INCREASING THE CAPACITIES OF 35 KV CLOSED LOOP POWER GRIDS

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.124.81
Issue: № 10 (124), 2022
Suggested:
03.10.2022
Accepted:
11.10.2022
Published:
17.10.2022
681
12
XML PDF

Abstract

The work is aimed at solving the relevant problem of ensuring the voltage quality of consumers of the closed section of the 35 kV network. In post-emergency and repair modes (when one of the network power sources is switched off) there are changes in power flows in the lines, as a result of which the voltage deviation of consumers can reach 30-50% of the nominal value.

The object of the study is a closed section of the 35 kV grid of Khakasenergo, a branch of Rosseti Sibir PJSC. A simulation of the grid section was developed with RastrWin software package, and analysis of typical repair and post-emergency modes was made.

Based on the results of the simulation, measures are proposed to improve the capacity of power lines and an analysis of the effectiveness of these measures is carried out.

1. Введение

Для районных электрических сетей напряжением 35 кВ является актуальной задача обеспечения допустимых отклонений напряжения и повышения пропускной способности ЛЭП в «ремонтных режимах».

Районные сети напряжением 35 кВ по типу исполнения чаще всего являются кольцевыми или представляют магистраль с несколькими источниками питания и с ответвлениями в узлах. Недостатком данного типа исполнения сети является тот факт, что при развитии сети и подключении новых потребителей может возникнуть ситуация, когда пропускной способности ЛЭП становится недостаточно для обеспечения необходимого уровня напряжения у потребителей при отключении одного из головных участков сети в результате аварии или его ремонта. Данное ограничение в развитии сети негативно влияет на социально-экономическое развитие района. Таким образом, для районных сетей задача повышения пропускной способности кольцевых участков в ремонтных и послеаварийных режимах является одной из наиважнейших для обеспечения качества электроэнергии у потребителей. В данном случае под ремонтным режимом понимается режим, в котором в силу некоторых причин отключен один из головных участков, а питание всего участка обеспечивается только от одного источника.

2. Методы и принципы исследования

В работе выполнено исследование параметры послеаварийных и ремонтных режимов работы участка сети 35 кВ филиала ПАО «Россети Сибирь» - «Хакасэнерго» (рисунок 1). Замкнутый участок сети питается с одной стороны от шин 35 кВ тяговой подстанции 220/35/27 «Югачи» (1ПС), с другой стороны - от шин 35 кВ тяговой подстанции 220/35/27 «Аскиз» (2ПС).

Структурная схема участка сети

Рисунок 1 - Структурная схема участка сети

Для проведения исследований параметров режимов и оценки эффективности предложенных мероприятий была разработана модель рассматриваемого участка сети в программном комплексе RastrWin [1]. Оценка достоверности работы модели была проведена путем сравнения результатов моделирования нормальных режимов с данными контрольных инструментальных замеров, выполненных на подстанциях, входящих в состав структурной схемы участка сети. Сравнение показало высокую достоверность разработанной модели.

В качестве одного из характерных ремонтных режимов было рассмотрено отключение линии Л-65'.

По результатам анализа были предложены меры, позволяющие обеспечить отклонение напряжения на шинах подключения потребителей (шины 10 кВ подстанций) В соответствии с требованиями ГОСТ на качество электроэнергии [2].

3. Основные результаты

Моделирование ремонтного режима с отключением линии Л-65' показало, что снижения напряжения на шинах 10 кВ подстанций могут доходить до 50%. В этом случае диапазона регулирования РПН и ПБВ для обеспечения требуемого уровня напряжения становится недостаточно. Отключение части потребителей электроэнергии с целью повышения напряжения недопустимо.

Одним из очевидных решений задачи повышения пропускной способности ЛЭП является замена проводов линий на провода большего сечения, что снижает сопротивление ЛЭП, а, следовательно, и потери мощности и напряжения сети. В таблице 1 представлены результаты отклонения напряжений на шинах 10 кВ подстанций при отключении Л-65'. Сравнивались потери напряжения в линиях с существующим сечением проводов и при увеличении сечения на одну ступень. Моделирование показало, что увеличение сечения не позволит добиться требуемого уровня напряжения при отключении линии.

