ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются технические методы оптимизации режимов работы электрических сетей, особенно в части снижения потерь энергии в высоковольтных линиях электропередачи. Проанализированы изменения в параметрах и передающей способности линий при использовании расщеплённых фазных проводов. Приведены количественные расчёты, демонстрирующие уменьшение энергетических потерь и рост годовой экономической эффективности при переходе от одиночной к двухпроводной схеме. Также исследуются способы оптимизации, которые не требуют дополнительных капитальных вложений на стадии эксплуатации. На основе полученных результатов даны практические рекомендации по модернизации энергетических сетей с целью повышения их надёжности и эффективности.

ABSTRACT

This article explores technical methods for optimizing the operational regimes of electric power networks, focusing particularly on reducing energy losses in high-voltage transmission lines. The study analyzes how splitting phase conductors improves the transmission capacity and calculates the resulting decrease in power losses, along with the economic benefits achieved annually. The comparison of different line configurations shows that using a double-wire setup significantly enhances energy efficiency. Moreover, optimization methods that do not require additional capital investments during the operation stage are examined. The findings offer practical recommendations for improving the reliability and performance of electrical networks through cost-effective modernization strategies.

Ключевые слова: электрические сети, потери энергии, расщепление проводов, пропускная способность, поток мощности, экономическая эффективность, оптимизация.

Keywords: electrical networks, energy losses, conductor splitting, transmission capacity, power flow, economic efficiency, optimization.

Введение

Без обеспечения надежной работы электроэнергетической системы невозможно добиться повышения промышленного потенциала отраслей экономики и регионов страны, стимулирования предпринимательской деятельности, повышения благосостояния населения и улучшения качества жизни. В современных условиях развитие конкурентной среды и привлечение инвестиций в электроэнергетическую отрасль требуют коренного совершенствования институциональных и организационно-правовых основ производства и поставки электроэнергии [1, 23-28-b.].

Наряду со всеми реализуемыми мероприятиями в электроэнергетической системе республики, рациональное использование произведённой электроэнергии, снижение потерь при её передаче, распределении и потреблении остаются одними из важнейших актуальных задач [2, с.112-119].

Материалы и методы исследования

При проектировании электроэнергетических систем необходимо учитывать даже незначительные параметры, так как подобные системы рассчитаны на длительную эксплуатацию. При допущении ошибки её устранение в процессе работы потребует дополнительных затрат.

Поскольку оптимизация электроэнергетических систем по многокритериальным показателям является весьма сложной задачей, в таких случаях за основной критерий принимается один из параметров электроэнергетической системы (ЭЭС), по которому и производится оптимизация, а остальные показатели рассматриваются в виде ограничений.

Задачи оптимизации в период эксплуатации энергосистем существенно отличаются от задач на этапе проектирования. В данном случае под оптимизацией подразумевается достижение наилучшего режима работы энергосистемы без дополнительных капитальных затрат. Поэтому в качестве общего критерия оптимизации принимаются годовые затраты. Если учитывать, что основную часть годовых затрат составляют потери электроэнергии, то возможно перейти от экономических критериев к другим критериям. При оптимизации режимов электроснабжения за определённый период времени основным критерием считается потеря электроэнергии.

Примеры путей оптимизации в период эксплуатации электроэнергетических систем, не требующих дополнительных капитальных затрат [3; 5]:

• Повышение рабочего напряжения в открытых распределительных сетях;
• Оптимизация напряжения в высоковольтных линиях электропередачи;
• Оптимизация напряжения и реактивной мощности в электрических сетях;
• Оптимизация режима работы трансформаторов на подстанциях;
• Балансировка нагрузки между параллельными элементами сети с одинаковыми параметрами;
• Балансировка фазной нагрузки в трёхфазной сети;
• Сокращение времени ремонта элементов электрических сетей.

Следует особо отметить, что пути оптимизации в период эксплуатации не требуют дополнительных капитальных затрат, поэтому необходимо максимально использовать их на практике.

Результаты и обсуждения

Рассмотрим изменение удельных параметров и пропускной способности линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 220 кВ и длиной L=300 км при замене провода марки АС600/72 на двухпроводную линию с проводом марки АС300/48. Расстояние между линиями D=7,0 м, расстояние между расщеплёнными фазными проводами a_ср = 40 см = 400 мм.

Сначала определим удельные параметры и характеристики проводимости ЛЭП с нерасщеплённым фазным проводом АС600/72 и двухпроводной линией с расщеплённым фазным проводом АС300/48, а затем сравним их.

Определим среднее геометрическое расстояние между нерасщеплёнными фазными проводами линии: .

