Вопросы оптимизации систем промышленного электроснабжения

Современные системы электроснабжения представляют комплекс электрических источников питания, питательных и распределительных сетей и электрических установок генераторы, трансформаторы, электрические сети, защита и автоматика трансформаторных подстанций, преобразовательные устройства и электрооборудование.

Главная задача этой сложной системы ее экономия и рациональная работа. Исследования, направленные на рациональную систем электроснабжения СЭС, показывают , что путем рационализации работы СЭС можно уменьшить потери электроэнергии на 15-20%. Это подтверждают цифры, которые приводятся ниже. Пусть коэффициент спроса СЭС предприятий черной металлургии равен 0,2, а это в свою очередь означает, что например, из 1 000 000 кВ-А установленной мощности силовых трансформаторов достаточно было бы с 100%-ным запасом установить только 400 000 кВ-А, а остальные 600 000 кВ-А использовать в других отраслях промышленности.

В настоящее время задачи оптимизации СЭС промышленного назначения состоят в следующем.

Первая задача это доведения до минимума числа ступеней трансформации в существующих СЭС. Следует считать, что три ступени трансформации более чем достаточно. В то же время мы имеем, как правило, количество ступеней трансформации, доходящее до пяти-шести. На каждой ступени трансформации теряется до 5-7%всей проходящей через нее питающей мощности.

Вторая задача это применение повышенных напряжений. Решение этой задачи позволяет удачно решить первую задачу уменьшение потерь мощности в трансформаторах на всех ступенях напряжений и в самой системе СЭС за счет уменьшения тока.

На наших СЭС мало применяется напряжение 20 кВ и в то же время оно широко применяется во всех странах мира. Например, в Болгарии существуют системы электроснабжения с двумя ступенями трансформации, питание осуществляется по линиям 220 кВ, первая трансформация на понизительных подстанциях 220/20 кВ. Далее распределение электроэнергии на напряжении 20 кВ и вторая трансформация непосредственно у приемников электроэнергии 10;6;0,55;0,4 и 0,23 кВ.

Эффективность таких систем велика, обеспечивается минимум потерь мощности, улучшают качество электроэнергии и условия регулирования, уменьшаются отклонения напряжения.

Третья задача имеет прямое отношение к отклонению напряжения. При применении напряжения 20 кВ для распределительных систем вместо 6 и 10 кВ снижение отклонений напряжения за счет уменьшения потерь напряжения позволит повысить качество электроэнергии, облегчить нормативную производительность производственных механизмов и значительно сократить влияние отклонений напряжения на характеристики осветительных приборов.

Четвертая задача связанна с появлением в системах промышленного электроснабжения приемников электроэнергии с нелинейными характеристиками электрический печи, мощные полупроводниковые выпрямительные подстанции и т.д., что приводит к искажению кривой напряжения она становится несинусоидальной, появляются высшие гармонические, увеличиваются потери мощности. Кроме того, появление высших гармонических обусловливает возникновение резонансов токов, которые выводят из строя за счет нагрева и пробоев статические конденсаторы, устанавливаемые для (компенсации реактивной мощности) в электросети.

Пятая задача возникает вследствие несимметрии напряжений и токов. Несимметрия ухудшает качество электрической энергии, вызывает дополнительные потери электроэнергии, ухудшает работу двигателей, трансформаторов, кабелей и т.д.

Шестая задача связанна с рационализацией систем промышленного электроснабжения, ведущей к сокращению расхода электроэнергии и непроизводительных потерь. Таким образом, построение оптимальной системы электроснабжения предполагают решение всех задач указанных выше.

