Режимные трудности усугубляются тем, что в настоящее время структура генерирующих мощностей меняется в сторону снижения маневренности, это связано с вводом в эксплуатацию крупных блоков. Для покрытия пиков нагрузки энергосистем приходится привлекать к переменным режимам работы блоки мощностью 200—300 МВт на газомазуте, которые на это не рассчитаны. В отдельные дни электростанция мощностью уст = 18 ГВт выдает до 1,2—1,5 ГВт.

Около 50 % времени в году блоки эксплуатируются при нагрузках 40 % от номинальной мощности. При такой эксплуатации оборудования блоков снижается их экономичность. Снижение нагрузки энергосистем в воскресные дни приводит к необходимости отключения части блоков (20—25 раз в году), что в свою очередь повышает аварийность оборудования, так как велика вероятность отказа блока при пуске (до 0,4).

Исследования показали, что проблема покрытия графика нагрузки энергосистемы может быть решена только комплексно –– путем увеличения маневренности оборудования; сооружения пиковых электростанций; внедрения специальных блоков повышенной маневренности на газомазуте мощностью 500 МВт, использования газотурбинных станций; сооружения гидроаккумулирующих электростанций, введения режимных мероприятий, объединения энергосистем в единую ЭЭС РФ.

Контрольные вопросы

1.Каковы способы представления нагрузки как динамической характеристики?

2.Что такое типовые графики нагрузки? Какие графики используются в качестве типовых?

3.Каковы основные показатели графиков нагрузки? Разъяснить их смысл.

4.Как строится график нагрузки по продолжительности?

5.Назовите характерные показатели графиков нагрузок.

6.Как определяются показатели нагрузки узла сети по данным отдельных потребителей?

7.Как определяются показатели нагрузки системы по данным нагрузок подсистем?

8.Какие характерные зоны выделяют в графиках нагрузки?

5.ПОТЕРИ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Передача электроэнергии сопровождается потерями активной и реактивной мощности и энергии. Потерянная энергия расходуется на нагрев проводов ЛЭП, обмоток, корпуса и сердечников трансформаторов.

Потери активной мощности связаны с необходимостью установки дополнительной мощности генераторов и дополнительными расходами топлива, следовательно, дополнительными затратами на компенсацию потерь. Потери активной мощности в электрических сетях составляют от 2 до 6 % мощности нагрузок.

Потери реактивной мощности в элементах электрических сетей приводят к возрастанию потерь активной мощности, обусловливают установку дополнительных компенсирующих устройств, что также связано с дополнительными затратами. Потери реактивной мощности в электрических системах в несколько раз больше потерь активной мощности, это объясняется соотношением актив-

ных и реактивных сопротивлений элементов электрических систем (	).
35

Величина потерь реактивной мощности в элементах электрических систем составляет от 6 до 12 % мощности нагрузок [5].

Уровень потерь как активной, так и реактивной мощности зависит от класса напряжения сети и уменьшается с увеличением класса напряжения [1, 3, 4].

5.1. Потери мощности в участке сети

Рассмотрим участок сети, схема замещения которого показана на рис. 5.1. Обозначения, принятые на рисунке, следующее: — сопротивление,

— проводимости схемы замещения, которые считаем заданными;

—

поток

н

к

3

мощности нагрузки, если

н

к

трехфазной

√

в конце участка подключен потреби-

∆

ш

ш

тель, имеющий индуктивный харак-

ш

ш

тер, то

0

. Аналогично для пото-

∆ ш

∆ ш

ка

3

.

Везде

рас-

мощности,

втекающей в

сеть

сматриваются

линейные напряжения

√

Рис. 5.1. Схема замещения сети

и фазные токи. Начало и конец уча-

стка обозначены «н» и «к»,

н

н

н

√

;

к

к

к

√

.

(5.1)

3

3

Здесь н и к –– соответственно потоки мощности в начале и конце сопротивления .

			∆ ш	3 ш				1	,				(5.2)
с учетом того, что								ш
				1						1
	ш	ш ш , ш	ш	ш	√			,	ш	ш ш	√		,
получаем						3						3
			∆ ш					,

где ∆ ш , = 1, 2 — потери мощности в шунтах схемы замещения.

Потери мощности в шунтах (5.2) не зависят от токов (потоков), передаваемых через участок сети, поэтому называются постоянными потерями.

На основании первого закона Кирхгофа для узлов 1 и 2 можно записать

	к	∆	ш ;	в	н	∆	ш .	(5.3)
Напротив, потери мощности					сопротивлении			пропорциональны
квадрату тока (потока), поэтому		они называются переменными потерями. Для
			∆
их определения используются следующие соотношения:
∆	3	3	36	3	∆		.	(5.4)

Учитывая, что 3	н ⁄		к ⁄	, имеем
	∆	н		к
					.	(5.5)
Так как	;			, a		, то выражение для

переменных потерь мощности может быть представлено в различных формах, например

к к н н

∆ ; ∆ .

