СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СЕТЯХ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H02J3/00 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроснабжению, и может быть использовано в силовых понижающих трансформаторных подстанциях, состоящих из двух и более трансформаторов.

Сети низкого напряжения состоят из большого числа понижающих трансформаторных подстанций (6/0,4) кВ, питание которых осуществляется по кабельным линиям. Нагрузка отдельных элементов городской сети является важнейшей характеристикой ее работы. В зависимости от вида нагрузки устанавливаются целесообразные режимы работы сети и выбираются параметры ее элементов.

Известен способ снижения потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения, заключающийся в изменении режимов работы трансформаторов в трансформаторных подстанциях (ТП) путем отключения одного из трансформаторов на летний период (К.К. Волчков, В.А. Козлов. Эксплуатация сооружений городской электрической сети, -2-е изд. перераб. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1979. С 265-271). Такое отключение возможно в (ТП) с двумя трансформаторами, а также в ТП с одним трансформатором при наличии связей 0,4 кВ между ТП (см. там же). Считается, что отключение одного трансформатора из двух, установленных в ТП, можно производить, если суммарная нагрузка трансформаторов не превышает 45% их номинальной мощности. При трансформаторах различной мощности в работе оставляется трансформатор меньшей мощности при условии, что суммарная нагрузка ТП не превышает 85-90% его номинальной мощности. Процесс передачи и распределения энергии в сетях низкого напряжения характеризуется меняющейся во времени нагрузкой. Задача определения режимов работы энергосистем и выбора ее параметров с целью минимизации потерь является актуальной.

На фиг. 1 показан типичный суточный график нагрузки трансформатора, от которого питается группа городских потребителей. График снимали самопишущим прибором в декабре (см. там же с. 256).

Суточный график нагрузки имеет два максимума: утренний, около 7 часов, и вечерний, от 18-21 часа. При этом утренний максимум составляет 0,6-0,8 вечернего. Эти участки явно выражены на графике, показанном на фиг.1. Это приводит к тому, что значительную часть времени трансформатор работает на пониженных нагрузках, коэффициент полезного действия уменьшается по сравнению с максимальным и потери электроэнергии возрастают. Кроме этого, суточные графики нагрузки существенно меняются в течение года. Так, летняя максимальная нагрузка составляет примерно 70% от зимней максимальной нагрузки, что приводит к увеличению потерь в ТП.

Как следует из указанного источника информации, известный способ снижения потерь электроэнергии применяют только в летний период года, при этом в остальные периоды года трансформаторы работают в установленном режиме как при максимальных, так и при минимальных значениях суточной нагрузки в эл. сети.

Таким образом, основным недостатком известного способа является несбалансированное по отношению к суточной нагрузке в течение всего года работы ТП отключение трансформаторов, и, как следствие, не обеспечивающее снижение суммарных потерь электроэнергии в течение года. Другим недостатком известного способа является низкий срок службы работы трансформаторов, что также является следствием несбалансированного отключения трансформаторов.

Заявленный способ направлен на решение задачи, заключающейся в повышении эффективности работы ТП.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в снижении суммарных годичных потерь энергии в эл. сетях и повышении срока службы трансформаторов.

Требуемый технический результат обеспечивается ступенчатым регулированием мощности трансформаторов в ТП, достигаемым за счет использования преобразователя мощности, предназначенного для преобразования активной мощности трехпроводной цепи переменного тока в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА. Этот сигнал подается на микроконтроллер, имеющий вход для ввода аналоговых сигналов. На основании данных (см. фиг.2, график зависимости КПД от нагрузки трансформаторов) о текущем значении активной мощности микроконтроллер осуществляет переключения трансформаторов при помощи выключателей снабженных приводами. Переключения осуществляются в соответствии с условиями;
Р_нагр<Р_кр1, подключен трансформатор меньшей мощности,
Р_кр1<Р_нагр<Р_кр2, подключен трансформатор большей мощности,
Р_нагр>Р_кр2, трансформаторы работают каждый на свою нагрузку;
где Р_нагр - мгновенная мощность нагрузки, кВт;
Р_кр1 - мощность нагрузки, при которой коэффициенты полезного действия трансформаторов равны, кВт;
Р_кр2 - мощность нагрузки, превышающая номинальную мощность трансформатора меньшей мощности примерно на 10-15% (конкретное значение определяется из условия равенства потерь при работе большего трансформатора и потерь при одновременной работе двух трансформаторов на ту же нагрузку).

Существенные признаки, характеризующие заявляемый способ.

Ограничительные: изменение режимов работы трансформаторов.