Компенсация реактивной мощности

Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем промышленного электроснабжения, является вопрос о компенсации реактивной мощности, включающий расчет и выбор компенсирующих устройств, их регулирование и размещение на территории предприятия. Количественные и качественные изменения, происходящие в промышленном электроснабжении за последние годы придают этому вопросу особую значимость. Так, в настоящие время прирост потребления реактивном мощности существенно превышает прирост потребления активной. Все большую долю в общем объеме суммарных нагрузок занимают приемники с нелинейными характеристиками и повышенным потреблением реактивном мощности например, вентильные преобразователи постоянного тока в электроприводе, электротехнологии, железнодорожном транспорте. В этих условиях установка конденсаторных установок наиболее широко применяемых для компенсации реактивной мощности, не всегда эффективна, так как она ограничена их чувствительностью к высшим гармоникам. К сожалению, как в ранее действовавших, так и во вновь принятых указаниях по компенсации реактивном мощности в распределительных сетях многоие вопросы, возникающие при проектировании с эксплуатации компенсирующих устройств КУ, не нашли должного отражения. В первую очередь это вопросы расчета установленной мощности и определения местоположения КУ, защиты конденсаторов от перегрузок в нелинейных цепях и т.д. При выборе оптимального варианта КУ следует исходить не из ведомственных интересов и инструкций, а из технико-экономических расчетов и обоснований. Поэтому не может быть готовых универсальных рекомендаций, и нормируемые показатели следует корректировать и проверять в каждом конкретном случае. Прежде чем перейти к рассмотрению основного вопроса, приведем некоторые положения и определения, относящиеся к понятию реактивная мощность.

До недавнего времени основным нормативным показателем, характеризующим реактивную мощность, был коэффициент мощности cos ф. На вводах питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этого коэффициента должно было находиться в пределах 0,92-0,95. Следует признать, что выбор соотношения P/S в качестве нормативного не дает четкого представления о динамике изменения реального значения реактивной мощности. Например, при уменьшении коэффициента мощности с 0,95 до 0,94 реактивная мощность изменяется на 10%, а при уменьшении этого же коэффициента с 0,99 до 0,98 изменение реактивном мощности составляет уже 42%. Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели 60-65% общего его потребления , трансформаторы 20-25%, вентильные преобразователи, реакторы, воздушные электрические сети и прочие приемники 10%. В зависимости от характера оборудования коэффициент реактивной мощности может достигать 1,3-1,5. Передача значительной реактивной мощности по линиям и через трансформаторы невыгодна по следующим основным причинам. Возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленной загрузкой их реактивной мощностью. На промышленном предприятии это может быть достигнуто естественным путем, например за счет улучшения работы приемников, применения двигателей более совершенных конструкций, устранения их недогрузки, а также за счет установки специальных конденсаторных установок.

Минимизация затрат на электроэнергию

Компенсация реактивной мощности – это путь к снижению потребления электроэнергии и ее долгосрочной экономии. Важным аргументом для подхода к решению вопроса об энергосбережении является тот факт, что затраты электроэнергии в стоимости продукции составляют от 30% до 40%. Это подтверждается оценками как отечественных так и зарубежных специалистов. Установки компенсации реактивной мощности позволяют решить этот вопрос путем уменьшения количества потребления электроэнергии до 30%, что существенно снижает плату за электроэнергию. Вместе с этим конденсаторные установки уменьшают потери мощности и энергии в элементах электрической сети, повышают ее пропускную способность, стабильность напряжения для потребителя и способствуют увеличению активной мощности для потребления. Широко применяются конденсаторные установки как на крупных коммерческих предприятиях, предприятиях тяжелой промышленности, нефтепереработки, металлообработки, по сборке автомобилей, целлюлозно-бумажных предприятиях, на электростанциях, так и в коттеджных поселках, спортивных комплексах, развлекательных-, торговых-, бизнес-центрах, автомастерских, гаражных кооперативах, хлебопекарнях, молокозаводах, везде, где необходима компенсация реактивной мощности.Минимальный срок окупаемости конденсаторных установок составляет 6 месяцев. Срок службы от 15 до 25 лет.

Анализ потребления активной и реактивной мощности трансформаторами 

Энергослужбой завода представлены сведения:

1 По потребляемым активным и реактивным мощностям трансформаторов ТП-1,ТП-2,ТП-3,ТП-14,ТП «НОВАЯ», ТП-4, ТП-6, ТП-8, ТП-7, ТП-15, ТП-16,зафиксированным через получасовые интервалы АСКУЭТ за сутки 15.03.2012г и 23.05.2012г.

