Снижение потерь электроэнергии в трансформаторах распределительных сетей внутренним симметрированием их нагрузок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Костинский, Сергей Сергеевич

• Костинский, Сергей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Костинский, Сергей Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МОДУЛЕЙ

«ТРАНСФОРМАТОР 10(6)/0,4 КВ - НЕСИММЕТРИЧНАЯ НАГРУЗКА»

1.1 Состояние исследований несимметричной работы трансформаторов

1.2 Краткая характеристика схем соединения обмоток РТ

1.3 Особые режимы РТ со схемами соединения обмоток У/Ун-0иУ/2н-11

1.3.1 Влияние однофазной нагрузки на работу трансформатора

со схемой соединения У/Ун-0

1.3.2 Влияние однофазной нагрузки на работу трансформатора

со схемой соединения 1

1.4 Встроенное в трансформатор симметрирующее устройство -высокоэффективное средство стабилизации напряжения и снижения потерь в сетях 0,4 кВ

1.5 Выводы по главе 1

Глава 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ТРЕХФАЗНЫХ ДВУХОБМОТОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

2.1 Постановка задачи

2.2 Определение характеристик холостого хода короткого замыкания и параметров пассивных элементов схемы замещения силового трансформатора

2.2.1 Определение характеристик холостого хода и коэффициента трансформации

2.2.2 Определение характеристик короткого замыкания

2.3. Расчет параметров схем замещения трансформатора на основе экспериментальных данных опытов XX и КЗ

2.4 Определение собственных и взаимных индуктивностей обмоток трансформатора

2.5 Определение сопротивления, вносимого нагрузкой в обмотку ВН трансформатора

2.6 Пример определения параметров схемы замещения трансформатора марки ТСЗ-2,5/220

2.6.1 Экспериментальные данные

2.6.2 Расчет параметров схемы замещения

2.6.2.1 Расчет коэффициента трансформации

2.6.2.2 Расчет активного, реактивного и полного сопротивлений КЗ

2.6.2.3 Расчет напряжений на активном, реактивном и полном сопротивлениях КЗ

2.6.2.4 Расчет активного, реактивного и полного сопротивлений нагрузки, подключенной к трансформатору

2.6.2.5 Расчет напряжений на активном, реактивном и полном сопротивлениях нагрузки

2.6.2.6 Приведение напряжения на нагрузке, подключенной к трансформатору, к обмотке ВН

2.6.2.7 Расчет напряжения на трансформаторе с нагрузкой

2.6.2.8 Расчет сопротивления обмотки НН трансформатора

2.6.2.9 Расчет сопротивления обмотки ВН трансформатора

2.6.2.10 Определение сопротивлений магнитной цепи

2.6.2.11 Определение собственных индуктивностей обмоток трансформатора

2.6.2.12 Определение взаимных индуктивностей обмоток трансформатора

2.7 Математическая модель модуля «трансформатор 10(6)/0,4 кВ -несимметричная нагрузка»

2.7 Выводы по главе 2

Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОЙ АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКЕ

3.1 Постановка задачи

3.2 Схема соединения «звезда» с изолированной нейтралью

3.3 Схема соединения «треугольник»

3.4 Схема соединения «звезда» с глухим заземлением нейтрали

3.5 Схема соединения «звезда» с глухим соединением нейтрали нулевым проводником, сопротивлением которого можно пренебречь

3.6 Обобщение понятия «несимметричная нагрузка» в рамках снижения потерь электроэнергии внутренним симметрированием

3.7 Экспериментальное определение потерь активной мощности в трансформаторе, установленном в PC

3.8 Физическая модель модуля «трансформатор 10(6)/0,4 кВ -несимметричная нагрузка»

3.9 Анализ экспериментальных данных, полученных при измерении потерь активной мощности и вычислении погрешности их расчетов

3.9.1 Несимметричная активно-индуктивная нагрузка

3.9.2 Несимметричная активная нагрузка

3.10 Выводы по главе 3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Приложение Ж

Приложение 3

Приложение И

Приложение К

Приложение Л

Приложение М

Приложение Н

вн -

КБ КЗ

КНТ -

КПД -

КУ -

нн -

нп -

НС -

ППР -

пэс -

РМ -

РС

РТ

сс -

сст -

СУ -

сэс -

тнп -

XX -

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

высшее напряжение конденсаторная батарея короткое замыкание коэффициент несимметрии тока коэффициент полезного действия компенсирующее устройство низшее напряжение нулевая последовательность намагничивающая сила планово-предупредительный ремонт предприятия электрических сетей реактивная мощность распределительная сеть распределительный трансформатор симметричные составляющие симметричные составляющие тока симметрирующее устройство система электроснабжения ток нулевой последовательности холостой ход

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение потерь электроэнергии в трансформаторах распределительных сетей внутренним симметрированием их нагрузок»

ВВЕДЕНИЕ

Энергосбережение - это стратегическая политика выживания человечества в условиях конфликта между его стремлением к безудержному комфорту и ограниченностью ресурсов. По прогнозам энергопотребление к 2020 году возрастет в 1,8-1,9 раза в связи с тем, что мировое производство к 2050 году увеличится - в 3,75-5 раз. В настоящее время РФ снова втянута в мировой кризис. Кризисные явления в стране и энергетике отрицательным образом влияют на потери мощности и энергии в электрических сетях.

