соответственно. За весь год трансформаторы этих ПС не были загружены мощностью, превышающей номинальную S_{т ном}, даже в режимах отключения одного из трансформаторов.

Следовательно, на всех ПС есть свободная мощность для подключения новых потребителей, хотя по данным ПАО Ленэнерго (URL: http://www.lenenergo.ru/standart/4007.html) все ПС относится к категории закрытых для технологического присоединения новых потребителей.

Основные показатели годового электропотребления на рассматриваемых ПС, питающих разные потребители, сведены в табл. 1. Здесь же приведены диапазоны значений коэффициента мощности tgj нагрузок ПС. Максимальные значения tgj достигались в период ночного провала нагрузки.

Таблица 1.

Основные показатели электропотребления

Примечание: Р_{max г.} (S_{max г.}), P_{min г.}, P_{ср. г.} – максимальная, минимальная и средняя за год нагрузки

Плотность графика нагрузки характеризуют, главным образом, коэффициент заполнения и коэффициент формы. Эти коэффициенты используются и для расчета потерь электроэнергии в электрических сетях. Целесообразно сравнить значения коэффициентов, рассчитанных по данным АИИС КУЭ со значениями, получаемыми при ограниченной исходной информации.

Значения коэффициентов для суток, месяца и года рассчитывались по данным АИИС КУЭ

  (1)

  (2)

где: P_i – усредненная за интервал времени Dt_i нагрузка;

P_{ср. с.}, P_{ср. м.} и P_{ср. г.} – среднесуточная, среднемесячная и среднегодовая нагрузки;

P_{max с.}, P_{max м.} и P_{max г.} – максимальная суточная, месячная и годовая нагрузки;

Д – количество дней в месяце;

N – количество месяцев в расчетном периоде;

24 – количество интервалов времени Dt_i в сутках.

На основании последней формулы (2) были рассчитаны годовые числа часов максимума нагрузки T_max = К_з.г.×8760. Результаты расчетов по формулам (1, 2) сведены в табл. 2–3 (в скобках указаны средние значения коэффициентов). В табл. 2 приведены также значения T_max, рекомендуемые в [6; 7].

Таблица 2.

Характеристики коэффициентов заполнения

Заметное отличия Т_мax городской ПС 1 от данных [6] обусловлено относительно высоким (более 85 МВт) по сравнению со средним (41 МВт), но кратковременным (всего 4 часа в год) значением максимальной нагрузки подстанции. Отличие Т_мax сельских ПС 3 и 4 от данных [7] обусловлено благоприятным соотношением мощностей коммунально-бытовых и промышленных потребителей:

·     высокой долей односменных потребителей, не участвующих в вечернем максимуме;

·     наличием потребителей, работающих круглосуточно (котельные, насосные станции, агрегаты витаминной муки, очистные сооружения, станции сотовой связи и др.);

·     большой долей наружного освещения, работающего в ночное время.

Таблица 3.

Характеристики коэффициентов формы

Диапазон изменения коэффициентов формы суточных и месячных графиков нагрузок (табл. 2) характеризует неравномерность суточного и сезонного электропотребления. Наименьший разброс значений коэффициентов формы имеет городская ПС 2 со смешанной (жилой, коммунально-бытовой и промышленной) нагрузкой, что подтверждается рис. 1, б. Однако, как видно из табл. 3, квадраты коэффициентов формы суточных, месячных и годовых графиков нагрузок практически для всех подстанций К_ф² < 1,1.

Приведенные в табл. 2 и 3 среднесуточные, среднемесячные и годовые значения коэффициентов заполнения и формы можно использовать как статистические данные при проектировании новых ПС, а также при анализе электропотребления существующих ПС, не оснащенных АИИС КУЭ, но имеющих похожий состав потребителей электроэнергии.

Поскольку значения коэффициентов формы и заполнения используются при расчетах годовых потерь электроэнергии в электрических сетях, целесообразно сопоставить значения этих коэффициентов, рассчитанные по данным АИИС КУЭ, со значениями, рекомендуемыми [1–3; 5] при ограниченной исходной информации.

