Городские тяговые электросети можно улучшить

С отменой этого документа промышленные потребители потеряли экономический стимул поддерживать необходимый cosφ. Это привело к:

- возрастанию потоков реактивной мощности в линиях межсистемных передач и системообразующих распределительных сетях и распределительных сетях потребителей;

- возникновению дефицита реактивной мощности в узлах нагрузки и, как следствие, к снижению напряжения на шинах нагрузок и подстанций, снижению статической устойчивости нагрузки по напряжению в сетях;

- увеличению до предельно допустимых значений токов полной нагрузки ЛЭП и ТП и ограничению их пропускной способности из-за загрузки реактивной мощности.

Передача по сети реактивной мощности вызывает затраты активной энергии, которые покрываются активной энергией генераторов (за счет дополнительного расхода топлива). Поэтому передача реактивной мощности отнимает часть пропускной способности линий. Это приводит к тому, что:

- нарастает число отключений потребителей и увеличиваются размеры отключаемых нагрузок защитами при снижении напряжения во время коротких замыканий в электрических сетях и циклов (режимов) АПВ или АВР в электрических сетях;

- увеличивается вероятность введения в действие аварийного отключения потребителей в часы максимумом нагрузок из-за перегрузки линий электропередачи и трансформаторного оборудования подстанций, в том числе и необоснованными потоками реактивной мощности;

- дефицит активной мощности в целых регионах из-за существенного роста потерь активной мощности в электрических сетях и предельной загрузки линий электропередачи избыточными потоками реактивной мощности привели к сдерживанию присоединения новых потребителей или увеличения мощности присоединенных.

Для устранения вышеперечисленных негативных последствий используется самая эффективная технология энергосбережения - компенсация реактивной мощности в городских тяговых подстанциях.

Необходимость повышения качества электроснабжения

Снижение пиковых нагрузок в контактных сетях городов - чрезвычайно актуальная задача в последние годы. Традиционный способ решения этой проблемы - увеличение количества тяговых подстанций на линиях электротранспорта - очень дорогой способ, т.к. предусматривает землеотвод, капстроительство, монтаж дорогостоящего высоковольтного оборудования. Кроме того, тяговые подстанции не позволяют использовать рекуперативное торможение транспортных средств (возврат энергии в сеть при торможении), т.к. количество стартующих и тормозящих трамваев на конкретном участке определяется стихийно. До 40% потребляемой энергии рассеивается в атмосферу на тормозных реостатах. Возрастает уровень электрических помех, т.к. трансформаторная подстанция - контур генератора помех. В России пока очень редко применяются системы компенсации РМ пиковых нагрузок на электротранспорте.

Предлагаемое решение проблемы - установка устройств компенсации реактивной мощности на тяговых подстанциях

Это решение по технологическим и инженерным критериям превосходит традиционные решения в виде строительства новых более мощных подстанций, позволяет не только не превышать установленный уровень мощности, но и сэкономить до 30% электроэнергии за счет компенсации реактивной мощности в сеть. На каждой тяговой подстанции предлагается устанавливать комплектные регулируемые конденсаторные установки. При возникновении на линии пиковой нагрузки, например, разгона трамвая, конденсаторная установка берет на себя компенсацию этой нагрузки, не вызывая перегрузок в питающей сети, а распределяя нагрузку равномерно во времени. В результате, подстанция будет работать в более благоприятном режиме, что положительно скажется на ее надежности, безаварийности и безотказности. Также это позволит снизить заявленную пиковую мощность, ликвидировать провалы напряжения в питающей сети электротранспорта.

