Введение
Мощность, вырабатываемая на электростанциях, проходит через крупные и сложные сети, такие как трансформаторы, воздушные линии, кабели и другое оборудование и достигает у конечных пользователей.
Общие потери в линиях распределения и передачи электроэнергии (фото-кредит: общие потери в линиях распределения и передачи электроэнергии (на фото: линия электропередачи постоянного напряжения 600 кВDC, построенная в Бразилии на 2400 км, кредит: IVOLINES через Flickr)
Фактически, единица электрической энергии, генерируемой электростанцией, не соответствует единицам, распределенным среди потребителей. Некоторая доля единиц теряется в распределительной сети.
Эта разница в сгенерированных и распределенных устройствах известна как потеря передачи и распределения. Потеря передачи и распространения - это суммы, которые не оплачиваются пользователями.
T & D Losses = (Вход энергии в питатель (Kwh) - Ожидаемая энергия для потребителя (Kwh)) / Потребление энергии kwh x 100
Сектор дистрибуции считается самым слабым звеном во всем энергетическом секторе. Потери передачи составляют приблизительно 17%, а потери при распределении - приблизительно 50%.
Существует два типа потерь при передаче и распределении:
- Технические потери
- Нетехнические потери (коммерческие потери)
1. Технические потери
Технические потери связаны с энергией, рассеиваемой в проводниках, оборудовании, используемом для линии электропередачи, трансформатора, линии передачи и линии распределения и магнитных потерь в трансформаторах.
Технические потери обычно составляют 22, 5% и напрямую зависят от характеристик сети и режима работы.
Основной объем потерь в энергосистеме приходится на первичные и вторичные распределительные линии. В то время как линии передачи и субпередачи составляют лишь около 30% от общего объема потерь. Поэтому первичная и вторичная системы распределения должны быть надлежащим образом спланированы для обеспечения в пределах пределов.
- Неожиданное увеличение нагрузки отразилось на увеличении технических потерь выше нормального уровня
- Потери присущи распределению электроэнергии и не могут быть устранены.
Существует два типа технических потерь.
1. Постоянные / фиксированные технические потери
- Фиксированные потери не меняются в зависимости от текущего. Эти потери принимают форму тепла и шума и происходят до тех пор, пока трансформатор включен
- От 1/4 до 1/3 технических потерь в распределительных сетях зафиксированы потери. На фиксированные потери в сети могут влиять следующие способы
- Коронные потери
- Потери тока утечки
- Диэлектрические потери
- Потери в разомкнутой цепи
- Потери, вызванные непрерывной нагрузкой измерительных элементов
- Потери, вызванные постоянной нагрузкой элементов управления
2. Переменная Технические потери
Переменные потери различаются в зависимости от количества распределенного электричества и, точнее, пропорциональны квадрату тока. Следовательно, увеличение тока на 1% приводит к увеличению потерь более чем на 1%.
- Между 2/3 и 3/4 технических (или физических) потерь в распределительных сетях являются переменными убытками.
- Увеличивая площадь поперечного сечения линий и кабелей при заданной нагрузке, потери будут падать. Это приводит к прямому компромиссу между стоимостью потерь и стоимостью капитальных затрат. Было высказано предположение, что оптимальный средний коэффициент использования в распределительной сети, учитывающий стоимость потерь при его проектировании, может составлять всего 30 процентов.
- Потери джоулей в линиях на каждом уровне напряжения
- Импедансные потери
- Потери, вызванные контактным сопротивлением.
Основные причины технических потерь
1. Длинные линии распределения
На линиях практически 11 кВ и 415 В в сельской местности протянуты на большие расстояния для загрузки нагрузок, разбросанных по большим площадям. Таким образом, первичные и вторичные линии распределения в сельских районах в основном радиально заложены, как правило, на большие расстояния.
Это приводит к высокому сопротивлению линии и, следовательно, высоким потерям I 2 R в линии.
- Неопасные рост системы субпередачи и распределения в новых областях.
- Крупномасштабная электрификация сельских районов через длинные линии 11 кВ и LT.
