Автоматическое симметрирование нагрузки сети 0.4 кВ для снижения потерь энергии и сохранения ресурса оборудования

За последние десять лет существенно изменился характер бытовой и производственной нагрузки: многократно возросли единичные мощности, широко распространились импульсные регуляторы и инверторное питание. Увеличенные мощности нагревательных аппаратов сократили время их фактического присутствия в сети, что снизило вероятность наложения нагрузок разных фаз друг на друга и, как следствие, привело к возрастанию несимметрии фазных токов в трехфазных сетях.

Следствием происходящих изменений в свойствах и структуре массовых нагрузок будет увеличение динамической несимметрии токов в четырехпроводных сетях 0,4 кВ, создающей дополнительные потери, которые не объясняются на основе информации от АСКУЭ и АИИС КУЭ.

Цель настоящего проекта состоит в том, чтобы дать сетевым предприятиям, эксплуатирующим воздушные сети 0,4 кВ, технические средства для «собирания» неустраняемых сезонными переключениями потерь, обусловленных несимметрией фазных токов, и других вредных последствий:

- снижение срока службы оборудования, прежде всего, силовых трансформаторов и конденсаторов компенсации реактивной энергии (РЭ) - до 40 %;

- снижение нагрузочной способности (располагаемой мощности) линий, питающих трансформаторов (особенно с группой соединения Y/Yo) и компенсаторов РЭ - до 30 %;

- снижение показателей качества ЭЭ ниже допустимых ГОСТ 32144-2013 и претензии потребителей по нанесенному ущербу;

- увеличение уровня высших гармоник в напряжениях и токе нулевого провода и обусловленных ими потерь;

- увеличение уровня токов и напряжений обратной последовательностей, трансформируемых в сеть более высокого напряжения (10 – 35 кВ);

- опасность электропоражения повышенным напряжением нулевого провода;

- необходимость в периодических работах по симметрированию нагрузок в сети.


Наши узловые симметрирующие устройства (СмУ) автономно работают с мгновенными значениями токов и напряжений и относительно быстро (десятки секунд) реагируют на энергетически существенные изменения электрических параметров переключениями фазных проводов ответвлений нагрузок. Бездуговые коммутирующие элементы СмУ, не нарушая работы электроприемников, обеспечивают системный синергетический эффект при оснащении ими около трети ответвлений радиальной сети В автономном исполнении такая система не требует специальных каналов связи, а системный синергетический эффект возникает вследствие совпадения критериев оптимальности работы сети с критериями функционирования отдельных блоков СмУ.

Рейтинг проекта +7

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

Комментарии

Константин Белов

Добрый день.
Существуют какие-то технико-экономические расчеты, сравнение вариантов применения СмУ и энергоэффективных трансформаторов с дополнительной компенсационной обмоткой (типа ТМГ-12, заводов им. Козлова и т.п.), с трансформаторами со схемой Y/Z? Учитывали ли Вы нагрузку на эксплуатационный персонал при обслуживании дополнительных элементов сети, уровень надежности элементов.
Вообще интересно ознакомиться более подробно с материалами.