Следует обратить внимание, что потери мощности могут быть определены по данным как начала, так и конца участка — важно использовать напряжения и потоки мощности для одной и той же точки участка («к» или «н»).

Для связи потоков и потерь можно использовать следующие выражения:

н

к

∆

;

ш

(5.6)

.

(5.7)

ш

5.2. Потери мощности в

линии электропередачи

∆

∆

∆

Линия электропередачи имеет

схему

замещения,

как на

рис. 5.1, где

;

2

2 . Тогда потери в шунтах ли-

нии, имеющих емкостный характер,

равны

⁄

⁄

∆ ш

∆ ш

∆ ш .

(5.8)

2

2

Активные потери в шунтах ∆ ш определяются потерями на корону, а реактивная составляющая ∆ ш определяется емкостной генерацией линии. Обычно для расчетов потери активной мощности на корону в ЛЭП принимают равными средним удельным потерям ∆ кор.ср и определяют из справочников [5, табл.

7.7]. С учетом числа параллельных				линий и длины ЛЭП					ℓ	потери в шунтах
				1
1					2	∆ кор.max		∆ кор.min
∆ ш		∆ кор.ср	ℓ				2			ℓ .
	2

Переменную составляющую потерь мощности можно определить по введенным ранее формулам (5.5).

Вприближенных расчетах, когда неизвестны точные значения напряжений

вузлах электрической сети, потери мощности можно определять по прибли-

женным (средним) значениям напряжений .

5.3. Потери мощности в трансформаторах

Схема замещения двухобмоточного трансформатора отличается от схемы замещения рис. 5.1 только тем, что = 0, поэтому введенные ранее выражения для вычисления потерь также справедливы для трансформаторов.

37

Для приближенных расчетов постоянную составляющую потерь в транс-

форматоре (потери в стали

) можно считать равной потерям

холостого хода. При этом

предполагается, что напряжение на трансформаторе

∆

ст

∆

ст

∆

ст

примерно равно номинальному.

Для подстанции с параллельными трансформаторами эквивалентные по-

тери

∆ ш.э

∆ ст.э

∆ х.х

∆ х.х

Если учитывать

.

(5.9)

писать

отклонение напряжения от номинального, то следует за-

∆ ш.э

∆ ст.э

∆ х.х

.

(5.10)

Переменная составляющая активных

потерь в

параллельно включенных

ном

трансформаторах (потери в меди) в соответствии с (5.4) может быть определена по формуле

3

.

Учитывая, что для

двухобмоточных трансформаторов

∆ м.э

э

э

1

1

∆ к.з

ном

,

а 3

,

получаем

ном

∆ м.э

1

∆ к.з

ном

.

(5.11)

Полагая в приближенных расчетах ном

ном

, имеем

∆

1

∆ к.з

м.э

.

(5.12)

ном

При определении потерь мощности в трехобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах следует учитывать загрузку каждой из обмоток трансформаторов и потери короткого замыкания каждой из обмоток:

1

в

1

с

1

н

,

(5.13)

∆ м.э

∆

∆

∆

кв.з ном

кс.з ном

кн.з ном

где — число трансформаторов; в, с, н — потоки мощности по обмоткам высшего, среднего и низшего напряжения соответственно; ∆ кв.з, ∆ кс.з, ∆ кн.з — потери короткого замыкания обмоток; ном — номинальная мощность трансформатора.

5.4. Потери энергии в элементах электрических сетей

Величина потерь электроэнергии зависит от потерь мощности и времени работы сети. Рассмотрим передачу мощности через трансформатор (рис. 5.2).

38

Если нагрузка участка сети остается посто-
янной в течение времени			,	то выделив-
шиеся потери энергии		∆Эи	можно опреде-
лить как произведение			:
	∆		.	(5.14)		Рис. 5.2. Схема участка сети
случаях нагрузки потре-
В реальных∆Э	∆

бителей не остаются постоянными, а меняются в соответствии с графиком нагрузки (рис. 5.3, а). Тогда переменная составляющая потерь активной мощно-

сти	для каждого момента времени определяется в зависимости от квад-
рата∆мощности нагрузки (потока через сопротивление		):

				∆			1		.
,%			а				,%			б	2
							100
80				2			80
60			max				60			max
												1
40						1
							40
20				max			20
0						, ч							, ч
∆ ,%	4	8	12	16	20	24	0	4	8	12	16	20	24
			в
80				2
60		∆ max
40						1
20
							t, ч		Рис. 5.3. График нагрузки:
0	4	8	12	16	20	24
								1 – действительный; 2 – ступенчатая линеаризация

На рис. 5.3, а показан график нагрузки в процентах от					, на рис. 5.3, б
— график квадратичной нагрузки в процентах от			max,		5.3, в — график
потерь активной мощности в процентах от		.		на рисmax.
	5.3, б, в совпадает, если не учиты-
Заметим, что конфигурация графиков∆ max
вать изменение напряжения	при изменении нагрузки			. Площадь под кривой
	за время	:
∆ представляет собой потери энергии39