2. Недостаточный размер проводников линий распределения
Размер проводников должен выбираться на основе стандартного проводника KVA x KM для требуемого регулирования напряжения, но сельские нагрузки обычно рассеиваются и обычно питаются радиальными питателями. Размер проводника этих питателей должен быть достаточным.
3. Установка распределительных трансформаторов вдали от центров загрузки
Распределительные трансформаторы не расположены в центре нагрузки в системе вторичного распределения.
В большинстве случаев распределительные трансформаторы не расположены централизованно по отношению к потребителям. Следовательно, самые дальние потребители получают низкое напряжение на конце, даже если хорошие напряжения на вторичных трансформаторах сохраняются.
Это снова приводит к более высоким потерям линии. (Причина увеличения потерь линии в результате снижения напряжения на конце потребителя, поэтому, чтобы уменьшить падение напряжения в линии до самых дальних потребителей, распределительный трансформатор должен быть расположен в центре нагрузки, чтобы поддерживать падение напряжения в допустимых пределах пределы.)
4. Низкий коэффициент мощности первичной и вторичной распределительной системы
Обычно в большинстве схем распределения ЛЧ коэффициент мощности колеблется от 0, 65 до 0, 75. Низкий коэффициент мощности способствует высоким потерям в распределении.
При заданной нагрузке, если коэффициент мощности мал, ток втянут в высокий И потери, пропорциональные квадрату тока, будут больше. Таким образом, потери линии из-за плохого ПФ могут быть уменьшены за счет улучшения коэффициента мощности.
Это можно сделать с помощью шунтирующих конденсаторов.
- Шунтирующие конденсаторы могут быть подключены либо на вторичной стороне (сторона 11 кВ) силовых трансформаторов 33/11 кВ, либо в разных точках линии распространения.
- Оптимальный рейтинг банков конденсаторов для системы распределения составляет 2/3 от среднего требования KVAR к этой системе распределения.
- Преимущественная точка составляет 2/3 длины основного распределителя от трансформатора.
- Более подходящий способ улучшения этого PF системы распределения и, тем самым, уменьшения потерь в линии заключается в подключении конденсаторов через терминалы потребителей, имеющих индуктивные нагрузки.
- При подключении конденсаторов по отдельным нагрузкам потери линии снижаются с 4 до 9% в зависимости от степени улучшения ПФ.
5. Плохое мастерство
Плохое мастерство вносит существенный вклад в увеличение потерь при распределении.
Соединения являются источником потери мощности. Поэтому количество суставов должно быть сведено к минимуму. Для обеспечения надежных соединений следует использовать надлежащие методы соединения.
Необходимо периодически проверять соединения с втулочным штоком трансформатора, выпадающим предохранителем, изолятором и выключателем LT и т. Д., Чтобы предотвратить искру и нагрев контактов.
Замена поврежденных проводов и услуг также должна быть своевременно устранена, чтобы избежать каких-либо причин утечки и потери мощности.
6. Ток фаз фидера и балансировка нагрузки>
Одной из самых простых потерь в системе распределения является балансировка тока по трехфазным схемам.
Балансировка фаз фидера также приводит к балансу падения напряжения между фазами, что дает трехфазным клиентам меньший дисбаланс напряжения. Величина силы тока на подстанции не гарантирует, что груз сбалансирован по всей длине фидера.
Дисбаланс фазы фидера может меняться в течение дня и с разными сезонами. Фидеры обычно считаются «сбалансированными», когда значения фазового тока находятся в пределах 10. Аналогично, балансирующая нагрузка среди распределительных фидеров также снижает потери, предполагая подобное сопротивление проводников. Это может потребовать установки дополнительных переключателей между фидерами для обеспечения соответствующей передачи нагрузки.
Бифуркация питателей в соответствии с регулированием напряжения и нагрузкой.
7. Влияние фактора нагрузки на потери
Потребляемая мощность клиента варьируется в течение дня и в течение сезонов.
Жилые клиенты обычно потребляют максимальную мощность в вечерние часы. Та же самая коммерческая загрузка потребителя обычно достигает пика в начале дня. Поскольку текущий уровень (следовательно, нагрузка) является основным драйвером потерь мощности в распределении, сохранение уровня энергопотребления более высокого уровня в течение дня приведет к снижению пиковых потерь мощности и общих потерь энергии.