Константин Заподовников

Здравствуйте, Константин!
Отвечаю на два заданных вами вопроса:
1. Преимущество перечисленных Вами трансформаторов состоит в устранении недостатков наиболее массовых и дешевых трансформаторов с соединением обмоток Y/Yo, усугубляющих из-за большого сопротивления нулевой последовательности несимметрию напряжений при большом уровне несимметрии фазных токов (нагрузки).
Положительный эффект при этом состоит в снижении взаимовлияния отходящих от подстанции линий за счет выравнивания напряжений фаз А. B, C и, как следствие, повышении показателей качества электроснабжения. На потери электроэнергии в линиях от несимметричной нагрузки это мероприятие практически не влияет.
Назначение Системы симметрирования – выравнивание фазных токов в воздушной сети 0,4 кВ в месте возникновения их несимметрии. При оснащении симметрирующими устройствами значительной части потребителей (однофазных и трехфазных) - до 40 % должно также обеспечить уровень несимметрии на шинах подстанции, достаточном как для безопасной работы трансформаторов Y/Yo, так и потерь в них.
Ожидаемый эффект от использования Системы частично описан в резюме нашего проекта. Есть данные, что потери от несимметрии фазных токов в сети, которая, кстати, носит динамический характер, составляет более 50 % от всех технологических потерь энергии. А потери в сети 0,4 кВ с воздушными линиями общие технические потери достигают 20 % (при проектных 5 %). Динамическая система симметрирования позволит радикально их уменьшить. И, конечно, эффект еще и в отказе от замены указанных выше трансформаторов на более дорогие, но устойчивые к несимметрии фазных токов.
2. Предполагается, что дополнительная нагрузка на эксплуатационный персонал при обслуживании системы из СмУ будет минимальна и выразится в заменах вышедших из строя блоков.
Уровень сложности и надежности симметрирующих устройств, их установки у потребителей соответствуют трехфазным счетчика с встроенным управлением нагрузкой (выключателем). Предполагаются также варианты конструктивного совмещения симметрирующих устройств с приборами учета.
Проектом предусматривается завершение разработки переключателей нагрузки повышенной надежности (однофазного и трехфазного).
Опубликованных материалов по системе симметрирования пока почти нет.
С идеей системы ознакомиться можно по описанию патента РФ № 2548656, МПК H01J 3/26, опубл. 20.04.2015 «Способ симметрирования фазных токов трехфазной четырехпроводной линии и устройство для его осуществления».

Ответить 0 3 августа 2016 в 20:42
Леонид Гапотченко

Проблема есть, на себе "испытана": сгорел блок управления газовым котлом.Если реализация сравнительно дёшева, то это должно найти применение в садоводческих товариществах. В связи с сезонным изменением нагрузок на фазы: летом все приезжают, а зимой остаются самые "стойкие" с большими потреблениями, всё очень печально бывает.Удачи!

Константин Заподовников

Проблемы надежности блоков?
Если об этом - в нашем доме за 2 года вышло из строя 60 счетчиков Энергомера ce101 из 420 ...
Лично у меня сгорел трехфазный энергомера 03 .. горение в буквальном смысле слова началось от блока питания, как мне представляется ... обуглившиеся останки в магазине почему-то не приняли
Основа переключателя с интеллектуальной микропроцессорной начинкой в конструктиве РиМ 489.02 ... пытаемся сделать переключатель кувалдоустойчивым

Ответить 0 6 августа 2016 в 07:47
Андрей Тамошкин

Добрый день, Константин Иванович!
Идея очень интересная.
Скажите, пожалуйста, где будет проходить граница балансовой принадлежностью между потребителем и сетевой компанией?
Есть ли у вас лабораторные работы в части исследования сбоев работ электрических машин (1 и 3 фазных) в момент коммутации?
Спасибо!

Константин Заподовников

Здравствуйте, Андрей Михайлович!
СмУ устанавливаются на ответвлениях к потребителю от линий сетевой компании и работают по большей части на сетевую компанию и, полагаю, должны эксплуатироваться ею же. Потребитель будет иметь более качественное электроснабжение и, следовательно, сократятся претензии с требованиями компенсации материального ущерба. На сегодня мы практически ориентируемся на маломощных потребителей жилищно-бытового сектора, питающихся по слабым сетям. Как мне представляется, границы балансовой принадлежности никак не изменяются применением СмУ, а получаемый эффект по другую сторону границы от сети, оборудованной системой симметрирования, может быть рассчитан по методикам, обоснованно учитывающих динамическую несимметрию нагрузки фаз линий. Наша группа работает над строгим обоснованием таких дополнительных потерь, модернизируя существующие АСКУЭ. Эта часть весьма трудоемка, связана со сбором необходимой статистики и разработкой более совершенных датчиков (счетчиков энергии).
Полагаем, что сбоев в работе электрических машин при 20 - 30 миллисекундных паузах при коммутации не должно возникать. Сейчас идет разработка коммутатора для однофазных ответвлений. Наша задача снабдить этот коммутатор необходимым интеллектом.

