Аннотация
Снижение расхода электрической энергии на собственные нужды (СН) трансформаторных подстанций (ПС) является актуальной задачей. В представленной работе с помощью методов анализа и синтеза работы силового электрооборудования, методов оптимизации разработана и исследована модель снижения расхода электроэнергии на СН подстанции Сибирского региона. Данный регион характеризуется продолжительным отопительным сезоном. Комплексная модель снижения расхода электроэнергии на СН ПС состоит из следующих составляющих: интеллектуальной системы управления охлаждением автотрансформаторов (АТ) подстанции и системы рекуперации электрических потерь АТ. Разработанная адаптивная система с использованием искусственной нейронной сети включает частотно-регулируемый электропривод и позволит осуществить оптимальное управление системой охлаждения АТ, а также даст возможность повысить энергетическую эффективность работы оборудования для обеспечения СН ПС. Кроме того, интеллектуальная система управления охлаждением АТ напрямую совмещена с установкой рекуперации тепла, выделяемого АТ. В качестве базового объекта рассмотрена подстанция 500 кВ, в составе которой присутствует шесть силовых автотрансформаторов. Электрические потери АТ использованы в данной модели для целей отопления нескольких зданий подстанции. Предложена система утилизации электрических потерь, выделяемых в виде теплоты масла автотрансформатора, которая состоит из теплообменника, теплового насоса, соединительных трубопроводов и системы управления. Исследование модели показало, что тепловая энергия электрических потерь автотрансформаторов может успешно использоваться для замещения тепловой мощности электрокотлоагрегатов обогрева зданий подстанции, что позволит снизить потребление электрической энергии на собственные нужды ПС. Исследование также показало, что для каждой конкретной ПС необходимо адаптировать модель в зависимости от её входной информации: климата, удалённости потребителей от АТ, мощности отопления, объёма потребления горячей воды, загрузки АТ и других факторов. Также разработанная комплексная модель даст возможность поддерживать заданный температурный режим работы оборудования при минимальном расходе электроэнергии на охлаждение.
Ключевые слова
электрические потери, автотрансформатор, снижение расхода электрической энергии, собственные нужды подстанции, утилизация тепловой энергии, теплообменник, система охлаждения автотрансформатора
1. Рябин Т.В., Паринов И.А. Пилотные проекты как этап создания энергоэффективных подстанций ПАО «ФСК ЕЭС» // Энергия единой сети. 2015. №3(20). С. 16-27.
2. Анализ отечественного и мирового опыта повышения энергетической эффективности собственных нужд трансформаторных подстанций 220-750 кВ / А.Р. Христинич, А.Г. Степанов, Р.М. Христинич, Е.В. Христинич // Энергия единой сети. 2019. №6 (49). C. 66-73.
3. Воротницкий В.Э. Системы утилизации тепла трансформаторов и автотрансформаторов 220-750 кВ // Энергия единой сети. 2014. №6 (17). C. 32-42.
4. Воденников Д.А. Снижение расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций 500-750 кВ // Электроэнергия. Передача и распределение. Ежеквартальный спецвыпуск. 2019. №2(13). C. 44-48.
5. Рябин Т.В., Давыдов Е.Ю., Паринов И.А. Возможности снижения расхода энергии на собственные нужды подстанций. Опыт ПАО «ФСК ЕЭС» // Энергосбережение. 2016. №6. C. 36-45.
6. Киш Л. Нагрев и охлаждение трансформаторов. М.: Энергия, 1980. 180 с.
7. Ананичева С.С., Мызин А.Л. Схемы замещения и установившиеся режимы электрических сетей: учеб. пособие. 6-е изд., испр. Екатеринбург: УрФУ, 2012. 80 с.
8. Христинич Р.М., Христинич Е.В., Христинич А.Р. Моделирование режимов работы асинхронного двигателя маслонасоса силового автотрансформатора // Ресурсосберегающие технологии в агропромышленном комплексе России: материалы III Международной научной конференции. Красноярск: КрасГАУ, 2022. С. 157-162.
9. Христинич Р.М., Христинич Е.В., Христинич А.Р. Повышение эффективности и надежности работы силовых трансформаторов и автотрансформаторов при использовании интеллектуальной системы управления // Ресурсосберегающие технологии в агропромышленном комплексе России: материалы II Международной научной конференции. Красноярск: КрасГАУ, 2022. С. 138-142.
10. Olekshii R. Linkevis O., Kuka N. Utilization of latent heat of 330 kV autotransformer for space and water heating in substation Imanta // 5 th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives. IEEE, 2015. Pp. 49-54. doi: 10.1109/PowerEng.2015.7266295
11. Беседин В.Г., Манусов В.З. Использование тепла силовых масляных трансформаторов для теплоснабжения электрических подстанций. Часть 1: способы использования // Сборник научных трудов НГТУ. 2005. №4. C. 1-6.
12. Воротницкий В.Э., Люблин А.С. Использование потерь силовых трансформаторов для экономии электроэнергии на подстанциях. М.: Науч.-учеб. центр «ЭНАС», 1995. 170 с.
13. Богданов А.Б. Обзор шести передовых энергосберегающих технологий в электросетевом комплексе России // Энергосовет. 2010. №7(12). C. 42-47.
14. Кузин С.А., Болдырева Н.А., Кравец С.Б. Эксплуатационная надёжность пластинчатых теплообменников, применяемых на АЭС // Глобальная ядерная безопасность. 2021. №1 (38). С. 75-83. doi: 10.26583/gns-2021-01-07.
15. Аметистов Е.В. Основы теории теплообмена: учеб. пособие. М.: МЭИ, 2000. 245 с.
16. Быстрицкий Г.Ф. Теплотехника и энергосиловое оборудование промышленных предприятий: учебник для вузов. 5-е изд. М.: Изд-во Юрайт, 2020. 305 с.
17. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 472 с.
18. Справочник по теплообменникам: в 2 т. Т. 2: пер. с англ. / под ред. О.Г. Мартыненко М.: Энергоатомиздат, 1987. 352 с.
Христинич Р.М., Христинич Е.В., Христинич А.Р. Исследование модели повышения энергетической эффективности системы собственных нужд трансформаторной подстанции // Электротехнические системы и комплексы. 2023. № 2(59). С. 11-19. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2023-2(59)-11-19