По справочным данным определим внешний диаметр и удельные параметры провода марки АС600/72:

;    ;  ;

Рассчитаем параметры линии с нерасщеплённым фазным проводом:

Удельное активное сопротивление: ;

Активное сопротивление линии:

Удельное индуктивное сопротивление:

Индуктивное сопротивление линии:

Удельная ёмкостная проводимость:

Определим удельное полное сопротивление линии без разделённых фазных проводов:

Полное сопротивление линии:

Определим полное сопротивление линии без разделённых фазных проводов:

Определим предельную мощность линии без разделённых фазных проводов:

Теперь рассчитаем параметры двухпроводной линии с расщеплёнными фазными проводами АС300/48:

Удельное активное сопротивление:

Активное сопротивление линии:

Эквивалентный радиус провода: mm; где  количество расщеплённых проводов;

Удельное индуктивное сопротивление:

Индуктивное сопротивление линии:  

Определим удельное полное сопротивление линии с расщеплёнными фазными проводами:

Полное сопротивление линии:

Удельная ёмкостная проводимость:

Определим полное сопротивление линии с расщеплёнными фазными проводами:

Сравним удельные параметры и пропускную способность одноцепной ВЛ марки AС600/72 с нерасщеплёнными фазными проводами и двухпроводной ВЛ марки AС300/48 с расщеплёнными фазными проводами.

По удельному индуктивному сопротивлению:

Из этого видно, что удельное индуктивное сопротивление двухпроводной ВЛ с расщеплёнными фазными проводами на 24% меньше по сравнению с линией с нерасщеплёнными фазными проводами. По удельной ёмкостной проводимости:

Из этого видно, что удельная ёмкостная проводимость двухпроводной ВЛ с расщеплёнными фазными проводами на 29,5% больше по сравнению с линией с нерасщеплёнными фазными проводами.

По полному удельному сопротивлению:

При этом удельное полное сопротивление двухпроводной ВЛ с расщеплёнными фазными проводами уменьшается на 23,6% по сравнению с линией с нерасщеплёнными фазными проводами.

По предельной мощности: 

При этом по сравнению с линией без разветвлённых фазных проводов, передающая способность двухпроводной ВЛ с разветвлёнными фазными проводами увеличивается на 31 %.

На основании приведённых выше расчётных данных производится сравнение удельных параметров и передающих характеристик ВЛ марки AС600/72 без разветвлённых фазных проводов и двухпроводной ВЛ марки AС300/48 с разветвлёнными фазными проводами.

Если средняя передаваемая мощность по ВЛ составляет 100 МВт, потери мощности в линиях с неразветвлёнными фазными проводами марки AС600/72 и с разветвлёнными фазными проводами марки AС300/48 определяются следующим образом:

;    ;

Рассчитаем годовые потери электрической энергии для ВЛ с неразветвлёнными фазными проводами:

Рассчитаем годовые потери электрической энергии для ВЛ с разветвлёнными фазными проводами:

Рассчитаем снижение годовых потерь электрической энергии:

Рассчитаем прибыль, получаемую за счёт снижения годовых потерь электрической энергии:

Здесь  — цена 1 кВт·ч электроэнергии.

Заключение

Проведённые расчёты подтвердили, что расщепление фазных проводов существенно улучшает технические и экономические характеристики линий электропередачи. Замена линии AS600/72 на двухпроводную AS300/48 повышает её пропускную способность на 31 % и снижает годовые потери электроэнергии на 823,44 МВт∙ч, что эквивалентно экономии 741 млн 96 тыс. сумов в год.

Оптимизация режимов эксплуатации без капитальных затрат — например, регулирование напряжения, равномерное распределение нагрузок и управление режимами трансформаторов — повышает эффективность и надёжность энергосистемы. Комплексный подход к снижению потерь, включая учёт коронных разрядов и совершенствование систем контроля, остаётся приоритетным направлением для устойчивого развития отрасли.

Список литературы:

1. Rahimov A.A. Elektr uzatish tizimlarida energiya yo‘qotishlarini kamaytirishning zamonaviy usullari. // Energetika jurnali, 2022, №1, 23-28-b.
2. Мамутов А.К., Юлдашев Р.М. Электрические линии передачи: Учебное пособие. // Ташкент: ТИТ. - 2020. - С. 112-119.
3. Гусев В.В. Электрические сети и системы. // М.: Энергоатомиздат. - 2010. - C.135-141
4. Саидов С.А., Тожиев Ш.Ш. Юқори кучланишли электр узатиш линиялари ва уларнинг параметрлари. // Тошкент: ТТИ нашриёти. –2013. – 180 б.
5. Халилов И.Ш. Электр таъминоти тизимларида энерго самарадорликни ошириш чора-тадбирлари. // Тошкент: ТАТУ нашриёти, –2022. – 128 б.