Ответить 0 12 августа 2016 в 21:15
Наталья Якшина

Константин, добрый вечер!
Проблематика несимметрии нагрузок в сети 0,4 кВ, безусловно, актуальна. Однако из описания проекта для меня остались непонятными некоторые моменты:
В качестве преимуществ проекта Вы указываете возможность применения более дешевых трансформаторов Y/Yн, недостатки которых могут быть устранены посредством предлагаемых симметрирующих устройств. Основной проблемой трансформатора со схемой соединения обмоток Y/Yн являются низкие токи ОКЗ в режиме максимальной однофазной несимметрии – режиме однофазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ трансформатора (т.к. реактивные сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн превышают сопротивления прямой последовательности в среднем в 10 раз), и, как следствие, могут возникнуть трудности с защитой, особенно если она выполнена со стороны обмотки ВН предохранителями 6(10) кВ.
Прошу пояснить, каким образом Ваша разработка может решить эту проблему. Из описания пока не ясно.
Все-таки прошу подумать на тему предварительного ТЭО. На первый обывательский взгляд установка множества симметрирующих устройств в линии кажется дороже и хлопотнее применения трансформатора с СУ или Y\Z.
Проект на самом деле очень интересен. Желаю удачи!

Константин Заподовников

Доброе утро, Наталья!
Вкратце попытаюсь прояснить кое-что из затронутого Вами.
По так заинтересовавшему вас трансформатору. Динамическая несимметрия фазных нагрузок приводит фактически к снижению нагрузочной способности (располагаемой мощности) питающих трансформаторов (особенно с группой соединения Y/Yo). Выделение трансформаторов с группой соединения Y/Yo, так полюбившуюся в последние десятилетия энергетиками как средство получения легкого эффекта перекоммутацией треугольника 6 кВ в звезду 10 кВ, нами отмечено как больное место, не более. Симметрирование фазных нагрузок трансформатора позволит реализовать увеличение коэффициента его загрузки в большей мере, чем в иных возможных случаях.
Названную вами проблему низких токов ОКЗ "в режиме максимальной однофазной несимметрии – режиме однофазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ трансформатора" наша разработка никак не решает. Для решения названной вами проблемы придется пойти по европейскому пути - заземлять нейтраль высоковольтной звезды через резистор. Почему бы не потратить часть финансового эффекта от снижения потерь мощности в сети при переводе электропередачи с 6 на 10 кВ на установку резисторов? А в целом, если подходить по-хозяйски, соединение Y/Yo нужно запретить, а владельцев таких подстанций наказывать рублем, дабы не повадно было передавать несимметрию в смежные высоковольтные сети. Или ложка дегтя в магистральных сетях не помешает?

