МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯФАКУЛЬТЕТ ПРИКЛАДНИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТАЕЛЕКТРОІНЖЕНЕРІЇЯЩУК ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧУДК 621.311.22ОЦІНКА ЯКОСТІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ З УРАХУВАННЯМ НАДІЙНОСТІ

(1)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

ФАКУЛЬТЕТ ПРИКЛАДНИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ЕЛЕКТРОІНЖЕНЕРІЇ

ЯЩУК ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 621.311.22

ОЦІНКА ЯКОСТІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ З УРАХУВАННЯМ НАДІЙНОСТІ СІЛЬСЬКИХ ЕЛЕКТРОМЕРЕЖ

8.05070103 «Електротехнічні системи електроспоживання»

Автореферат

дипломної роботи на здобуття освітнього ступеня «магістр»

Тернопіль

2017

(2)

Роботу виконано на кафедрі систем електроспоживання та комп’ютерних технологій в електроенергетиці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України

Керівник роботи: кандидат технічних наук, доцент кафедри систем електроспоживання та комп’ютерних технологій в електроенергетиці

Буняк Олег Андронікович,

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя,

Рецензент: кандидат технічних наук, доцент кафедри енергозбереження і енергетичного менеджменту Лучейко Ігор Дмитрович,

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя,

Захист відбудеться 23 лютого 2017 р. о 14

^.00

годині на засіданні екзаменаційної комісії № 40 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46005, м. Тернопіль, вул.

Микулинецька, 46, навчальний корпус № 7, ауд. 310.

(3)

ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОБОТИ Актуальність теми.

Як показує аналіз, ключовими проблемами галузі впродовж останніх років залишається високий рівень зношення електроенергетичного обладнання, особливо у сільській місцевості. Основне обладнання на більшості електричних станцій та мереж введене в експлуатацію в 1960–70 роках минулого століття, а спроектоване за нормами 1950-х років.

Суттєва зношеність обладнання приводить до збільшення питомих витрат палива на виробництво електроенергії, неефективного використання паливно- енергетичних ресурсів та, відповідно, збільшення ціни виробленої електроенергії.

На переважній більшості станцій проектний ресурс обладнання вже вичерпано і воно експлуатується понад парковий термін експлуатації.

Зношеність основних фондів складає 70-80 %, розрахунковий рівень амортизації є низьким, що ускладнює виконання робіт з модернізації, реконструкції та придбання нового обладнання.

Однією з особливостей сільського електропостачання на сучасному етапі є зростання числа об’єктів першої категорії, які є критичними щодо надійності електропостачання. Забезпечення ефективної роботи таких систем щодо підвищення надійності та досягненню заданого її рівня з мінімальними витратами є актуальною проблемою.

Крім цього, сучасні сільські електричні мережі характеризуються збільшенням кількості споживачів, які негативно впливають на якість електричної енергії, при одночасному збільшенні споживачів, які ставлять підвищені вимоги до електроенергії.

На сьогодні можна констатувати широке використання різноманітних електронних пристроїв як для багатофункціонального промислового, так і для інформаційного призначення. Однак електронні пристрої є критичними не тільки до якості електроенергії, але й перервам в електроживленні, тобто надійності електропостачання.

Мета і завдання дослідження. Метою дипломної роботи є розробка заходів підвищення ефективності функціонування розподільних мереж сільськогосподарського призначення в сучасних умовах на основі комплексного аналізу надійності електропостачання та якості електроенергії.

Відповідно до вказаної мети необхідно розв’язати наступні завдання:

– провести оцінку безперебійності, надійності та якості електроенергії в електричних мережах в сучасних умовах;

– аналіз системи показників оцінки якості електроенергії та системи показників надійності в сільських електричних мережах;

– виявити взаємозв’язок між надійністю електропостачання та якістю електроенергії;

– запропонувати моделі комплексної оцінки якості електроенергії та

показників надійності сільських розподільних мереж;

(4)

– провести статистичний аналіз пошкоджуваності устаткування сільських розподільних мереж та дослідити вплив на показники якості електроенергії;

– запропонувати заходи щодо підвищення ефективності функціонування розподільних мереж сільськогосподарського призначення в сучасних умовах.

Об’єкт дослідження – сільські розподільчі електричні мережі

Предмет дослідження – оцінка ефективності заходів, що підвищують надійність електропостачання та якість електроенергії в сільських розподільчих електромережах.

Наукова новизна отриманих результатів.

– запропонована модель комплексної оцінки якості електроенергії та показників надійності сільських розподільних мереж на основі втрат від недовідпуску електроенергії.

Практичне значення отриманих результатів полягає у використанні запропонованої комплексної методики спільного аналізу й синтезу надійності електропостачання та показників якості електроенергії при плануванні подальшого розвитку систем електропостачання сільських електромереж.

Апробація.

Результати досліджень за темою дипломної роботи були представлені на V Міжнародна науково-технічна конференція молодих учених та студентів

„Актуальні задачі сучасних технологій“ (17-18 листопада 2016 року), Тернопіль, Тернопільський національний університет імені Івана Пулюя.

