Снижение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах

Современная энергетическая промышленность в настоящее время использует огромное количество трансформаторов, которые, ввиду своей значимости в распределении электрической энергии, могут приводить также к потерям электрической энергии.
Для работы любого силового трансформатора характерно наличие потерь, увеличивающиеся во время нерабочего времени, прежде всего, в результате возрастания потерь холостого хода. Здесь подразумеваются активные потери мощности трансформатора в стали, кВт. Кроме того, для потерь электроэнергии в силовых трансформаторах характерно уменьшение нагрузки относительно наименьшей, посредством возрастания потребления реактивной энергии. То есть, активные потери в меди обмоток трансформаторов [2].
Но при правильном выборе оборудования и требуемого показателя рабочего напряжения можно прийти к сокращению общего количества трансформаторов, и это приведет к снижению электроэнергетических потерь. Данные меры в большинстве случае обусловливаются и тем, что в период значительной экономии топливных и энергетических ресурсов задачи по борьбе с потерями электрической энергии являются основными и требующими незамедлительного решения.
Важным методом борьбы с потерями можно назвать правильное проектирование и работоспособности электросетей, что в итоге даст возможность обеспечить и уменьшение расходов на производство электрической энергии. С целью снижения расхода электрической энергии на подстанциях, необходимо обратить внимание на эффективность работы систем охлаждения трансформаторов и шунтирующих реакторов [1].
Современные технологии не стоят на месте, развиваются с каждым днем. И в энергетической промышленности также нет отставаний. Крупные предприятия производят микропроцессорные устройства, которые могут в зависимости от температуры окружающей среды и масла внутри баков сделать продолжительной работы охладителей оптимальной, при этом уменьшив расходы электрической энергии на питание системы вентиляции (охлаждения.
Помимо всего прочего, сегодня ученые разрабатывают мероприятия по вторичному использованию тепла, выделяющегося от нагрева силовых трансформаторов и которое используется с целью отопления зданий ОПУ и ЗРУ на подстанциях.
Значительный фактор заключается также в разделении учета электрической энергии на собственные нужды ПС и хозяйственные, невозможности подключить к трансформаторам собственных нужд какие-либо потребители, которые не имеют никакого отношения к рабочему циклу подстанции. На огромные объемы уменьшить потери электрической энергии и, как правило, оптимизировать работу трансформаторов позволяет соблюдение определенных профилактических работ, которые выполняются под напряжением. В данном случае они не отключаются от сети, так как любой ремонтный режим может способствовать увеличению потерь в сети в сравнении с нормальными режимами.
Зная тот факт, что потери электрической энергии в силовых трансформаторах могут достигать огромных масштабов, нужно уделять особое внимание на их уменьшение до минимума при выполнении следующих мероприятий [3]:
- нужно правильно подобрать мощность и число трансформаторов, и количество одновременно работающих будет определяться при помощи дежурного персонала. При этом важно учитывать реальные нагрузки и условия низшего уровня потерь электрической энергии. Как показывает практика, для таких целей лучше всего воспользоваться трансформаторами с мощностью не более 1 МВА;
- сократить время холостого хода во время малых нагрузок. В ходе проведения анализа ежегодных издержек самым экономным режимом работы сети оказалось, что оптимальной оказывается работа силового трансформатора с перегрузкой во время самых мощных нагрузок. В ходе данного мероприятия появляется возможность получения минимальных потерь при одновременном выравнивании графика нагрузок. Но не стоит забывать, что следует грамотно выбирать показатели перегрузки с учетом температуры окружающей среды и начальной мощности.
Немаловажным будет отметить современную тенденцию к переходу от стандартных программ оптимизации работы трансформаторов и снижения потерь электрической энергии в сетях к бизнес-процессам управления потерями.
Решение подобного рода задач повлечёт за собой появление совершенно новых подходов в оценке технической и экономической эффективности от принятия любого решения в инвестиционных проектах развития сетей и от применения новых технологий в передачи электроэнергии [1].
Использование таких технологий и практическое осуществление перечисленных путей оптимизации работы сетей в перспективе принесут повышение эффективности нормирования потерь электрической энергии.
Также, в результате загрузки силового трансформатора почти на 35% нагрузочные потери будут приблизительно равны потерям холостого хода. Статистические данные свидетельствуют о том, что в среднем на каждой трансформаторной подстанции теряется примерно 10-13% энергии.