Ответить +1 13 августа 2016 в 10:44
Вячеслав Самокиш

Доброй ночи, Наталья! Можно потратить её (ночи) часть на ответ, вдохновляясь не только фото прекрасной Дамы Вашим, но и существом заданных вопросов.
Действительно, отключение токов однофазных к.з. в сети 0,4 кВ трансформаторы со схемой Y/Yн превращают если не в проблему, то в техническую задачку.
Но их широкое применение идет не от хорошей жизни и есть подтвержденный большой статистикой компромисс с соблазном уменьшить потери за счет перехода с 6 кВ Δ на 10 кВ Y. Но ведь жертвуют при этом не только чувствительностью к однофазным к.з. - усугубляются почти все последствия от несимметрии токов, причем нелинейно самой несимметрии, каким бы показателем её не характеризовать. То, что касается поставщиков ЭЭ, перечислено в резюме Проекта, но ведь есть еще и её потребители – но кто о них в наш жестокий век станет думать добровольно. Может только как лукавый довод для обоснования замены на трансформаторы с СУ или Y\Z при тайном сговоре с их поставщиками.
А выполнение защиты от однофазных к.з. – это не столько техническая задача, сколько экономическая. В нашем ТЭО применения Системы симметрирования, приведенном в оценочном виде в материалах Проекта, отмеченный Вами отрицательный фактор не учтен, равно как и все благие последствия для потребителей ЭЭ. Но представляется, что предполагаемый срок окупаемости Системы – от 2 лет и до 1года при более тщательном подсчете всего от неё полезного, не сильно увеличится при учете затрат на установку на отходящих от подстанции линиях управляемых коммутационных аппаратов с чувствительной защитой, несколько более умной, чем максимальная токовая (отсечка).
При этом, конечно, не предполагались и затраты на замену трансформатора Y/Yн на другой с СУ или Y\Z. Но ТЭО последнего мероприятия явно будет менее эффектным, поскольку в активе не так и много - кроме Вашего аргумента с защитой от однофазных к.з. еще приведенные в нашем ответе на вопрос Константина Белова (см. выше).
Проект наш при наружной простоте и известности основной идеи действительно интересен рядом почему-то нерешенных до сего времени задач в аппаратной части, главным требованиям к которым считаем реальную возможность широкого применения в сетях 0,4 кВ. Не менее сложной представляется задача доказать расчетным путем и прямыми измерениями эффект от Системы и донести это до потребителей Системы, коими однозначно должны быть энергосетевые компании. С техническими вопросами мы справимся, иначе бы не ввязывались. И многое уже сделано, правда, пока на голом энтузиазме.
Доказательство полезности и эффективности Системы симметрирования её потенциальным потребителям задача сколь объемная, столь и важная. Без этого коммерческому успеху не быть. Первоочередной считаем самую понятную её часть - снижение потерь в сети. Но больше пока понятную нам – работаем в условиях насаждаемой сверху и прижившей практики распределения (торговли) индульгенций в виде нормативов потерь до 20 %. Вот эта крепость кажется неприступной.
Пока же пользу от этого конкурса видим в обсуждении проблемы - ведь суть предлагаемого её решения в материалах Проекта доступна немногим.
Спасибо за внимание, вопросы по существу и моральную поддержку.

Ответить +2 14 августа 2016 в 18:46
Наталья Якшина

Уважаемые коллеги!
Позвольте всё-таки добавить коррективы и свое видение в оценку проекта.
Для оценки экономической целесообразности рекомендую проработать область применения, например, критерии выборки фидеров 0,4 кВ. Очевидно, что для чисто бытовой нагрузки, экономический эффект будет незначительным.
К тому же, как мне видится, при реконструкции и новом строительстве следует отдавать предпочтение симметрирующим трансформаторам по причинам, ранее озвученным. А предлагаемые в проекте решения - на существующих объектах, не соответствующих на сегодня требованиям Техполитики, применяемым при реконструкции и новом строительстве (таких, поверьте, немало).
Возможно я ошибаюсь. Эти доводы носят интуитивный характер, однако, основаны на опыте. Все нужно подтверждать расчетами и анализом.
Кстати, о какой "индульгенции" в 20% идет речь? Почитайте Приказ Минэнерго №674 об утверждении нормативов потерь... Неприступная крепость есть, да не на том берегу.
P.S.: ложка дегтя в магистральные сети рассмешила - "назло кондуктору - куплю билет и пойду пешком)"

Константин Заподовников

Наше решение оптимизирует режим распределительной сети, которую питает фидер. Как мне кажется, пробуксовка кроется, возможно, в нечеткости понятий при описании схемы... Наша картина такова: от распредустройства трансформаторной подстанции 10/0.4 отходят фидеры, каждый фидер 0.4 питает свою распределительную сеть 0.4 с абонентскими подключениями (присоединениями).