Изменение нагрузки - это коэффициент нагрузки, который вызывается, и изменяется от 0 до 1.
Коэффициент нагрузки = Средняя нагрузка в указанный период времени / пиковая нагрузка за этот период времени.
Например, в течение 30 дней (720 часов) пик нагрузки питателя составляет 10 МВт. Если питатель подавал общую энергию 5000 МВт, коэффициент загрузки за этот месяц составлял (5000 МВт-ч) / (10 МВт х 720) = 0, 69.
Снижение потерь мощности и энергии снижается за счет увеличения коэффициента нагрузки, что увеличивает отклонение спроса на податчик во всем фидере.
Коэффициент загрузки увеличился, предлагая клиентам «время использования». Компании используют ценовую мощность, чтобы влиять на потребителей для переключения энергоемких работ в нерабочее время (например, электрическая вода и отопление помещений, кондиционирование воздуха, орошение и перекачка фильтра пула).
С помощью финансовых стимулов некоторые электрические потребители также позволяют коммунальным предприятиям дистанционно прерывать большие электрические нагрузки через радиочастотную или несущую линию электропередач в периоды максимального использования. Утилиты могут попытаться спроектировать более высокие коэффициенты нагрузки, запустив те же фидеры через жилые и коммерческие районы.
8. Размер и выбор трансформатора
Распределительные трансформаторы используют обмотки медных проводников, чтобы побудить магнитное поле к зернистому сердечнику из кремниевой стали. Поэтому трансформаторы имеют как потери нагрузки, так и потери нагрузки без нагрузки.
Потери трансформаторной меди различаются в зависимости от нагрузки, основанной на уравнении резистивной потери мощности (P loss = I 2 R). Для некоторых утилит экономичная трансформаторная загрузка означает загрузку распределительных трансформаторов на мощность или немного выше мощности в течение короткого времени - в целях минимизации капитальных затрат и поддержания долгого срока трансформации.
Однако, поскольку пиковое поколение обычно является самым дорогостоящим, общая стоимость владения (TCO) должна учитывать затраты на потери пиковых трансформаторов. Увеличение пропускной способности распределительного трансформатора во время пика на один размер часто приводит к снижению общей пиковой рассеиваемой мощности - тем более, если он перегружен.
Из-за изменения магнитного поля в сердечнике трансформатора всякий раз, когда он возбуждается, происходит потеря возбуждения без нагрузки (потеря железа). Потери сердечника немного различаются по напряжению, но по существу считаются постоянными. Исправленная потеря железа зависит от конструкции сердечника трансформатора и молекулярной структуры стального ламинирования. Улучшение производства стальных сердечников и внедрение аморфных металлов (таких как металлическое стекло) привело к снижению потерь в сердечнике.
9. Балансировка трехфазных нагрузок
Балансировка трехфазных нагрузок периодически по всей сети может значительно уменьшить потери. Это можно сделать относительно легко в накладных сетях и, следовательно, предлагает значительные возможности для экономически эффективного снижения потерь с учетом соответствующих стимулов.
10. Выключение трансформаторов
Одним из способов сокращения постоянных потерь является отключение трансформаторов в периоды низкого спроса. Если на подстанции в периоды пиковой нагрузки требуются два трансформатора определенного размера, во время низкого спроса может потребоваться только один, чтобы другой трансформатор мог быть отключен, чтобы уменьшить фиксированные потери.
Это приведет к некоторому компенсирующему увеличению переменных потерь и может повлиять на безопасность и качество поставки, а также на рабочее состояние самого трансформатора. Однако эти компромиссы не будут изучаться и оптимизироваться, если не учитывать затраты на потери.
11. Другие причины технических потерь
- Неравномерное распределение нагрузки между тремя фазами в системе LT, вызывающее высокие нейтральные токи.
- утечка и потеря мощности
- Над загрузкой линий.
- Аномальные условия работы, при которых работают силовые и распределительные трансформаторы
- Низкие напряжения на клеммах потребителей, вызывающие более высокий ток при индуктивных нагрузках.
- Плохое качество оборудования, используемого в сельскохозяйственной перекачке в сельских районах, более прохладных кондиционеров и промышленных грузов в городских районах.