Для достижения разумных потребностей России необходимо 1500-1600 ГВт-ч электроэнергии в год, что требует увеличения капиталов в новые технологии энергетики и в нетрадиционные мероприятия по экономии электроэнергии с воздействием либо на режимы, либо на конструкцию отдельных элементов СЭС, дающие быстрый экономический эффект. До 2020 г. задача развития энергетики в ней не будет решена, а поскольку инвестиций недостаточно, то необходимо бороться с расточительством электроэнергии. По нашему мнению, следует делать упор на нетрадиционные мероприятия с малыми затратами, например, естественное (внутреннее) симметрирование, применение статических тиристорных компенсаторов - СТК, быстродействующих СТК типа СТАТКОМ, симметрирующих трансформаторов.

Потребление электроэнергии в 2010 г. в Российской Федерации составило 1020,6 млрд. кВт-ч. Согласно данным Росстата, в рамках международной специализированной выставки «Энергетика и электротехника» 13 мая 2010 г., «Ленэкспо», в 2008 году потери электроэнергии в РФ составили 109,24 млрд. кВт.ч., или 11,43 % от общего количества используемых энергоресурсов. Минэнерго предоставил статистику за 2007-2008 гг., по этим данным в 40 % сетевых предприятий страны потери соизмеримы с потреблением электроэнергии в наиболее энергоемких отраслях, например, в черной или цветной металлургии. Суммарные потери в сетях энергосистем и потребите-

лей составляют более 13 % от отпущенной в сеть с шин электростанций электроэнергии. Основная доля потерь в их структуре приходится на распределительные сети (РС). Составляющая стоимости потерь передаваемой от источников к приемникам электроэнергии (ПЭ) имеет значительный удельный вес. Приоритетным путем снижения технических потерь электроэнергии являются оптимизация режимов и модернизация электрических сетей. По мнению как зарубежных, так и российских экспертов, основным слабым звеном в цепи передачи электроэнергии от электростанций до потребителей являются РС. Потери мощности и электрической энергии в электрических сетях складываются из потерь в линиях и трансформаторах. Потери в распределительных трансформаторах (РТ) составляют основную долю. Главной причиной сверхнормативных потерь является несимметрия нагрузок РТ. Кроме того, исследования работы РТ агропромышленного и коммунально-бытового комплексов свидетельствуют о низком использовании их установленной мощности.

Весьма существенный рост дополнительных потерь наблюдается при выходе несимметрии за допустимые пределы. Под основными потерями понимают вынужденные потери электроэнергии в симметричном, синусоидальном, равномерном и активном номинальном режимах. Дополнительные потери возникают при отклонении показателей качества электроэнергии от нормативных значений. Снижать дополнительные потери до нуля экономически нецелесообразно, достаточно снизить их уровень до нормативных значений.

Более 30 % вырабатываемой в России электроэнергии распределяется в сетях с нулевым проводом, но теория преобразования активных параметров систем с нулевым проводом находится на начальном этапе своего развития. В разработке данной теории наиболее весомы работы института электродинамики НАЛ Украины, согласно которым при подключении однофазной нагрузки к трёхфазной сети пропускная способность последней уменьшается на 42 %. Главная причина ухудшения качества электроэнергии - увеличение не-

симметричных нагрузок в возрастающих масштабах. Опытные проектировщики применяют трансформаторы большей мощности, хотя можно было бы использовать трансформаторы с малым сопротивлением нулевой последовательности.

Электроснабжение невозможно осуществить без применения трансформаторов, с помощью которых электроэнергия экономно передается на расстояние и рационально распределяется между потребителями. Трансформаторы, будучи неотъемлемой частью энергосистемы, присутствуют на всех ступенях напряжения и играют роль согласующего элемента между сетью и потребителем. Несмотря на их колоссальную важность, в литературе информация об особенностях эксплуатации и совершенствовании теории трехфазных трансформаторов явно недостаточна. Это объясняется тем, что многие авторы ссылаются на общность теории однофазных и трехфазных трансформаторов. Однако это не отражает действительности, особенно когда речь идет о несимметричных режимах работы трансформаторов. Большой вклад в решение этой проблемы, которая особенно остро обозначилась в шестидесятые годы прошлого столетия, внесли зарубежные и российские учёные такие, как: Я.Д. Баркан, Д.А. Гитгарц, JI.A. Жуков, В.Г. Кузнецов, H.A. Мельников, А.Н. Милях, Л.А. Мнухин, А.Д. Музыченко, Г.Н. Петров, А.Н. Тамазов, К.А. Шидловский.

В последние годы несимметрия эксплуатационных режимов стала вновь требовать к себе внимания, поскольку коммунальное энергопотребление в ряде энергосистем превысило промышленное потребление электроэнергии, что привело к нарушению симметрии и уравновешенности систем напряжений и токов. Поэтому задача совершенствования расчета, а также снижения потерь электроэнергии в PC с несимметричными нагрузками по-прежнему остается актуальной научно-технической проблемой энергетики. Сущность задачи, поставленной в диссертации, и ее мотивировка заключаются в следующем.

Поскольку основная часть сверхнормативных потерь электроэнергии в РТ от их несимметричных нагрузок, в диссертации рассмотрены:

- систематизация и исследование методов и алгоритмов расчётов потерь электроэнергии в РТ с несимметричными нагрузками. Обобщение понятия «несимметричные нагрузки» в рамках снижения потерь мощности внутренним симметрированием;

- целесообразность учёта измерения симметричных составляющих (СС) сопротивлений обмоток и потерь холостого хода (XX) и короткого замыкания (КЗ) трансформатора от вносимых несимметричной нагрузкой дополнительных сопротивлений в схему замещения и их взаимных индуктивностей, а также в результате старения их изоляции и магнитопроводов.