С вашей подачи пользуюсь определением : Фидер, фидерная линия (англ. feeder, от feed — питать) — воздушная или кабельная линия, соединяющая сборные шины распределительного устройства электростанции или преобразовательной (в том числе трансформаторной) подстанции с питаемыми от этих шин распределительными и потребительскими электрическими сетями.
Можно добавить, что у электроснабженцев с фидерным понятийным базисом,
различают типы силовых электрических сетей: фидерную, магистральную и магистрально-фидерную
Наши СмУ ставятся на абонентских присоединениях к «магистралям» и реагируют на локальные несимметрии магистральных токов в узлах их установки, переключая присоединения изменением фазировки. Поэтому проблемы критериев выборки фидеров 0.4кВ не видим. А критериями выбора присоединения для установки СмУ служит его уровень потребления, существенный для балансировки магистральных токов, и электрическая удаленность от аналогичных смежных узлов сети с установленными СмУ.
Так как процесс возникновения локальных несимметрий на участках сети имеет вероятностную природу, то, одной из важных задач нашего проекта является сбор статистики для полнофазных моделей сетей оригинальным беззатратным способом. Но, это потребуется для строгого подтверждения эффективности нашей системы и, возможно, дополнительно позволит обосновать места установки и количество СмУ в системе

Ответить 0 21 августа 2016 в 08:28
Вячеслав Самокиш

Наталья, доброе утро! Привязываемся по времени к предполагаемому моменту прочтения сего добавления к аргументам моего коллеги.
Но, пока не до серьезных контраргументов, поскольку приходится констатировать, что не договорились о терминологии. Вам, как оказалось, эксперту, приходится тяжело меж двух похожих по конечной цели проектов (один из них разбит на три-четыре фрагментальных проектов), но описанных авторами на местных диалектах. Но у Вас хотя бы есть доступ ко всем материалам, нам же приходится додумывать по экономным фразам выкладываемых реплик с большой вероятностью превратного понимания и с опаской – понятны ли и мы сами из глубины сибирских руд.
Потому не будем навязывать своего мнения эксперту о прочих и обнажим суть наших предложений до конца:
1. Несимметрия фазных токов питающих линий устраняется максимально близко к месту её возникновения, то есть, в месте присоединения распределенных по линии несимметричных нагрузок и с их помощью Но не в месте присоединения линии к ТП, возможно, имеющей еще несколько таких присоединений – фидеров, и не в математически определенном месте фидера (?) - ВЛ относительно распределенной нагрузки.
2. Алгоритмы функционирования и аппаратная реализация разработаны исходя из требования широкого применения в воздушных сетях 0,4 кВ, поэтому их эксплуатационная надежность на уровне счетчиков ЭЭ столбовой установки и их элементной базы.
По сути, симметрирующие устройства (СмУ) - это почти те же переключатели фаз, давно применяемые для переключения однофазной нагрузки к наиболее благоприятному для неё по уровню фазному напряжению трехфазной сети 0,4 кВ и в большом разнообразии выпускаемые нашей промышленностью (реле выбора фазы РВФ-3/40, переключатели фаз ПКФ-41, ПЭФ-301, КФ-3М, ФК-1, РВФ-01, МВФ-3Ц, PF-441, ПФ-40А, ПФ-80А, ППН-2, SPH-40, RKF-03-02 и др.) с декларируемыми максимальными коммутируемыми токами от 16 до 80 А. Спрос на них есть, значит есть и проблема. Только вот работают они на одного потребителя, а не на благо всей сети и зачастую усугубляют проблему для остальных.
Ну а отличие СмУ в иных параметра режима сети для принятия решения о переключении и иных принципах работы переключателя: гибридное исполнение и селективная коммутация.
3. Эффективность применения Системы симметрирования должна быть предсказуема для каждого из её потенциальных потребителей до её установки в конкретной сети. Это задача более сложная, чем демонстрация эффекта апостериори, по результатам измерений. Для потребителей Системы это вопрос и технический, и экономический, для производителей важнейший элемент маркетинга.