При расчете и сопоставлении коэффициентов К_ф² и К_з в качестве расчетного месяца принимался декабрь, а в качестве дня контрольных замеров – третья среда расчетного месяца.

При наличии информации о ежесуточных отпусках электроэнергии годовой коэффициент формы в соответствии с [1–3]

                                                (3)

где: К_ф.к.з.² – коэффициент формы суточного графика дня контрольных замеров, рассчитанный по формуле (1);

К_ф.р.м.² – коэффициент формы графика суточных отпусков электроэнергии в расчетном месяце (декабре);

К_ф.N² – коэффициент формы графика месячных отпусков электроэнергии (график с числом значений, равным числу месяцев N в расчетном интервале).

Величины коэффициентов К_ф.р.м.² и К_ф.N² в выражении (3) вычислены по формулам [1–3]

                    (4)

где: W_i – отпуск электроэнергии за i-й день декабря;

W_с.ср. – среднесуточный отпуск электроэнергии в декабре;

W_м.i – отпуск электроэнергии в i-й месяц года;

W_{ср. м.} – среднемесячный отпуск электроэнергии в сеть.

При отсутствии информации о ежесуточных отпусках энергии рекомендуется вычислять значение коэффициента формы по эмпирической формуле [1–3]

                                                        (5)

Значения коэффициентов формы, рассчитанных по выражениям (3–5), занесены в табл. 3, откуда видно практическое совпадение значений коэффициентов формы, рассчитанных по данным АИИС КУЭ и по формулам (3, 4) (погрешность d < 1,0 %). Однако такая точность требует достоверной информации о ежесуточных отпусках электроэнергии в сеть. При отсутствии этой информации и расчете коэффициента формы по эмпирической формуле (5) погрешность может достигать 30 %, не смотря на использование в формуле (5) значения К_з.г., рассчитанного по данным АИИС КУЭ.

Заключение.

1. Выявлены тенденции изменения электропотребления городских и сельских подстанций 110 кВ, обусловленные изменением за последние годы количественного и качественного состава городских и сельских потребителей:

·     уменьшение ночного провала нагрузки и практическое отсутствие ее снижения в дневное время на городских подстанциях, расположенных как в жилой зоне, так и в зоне со смешанным составом потребителей (жилой сектор, коммунально-бытовые и промышленные нагрузки);

• повышение плотности графиков нагрузок сельских подстанций, как при преобладании нагрузки промышленных потребителей, так и при преобладании нагрузки коммунально-бытовых потребителей.
• Полученные на базе данных АИИС КУЭ среднесуточные, среднемесячные и годовые коэффициенты заполнения и формы графиков нагрузок целесообразно использовать как статистические данные при проектировании новых ПС, а также для анализа электропотребления существующих ПС, не оснащенных АИИС КУЭ, но имеющих похожий состав потребителей электроэнергии.

Список литературы:

1. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии. – М.: ЭНАС, 2009. – 456 с.
2. Железко Ю.С., Савченко О.В. Определение интегральных характеристик графиков нагрузки для расчета потерь электроэнергии в электрических сетях. – Электрические станции, 2001, № 10 – С. 5–11.
3. Инструкция по организации в Министерстве энергетики Российской Федерации работы по расчету и обоснованию нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям. Приказ Минэнерго РФ от 01.02.2010 № 36.
4. Козлов В.А. Городские распределительные сети. – Л.: Энергоатомиздат, 1982. – 224 с.
5. Костин В.Н. Электроэнергетические системы и сети: Учебное пособие. – СПб.: Троицкий мост, 2015. – 304 с.
6. Справочник по проектированию электрических сетей. Под редакцией Д.Л. Файбисовича. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2005. – 320 с.
7. Электротехнический справочник: Т. 3 Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. – 8-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 964 с.
8. Pelissier R. Les reseaux d’energie electrique. – Dinod. Paris, 1976. – 566 p.