Объект исследований - электрические распределительные сети 0,4-10 кВ.

Предмет исследований - дополнительные потери электрической мощности (энергии) в силовых трансформаторах распределительных сетей, обусловленные несимметричными нагрузками, подключенными к ним.

Цель работы. Развитие эффективных методов расчета и снижения дополнительных потерь электроэнергии в трансформаторах распределительных сетей, обусловленных несимметричными нагрузками, в целях воздействия на режимные и конструктивные параметры трансформаторов.

Основанием для решения проблем снижения потерь служат положения:

- нагрузка вносит в обмотку высшего напряжения трансформатора дополнительные сопротивления;

- при естественном (внутреннем) симметрировании нагрузок не требуется капитальных вложений, достаточно организационных мероприятий;

- развязывание индуктивно связанных элементов схемы замещения трёхфазного трансформатора позволяет получить схему замещения, не содержащую индуктивных связей;

- как известно из работ института электродинамики, относительные потери в трансформаторах, обусловленные несимметричными нагрузками, про-

и

порциональны сумме квадратов модулей коэффициентов несимметрии токов нулевой и обратной последовательностей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ известных методов расчетов потерь в режиме несимметричных нагрузок силовых трехфазных двухобмоточных трансформаторов;

- выявление закономерностей изменения потерь XX и КЗ от времени эксплуатации трансформаторов на основе статистических данных их профилактических испытаний;

- определение для основных схем соединения силовых трансформаторов РС функциональных зависимостей потерь от токов обратной и нулевой последовательностей, в сравнении с потерями от токов прямой последовательности, в общем виде и для частных случаев;

- разработка математической модели и алгоритма для определения параметров схемы замещения силового трансформатора с учетом сопротивления, вносимого несимметричной нагрузкой, и влияния взаимной индукции обмоток;

- выполнение экспериментальных исследований на физической модели «трансформатор - несимметричная активно-индуктивная нагрузка» и в действующих сетях для подтверждения теоретических исследований;

- анализ способов воздействия на режимы и конструктивные параметры силовых трансформаторов в целях снижения потерь в них.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались положения теории электрических цепей, метода симметричных составляющих (СС), математической статистики, математического анализа, математического моделирования, численного программирования, натурного эксперимента.

Основные положения, выносимые на защиту:

- полученные функциональные зависимости дополнительных относительных потерь активной мощности в электроэнергетической системе РТ с

несимметричными нагрузками для основных схем соединения нагрузки с изолированной и глухозаземленной нейтралью;

- типовые модули «трансформатор - несимметричная нагрузка», в которых учитывается влияние несимметричной нагрузки для определения дополнительных потерь активной мощности;

- методика расчета дополнительных относительных потерь электроэнергии в трансформаторах, эксплуатируемых в распределительных сетях, которая основана на использовании базы данных совокупных сопротивлений нагрузок и линий;

- использование несимметричной активной и активно-индуктивной нагрузок для целей естественного симметрирования;

- математическая модель и алгоритм расчета, обеспечивающие расчет параметров схемы замещения РТ, включающие дополнительные параметры схемы замещения трансформатора с учетом сопротивления, вносимого несимметричной нагрузкой, и влияния взаимной индукции обмоток.

Научная новизна работы:

1) получены функциональные зависимости дополнительных потерь активной мощности в силовых трансформаторах от токов обратной и нулевой последовательностей в сравнении с потерями от токов прямой последовательности отличающиеся использованием совокупного сопротивления трансформатора, линии и несимметричной нагрузки»;

2) обобщено понятие «несимметричные нагрузки» в рамках снижения потерь мощности внутренним симметрированием как в самой несимметричной нагрузке, так и в трансформаторах распределительных сетей;

3) доказана возможность использования несимметричной активной и активно-индуктивной нагрузок для целей естественного симметрирования в отличие от известных методов, когда в качестве компенсаторов несимметрии используют симметрирующие устройства, состоящие из емкостных и индуктивных элементов;

4) разработана математическая модель, обеспечивающая более точный расчет параметров схемы замещения РТ, отличающаяся тем, что позволяет учесть дополнительные элементы схемы замещения трансформатора: сопротивления, вносимые несимметричной нагрузкой и влияние взаимной индукции обмоток;

5) для определения численными методами параметров схемы замещения РТ разработан шаговый алгоритм, упрощающий программирование расчётов и вычислительный процесс.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

Для целей совершенствования директивных методик расчета и снижения потерь электроэнергии в РТ выполнен анализ дополнительных потерь активной мощности в трансформаторах, находившихся различное время в эксплуатации. На основе обследований несимметричных режимов трансформаторов подтверждена необходимость управлять величиной потерь активной мощности, с использованием внутреннего симметрирования.

Полученные функциональные зависимости превышения потерь активной мощности в силовых трансформаторах для основных схем соединения нагрузки от токов обратной и нулевой последовательностей в сравнении с потерями от токов прямой последовательности при произвольных соотношениях сопротивлений фаз активно-индуктивной несимметричной нагрузки, дают возможность определить расчетные значения потерь активной мощности в трансформаторах от несимметричной нагрузки по измеренным значениям напряжения, тока и активной мощности для каждой фазы.

Применение разработанной программы позволяет уточнить параметры схемы замещения силового трансформатора и учесть сопротивление, вносимое несимметричной нагрузкой, и влияние взаимной индукции обмоток.