Ответить 0 22 августа 2016 в 09:20
Сергей Венедиктов

Коллеги, здравствуйте!
Интересная картина: Тянем две репки. Вы свою, видя нашу репку - мы свою - не видя Вашей репки. Покажите хоть какая она у Вас, или одни умозаключения?
Относительно терминологии по фидеру. Есть "узкое" понятие фидера - как Вы утверждаете и "широкое" понятие фидера, включающее и распределительные ЭС. Оба утверждения правильные. Спор идет не одно десятилетие. Поэтому коллеги вопрос не в "местных" диалектах, а в многообразии русского языка.

Константин Заподовников

Сергей Васильевич, наш нынешний проект повторяет по сути прошлогодний, тщательно описанный, к тому же, здесь мы тщательно заполнили все формы проекта.
Так как часть решений передано в производство на завод, мы говорим здесь о принципиальных общих вещах, представляющих интерес для энергетиков. Алгоритм процессора описан в патенте.
К стати, столб - элемент опоры, а аппараты и устройства, крепящиеся на него, называют столбовыми. Алтайский трансформаторный завод дошел уже до столбовой подстанцииТП 10/0.4 250 кВА.

Ответить 0 22 августа 2016 в 13:54
Сергей Венедиктов

Коллеги!
1.В ваших доводах "в глубине сибирских руд" в термине "фидер" идет путаница между фидером высоковольтным (ТП110/10 и ТП10/0,4) и ТП10/0,4 и распредсетью.
2.Где Вы отыскали электросети фидерную и магистрально-фидерную? Электрсеть бывает радиальная, магистральная и смешанная!
3.Определитесь с понятием "фидер" в радиальной распределительной электросети, отходящей от выводов 0,4кВ трансформатора без РУ.
4.В электроэнергетике нет понятия столб, есть опора!

Ответить +3 22 августа 2016 в 12:30
Павел Иванов

Доброго времени суток, коллеги. Насколько я понимаю электроснабжение, к магистральной электросети для удешевления строительства сети подключаются ТП10(6)/04. То есть высоковольтная нагрузка. Покажите хотя бы один пример подключения к "магистрали" однофазных нагрузок 0,4кВ. Или это происходит на просторах Сибири?

Ответить +3 22 августа 2016 в 14:46
Вячеслав Самокиш

Господа!.... Господа!.... О чем так жарко спорите?.... О терминах?
Ну вот, во глубине сибирских руд говорят не так. И уже лет 100 как.
Это к тому, что профессиональный жаргон – явление местечковое.
Но вот, почему-то, термин «фидер» не используют ни в ПУЭ, ни в серьезном электротехническом справочнике (в трех томах, М. «Энергоатомиздат», 1988 г., под ред. профессоров МЭИ). И, тем более, применительно к питающим (фидерным?) линиям с распределенными по их длине нагрузками. И, видимо, не зря, поскольку о содержании термина до сих пор спорят и не только кабинетные ученые (кликните в И-нете, например, http://operby.com/chto-takoe-fider-na-podstancii.… ).
Но, в то же время, без особых споров используют термин «столбовой» применительно к счетчикам и ТП (см., например, ПУЭ, 1985 г., п. 4.8.9).
Понятно желание говорить профессионально, но тогда для широкой публики нужен глоссарий.
Иначе легко сбить с толку даже умудренных опытом энергетиков. За себя не переживаем, но экспертов жалко – большая часть их вопросов именно этой природы.
Или как яхту назовешь, так она и поплывет?
Желаем Вам успеха!

Ответить 0 24 августа 2016 в 11:45
Сергей Венедиктов

Коллеги, согласен с Вами, что столб это производная от "столбовой дворянки" со времен Пушкина (местечковый жаргон). Но, полагаю, разумнее, нам с Вами заняться нашими репками, иначе весь запал уйдет на обсуждение вопроса с какой стороны ее тянуть... И уйдет она под снег...
Коллеги, рад знакомству, удачи в проекте!

Ответить +1 24 августа 2016 в 14:10

Добавление комментария