Повышение эффективного использования компенсирующих устройств на промышленных предприятиях ядерной отрасли

Отрицательные явления, связанные с генерацией и передачей реактивной мощности к промышленному предприятию, проявляются в следующих негативных экономических последствиях:

• наличие реактивной мощности приводит к необходимости завышения сечений проводов и кабелей, выбору большей мощности трансформаторов;

• наличие реактивной мощности в электрических сетях является причиной значительного увеличения потерь активной мощности.

В настоящее время взаимоотношения между электросетевыми организациями и потребителями электроэнергии в части условий потребления реактивной мощности планируется регулировать в соответствии с новыми нормативными документами. Так, приказом Министерства промышленности и энергетики РФ от 22 февраля 2007 г. № 49 был утвержден порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности (tg &#;) в зависимости от номинального напряжения сети, к которой присоединен потребитель. Причем при превышении договорных значений tg &#; предусмотрена санкция – увеличение оплаты за потребленную электроэнергию путем применения повышающего коэффициента к тарифу на услуги по передаче электрической энергии. Ранее в РАО «ЕЭС России» также был издан приказ от 11.12.2006 № 893 «О повышении устойчивости и технико-экономической эффективности распределительных электрических сетей и систем электроснабжения потребителей за счет управления потоками реактивной мощности и нормализации уровней напряжения».

Одним из важнейших аспектов этой комплексной проблемы является обоснованный выбор источников реактивной мощности, как средств компенсации реактивных нагрузок в распределительных электрических сетях. При проектировании и эксплуатации сложных систем приходится сталкиваться с одним и тем же рядом проблем, плохо пригодных для решения традиционными методами, поэтому как следствие появляются и внедряются проекты, в которых не обоснованно устанавливаются источники реактивной мощности. В качестве такого примера может служить ОАО «Ангарский электролизный химический комбинат».

ОАО «АЭХК» является достаточно энергоемким предприятием. В стоимости продукции порядка 10 % составляют затраты на электрическую энергию. Схема электроснабжения приведена на рис. 1

Рис. 1 Схема электроснабжения основной технологии

В основном производстве используются гистерезисные двигатели (ГД) специальной конструкции, технические характеристики которых приведены в таблице 1. Из технических характеристик следует, что компенсацию реактивной мощности таких двигателей следует предусмотреть на стадии проектирования производства, что и было сделано.

Для компенсации реактивной мощности и поддержания номинального уровня напряжения на шинах 0,4 кВ в щитах питания и шкафах конденсаторов (ШК) установлены статические конденсаторы типа ЭС-400-1,5-3У3 или ЭМ-400-1,5-3У3 с емкостью 18 мкФ и мощностью 27 кВар.

Таблица 1

Технические характеристики ГД

Для снижения несинусоидальности напряжения и компенсации реактивной мощности в сети 10 кВ использованы фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ). Схема ФКУ приведены на рис. 2.

Рис. 2 Схема ФКУ

В последние годы, когда государственные предприятия ядерной отрасли стали акционерными обществами, появилась конкуренция среди родственных предприятий за рынок сбыта. Перед комбинатом встала задача снижения себестоимости продукции. С целью снижения затрат на электроэнергию было проведено ряд мероприятий, среди которых была проанализирована работа ФКУ. Для этого были проведены испытания ФКУ для определения влияния фильтрующей части ФКУ на коэффициент несинусоидальности напряжения, измерения активной мощности, потребляемой фильтрующей частью ФКУ. Результаты измерений несинусоидальности напряжения в КРУ-10 кВ приведены в таблице 2.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 для сетей 6-20 кВ нормально допустимое значение коэффициента несинусоидальности напряжения равно 5,0 %. Из таблицы 2 видно, что отключение фильтрующих частей ФКУ не приводит к значительному увеличению коэффициентов несинусоидальности (Кнс) напряжения на секциях КРУ-10 кВ и эти коэффициенты не превышают значений, определенных ГОСТ 13109-97.

Активная мощность, потребляемая фильтрующей частью одного ФКУ, составляет 10,5 кВт. Каждое ФКУ компенсирует около 750…770 кВар.

Таблица 2

Результаты измерений несинусоидальности напряжения в КРУ-10 кВ

Таким образом, комбинат, отключив фильтрующие части ФКУ, в течение 2009 года сэкономил 616707 кВт/ч или 536535 руб.

Из выше сказанного можно предположить, что проектной организацией были установлены фильтрокомпенсирующие устройства по алгоритму, есть преобразователи частоты – необходимы фильтрующие устройства улучшающие коэффициент несинусоидальности напряжения, т.к. традиционными методами проектировщики не в состоянии учесть и свести в общую систему уравнений всю совокупность внешних условий.

В связи с этим в последнее время рассматривается решение технических задач с помощью эволюционных алгоритмов. Наиболее известными из методов эволюционных вычислений являются генетические алгоритмы, получившие широкое распространение.

Генетические алгоритмы являются универсальным вычислительным средством для решения сложных математических задач. В их основу положены свойства биологических систем такие как естественный отбор, наследование потомками основных черт родителей. С математической точки зрения генетические алгоритмы – это разновидность методов оптимизации, объединяющая черты вероятностных и детерминированных оптимизационных алгоритмов.

Целесообразность применения генетических алгоритмов для решения задач данного типа исходит из следующие причин: реализации простой, но достаточно эффективной схемы вычислений, возможности применения как при непрерывном, так и при дискретном характере переменных, принципиальной возможности учета ограничений, отсутствия требований к непрерывности, дифференцируемости и унимодальности критерия оптимизации, определения глобального экстремума целевой функции. Существенной особенностью рассматриваемого подхода является то, что он может быть использован в сочетании с классическими методами.

В дальнейшем планируется произвести адаптацию данной системы к решению вопроса компенсации реактивной мощности в энеросетях ОАО «АЭХК».

Литература:

1. Приказ Минпромэнерго РФ от 22.02.2007 г. № 49 «Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, принимаемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры электроснабжения)».

2. Приказ РАО «ЕЭС России» от 11.12.2006 г. № 893 «О повышении устойчивости и технико-экономической эффективности распределительных электрических сетей и систем электроснабжения потребителей за счет управления потоками реактивной мощности и нормализации уровней напряжения».

3. ГОСТ 13109-97 Межотраслевой стандарт. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.