Результаты исследований диссертации были внедрены при проведении энергетического обследования распределительных сетей ОАО "Аэропорт г. Ростов-на-Дону". Ожидаемый экономический эффект составляет 4,217 млн. руб. за год.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров и магистров в лекционных курсах, на лабораторных и практических занятиях, курсовом и дипломном проектировании. Учебное пособие "Определение параметров силовых трансформаторов в системах электроснабжения" применяется эксплуатационным персоналом и студентами при решении практических и учебных задач.

Достоверность и обоснованность полученных результатов. Достоверность результатов диссертационных исследований подтверждена лабораторными и натурными испытаниями, полевыми экспериментами, математическим моделированием, применением современных измерительных приборов высокого класса точности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили положительную оценку на:

1) XXXI, XXXII, XXXIII, XXXIV сессиях Всероссийского научного семинара Академии наук РФ «Кибернетика электрических систем» по тематикам «Электроснабжение промышленных предприятий» и «Диагностика энергооборудования», г. Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2009, 2010, 2011, 2012 гг.;

2) ХЬ, ХЫ, ХЫ1 Всероссийских научно-практических конференциях с элементами научной школы для молодежи «Федоровские чтения - 2010, 2011, 2012», г. Москва, МЭИ, 2010, 2011, 2012 гг.;

3) всероссийской научной молодежной конференции «Кибернетика энергетических систем», г. Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2011, 2012 гг.;

4) всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых по нескольким междисциплинарным направлениям «ЭВРИКА 2011, 2012», г. Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2011, 2012 гг., где были заняты третьи места.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе: в рецензируемых изданиях по рекомендуемому списку — 4 печатные работы, без соавторов - 13 печатных работ, свидетельств о госу-

дарственной регистрации программ - 4. Общий объём публикаций, принадлежащих соискателю, составляет 2,62 п.л.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Основной материал изложен на 145 страницах текста с 48 рисунками. Список использованной литературы состоит из 76 наименований. Приложения включают в свой состав 28 рисунков, 16 таблиц с экспериментальными данными и полученными на их основе зависимостями, и изложены на 180 страницах.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору А.И. Троицкому за научно методическую помощь, оказанную на протяжении всего периода работы над материалами диссертации, а также признательность коллективам Н1111ВНИКО и кафедры ЭПП и Г ЮРГТУ (НПИ) за помощь в организации и проведении экспериментов, а также во внедрении результатов диссертационных исследований в производство и учебный процесс.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Костинский, Сергей Сергеевич

ЗЛО Выводы по главе 3

1. Предлагается методика определения значения потерь активной мощности в трансформаторах от несимметрии для основных схем соединения нагрузки в сетях 0,4 кВ. Практическая ценность предложенной методики состоит в том, что она дает возможность определить расчетные значения потерь активной мощности в трансформаторах от несимметрии по измеренным значениям напряжения, тока и активной мощности для каждой фазы.

2. Исследования, выполненные в диссертационной работе, как и использование в качестве базы данных комплексных значений сопротивлений (проводимостей) для них, при переходе к квадратурным значениям позволили получить обобщённые и простые формулы для определения дополнительных потерь от несимметрии нагрузок: а - АР* = сх2/(32; б - АР* = р2/о2; в - АР* = у2/б2 + £2/62, в основе которых лежат квадраты модулей суммы комплексных сопротивлений (проводимостей) фаз, равных сумме квадратов их модулей плюс удвоенное значение суммы скалярных произведений попарно взятых сопротивлений (проводимостей).

3. Формулы для квадратов модулей комплексных величин а, (3, р, о, у, г, 5 дают ключ к оптимизации потерь внутренним симметрированием нагрузок и конденсаторными установками. Закон воздействия на режимы управляемых КУ в целях изменения углов сдвигов между комплексными сопротивлениями фаз должен быть таким, чтобы достигался минимум дополнительных потерь от несимметрии, если исключена возможность внутреннего симметрирования.

4. С целью экспериментального подтверждения теоретических исследований, были рассчитаны, спроектированы и собраны нагрузочные установки для моделирования несимметричной активной и активно-индуктивной нагрузок.

5. Полученные экспериментальные данные при проведении измерений на модуле «РТ - несимметричная нагрузка» подтвердили необходимость корректировать классическую формулу расчета потерь в трансформаторе.

6. Погрешность вычисления потерь активной мощности в трансформаторе при использовании предлагаемых в главе 3 функциональных зависимостей для схем, показанных на рисунке 3.1, лежит в пределах от -10 до 10 %. (на основании более 1000 замеров).

7. Результаты исследований и стенд используются в учебном процессе при подготовке инженеров и магистров, а также на курсах повышения квалификации слушателей ФПК предприятий электрических сетей, при решении практических и учебных задач.

8. Учёт фактических потерь XX и КЗ трансформаторов с учётом дополнительных потерь, вносимых несимметричными нагрузками, целесообразен как при выполнении расчётов технологических потерь, так и при обосновании экономического эффекта замены трансформаторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последние годы прирост новых трудовых ресурсов перестал быть существенным фактором роста производства. На первый план выступает всемерное повышение производительности труда за счет более эффективного использования ресурсов, в том числе энергоресурсов, их экономии, и, прежде всего, рационального использования электроэнергии. Энергосбережение становится стратегической политикой. Более 30 % вырабатываемой в России электроэнергии распределяется в сетях с нулевым проводом, но теория преобразования активных параметров систем с нулевым проводом находится на начальном этапе своего развития. Главная причина ухудшения качества электроэнергии - увеличение во всё возрастающих масштабах несимметричных нагрузок. Опытные проектировщики применяют трансформаторы большей мощности при проектировании СЭС с несимметричными нагрузками, хотя можно было бы использовать трансформаторы с малым сопротивлением нулевой последовательности.

