RU2179776C2

RU2179776C2 - Method for reducing power loss in low-voltage lines

Info

Publication number: RU2179776C2
Application number: RU2000105315A
Authority: RU
Inventors: М.С. Гринкруг; А.В. Поповский; В.А. Соловьев; Ю.И. Ткачева
Original assignee: Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2002-02-20

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: there are three alternatives for connecting transformers at transformer substations incorporating transformers of different power capacity: (a) connecting low-capacity transformer only; (b) connecting high-capacity transformer only; (c) sharing load between two transformers. Desired alternative of connection is chosen depending on current power of load for minimizing power loss. EFFECT: reduced power loss at municipal transformer substations; enhanced service life of transformers. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроснабжению, и может быть использовано в силовых понижающих трансформаторных подстанциях, состоящих из двух и более трансформаторов. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to power supply, and can be used in power step-down transformer substations, consisting of two or more transformers.

Сети низкого напряжения состоят из большого числа понижающих трансформаторных подстанций (6/0,4) кВ, питание которых осуществляется по кабельным линиям. Нагрузка отдельных элементов городской сети является важнейшей характеристикой ее работы. В зависимости от вида нагрузки устанавливаются целесообразные режимы работы сети и выбираются параметры ее элементов. Low voltage networks consist of a large number of step-down transformer substations (6 / 0.4) kV, which are supplied via cable lines. The load of individual elements of the urban network is the most important characteristic of its work. Depending on the type of load, appropriate operating modes of the network are established and the parameters of its elements are selected.

Известен способ снижения потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения, заключающийся в изменении режимов работы трансформаторов в трансформаторных подстанциях (ТП) путем отключения одного из трансформаторов на летний период (К.К. Волчков, В.А. Козлов. Эксплуатация сооружений городской электрической сети, -2-е изд. перераб. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1979. С 265-271). Такое отключение возможно в (ТП) с двумя трансформаторами, а также в ТП с одним трансформатором при наличии связей 0,4 кВ между ТП (см. там же). Считается, что отключение одного трансформатора из двух, установленных в ТП, можно производить, если суммарная нагрузка трансформаторов не превышает 45% их номинальной мощности. При трансформаторах различной мощности в работе оставляется трансформатор меньшей мощности при условии, что суммарная нагрузка ТП не превышает 85-90% его номинальной мощности. Процесс передачи и распределения энергии в сетях низкого напряжения характеризуется меняющейся во времени нагрузкой. Задача определения режимов работы энергосистем и выбора ее параметров с целью минимизации потерь является актуальной. There is a method of reducing energy losses in low voltage networks, which consists in changing the operating modes of transformers in transformer substations (TP) by turning off one of the transformers for the summer period (K.K. Volchkov, V.A. Kozlov. Operation of structures of the city electric network, - 2nd ed. Revised. - L.: Energy, Leningrad., 1979. S 265-271). Such a trip is possible in (TP) with two transformers, as well as in TP with one transformer in the presence of 0.4 kV connections between the TP (see ibid.). It is believed that one of the two transformers installed in the transformer substation can be disconnected if the total load of the transformers does not exceed 45% of their rated power. For transformers of various capacities, a transformer of lower power is left in operation, provided that the total load of the transformer substation does not exceed 85-90% of its rated power. The process of transmission and distribution of energy in low voltage networks is characterized by a time-varying load. The task of determining the operating modes of energy systems and selecting its parameters in order to minimize losses is relevant.

На фиг. 1 показан типичный суточный график нагрузки трансформатора, от которого питается группа городских потребителей. График снимали самопишущим прибором в декабре (см. там же с. 256). In FIG. Figure 1 shows a typical daily load curve of a transformer that feeds a group of urban consumers. The chart was shot with a self-recording instrument in December (see ibid. P. 256).

Суточный график нагрузки имеет два максимума: утренний, около 7 часов, и вечерний, от 18-21 часа. При этом утренний максимум составляет 0,6-0,8 вечернего. Эти участки явно выражены на графике, показанном на фиг.1. Это приводит к тому, что значительную часть времени трансформатор работает на пониженных нагрузках, коэффициент полезного действия уменьшается по сравнению с максимальным и потери электроэнергии возрастают. Кроме этого, суточные графики нагрузки существенно меняются в течение года. Так, летняя максимальная нагрузка составляет примерно 70% от зимней максимальной нагрузки, что приводит к увеличению потерь в ТП. The daily load schedule has two maximums: morning, about 7 hours, and evening, from 18-21 hours. In this case, the morning maximum is 0.6-0.8 evening. These areas are clearly expressed in the graph shown in FIG. 1. This leads to the fact that a significant part of the time the transformer operates at reduced loads, the efficiency is reduced compared to the maximum and the energy loss increases. In addition, daily load schedules vary significantly throughout the year. So, the summer maximum load is approximately 70% of the winter maximum load, which leads to an increase in losses in the TP.