2 О конденсаторных установках напряжением 0,4 кВ, установленных на подстанциях завода. Пользуясь представленными сведениями проведён анализ активных и реактивных мощностей коэффициентов реактивной мощности, загрузки трансформаторов за наиболее загруженную смену, результаты которого, сведины в таблицу из которой видно:

1) Мало загружены трансформаторы ТП-2(2)-41%,ТП-14(1)-28%, ТП-14(2)-24%, ТП «НОВАЯ»(1)-31%, ТП «НОВАЯ»(4)-39%, ТП-4-15%, {ТП-6, ТП-8(1)}=8%, ТП-8(2)-7 %, {ТП-15(1),ТП-16(1)}=12%,{ТП-15(2),ТП-16(2)}=12%.Малая загрузка трансформаторов приводит к увеличению коэффициента реактивной мощности и повышению потерь активной энергии.

2) Наиболее загружен только трансформатор ТП-3-72%.

3) Велики коэффициенты реактивной мощности tgΦ трансформаторов ТП-3-0,82, ТП-7-0,8,ТП-15(1),ТП-16(1)-0,86, ТП-15(2), ТП-16(2)-0,81- по сравнению с предельным значением -04, и как следствие потери активной мощности на передачу реактивной мощности.

4) Значительная перекомпенсация реактивной мощности на трансформаторах ТП-1(1) tgϕ=0,33,ТП-1(2) tgΦ=0,36, ТП-2(1) tgΦ=0,33, ТП-2(2) tgΦ=0,155,

при предельном значении 0,4.

Предельные значения коэффициента мощности в зависимости от напряжения точки присоединения потребителя к электрической сети определены в приложении к «порядок расчёта значений соотношений потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств(групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электроэнергии (договора энергоснабжения)», утверждённый приказом министерства промышленности и энергетити РФ от 22.02.2007г №49.

5) Недокомпенсация реактивной мощности по ТП-3, ТП-«НОВАЯ»(1),ТП-«НОВАЯ»(3), ТП-4,ТП-6,ТП-8(1), ТП-7, ТП-15(1), ТП-16(1), ТП-15(2), ТП-16(2) суммарно составляющая около 505кВАр.

6) Потери активной электроэнергии, приходящиеся на передачу реактивной электроэнергии( из за недоконпенсации реактивной мощности) составляют при 2х,3х сменной работе подразделений завода порядка 450 тыс. кВт.ч в году.

7) Потери активной электроэнергии в батареях статических конденсаторах в выходные дни составляют порядка 11355 кВт.ч(батареи на выходные дни не выключаются).

Мероприятия по экономии электроэнергии 

1.Установить новые статические конденсаторы суммарной мощностью 500кВАр для поддержания коэффициента реактивной мощности на уровне 0,4 рекомендуемом нормативным документом утверждённом приказом министерства промышленности и энергетике РФ от 22.02.2007г.№49.

2.Из за малой загрузки трансформаторов - перевести ТП-1. ТП-2, ТП-14, ТП-8, ТП-15, ТП-16, в режим работы с одним трансформатором. - отключить трансформатор №2 ТП-«НОВАЯ», оставить в работе трансформатор №1.Сокращение потерь электроэнергии составит около 220000кВт.ч в год.

3. Отключать существующие конденсаторные установки на ТП-1, ТП-2, ТП-3, ТП-4 в выходные и праздничные дни.

Дополнительный эффект от внедрения компенсаторов реактивной мощности

1. Повышения надежности, продления срока службы подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств, за счет уменьшения нагрузки элементов распределительной сети.

2. Устранения глубокой "просадки" напряжения на линиях электроснабжения удаленных потребителей и исключения генерации реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки.

Итого, экономия электроэнергии за счет выше перечисленных мероприятий составит:

- в натуральном исчислении 1628 тыс.кВт*ч или 6,8% от общего потребления заводом электроэнергии в 2011г ;

- в денежном исчислении 2116 тыс.руб или 3,6 % от общей стоимость потребленной заводом электроэнергии за 2011г.

Дополнительные опции

• Фильтрующие трансформаторные дроссели низковольтные.
• Металлический блок контейнер Север БКМУ.
• Силовые фильтры высших гармоник.
• Кабель для подключения.

Дополнительно предлагаем услуги по энергоаудиту электросети и выбора нужного оборудования. Более подробную информацию можете получить у наших специалистов по многоканальному  телефону. Опыт работы 20 лет на электротехническом и строительном рынке.