В последние годы несимметрия эксплуатационных режимов стала требовать к себе пристального внимания, так как коммунальное энергопотребление в ряде энергосистем превысило промышленное потребление электроэнергии, что привело к нарушению симметрии и уравновешенности систем напряжений и токов. Поэтому задача совершенствования расчета, а также снижения потерь электроэнергии в РС с несимметричными нагрузками является актуальной научно-технической проблемой энергетики. Как показал анализ литературных источников, немногочисленные экспериментальные результаты требуют дальнейших исследований несимметричных режимов силовых трансформаторов.

Исследования дополнительных потерь от несимметричных нагрузок в трансформаторах 100 . 400 кВ-А распределительной сети 10 кВ показали, что их значения в среднем около 10 % от пропусков электроэнергии через них при несимметрии, имеющей место в обследуемых сетях. Поэтому при определении потерь электроэнергии в трансформаторах, установленных в распределительных сетях с несимметричными нагрузками, необходимо учитывать дополнительные потери, вносимые в трансформаторы этими нагрузками.

Одной из задач диссертационной работы было исследовать, каким образом сопротивление несимметричной нагрузки, вносимое в обмотку ВН, влияет на нагрузочные потери и потери XX силовых трансформаторов. Такая задача была поставлена, т.к. основную долю потерь в РТ составляют потери от ТНП, значение которых с малой погрешностью можно получить только экспериментально, поэтому необходимо определять параметры схемы замещения силовых трехфазных двухобмоточных трансформаторов, эксплуатируемых в РС.

В результате решения данной задачи были разработаны математическая модель и алгоритм для определения параметров схемы замещения силового трансформатора с учетом сопротивления, вносимого несимметричной нагрузкой, и влияния взаимной индукции обмоток. Разработанные математическая модель и программа являются адекватными реальному процессу, так как погрешность вычислений при их использовании не превышает 7 %. При обработке экспериментальных данных с использованием программы установлено, что при одинаковом числе витков индуктивность обмоток фаз А и С, расположенных на наружных стержнях магнитопровода трансформатора, приблизительно равны друг другу, но отличаются от индуктивности обмотки фазы В, расположенной на среднем стержне.

Как оказалось, вносимое сопротивление изменяет силу тока и напряжение в сетевой обмотке, поэтому традиционную формулу потерь мощности в силовых трансформаторах ар = р^ + Р ркз следует корректировать, поскольку в ней используются паспортные (каталожные) данные мощностей Рхх, Ркз ~ потерь XX и КЗ, которые отличаются от действительных, особенно у трансформаторов, длительно находившихся в эксплуатации

Традиционная формула потерь не учитывает влияние изменения потерь XX в зависимости от ВН. Так как несимметричные нагрузки являются первопричиной дополнительных сверхнормативных потерь, то возникает также необходимость обобщения понятия «Несимметричные нагрузки» в рамках снижения потерь как в самих нагрузках, так и в РТ внутренним симметрированием, а также конденсаторными СУ.

В диссертационной работе предложена методика определения значения потерь активной мощности в трансформаторах от несимметрии для основных схем соединения нагрузки в сетях 0,4 кВ. Практическая ценность предложенной методики состоит в том, что она дает возможность определить расчетные значения потерь активной мощности в трансформаторах от несимметрии по измеренным значениям напряжения, тока и активной мощности для каждой фазы, что делает её универсальной: отпадает необходимость составлять схемы замещения последовательностей и проводить расчёты по методу симметричных составляющих.

Исследования, выполненные в диссертационной работе, как и использование в качестве базы данных комплексных значений сопротивлений (про-водимостей) для них, при переходе к квадратурным значениям позволили получить обобщённые и простые формулы для определения дополнительных потерь от несимметрии нагрузок: а - АР* = а2/(32; б - АР* = р2/а2; в — АР* = у2/52 + е2/52, в основе которых лежат квадраты модулей суммы комплексных сопротивлений (проводимостей) фаз, равных сумме квадратов их модулей плюс удвоенное значение суммы скалярных произведений попарно взятых сопротивлений (проводимостей). Формулы для квадратов модулей комплексных величин а, р, р, о, у, г, 8 дают ключ к оптимизации потерь внутренним симметрированием нагрузок и конденсаторными установками. Закон воздействия на режимы управляемых КУ в целях изменения углов сдвигов между комплексными сопротивлениями фаз должен быть таким, чтобы достигался минимум дополнительных потерь от несимметрии, если исключена возможность внутреннего симметрирования.

С целью экспериментального подтверждения теоретических исследований, были рассчитаны, спроектированы и собраны нагрузочные установки для моделирования несимметричной активной и активно-индуктивной нагрузок. Полученные экспериментальные данные при проведении измерений на модуле «РТ - несимметричная нагрузка» подтвердили необходимость корректировать классическую формулу расчета потерь в трансформаторе. Погрешность вычисления потерь активной мощности в трансформаторе при использовании предлагаемых в главе 3 функциональных зависимостей для схем, показанных на рисунке 3.1, лежит в пределах от -10 до 10 % (на основании более 1000 замеров).

Учёт фактических потерь XX и КЗ трансформаторов с учётом дополнительных потерь, вносимых несимметричными нагрузками, целесообразен как при выполнении расчётов технологических потерь, так и при обосновании экономического эффекта замены трансформаторов

Поскольку потери в РТ составляют основную долю, а главной причиной сверхнормативных потерь является несимметрия нагрузок РТ от их нулевой составляющей, то правильный выбор схемы соединения трансформаторов, как и схемы соединения несимметричной нагрузки, на основании расчетов потерь активной мощности при несимметричной нагрузке, очень важен не только для потребителей электрической энергии, но и для всей отрасли энергетики.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Костинский, Сергей Сергеевич, 2013 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Алексеева О.В., Костинский С.С., Симакина Н.В. Методические указания к выполнению курсовой работы и организационно-экономической части дипломного проекта для студентов специальностей 14061065, 14061068, 140610 // Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010. -25 с.