Таблица 1 - Отклонения напряжения при отключении Л-65' по результатам моделирования

Вариант модели

ПС1

ПС2

ПС3

ПС4

ПС5

ПС6

ПС7

Т1

Т1

Т 2

Т 1

Т 2

Т 1

Т 1

Т 2

Т1

Т2

Т1

Исходная схема

10,4

8,95

8,92

7,98

7,74

0,28

8

7,85

6,77

6,75

5

Увеличение сечения 

10,15

9,42

9,36

9,14

8,96

0,32

9,13

9,05

7,96

7,94

7

Более актуальным решением задачи может являться установка на шинах 10 кВ подстанций компенсирующих устройств (КУ), что позволит разгрузить линии от передачи реактивной мощности и тем самым повысить пропускную способность для передачи активной мощности [3], [4], [5], [6].

Для учета квадратичной зависимости между мощностью компенсирующей установки и напряжением на ее шинах в программном комплексе  RastrWin, КУ смоделированы в виде шунтирующих проводимостей.

При рассмотрении возможности компенсации реактивной мощности встает задача оптимального расположения компенсирующих устройств [7], [8], [9]. Одним из наиболее простых и эффективных методов решения подобной оптимизационной задачи является градиентный метод.

Для минимизации могут быть использованы следующие целевые функции.

Минимум суммарных потерь напряжения

img;
(1)

Минимум отклонения напряжений

img;
(2)

Минимум капитальных вложений

img;
(3)

где  imgудельная стоимость компенсирующих установок, (руб./кВАр);

img – мощность устанавливаемого компенсирующего устройства;

img – стоимость одного выключателя, строительно-монтажных работ и дополнительного оборудования, (руб.);

n - количество компенсирующих установок.

Функция (2) стремится к минимуму при отсутствии КУ, а, следовательно, задача по повышению пропускной способности и получению необходимых уровней напряжения не будет выполнена. Для рационального решения задачи, необходимо вести следующие ограничения.

· Отклонение напряжения от номинального на шинах 10 кВ подстанций должно быть менее 10%.

· Мощность компенсирующих устройств должна быть больше или равна нулю. Данное ограничение необходимо в первую очередь для критериев минимума отклонений напряжения и минимума суммарных потерь напряжения. При использовании данных критериев в некоторых точках энергосистемы могут получиться напряжения выше номинальных. Без учета данного ограничения в результате могут быть получены КУ, потребляющие реактивную мощность, что не целесообразно с экономической точки зрения.

· Ток в линиях должен быть меньше или равен длительно допустимому току по условиям нагрева.

Нами были использованы полученные в работе [10] зависимости величины приведенных затрат на применение КУ от их мощности.

В качестве начальных условий мощности компенсирующих устройств заданы равными нулю. Методом градиентного спуска с учетом приведенных выше  ограничений получены мощности и места установки компенсирующих устройств. Результаты расчетов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Расчетные мощности компенсирующих устройств

Критерий

QКУ1, кВАр

QКУ2, кВАр

QКУ3, кВАр

QКУ4, кВАр

QКУ5, кВАр

QКУ6, кВАр

Минимум суммарных потерь напряжения

512

1089

1941

2536

3101

4595

Минимум отклонений напряжения

403

971

1513

2754

2045

3579

Минимум капиталовложений

0

0

0

1892

3147

5610

Наиболее оптимальные значения мощностей КУ и места их установки получены по критерию минимума капитальных вложений. Получены необходимые уровни напряжений на всех подстанциях.

По результатам моделирования были построены диаграммы отклонений напряжений для случая отключения линии Л-65' после установки компенсирующих устройств необходимой мощности (рисунок 2).

Как видно из рисунка 2, напряжения на шинах 10 кВ всех подстанций находятся в допустимых пределах. Но такой эффект был достигнут только при использовании КУ в совокупности с регулировкой РПН.

Отклонения напряжений на шинах НН при совместном использовании КУ и РПН

Рисунок 2 - Отклонения напряжений на шинах НН при совместном использовании КУ и РПН

4. Заключение

В программном комплексе RastrWin разработана модель участка замкнутой сети напряжением 35 кВ. Представлены результаты моделирования одного из ремонтных режимов данного участка сети.

Проведена оценка ремонтного режима в действующей сети в сравнении с вариантом увеличения сечения проводов и вариантом установки КУ.

Сравнение результатов моделирования показало, что увеличение сечения проводов не позволит обеспечить требуемое качество напряжения.

Оптимизация мощностей и мест установки КУ, была выполнена градиентным методом. Установка КУ позволит обеспечить отклонение напряжения на шинах 10 кВ подстанций в диапазоне 10%.

Article metrics

Views:681
Downloads:12
Views
Total:
Views:681