Как следует из указанного источника информации, известный способ снижения потерь электроэнергии применяют только в летний период года, при этом в остальные периоды года трансформаторы работают в установленном режиме как при максимальных, так и при минимальных значениях суточной нагрузки в эл. сети. As follows from the indicated source of information, the known method of reducing energy losses is used only in the summer period of the year, while in other periods of the year transformers operate in the established mode both at maximum and minimum values of daily load in electric. network.

Таким образом, основным недостатком известного способа является несбалансированное по отношению к суточной нагрузке в течение всего года работы ТП отключение трансформаторов, и, как следствие, не обеспечивающее снижение суммарных потерь электроэнергии в течение года. Другим недостатком известного способа является низкий срок службы работы трансформаторов, что также является следствием несбалансированного отключения трансформаторов. Thus, the main disadvantage of this method is unbalanced with respect to the daily load throughout the whole year of operation of the TP disconnection of transformers, and, as a result, does not provide a reduction in total energy losses during the year. Another disadvantage of this method is the low service life of the transformers, which is also the result of an unbalanced disconnection of transformers.

Заявленный способ направлен на решение задачи, заключающейся в повышении эффективности работы ТП. The claimed method is aimed at solving the problem of improving the efficiency of TP.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в снижении суммарных годичных потерь энергии в эл. сетях и повышении срока службы трансформаторов. The technical result achieved in the process of solving the problem is to reduce the total annual energy loss in email. networks and increasing the service life of transformers.

Требуемый технический результат обеспечивается ступенчатым регулированием мощности трансформаторов в ТП, достигаемым за счет использования преобразователя мощности, предназначенного для преобразования активной мощности трехпроводной цепи переменного тока в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА. Этот сигнал подается на микроконтроллер, имеющий вход для ввода аналоговых сигналов. На основании данных (см. фиг.2, график зависимости КПД от нагрузки трансформаторов) о текущем значении активной мощности микроконтроллер осуществляет переключения трансформаторов при помощи выключателей снабженных приводами. Переключения осуществляются в соответствии с условиями;
Р_нагр<Р_кр1, подключен трансформатор меньшей мощности,
Р_кр1<Р_нагр<Р_кр2, подключен трансформатор большей мощности,
Р_нагр>Р_кр2, трансформаторы работают каждый на свою нагрузку;
где Р_нагр - мгновенная мощность нагрузки, кВт;
Р_кр1 - мощность нагрузки, при которой коэффициенты полезного действия трансформаторов равны, кВт;
Р_кр2 - мощность нагрузки, превышающая номинальную мощность трансформатора меньшей мощности примерно на 10-15% (конкретное значение определяется из условия равенства потерь при работе большего трансформатора и потерь при одновременной работе двух трансформаторов на ту же нагрузку).The required technical result is ensured by stepwise regulation of the power of transformers in the transformer substation, achieved through the use of a power converter designed to convert the active power of a three-wire AC circuit into a unified 4-20 mA direct current output. This signal is fed to a microcontroller having an input for inputting analog signals. Based on the data (see Fig. 2, a graph of the efficiency versus transformer load) on the current value of active power, the microcontroller switches the transformers using switches equipped with drives. Switchings are subject to conditions;
P _LOAD <P _KP1, connected transformer less power
_KR1 P <P _LOAD <P _RP2 is connected greater power transformer,
R _LOAD> P _KR2, transformers operate each in its load;
where P _heating - the instantaneous load power in kW;
P _kr1 is the load power at which the efficiency of the transformers are equal, kW;
P _kr2 is the load power exceeding the rated power of a transformer of lower power by about 10-15% (the specific value is determined from the condition of equality of losses during operation of a larger transformer and losses during the simultaneous operation of two transformers for the same load).

Существенные признаки, характеризующие заявляемый способ. The essential features characterizing the claimed method.

Ограничительные: изменение режимов работы трансформаторов. Restrictive: change of operating modes of transformers.

Отличительные: на стороне высокого напряжения ТП установлен измерительный преобразователь активной мощности 3-фазного тока; преобразователь преобразует сигналы переменного тока в токовый сигнал, пропорциональный нагрузке ТП; указанный сигнал поступает на аналоговый микроконтроллер, осуществляющий управление выключателями; выключатели расположены на стороне высокого и низкого напряжения трансформаторов таким образом, что подключение конкретного трансформатора на нагрузку производится по текущему значению потребляемой мощности, исходя из условия минимизации потерь, при этом, если мощность нагрузки не превышает значение мощности, при котором коэффициенты полезного действия трансформаторов равны, подключается трансформатор меньшей мощности, если мощность нагрузки превышает значение мощности, при котором коэффициенты полезного действия трансформаторов равны, подключается трансформатор большей мощности, а трансформатор меньшей мощности отключается, если же мощность нагрузки превышает номинальную мощность трансформатора меньшей мощности примерно на 10-15%, то одновременно с трансформатором большей мощности подключается трансформатор меньшей мощности и нагрузка распределяется между ними. Distinctive: on the high-voltage side of the TP, a measuring transducer of active power of 3-phase current is installed; the converter converts the AC signals into a current signal proportional to the load of the transformer; the specified signal is fed to an analog microcontroller that controls the switches; the switches are located on the high and low voltage side of the transformers in such a way that a specific transformer is connected to the load according to the current value of the consumed power, based on the condition of minimizing losses, while if the load power does not exceed the power value at which the transformer efficiency is equal to a transformer of lower power is connected, if the load power exceeds the power value at which the transformer efficiency equal, greater connected power transformer, and the transformer less power is switched off if the load power exceeds the nominal power of the power transformer at about 10-15%, while the higher power transformer is connected at the power transformer and the load is distributed among them.