2. Амосов A.A., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров: учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 1994. - 544 с.

3. Арутюнян А.Г. К вопросу расчёта дополнительных потерь мощности в трансформаторах 6-10/0,4 кВ при их несимметричной нагрузке // Электрические станции, 2012. № 8. - С. 41-44.

4. Арутюнян А.Г. Расчет напряжения и потерь электроэнергии в сетях 0,38/0,22 кВ при несимметричных режимах // Электричество, 2010. №3. -С. 64-67.

5. Астахов В.И. Математическое моделирование инженерных задач в электротехнике: учеб. пособие. - Новочеркасск: НГТУ, 1994. - 192 с.

6. Бебко В.Г., Буц А.Н. О целесообразности применения трансформаторов 10/0,4 кВ с соединением обмоток «звезда - зигзаг» с выведенной нулевой точкой // Энергетик, 1986. № 9. - С. 31-32.

7. Бессонов J1.A. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учеб. / Л.А. Бессонов. - 11-е изд., перераб. и доп. - М.: Гардарики, 2006.-701 с.

8. Богдан В.А., Подгорный Э.В. Определение сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемой соединения Y/Y-0 // Электромеханика. Изв.вузов СССР, 1999. №1. - С. 60-61.

9. Броерская H.A., Штейнбух Г.Л. Анализ отчетных данных по потерям электроэнергии в электрических сетях и мероприятия по их снижению за 2006-2007 гг. // Нормирование и снижение потерь электрической энергии в

электрических сетях - 2008: сб. докл. 6-го науч.-техн. семинара-выставки 2125 апреля 2008 г. Москва. - М.: ДИАЛОГ ЭЛЕКТРО, 2008. - С. 64-69.

10. Варнавский Б.П., Колесников А.И., Федоров М.Н. Энергоаудит промышленных и коммунальных предприятий: учеб. пособие. - М., 1999.

11. Васютинский СБ. Вопросы теории и расчета трансформаторов. - Л.: Энергия, 1970.-432 с.

12. Висящев А.Н., Тигунцев С.Г., Луцкий И.И. Влияние потребителей на искажение напряжения // Электрические станции, 2002. №7. - С. 26-31.

13. Волков Э.П., Баринов В.А. Стратегия развития электроэнергетики России на период до 203Ог // Энергетик, 2008. №5. - С. 2.

14. Воротницкий В.Э., Калинкина М.А., Комкова Е.В., Пятигор В.И. Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях // Энергосбережение, 2005. №2.-С. 2-6.

15. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. - 38 с.

16. ГОСТ 16110-82. Трансформаторы силовые. Термины и определения. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 44 с.

17. Джендубаев А.-З. Р. Точный расчет по каталожным данным коэффициента полезного действия силовых трансформаторов электросетей // Известия вузов. Электромеханика, 2009. №5. - С. 34-37.

18. Данко П.Е. Высшая математика в упражнениях и задачах: В 2 ч. 4.1: учеб. пособие для вузов / П.Е. Данко, А.Г. Попов, Т.Я. Кожевникова 6-е изд. - М.: ООО «Издательский дом «Оникс 21 век»: ООО « Издательство «Мир и Образование», 2005. - 304 с.

19. Еремин В.Ю. Как обуздать цены на электроэнергию в России // Энергоэксперт, 2011. №1 (24) - С. 7.

20. Ешелева Э.Д., Путилин К.П. Расчет добавочных потерь в трансформаторе по коэффициенту несимметрии // Сб. науч. ст. СНУЯиП 2009г. Электрическая часть АЭС, 2009. - С. 197-203.

21. Ермаков В.Ф., БалыкинЕ.С., Еволенко Е.А., Костинский С.С. Опытное определение постоянной времени нагрева электрооборудования // Изв.вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2012. №1. - С. 66-68.

22. Заугольников В.Ф., Балабин A.A., Савинков A.A. Некоторые аспекты экономичной работы силовых трансформаторов // Промышленная энергетика, 2006. №4-С. Ю.

23. Железко Ю.С. Определение симметричных составляющих по результатам измерения фазных и междуфазных напряжений // Электричество, 2009. №7.-С. 34-38.

24. Каганович Е.А., Райхлин И.М. Испытания трансформаторов мощностью до 6300 кВ-А и напряжением до 35 kb. - М.: Энергия, 1980. - 296 с.

25. Киреева Э.А. Рациональное использование электроэнергии в системах промышленного электроснабжения. - М.: НТФ "Энергопрогресс", 2000. - 76 е.; [Библиотечка электротехника, приложение к журналу "Энергетик": Вып. 10 (22)].

26. Козюков В.А., Пястолов А.П. Опытное определение параметров нулевой последовательности трансформаторов // Электрические станции, 1967. №1. - С.77-79.

27. Конюхова Е.А., Токарев С.А. Оптимальная степень компенсации реактивной мощности в электрических сетях до 1 кВ при радиальной схеме электроснабжения напряжением 10 кВ // Промышленная энергетика, 2007. №4-С. 31.

28. Копытов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности: Справ. -М.: Энергия, 1978.

