Графики электрических нагрузок - важнейший инструмент для анализа режимов работы энергосистемы. В статье рассмотрены основные виды графиков, методы их построения и расчета показателей.
Сущность и значение графиков электрических нагрузок
Графики электрических нагрузок представляют собой диаграммы, отражающие изменение мощности электроустановки во времени. По виду фиксируемого параметра различают графики активной P, реактивной Q, полной (кажущейся) S мощностей и тока I электроустановки.
Графики нагрузок используются для анализа работы электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, намечать наиболее экономичный режим их работы. В условиях действующего предприятия графики электрических нагрузок помогают выявить основные показатели электрических нагрузок, которые необходимы для проектирования электроснабжения аналогичных производств.
Основными видами графиков нагрузок являются:
- Суточные графики - показывают изменение нагрузки в течение суток
- Недельные графики - отражают нагрузку по дням недели
- Месячные графики - показывают нагрузку по дням месяца
- Годовые графики - отражают нагрузку за год
По виду отражаемого параметра графики делятся на:
- Графики активной мощности P
- Графики реактивной мощности Q
- Графики полной мощности S
- Графики тока I
Графики нагрузок позволяют решать следующие задачи:
- Анализировать режимы работы электрооборудования
- Прогнозировать уровень электропотребления
- Планировать развитие системы электроснабжения
- Оценивать загрузку трансформаторов и линий
- Выявлять потери электроэнергии в сетях
Таким образом, графики нагрузок являются важнейшим инструментом для анализа режимов работы и проектирования энергосистем.
Основные показатели графиков нагрузок
Для анализа графиков нагрузок используется ряд показателей, характеризующих особенности электропотребления:
- Максимальная нагрузка Pmax, Qmax - наибольшее значение активной/реактивной мощности за рассматриваемый период
- Минимальная нагрузка Pmin, Qmin - наименьшее значение активной/реактивной мощности
- Средняя нагрузка Пср, Кср - среднее значение нагрузки за период
- Коэффициент максимума Км - отношение Pmax к Пср
- Коэффициент заполнения графика Кз - отношение Пср к Pmax
Эти показатели позволяют оценить степень использования электрооборудования, спланировать режимы его работы, выявить резервы по мощности.
Например, для годового графика нагрузок трансформатора можно рассчитать:
- Годовой максимум нагрузки Pmax = 300 кВт
- Годовой минимум Pmin = 150 кВт
- Среднегодовая нагрузка Пср = 220 кВт
- Коэффициент максимума Км = Pmax / Пср = 1,36
- Коэффициент заполнения Кз = Пср / Pmax = 0,73
Высокий Км > 1,1 свидетельствует о неравномерности графика, низкий Кз < 0,6 - о недостаточной загрузке оборудования.
Анализируя показатели графиков нагрузок, можно оптимизировать работу оборудования, снизить потери электроэнергии, повысить энергоэффективность системы электроснабжения.
Виды графиков электрических нагрузок
В зависимости от решаемых задач применяются различные виды графиков нагрузок.
- Графики активной мощности. Наиболее распространены графики активной мощности P. Они применяются для анализа использования генерирующего оборудования, расчета технико-экономических показателей, выбора трансформаторов и проводов. Графики P строятся по показаниям счетчиков активной энергии. Для построения используются типовые суточные графики. Конкретный график рассчитывается по типовому с учетом максимальной нагрузки объекта.
- Графики реактивной мощности. Графики реактивной мощности Q применяются для выбора и анализа работы компенсирующих устройств. Они строятся аналогично графикам P. При построении графиков Q учитывается tg φ - коэффициент реактивной мощности. Его значение берется из опыта эксплуатации данного потребителя.
- Графики полной мощности. Графики полной мощности S могут быть получены при наличии графиков активной P и реактивной Q мощностей. Значения S рассчитываются по формуле: где P и Q - значения активной и реактивной мощностей в данной точке графика. Графики S позволяют комплексно оценить нагрузку потребителей с учетом характера потребления энергии. Таким образом, применение различных видов графиков нагрузок P, Q и S позволяет получить полную картину электропотребления для анализа и оптимизации работы энергосистемы.
