RU2351049C1

RU2351049C1 - Method of electric power loss reduction

Info

Publication number: RU2351049C1
Application number: RU2007149186/09A
Authority: RU
Inventors: Мирон Соломонович Гринкруг (RU); Мирон Соломонович Гринкруг; Иван Александрович Митин (RU); Иван Александрович Митин; Юли Ильинична Ткачева (RU); Юлия Ильинична Ткачева
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2009-03-27

Abstract

FIELD: electrics.

SUBSTANCE: invention concerns electrical equipment. Method is based on current unbalance factor reduction in three-phase feed line and transformer windings. Current leveling in step-down transformer phases is performed by single-phase load switching from one phase to another in 0.4 kV buses of step-down transformer by switches connecting load to buses and controlled by microcontroller. Load switching is performed on the basis of current unbalance factor minimisation in 0.4 kV buses of step-down transformer.

EFFECT: reduced electrical power loss in step-down transformer and in three-phase power transmission line feeding step-down transformation substation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроснабжению, и может быть использовано в распределительных сетях для снижения потерь энергии в сетях 6-10 кВ.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to power supply, and can be used in distribution networks to reduce energy losses in networks of 6-10 kV.

Сети низкого напряжения состоят из большого числа понижающих трансформаторных подстанций (10-0,4) кВ, питание которых осуществляется по трехфазным кабельным и воздушным линиям. Нагрузка отдельных элементов сети является важнейшей характеристикой ее работы.Low voltage networks consist of a large number of step-down transformer substations (10-0.4) kV, which are supplied via three-phase cable and overhead lines. The load of individual network elements is the most important characteristic of its operation.

Известен способ снижения потерь, заключающийся в том, что, в трехфазной системе при помощи трех тиристорных ключей к наименее загруженной фазе подключается нагрузочная отпайка. В качестве нагрузочной отпайки могут быть использованы нагрузки нескольких квартир многоэтажного дома или однофазные ответвления от магистрального участка линии. (Сукьянова С.В. Применение технических средств симметрирования нагрузок в сельских распределительных сетях 0,38 кВ для повышения качества и снижения потерь электрической энергии. Диссертация по специальности 05.20.02. - Иркутск, 2004 г. - 172 с.: с.42).A known method of reducing losses, which consists in the fact that, in a three-phase system using three thyristor keys to the least loaded phase is connected load tap. As a load tap, loads of several apartments of a multi-storey building or single-phase branches from the main section of the line can be used. (Sukyanova S.V. Application of technical means of balancing loads in rural distribution networks of 0.38 kV to improve quality and reduce losses of electric energy. The dissertation is in the specialty 05.20.02. - Irkutsk, 2004. - 172 p.: P. 42) .

Этот метод приводит к уменьшению тока нулевой последовательности и потерь мощности, а также улучшению качества электрической энергии. Однако, применение этого способа в распределительных сетях осложняется тем, что трудно подобрать однофазную автоматически переключаемую нагрузку соответствующей мощности.This method leads to a decrease in the zero sequence current and power losses, as well as to an improvement in the quality of electric energy. However, the application of this method in distribution networks is complicated by the fact that it is difficult to choose a single-phase automatically switched load of the corresponding power.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ, заключающийся в изменении режимов работы трансформаторов посредствам снижения коэффициента несимметрии токов в трансформаторных подстанциях и в питающих линиях электропередач путем переключения части нагрузок с более нагруженных фаз на менее нагруженные фазы. Такое переключение производится в связи сезонным изменением нагрузки, как правило, два раза в год. (Электротехнический справочник. Под общ. ред. профессоров МЭИ: И.Н.Орлова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 880 с.: с.821.)The closest in technical essence to the claimed method is a method consisting in changing the operating modes of transformers by reducing the asymmetry coefficient of currents in transformer substations and in power lines by switching part of the loads from more loaded phases to less loaded phases. Such a switch is made due to seasonal changes in the load, usually twice a year. (Electrical reference book. Under the general ed. Of professors of MPEI: I.N. Orlova. - M.: Energoatomizdat, 1988. - 880 p.: P. 821.)

Однако нагрузка трансформаторной подстанции и питающей линии электропередач меняется непрерывно, и ее изменение носит случайный характер. Нагрузки отдельных фаз в процессе работы трансформаторной подстанций также меняются случайно, так как нагрузка трансформаторной подстанции складывается из большого числа нагрузок потребителей, которые меняются случайно.However, the load of the transformer substation and the power supply line changes continuously, and its change is random. The loads of the individual phases during the operation of the transformer substation also change randomly, since the load of the transformer substation consists of a large number of consumer loads that change randomly.