29. Костинский С.С. Расчет параметров схемы замещения силового трехфазного двухобмоточного трансформатора со схемой соединения «звезда-звезда» с учетом влияния взаимной индукции обмоток. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012615824, 26.06.2012 г.

30. Костинский С.С. Расчет параметров схемы замещения силового трехфазного двухобмоточного трансформатора со схемой соединения «звезда-звезда» с учетом влияния сопротивления, вносимого нагрузкой. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012615471, 18.06.2012 г.

31. Костинский С.С. Анализ статистических данных технических потерь электроэнергии в распределительных сетях 6 (10) кВ // Казанская наука. - Казань, 2011. №2. - С. 33-34.

32. Костинский С.С. Методика измерения параметров силовых трансформаторов с помощью прибора АЯ-5 (вольтметра, амперметра, ваттметра и варметра) // Студенческая научная весна - 2011: материалы регион, научн. -техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Ростовской области / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2011. -С. 321-323.

33. Костинский С.С. Минимизация сверхнормативных потерь при выборе серийных силовых масляных трансформаторов // Изв. вузов. Электромеханика, 2010. - Спецвып.: [Диагностика энергооборудования]. -С. 121-122.

34. Костинский С.С. Минимизация сверхнормативных потерь при выборе серийных силовых сухих трансформаторов // Изв. вузов. Электромеханика, 2010. - Спецвып.: [Диагностика энергооборудования]. - С. 123-125.

35. Костинский С.С. Оптимизация выбора типа электрогенератора // Казанская наука. - Казань, 2011. №1. - С. 34-35.

36. Костинский С.С. Результаты статистической обработки потерь холостого хода и нагрузочных потерь в распределительных силовых трансформаторах, длительно находящихся в эксплуатации // Изв. вузов. Электромеханика, 2009. - Спецвып.: [Электроснабжение]. - С. 90-92.

37. Костинский С.С. Синтез симметрирующих устройств для нагрузок с одинаковыми модулями в целях их использования // Федоровские чтения -2010: ХЬ Всерос. науч.-практ. конф. (с междунар. участием) с элементами

науч. шк. для молодежи, (Москва, 16-19 нояб. 2010 г.). - М.: Изд. Дом МЭИ,

2010. - С. 112-113.

38. Костинский С.С. Экспресс-анализ несимметрии по нулевой и обратной последовательностям // Федоровские чтения - 2011: ХЫ Всерос. на-уч.-практ. конф. (с междунар. участием) с элементами науч. шк. для молодежи, г. Москва, 9-11 нояб. 2011 г. / Нац. иссл. ун-т «МЭИ». - М.: ИД МЭИ,

2011.-С. 113-115.

39. Костинский С.С. Функциональная зависимость пульсирующей мощности от произвольного соотношения сопротивлений активной несимметричной нагрузки // Кибернетика энергетических систем: материалы Всерос. науч. молодеж. конф., Новочеркасск, 18-19 окт. 2011 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: Лик, 2011. - С. 50-53.

40. Костинский С.С. Формула для расчета потерь от несимметричной активно-индуктивной нагрузки в распределительных трансформаторах // Кибернетика энергетических систем: сб. тез. и ст. всерос. молодеж. науч. школы, г. Новочеркасск, 3-4 июля 2012 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: Лик, 2012. - С. 78-81.

41. Костинский С.С. Функциональные зависимости пульсирующей мощности и превышения потерь полной мощности от соотношения сопротивлений активной несимметричной нагрузки // Сборник работ победителей отборочного тура Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых по нескольким междисциплинарным направлениям [Эврика 2011], г. Новочеркасск, окт.-нояб. 2011 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: Лик, 2011. - С. 257-259.

42. Костинский С.С. Дополнительные потери от несимметричной активно-индуктивной нагрузки в распределительных трансформаторах // Сборник работ победителей отборочного тура Всероссийского смотра-конкурса научно-технического творчества студентов вузов «ЭВРИКА», г. Новочеркасск, май-июль 2012 г./ Мин-во образования и науки РФ, Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: Лик, 2012. - С. 156-158.

43. Кузнецов В. Г., Куренный Э. Г., Лютый А. П. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения. - Донецк. Норд-Пресс, 2005.

44. Мельников H.A. Реактивная мощность в электрических сетях. М.: Энергия, 1975. - 12 с.

45. Методические указания по расчету потерь в электрических сетях, для составления ежемесячного баланса предприятия по потреблению электрической энергии / Министерство энергетики РФ. - СПб., 2001.

46. Михайлов С.А., Макуха С.П., Воротницкий В.Э. Пути повышения эффективности нормирования и снижения технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям. Нормирование и снижение потерь электрической энергии в электрических сетях - 2008: сб. докл. 6-го науч.-техн. семинара-выставки 21-25 апреля 2008 г. Москва. - М.: ДИАЛОГ ЭЛЕКТРО, 2008. - С. 23-26.

47. Морозов Д.Н. Добавочные потери в элементах конструкции трансформатора от полей рассеяния. Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 368 с.

48. Никитин В.П. Основы теории трансформаторов и генераторов для дуговой сварки. - М.: Изд-во академии наук СССР, 1956. - 238 с.

49. Овчинников А. Потери электроэнергии в распределительных сетях 0,4 - 6(10) кВ. Новости электротехники, 2010. №6(66).

50. Платонов В.В. Технико-экономические результаты реформирования электроэнергетики России // Известия вузов. Электромеханика, 2006. №6. -С. 44-48.