Технико-экономические результаты

Энергопотребление трамваев и троллейбусов крайне неравномерно: периоды с потреблением мощности до 200 кВА и длительностью 10-20 секунд сменяются движением накатом и торможением, в течение которых потребление почти отсутствует. Тем не менее, требуемая присоединительная мощность для обеспечения движения одного трамвая (троллейбуса) составляет ок.200 кВА, т.е. по его максимальной мощности. Предлагаемое решение позволяет распределить во времени потребляемую электроэнергию, тем самым снизив порог необходимой мощности присоединения. Учитывая, что соотношение времени потребления максимальной мощности и времени минимальных потреблений составляет примерно от 1/3 до 1/6, можно полагать снижение требуемой присоединительной мощности в 2-3 раза, т.е. на каждый МВА имеющейся присоединительной мощности высвободить порядка 300-500 кВА.

Если учитывать высокую стоимость присоединительных мощностей, то годовой эффект от внедрения только одной конденсаторной установки составит 1- 2 млн руб. Кроме того, с технической точки зрения, сглаживание пульсации нагрузки в сети обеспечивает безопасность этих сетей и возможность контролируемого регулирования такого важного параметра, как реактивная мощность. В результате нет нужды в строительстве новых тяговых подстанций.

Повышение надежности эксплуатации трамваев и троллейбусов с управляемыми частотно-регулируемыми приводами

Работа двигателей, имеющих частотно-регулируемый привод (ЧРП), в большей степени зависит от стабильности и качества электропитания. Так, провалы напряжения свыше 20-30% приводят к отказам ЧРП. В настоящее время провалы напряжения составляют до 40% от номинального. Применение системы компенсации РМ пиковых нагрузок позволит удержать колебания напряжения в пределах 10-15%, что позволит широко применять ЧРП на трамваях и троллейбусах. Это в свою очередь даст реальную экономию потребления электроэнергии до 40%.

Регулирование РМ как дополнительный фактор повышения эффективности энергопотребления. Снижение потерь AMв тяговых сетях, экономическая выгода от применения УКРМ

Характер нагрузки горэлектротранспорта тяговой электросети -преимущественно индуктивный. Случайный характер, большой диапазон изменения мощности нагрузки и ее непродолжительность отрицательно сказывается на одном из важнейших параметров сети -cosφ. В свою очередь указанные скачки реактивной мощности ведут к большим потерям активной мощности в линиях электроснабжения. Применение системы компенсации РМ пиковых нагрузок позволит избавиться от указанных проблем и сэкономить значительные финансовые средства в годовом объеме примерно 20 млн руб., положительно скажется на надежности системы электроснабжения города.

Предложения

-  Провести измерения уровня потребления и характера изменения РМ на тяговых подстанциях конкретного города, муниципального поселения.

-  По итогам измерений провести расчеты потребности в компенсации РМ.

-  Установить на тяговых подстанциях города автоматизированные установки компенсации реактивной мощности.

-   Оптимизировать потребление электроэнергии горэлектротранспортом.

Эти мероприятия:

а) окупаются в течение года за счет снижения фактических потерь в тяговых сетях;

б) позволяют экономить 20-30% электроэнергии;

в)  повышают безопасность электроснабжения города и надежность работы всей контактной сети.

Опыт проведения подобных измерений в г. Барнауле показал, что при реальном cosφ = 0,8 и последующей установке компенсирующих устройств и получении cosφ = 0,97, резерв экономии составляет только на одной тяговой подстанции примерно 1 млн руб./год.

Нормативное обеспечение - Приказ ФСТот 31 августа 2010 г. № 219-э/6 (зарегистрирован в Минюсте за № 18637 от 06.10.2010 г.) «Об утверждении Методических указаний по расчету повышающих (понижающих) коэффициентов к тарифам на услуги по передаче электрической энергии в зависимости от соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих Устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон по договорам об оказании услуг по передаче электрической энергии по единой национальной (общероссийской) электрической сети (договорам энергоснабжения)».

Алексей Синеев, директор компании «Тривонт» (г. Барнаул)

по материалам Первого Сибирского энергетического форума (Красноярск)

Фото Олега Никитина

Ссылки по теме:

Как компенсировать реактивную мощность и снизить энергозатраты

Компенсация реактивной мощности