Структура роботи. Робота складається зі вступу, 8 розділів, висновків, переліку посилань (33 найменування).

Загальний обсяг текстової частини – 101 сторінка, 6 таблиць, 8 діаграм, 9 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи: стан розробки наукової проблеми й актуальність роботи, мету і завдання роботи, об’єкт, предмет, описану наукову новизну і практичну значимість отриманих результатів.

У першому розділі «Аналітична частина» розглянуті особливості побудови сільських електромереж і проведений аналіз показників якості електроенергії та системи надійності.

Аналіз показав, що основними показниками надійності електропостачання для електророзподільних компаній є: індекс середньої тривалості довгих перерв в електропостачанні в системі (SAIDI), індекс середньої частоти довгих перерв в електропостачанні в системі (SAIFI) та розрахунковий обсяг недовідпущеної електроенергії (ENS).

Розглянуті особливості побудови сільських електричних мереж показали,

що основним елементом сільських електричних мереж 10 кВ є розподільна

лінія, яку виконують за магістральним принципом. У той же час низька якість

електроенергії на шинах електроприймачів є причина зниження їх надійності.

(5)

Встановлено, що на надійність сільського електропостачання в першу чергу впливають такі показники якості електроенергії, як відхилення і провал напруги. Зниження напруги в розглянутих мережах може бути наслідком недостатнього резервування, низької пропускної здатності та високої аварійності мережі, що істотно впливає на надійність електропостачання споживачів.

Дослідження показали, що в результаті несинусоїдальності істотно може знизитися надійність електропостачання, так як вищі гармонійні струми і напруги обумовлюють додаткові втрати електроенергії.

Для вибору найбільш ефективних заходів щодо підвищення якості електромережі сільських споживачів та надійності системи електропостачання необхідно провести комплексну оцінку.

У другому розділі «Науково-дослідна частина» запропонована методика та алгоритмічна модель оцінки якості електроенергії та показників надійності сільських розподільних мереж.

Запропонована модель дозволить визначити такі показники: сумарний недовідпуск електроенергії за рік через втрати споживачів; сумарне недовідпуск електроенергії за рік через зниження якості електроенергії у споживачів.

Встановлено, що найбільш відповідальним етапом є уточнений розрахунок електричних режимів.

У третьому розділі «Технологічна частина» проведена оцінка впливу надійності електропостачання на роботу обладнання споживачів та здійснено статистичний аналіз пошкоджуваності устаткування сільських розподільних мереж на прикладі Городнянского РЕМ ПАТ "Чернігівобленерго".

Показано, що недостатня надійність повітряних електричних ліній негативно позначається на роботі електроустаткування споживача. Надійність впливає на роботу електрообладнання споживачів через окремі елементи мереж, в тому числі опори, проводи, ізолятори, різного типу захисного обладнання.

Аналіз розподілів відключень в системі електропостачання показав, що для підвищення її надійності найефективніше знижувати кількість відключень із-за ушкодження дроту повітряних ліній, ізоляції і кабельних вставок, а також скорочувати час простою лінії в аварійному ремонті для кожної із складових.

У четвертому розділі «Проектно-конструкторська частина» проведена оцінка рівня надійності та якості електричної енергії в сільських електромережах на прикладі розподільних мереж Городнянського РЕМ.

Оцінка рівня надійності та якості електричної енергії в сільських електромережах показала, що лінії електропередачі знаходяться в незадовільному стані, що пов’язано з тривалим періодом незадовільною експлуатації мереж, коли було відсутнє необхідне оновлення обладнання.

Проведені розрахунки збитків при погіршенні показників надійності

електропостачання та якості електроенергії з використанням «коефіцієнта

готовності з урахуванням низької якості напруги». Встановлено, що за

значеннями «коефіцієнта готовності з урахуванням низької якості напруги»

(6)

можна судити про дійсний технічний стан розподільчої мережі і про те, в якому стані вона буде через деякий час.

У п’ятому розділі «Спеціальна частина» проведена оцінка способів і засобів підтримки якості електроенергії та забезпечення надійності в сільських розподільних мережах.

Проведена оцінка способів регулювання напруги в системах електропостачання.

Запропоновано для зниження коливання напруги, які викликані змінним навантаженням в розподільних сільських електромережах високої напруги встановлювати пристрої поздовжньої компенсації, які не суттєво знижують надійність.

Встановлено, що підвищення надійності електропостачання в сільських електромережах можна добитися або зниженням частоти відмов, або зменшенням часу відновлення електропостачання.

Показано, що використання ізольованих дротів виправдане тільки на лініях з відповідальними споживачами значної потужності. Використання 2АПВ є бажаним на усіх лініях, що відходять.

Аналіз технічної сторони завдання по підвищенню надійності показав, що найефективнішим заходом є застосування ізольованих дротів СІП-3.

Секціонуючі лінійні роз’єднувачі для підвищення надійності повинні використовуватися тільки за наявності на лінії споживачів 2-ї і 3-ї категорії надійності, де вони роблять істотний ефект.

Встановлено, що найбільший вплив на сумарний недовідпуск електричної енергії чинить зміна часу ремонту в нерезервованих мережах.