51. Правила устройства электроустановок: (все действующие разделы) по сост. на 01.09.2006 г.: введ.01.01.2003 г.-6-е и -7-е изд., изм. и доп. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2006. - 854 е.: табл. - ISBN 5-94087-745-1: - 30500

52. Практическое пособие по выбору и разработке энергосберегающих проектов / под общ. Ред. д.т.н. О.Л. Данилова, П.А. Костенко, 2006. - 668 с.

53. Приказ Минэнерго РФ от 38 февраля 2003 г. № 6 «Об утерждении Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей».

54. Пястолов A.A., Козюков В.А. Особенности несимметричных режимов работы трансформаторов со схемой звезда-звезда с нулем // Промышленная энергетика, 1968. №4. - С. 37-40.

55. Салтыков В.М., Сулейманова JI.M. Прогнозирование эксплуатационного ресурса силовых трансформаторов предприятий электрических сетей методами вероятностного моделирования // Известия вузов. Электромеханика, 2007. №6. - С. 65-67.

56. Сердешников А., Протосовицкий И., Jleyc Ю., Шумра П. Симметрирующее устройство для трансформаторов. Средства стабилизации напряжения и снижения потерь в сетях 0,4 кВ // Новости электротехники, 2005. № 1(31).

57. Справочник по проектированию электроснабжения промышленных предприятий / под ред. Ю.Г. Барыбина, JI.E. Федорова. - М.: Энергоатомиз-дат, 1990.-576 с.

58. Троицкий А.И. Расчеты несимметричных режимов и балансов мощностей в трехфазных цепях: методические указания по курсу ТОЭ / Юж.-Рос. гос. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010. - 16 с.

59. Троицкий А.И. Уравновешивание токов нулевой последовательности: монография / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. -170 с.

60. Троицкий А.И., Костинский С.С. Расчет параметров схемы замещения силового трехфазного двухобмоточного трансформатора со схемой соединения «звезда-звезда» с учетом влияния взаимной индукции обмоток и сопротивления, вносимого нагрузкой. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012616257, 9.07.2012 г.

61. Троицкий А.И., Костинский С.С. Расчет параметров схемы замещения силового трехфазного двухобмоточного трансформатора со схемой соединения «звезда-звезда» без учета сопротивления, вносимого нагрузкой, и

влияния взаимной индукции обмоток. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615289, 13.06.2012 г.

62. Троицкий А.И., Костинский С.С., Дурдыкулиев А.К. Функциональная зависимость полной мощности несимметричного режима от соотношения величины сопротивлений активной несимметричной нагрузки // Изв. вузов. Электромеханика, 2012, №1.- С. 80-83.

63. Троицкий А.И., Костинский С.С. Определение потерь активной мощности при несимметричной активно-индуктивной трехфазной нагрузке, подключенной к системе симметричных источников ЭДС с изолированной нейтралью // Изв. вузов. Электромеханика, 2012. №2. - С. 22-25.

64. Троицкий А.И., Костинский С.С., Химишев Т.З. Определение дополнительных потерь при несимметричной активно-индуктивной трехфазной нагрузке, подключенной к системе симметричных источников ЭДС и соединенной по схеме звезда с глухим заземлением нейтрали // Изв. вузов. Электромеханика, 2012. №4. - С. 64-67.

65. Троицкий А.И., Костинский С.С., Химишев Т.З. Основные понятия комплексных чисел и их интерпретация: методические указания, к решению задач по ТОЭ [для студ., обуч. по спец. 140205 (100300) «Автоматизир. элек-троэнергет. системы и сети» и 140211 (100400) «Электроснабжение (по отраслям)»] // Адыгейский фил. Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НИИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2011. - 14 с.

66. Троицкий А.И., Костинский С.С. Определение параметров силовых трансформаторов в системах электроснабжения: учеб.-метод, пособие к выполнению лаб. работ с элементами науч. исследований // Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2011. - 52 с.

67. Тропин В.В., Савенко A.B. Перспективный вариант развития сельских электрических сетей // Изв. вузов. Электромеханика, 2004. №6. -С. 62-64.

68. Тропин В.В., Савенко A.B., Перепечин В.А. Анализ связи параметров сети с показателями качества электроэнергии // Изв. вузов. Электромеханика, 2005. №5.-С. 16-18.

69. Тропин В.В., Савенко A.B., Малеев О.О. Анализ потерь от несимметрии в трансформаторах «звезда-звезда» и «треугольник-звезда» // Электромеханика. Спецвып., 2008. - С. 121.

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

71. Хреников А.Ю., Гольдштейн В.Г. Основные дефекты и повреждения трансформаторов (реакторов) и классификаия видов воздействия, ведущих к их появлению // Промышленная энергетика, 2008. №11 - С. 17-20.

72. Цели и приоритеты Генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики до 2020г. Изложение тезисов доклада министра промышленности и энергетики РФ Христенко В.Б. 19.04.2007 г. // Энергетик, 2008. №8 — С. 2

73. Цырук С.А., Киреева Э.А. Повышение эксплуатационной надежности силовых трансформаторов, отработавших нормативный срок службы // Промышленная энергетика, 2008. №3 - С. 11-16.

74. Чан Ань Кйет. Исследование влияния параметров трёхфазных трансформаторов на работу электрооборудования сетей 6 - 10 кВ при несимметричных режимах: дис. На соискание ученой степени канд. техн. наук. / МЭИ.-М., 1991.- 150 с.

75. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества электрической энергии в электрических сетях. - Киев: Наук, думка, 1985.

76. Юндин М.А. Токовые защиты электрооборудования / учеб. пособие. - Зерноград; РИО ФГОУ ВПО АЧГАА, 2004. - 212 с.