Если трансформатор будет работать длительное время в режиме холостого хода, или близкому к нему, то вызовет значительные потери электрической энергии не только в трансформаторе, но и во всей системе электрического снабжения (как правило, от источника питания до трансформатора непосредственно) в результате маленького коэффициента мощности. С целью экономии электрической энергии важно отключить мало загруженные трансформаторы, когда наблюдается сезонное снижение нагрузки.
Также, к некоторым причинам потери электрической энергии в трансформаторах следует отнести низкие коэффициенты мощности в придаток к огромным потерям напряжения в сети. В данном контексте важно исследовать электроэнергетическую систему, а также изучить способности применения конденсаторов для изменения показателей коэффициента мощности. Для трансформаторов, которые неэффективно работают, данные мероприятия позволяют снизить потери электрической энергии до 15-20% [2].
Коэффициент нагрузки также является важным параметром, который характеризует возможность трансформатора эффективно вырабатывать электрическую энергии. Уменьшив нагрузку, приблизив ее к единице без снижения уровня производственной деятельности, можно повысить экономичность работы трансформатора. Следовательно, на снижение потерь электрической энергии непосредственно влияет рабочий цикл самого трансформатора. Как было сказано, коэффициент нагрузки имеет особое значение, так как чем он больше, тем эффективнее работает трансформатор и меньше тратится энергии.
Главным условием работы электрической сети с наименьшими потерями энергии можно назвать ее рациональное построение. Немаловажное значение здесь приобретает правильное определение точек деления между трансформаторами, экономичное распределение активных и реактивных мощностей, внедрение замкнутых и полузамкнутых схем сети.
Как правило, электрические потери в рационально подобранных и эффективно работающих трансформаторах не должны быть больше обоснованного технологического расхода электричества при его распределении между трансформаторами. Мероприятия по снижению потерь нужно проводить там, где наблюдаются определенные отклонения от рациональной работы трансформаторов и оптимальных условиях эксплуатации [3].
Благодаря современным математическим методам расчета удается в большинстве случаев привести технологически расходы электрической энергии к минимуму и приблизить их к технически обоснованным величинам. Уменьшение потерь электрической энергии в трансформаторах достигается как в результате разработанных мероприятий по общей оптимизации работы, когда снижение потерь будет являться составляющей частью комплексного плана, так и в ходе реализации мероприятий, которые направлены только лишь на уменьшение потерь. Исходя из этих признаков, мероприятия по снижению потерь электрической энергии делятся на несколько групп, которые называются [3]:
- организационными, к которым следует отнести совершенствование эксплуатационного обслуживания трансформаторов и оптимизацию их режимов и схем работы;
- техническими, куда относят реконструкцию, модернизацию и строительство новых распределительных подстанций. Это приведет к тому, что между трансформаторами будет находится переточный узел, стабилизирующий напряжение;
- мероприятиями по модернизации системы учета электрической энергии, которые, в свою очередь, делятся на беззатратные и требующие дополнительных затрат.
Необходимо заменять силовые трансформаторы и трансформаторы собственных нужд в случае, если они обладают большими потерями электроэнергии на перемагничивание сердечников, на трансформаторы с меньшими потерями, а также токоограничивающие реакторы на современные с большими индуктивными сопротивлением к токам К3 и меньшими потерями в нормальном режиме. При разработке рабочих проектов на реконструкцию и техническое перевооружение должно закладываться оборудование, отвечающее требованиям энергосбережения.
Эффективное и рациональное использование мощности силовых трансформаторов достигается в случае равенства напряжений короткого замыкания. Но в процессе эксплуатации можно включить в параллельную работу трансформатор с отклонением показателя напряжения короткого замыкания от их номинального значения, но не больше 15%. Это связано с тем, что возможно отступление от заданных параметров при производстве трансформаторов в размерах обмоток, что может повлиять на напряжение короткого замыкания [1].
Таким образом, снижение потерь электроэнергии в электрических сетях – это сложная комплексная проблема, требующая значительных капитальных вложений, необходимых для оптимизации развития электрических сетей, совершенствования системы учета электроэнергии, внедрения новых информационных технологий в энергосбытовой деятельности и управления режимами сетей, обучения персонала и его оснащения средствами поверки средств измерений электроэнергии и так далее [2].
Список использованных источников:
Барсуков Н. Е. Основы эксплуатации силовых трансформаторов. М.: Энергетика, 2009. – 288 с.
Долин В. С. Справочник энергетика. М.: ИНФРА-М, 2017. – 688 с.
Кузьмин О. Б. Минимизация потерь энергии как фактор эффективности работы электрического оборудования. М.: Аспект-Пресс, 2015. – 88 с.