Как следует из указанного источника информации, известный способ снижения потерь электроэнергии применяют только для устранения сезонной несимметричности фазных нагрузок.As follows from the specified source of information, the known method of reducing energy losses is used only to eliminate the seasonal asymmetry of phase loads.

Таким образом, основным недостатком известных способов является рост потерь электроэнергии в течение года, также снижение сроков службы трансформатора и питающей кабельной линии вследствие невозможности постоянного снижения несимметрии токов трансформатора и питающей линии электропередач.Thus, the main disadvantage of the known methods is the increase in energy losses during the year, as well as the reduction of the service life of the transformer and the power cable line due to the inability to continuously reduce the asymmetry of the currents of the transformer and the power supply line.

Задачей заявляемого способа является повышение эффективности работы трансформаторной подстанции и трехфазной питающей кабельной или воздушной линии и увеличение надежности работы трансформатора и кабельных линий.The objective of the proposed method is to increase the efficiency of a transformer substation and a three-phase supply cable or overhead line and increase the reliability of the transformer and cable lines.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в снижении потерь в трансформаторах и трехфазных питающих кабельных и воздушных линиях.The technical result achieved in the process of solving the problem is to reduce losses in transformers and three-phase supply cable and overhead lines.

Указанный технический результат обеспечивается способом, который заключается в снижении коэффициентов несимметрии тока в понижающем трансформаторе и в трехфазной линии электропередач, питающей понижающую трансформаторную подстанцию, имеющую однофазные нагрузки разной мощности, при этом снижение коэффициента несимметрии токов в фазах трехфазной питающей линии и обмотках трансформатора осуществляется с помощью переключения однофазных нагрузок, подключенных к шинам понижающего трансформатора при помощи выключателей, управление которыми осуществляется микроконтроллером, на аналоговые входы которого поступают сигналы переменного тока с датчиков на стороне низкого напряжения трансформатора, при этом микроконтроллер осуществляет управление выключателями, переключающими нагрузки с одной фазы на другую на шинах понижающей трансформаторной подстанции, исходя из условия минимизации коэффициента несимметрии тока, при этом если суммарные значения токов в фазах отличаются от среднего значения тока, то часть нагрузок с фазы, имеющей больший ток, отключается от нее и включаются на фазу, имеющую меньший ток, а конкретные нагрузки, подлежащие переключению, определяются с помощью микроконтроллера из условия близости суммарных токов в фазах их среднему значению.The specified technical result is provided by the method, which consists in reducing the current asymmetry coefficients in a step-down transformer and in a three-phase power line supplying a step-down transformer substation having single-phase loads of different capacities, while reducing the current asymmetry coefficient in the phases of a three-phase supply line and transformer windings by switching single-phase loads connected to the buses of the step-down transformer using switches, control to which is carried out by a microcontroller, the analog inputs of which receive AC signals from sensors on the low voltage side of the transformer, while the microcontroller controls switches that transfer loads from one phase to another on the buses of the step-down transformer substation, based on the condition of minimizing the current asymmetry coefficient, while if the total values of the currents in the phases differ from the average current value, then part of the loads from the phase having a larger current is disconnected from it and They operate on a phase with a lower current, and the specific loads to be switched are determined using a microcontroller from the condition that the total currents in the phases are close to their average value.

Требуемый технический результат обеспечивается переключением нагрузок с более нагруженных фаз на менее нагруженные фазы за счет использования выключателей, управляющихся микроконтроллером, и датчиков тока, установленных на кабельных или воздушных линиях электропередач, соединяющих шины низкого напряжения трансформатора и нагрузки. Сигналы с датчиков тока передаются на микроконтроллер, имеющий входы для ввода аналоговых сигналов. На основании полученных данных микроконтроллером осуществляет управление выключателями, подключающими и отключающими нагрузки к шинам понижающего трансформатора.The required technical result is provided by switching loads from more loaded phases to less loaded phases due to the use of switches controlled by a microcontroller and current sensors installed on cable or overhead power lines connecting the low voltage buses of the transformer and the load. The signals from the current sensors are transmitted to the microcontroller, which has inputs for inputting analog signals. Based on the data received, the microcontroller controls the switches connecting and disconnecting the loads to the buses of the step-down transformer.

Переключения осуществляется в соответствии со следующим условиями:Switching is carried out in accordance with the following conditions:

- если ток в одной фазе из трех больше среднего значения тока, а ток в двух других фазах меньше среднего значения тока, то часть нагрузок от фазы с наибольшим током отключается и распределяется между фазами с меньшими токами.- if the current in one phase of the three is greater than the average current value, and the current in the other two phases is less than the average current value, then part of the loads from the phase with the highest current are disconnected and distributed between phases with lower currents.