У шостому розділі «Обґрунтування економічної ефективності»

проведена оцінка збитків від недовідпуску електроенергії через падіння напруги, несиметрії та несинусоїдальності.

У сьомому розділі «Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях» розглянуті заходи з безпеки експлуатації систем обліку в електричних мережах сільської місцевості та методи нормалізації умов праці при перевірці та випробуваннях систем обліку електроенергії.

Запропоновані заходи підвищення стійкості роботи електрообладнання сільських мереж в умовах надзвичайних ситуацій.

У восьмому розділі «Екологія» проаналізовані екологічні аспекти впливу електричних полів ліній електропередач надвисокої напруги на навколишнє середовище.

ВИСНОВКИ

У дипломній роботі проведена оцінка заходів, що підвищують якість електропостачання та надійність в сільських розподільчих електричних мережах 35/10/0,38 кВ й отримані результати:

1. Аналіз показав, що основними показниками надійності

електропостачання для електророзподільних компаній є: індекс середньої

тривалості довгих перерв в електропостачанні в системі, індекс середньої

(7)

частоти довгих перерв в електропостачанні в системі та розрахунковий обсяг недовідпущеної електроенергії.

2. На надійність сільського електропостачання в першу чергу впливають такі показники якості електроенергії, як відхилення і провал напруги.

3. Задача комплексної оцінки якості електричної енергії та надійності електропостачання дозволить за значеннями електричних режимів споживання розраховувати ефективність засобів забезпечення необхідних рівнів надійності та якості.

4. Для підвищення надійності найефективніше знижувати кількість відключень із-за ушкодження дроту повітряних ліній, ізоляції і кабельних вставок, а також скорочувати час простою лінії в аварійному ремонті для кожної із складових.

5. Проведені розрахунки збитків при погіршенні показників надійності електропостачання та якості електроенергії з використанням «коефіцієнта готовності з урахуванням низької якості напруги». Встановлено, що за значеннями «коефіцієнта готовності з урахуванням низької якості напруги»

можна судити про дійсний технічний стан розподільчої мережі.

6. Для зниження коливання напруги, які викликані змінним навантаженням в розподільних сільських електромережах високої напруги необхідно встановлювати пристрої поздовжньої компенсації, які не суттєво знижують надійність.

7. Підвищення надійності електропостачання в сільських електромережах можна добитися або зниженням частоти відмов, або зменшенням часу відновлення електропостачання.

8. Використання ізольованих дротів виправдане тільки на лініях з відповідальними споживачами значної потужності. Використання 2АПВ є бажаним на усіх відхідних лініях.

Перелік посилань.

1. Оцінка якості електроенергії з урахуванням надійності сільських електромереж // Актуальні задачі сучасних технологій: зб. тез доповідей міжнар. наук.-техн. конф. молодих учених та студентів, (Тернопіль, 17–18 листопада 2016). М-во освіти і науки України, Терн. націон. техн. ун-т ім. І.

Пулюя [та ін]. – Тернопіль: ТНТУ, 2016. – С. 210.

АНОТАЦІЯ

Ящук В.В. Оцінка якості електроенергії з урахуванням надійності сільських електромереж, 8.05070103 – електротехнічні системи електроспоживання; Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя; Тернопіль, 2017.

У дипломній роботі проведена оцінка заходів щодо підвищення якості

системи електропостачання та надійності в сільських розподільчих

електричних мережах 35/10/0,38 кВ.

(8)

Проведена оцінка безперебійності, надійності та якості електроенергії в електричних мережах в сучасних умовах.

Розглянуті особливості побудови сільських електромереж і проведений аналіз основних показників надійності електропостачання та якості електроенергії.

Запропонована модель комплексної оцінки якості електроенергії та показників надійності сільських розподільних електромереж на основі втрат від недовідпуску електроенергії.

Проведений статистичний аналіз пошкоджуваності устаткування сільських розподільних мереж та досліджено вплив на показники якості електроенергії.

Запропоновані заходи щодо підвищення ефективності функціонування розподільних мереж сільськогосподарського призначення в сучасних умовах.

Ключові слова: надійність, якість, ефективність, розподільна мережа.

ANNOTATION

Yashchuk V.V. Evaluations of power quality, taking into account the reliability of rural power grids, 8.05070103 – Electrotechnical Systems of Electricity Consumption; Ternopil Ivan Puluj National Technical University;

Ternopil, 2017.

In diploma paper conducted an assessment to increase of measures of quality and reliability of electricity supply system in rural electrical distribution networks 35/10 / 0.38 kV.

The conducted an evaluation of continuity, reliability and power quality in electrical networks in the modern conditions.

Examined of features of constructing of rural power grids and the analysis of the main indicators of power supply reliability and power quality.

Proposed the model of comprehensive assessment of power quality and reliability indexes of rural electric power distribution based on losses from non- release electricity.

The conducted of statistical analysis equipment damage rural distribution networks and investigated influence on the quality of electricity.

Proposed measures to improve the efficiency of distribution networks agricultural purpose in the modern conditions.

Keywords: reliability, quality, efficiency, distribution network.