Способ реализуется следующим образом, на фиг.3 приведена схема включения трансформаторов разной мощности на ТП, На фиг.3 показаны два рабочих трансформатора 1 и 2 разной мощности, питаемые одной электрической линией, мощность трансформатора 1 меньше мощности трансформатора 2. При малой нагрузке работает один трансформатор 1 на всю нагрузку, выключатель (например ВМБМ или ВК) 3 при этом включен, выключатели 4 и 5 выключены. При увеличении нагрузки с преобразователя мощности (например, Е 859) 6 сигнал поступает на контроллер (например, Modicon Micro 612) 7, который подает сигнал на выключатели 8 и 9, которые выключаются, а выключатели 4 и 5 включаются и при этом на всю нагрузку работает трансформатор 2. При дальнейшем повышении нагрузки с преобразователя мощности поступает сигнал на контроллер 7 и на выключатель 3, который размыкается, а выключатели 8 и 9 включаются и в этом режиме работают оба трансформатора, каждый на свою нагрузку. The method is implemented as follows, Fig. 3 shows a diagram of the inclusion of transformers of different power on a TP, Fig. 3 shows two working transformers 1 and 2 of different power, powered by one electric line, the power of transformer 1 is less than the power of transformer 2. At low load, one works transformer 1 for the entire load, a switch (for example BMM or VK) 3 is turned on while the switches 4 and 5 are turned off. When the load from the power converter (for example, E 859) 6 increases, the signal goes to the controller (for example, Modicon Micro 612) 7, which sends a signal to the switches 8 and 9, which turn off, and the switches 4 and 5 turn on and at the same time for the entire load Transformer 2 works. With a further increase in load, a signal is sent from the power converter to controller 7 and to switch 3, which opens, and switches 8 and 9 turn on and both transformers operate in this mode, each with its own load.

При снижении нагрузки с преобразователя мощности поступает сигнал на выключатель 3 и выключатель замыкается, а выключатели 8 и 9 отключаются и начинает работать трансформатор 2 на всю нагрузку. Когда нагрузка начинает еще больше уменьшаться, с преобразователя мощности 1 поступает сигнал на контроллер 7 и выключатели 8 и 9 включаются, а выключатели 4 и 5 отключаются и начинает работать трансформатор 1 на всю нагрузку. When the load is reduced from the power converter, a signal is sent to switch 3 and the switch closes, and switches 8 and 9 are turned off and transformer 2 starts to work for the entire load. When the load starts to decrease even more, a signal is sent from the power converter 1 to the controller 7 and the switches 8 and 9 are turned on, and the switches 4 and 5 are turned off and the transformer 1 starts working for the whole load.

Таким образом, при малой нагрузке работает один трансформатор малой мощности 1, при повышенной нагрузке работает трансформатор большой мощности 2 и при режиме, близком к максимальной нагрузке, работают оба трансформатора 1 и 2. Thus, at low load, one low-power transformer 1 operates, at high load, a high-power transformer 2 operates and at a mode close to the maximum load, both transformers 1 and 2 work.

Предложенная схема может обеспечивать последовательность включения и отключения трансформаторов без потери напряжения на нагрузке. Это достигается за счет отключения работавшего трансформатора с выдержкой времени после включения другого трансформатора (в это время трансформаторы работают параллельно). The proposed circuit can provide a sequence of switching transformers on and off without loss of voltage at the load. This is achieved by turning off the working transformer with a time delay after turning on another transformer (at this time, the transformers work in parallel).

Claims

A method of reducing energy losses in low voltage networks of a transformer substation having two transformers of different power, which consists in changing the operating modes of the transformers, characterized in that the AC signals using a three-phase current active power transducer mounted on the high voltage side of the substation are converted into a signal direct current proportional to the load power of the transformer substation, which is fed to the analog input of the microcontrol An operation that controls breakers that change the operating modes of transformers, the moment the transformers are turned on for the load is determined by the current value of the consumed power, based on the conditions for minimizing losses, in the case when the load power does not exceed the power at which the efficiency of the transformers are equal, one of the transformers is turned on, having less power, if the load exceeds the load at which the efficiency of the transformers are equal, a transformer of greater power is turned on, and a transformer of less power It is switched off if the load power exceeds the rated power of a transformer of lower power by about 10-15%, while the losses in the transformer of higher power become greater than the losses in the distribution of the same load between the two transformers, the transformer of lower power is switched on and the load is distributed between the two transformers.