- если ток в двух фазах больше среднего значении тока, а ток в третьей фазе меньше среднего значения тока, то часть нагрузок от фазы с токами больше среднего значения отключается и подключается к фазам с токами меньше среднего.- if the current in two phases is greater than the average current value, and the current in the third phase is less than the average current value, then part of the loads from the phase with currents greater than the average value are disconnected and connected to phases with currents less than the average.

Величины отключаемых и подключаемых нагрузок выбираются микроконтроллером из условия наибольшей близости суммарного тока в каждой из фаз к среднему значению тока.The values of disconnected and connected loads are selected by the microcontroller from the condition of the closest proximity of the total current in each phase to the average current value.

Способ реализуется следующим образом: на чертеже приведена схема включения понижающего трансформатора, между питающей линией 6-10 кВ и однофазными нагрузками, которая состоит из понижающего трансформатора 1, питающей трехфазной линии 2, однофазных нагрузок 3, подключенных к шинам 4 кабельными линиями, на которых установлены датчики тока 5 посредством выключателей 7, которые управляются микроконтроллером 6.The method is implemented as follows: the drawing shows a connection diagram of a step-down transformer between a supply line of 6-10 kV and single-phase loads, which consists of a step-down transformer 1, a supply of a three-phase line 2, single-phase loads 3, connected to the buses 4 by cable lines on which are installed current sensors 5 through switches 7, which are controlled by a microcontroller 6.

Если токи в фазах трансформатора и питающей линии не одинаковы, то сигналы с датчиков тока 5, подключенные к нагрузкам, поступают на входы аналогового микроконтроллера 6, который рассчитывает среднее значение тока и по программе, определяющей, какие из нагрузок 3 необходимо отключить от фазы со значением суммарного тока больше среднего, и к каким фазам необходимо подключить эти нагрузки. Микроконтроллер 6 посылает управляющие сигналы на приводы соответствующих выключателей 7, которые отключают эти нагрузки от одних фаз и подключают их к другим фазам. Таким образом, происходит выравнивание нагрузок в фазах трансформатора и питающей трансформатор трехфазной линии, что приводит к снижению потерь в них и уменьшению старения изоляции трансформатора и питающей трехфазной кабельной линии.If the currents in the phases of the transformer and the supply line are not the same, then the signals from the current sensors 5 connected to the loads are fed to the inputs of the analog microcontroller 6, which calculates the average current value and according to the program that determines which of the loads 3 should be disconnected from the phase with the value total current is greater than average, and to which phases must these loads be connected. The microcontroller 6 sends control signals to the drives of the corresponding switches 7, which disconnect these loads from one phase and connect them to other phases. Thus, the load is balanced in the phases of the transformer and the three-phase line supplying the transformer, which leads to a decrease in losses in them and a decrease in the aging of the insulation of the transformer and the three-phase supply line cable.

Предложенная схема обеспечивает непрерывные снижения коэффициента несимметрии токов в трансформаторе и питающей линии путем переключения тока с более нагруженных фаз на менее нагруженные фазы за счет использования выключателей, управляющихся микроконтроллером, и датчиков тока, установленных на кабельных или воздушных линиях электропередач, соединяющих шины низкого напряжения трансформатора и нагрузки, что приводит к снижению потерь энергии в сетях низкого напряжения 6-10 кВ.The proposed scheme provides continuous reduction of the current asymmetry coefficient in the transformer and the supply line by switching the current from more loaded phases to less loaded phases through the use of switches controlled by a microcontroller and current sensors installed on cable or overhead power lines connecting the low voltage buses of the transformer and load, which leads to lower energy losses in low-voltage networks of 6-10 kV.

Claims

A method of reducing energy losses, which consists in reducing the current asymmetry coefficient in a step-down transformer and in a three-phase power line supplying a step-down transformer substation having single-phase loads of different power, characterized in that the current asymmetry coefficient is reduced in the phases of the three-phase supply line and the transformer windings switching single-phase loads connected to the buses of the step-down transformer using switches, which are controlled It is controlled by a microcontroller, the analog inputs of which receive AC signals from sensors on the low voltage side of the transformer, while the microcontroller controls switches that transfer loads from one phase to another on the buses of the step-down transformer substation, based on the condition of minimizing the current asymmetry coefficient, if the total values of the currents in the phases differ from the average current value, then part of the loads from the phase having a larger current is disconnected from it and turned on at a base having a lower current, and the specific loads to be switched are determined using a microcontroller from the condition that the total currents in phases are close to their average value.