Отличительные: на стороне высокого напряжения ТП установлен измерительный преобразователь активной мощности 3-фазного тока; преобразователь преобразует сигналы переменного тока в токовый сигнал, пропорциональный нагрузке ТП; указанный сигнал поступает на аналоговый микроконтроллер, осуществляющий управление выключателями; выключатели расположены на стороне высокого и низкого напряжения трансформаторов таким образом, что подключение конкретного трансформатора на нагрузку производится по текущему значению потребляемой мощности, исходя из условия минимизации потерь, при этом, если мощность нагрузки не превышает значение мощности, при котором коэффициенты полезного действия трансформаторов равны, подключается трансформатор меньшей мощности, если мощность нагрузки превышает значение мощности, при котором коэффициенты полезного действия трансформаторов равны, подключается трансформатор большей мощности, а трансформатор меньшей мощности отключается, если же мощность нагрузки превышает номинальную мощность трансформатора меньшей мощности примерно на 10-15%, то одновременно с трансформатором большей мощности подключается трансформатор меньшей мощности и нагрузка распределяется между ними.

Способ реализуется следующим образом, на фиг.3 приведена схема включения трансформаторов разной мощности на ТП, На фиг.3 показаны два рабочих трансформатора 1 и 2 разной мощности, питаемые одной электрической линией, мощность трансформатора 1 меньше мощности трансформатора 2. При малой нагрузке работает один трансформатор 1 на всю нагрузку, выключатель (например ВМБМ или ВК) 3 при этом включен, выключатели 4 и 5 выключены. При увеличении нагрузки с преобразователя мощности (например, Е 859) 6 сигнал поступает на контроллер (например, Modicon Micro 612) 7, который подает сигнал на выключатели 8 и 9, которые выключаются, а выключатели 4 и 5 включаются и при этом на всю нагрузку работает трансформатор 2. При дальнейшем повышении нагрузки с преобразователя мощности поступает сигнал на контроллер 7 и на выключатель 3, который размыкается, а выключатели 8 и 9 включаются и в этом режиме работают оба трансформатора, каждый на свою нагрузку.

При снижении нагрузки с преобразователя мощности поступает сигнал на выключатель 3 и выключатель замыкается, а выключатели 8 и 9 отключаются и начинает работать трансформатор 2 на всю нагрузку. Когда нагрузка начинает еще больше уменьшаться, с преобразователя мощности 1 поступает сигнал на контроллер 7 и выключатели 8 и 9 включаются, а выключатели 4 и 5 отключаются и начинает работать трансформатор 1 на всю нагрузку.

Таким образом, при малой нагрузке работает один трансформатор малой мощности 1, при повышенной нагрузке работает трансформатор большой мощности 2 и при режиме, близком к максимальной нагрузке, работают оба трансформатора 1 и 2.

Предложенная схема может обеспечивать последовательность включения и отключения трансформаторов без потери напряжения на нагрузке. Это достигается за счет отключения работавшего трансформатора с выдержкой времени после включения другого трансформатора (в это время трансформаторы работают параллельно).

Изобретение относится к электроэнергетике. Техническим результатом является снижение потерь электроэнергетики на городских трансформаторных подстанциях, имеющих трансформаторы разной мощности, и повышение срока службы трансформаторов. Возможны три варианта включения трансформаторов: включение трансформатора малой мощности, трансформатора большей мощности или распределение нагрузки между двумя трансформаторами. Вариант включения выбирается исходя из текущей мощности нагрузки для обеспечения минимизации потерь электрической энергии. 3 ил.

Способ снижения потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения трансформаторной подстанции, имеющей два трансформатора разной мощности, заключающийся в изменении режимов работы трансформаторов, отличающийся тем, что сигналы переменного тока с помощью измерительного преобразователя активной мощности трехфазного тока, установленного на стороне высокого напряжения подстанции, преобразуются в сигнал постоянного тока пропорциональный мощности нагрузки трансформаторной подстанции, который поступает на аналоговый вход микроконтроллера, осуществляющего управление выключателями изменяющими режимы работы трансформаторов, момент включения трансформаторов на нагрузку определяется по текущему значению потребляемой мощности, исходя из условиям минимизации потерь, в случае, когда мощность нагрузки не превышает мощности, при которой кпд трансформаторов равны, то включается один из трансформаторов, имеющий меньшую мощность, если нагрузка превышает нагрузку, при которой кпд трансформаторов равны, включается трансформатор большей мощности, а трансформатор меньшей мощности отключается, если мощность нагрузки превышает номинальную мощность трансформатора меньшей мощности примерно на 10-15%, при этом потери в трансформаторе большей мощности становятся больше чем потери при распределении этой же нагрузки между двумя трансформаторами, в работу включается трансформатор меньшей мощности и нагрузка распределяется между двумя трансформаторами.