Построение суточных графиков нагрузок
Суточные графики нагрузок отражают изменение потребления электроэнергии в течение суток. Они используются для расчетов режимов, выбора оборудования, анализа суммарной нагрузки.
Построение суточного графика включает следующие этапы:
- Определение максимальной суточной нагрузки Pmax объекта
- Выбор типового суточного графика для данного потребителя
- Пересчет типового графика в конкретный график с учетом Pmax
Например, для цеха с Pmax = 500 кВт берется типовой график со ступенями в процентах (рис. 1). Затем каждая ступень пересчитывается для конкретного Pmax:
- 1 ступень типового графика - 40% от Pmax
- 1 ступень конкретного графика - 40% от 500 кВт = 200 кВт
Аналогично рассчитываются все ступени графика.
При наличии двух суточных графиков (зима/лето) годовой график строится путем объединения зимнего и летнего графиков (рис. 2).
Таким образом, зная Pmax и типовой график, можно построить суточный график конкретного потребителя для анализа его режимов работы.
Графики электрических нагрузок
Итак, в статье были рассмотрены основные понятия, связанные с графиками электрических нагрузок. Графики нагрузок являются важным инструментом для анализа режимов работы энергосистемы и ее элементов. Были описаны различные виды графиков, методы их построения и основные показатели. Рассмотрены примеры построения суточных и годовых графиков нагрузок. Полученные знания позволят глубже изучить этот инструмент и эффективно использовать его на практике.
Расчет годовых графиков нагрузок
Годовые графики нагрузок строятся на основе суточных графиков и позволяют оценить годовое потребление энергии, режимы работы оборудования.
Для построения годового графика необходимо:
- Определить годовой максимум нагрузки Pmax
- Рассчитать годовое потребление энергии Вг по суточным графикам
- Построить график, откладывая на оси абсцисс число часов использования каждого уровня нагрузки
На графике нагрузки располагаются в порядке их убывания от Pmax до Pmin (рис. 1).
Для годовых графиков рассчитываются коэффициенты:
- Коэффициент использования Ки = Пср/Pmax
- Коэффициент заполнения Кз графика = Вг/Pmax*Тг
Где Тг - число часов в году.
Анализ коэффициентов позволяет оценить равномерность графика нагрузок и степень использования оборудования.
Годовые графики нагрузок промышленных предприятий
Для крупных промышленных предприятий характерно наличие нескольких типовых суточных графиков:
- Зимний рабочий день
- Летний рабочий день
- Выходной день
- Праздничный день
Годовой график в этом случае строится на основании нескольких типовых суточных графиков с учетом числа соответствующих дней в году.
Для промышленных предприятий характерны более высокие коэффициенты использования оборудования и заполнения графиков нагрузок по сравнению, например, с коммунально-бытовыми потребителями.
Графики нагрузок оборудования подстанций
Для выбора оборудования подстанций необходимы графики нагрузок трансформаторов, компенсирующих устройств, систем охлаждения.
Эти графики строятся по суммарному графику нагрузок подстанции с учетом:
- Потерь в трансформаторах
- Расхода на собственные нужды подстанции
- Нагрузок компенсирующих устройств
На рис. 2 приведен пример расчета графика трансформатора подстанции по суммарной нагрузке.
Анализ графиков позволяет обоснованно выбрать оборудование исходя из фактических режимов его работы.
Исходные данные для графиков генераторов
Для построения графиков нагрузок генерирующего оборудования необходимы:
- Данные о мощности генераторов электростанции
- График нагрузок энергосистемы
- Информация о расходе электроэнергии на собственные нужды
На основании этих данных определяется мощность, отдаваемая генераторами в энергосистему для покрытия нагрузки в каждый момент времени.
Учет собственных нужд электростанций
На электростанциях часть вырабатываемой энергии расходуется на собственные нужды:
- Системы охлаждения
- Освещение
- Вентиляция
- Приводы механизмов
Эта величина учитывается при построении графиков генераторов путем добавления к нагрузке энергосистемы.
Графики нагрузок пиковых электростанций
Пиковые электростанции работают в периоды наибольших нагрузок - утренний и вечерний максимумы.
Их графики нагрузок имеют два пика, соответствующих пиковым нагрузкам энергосистемы. В остальное время пиковые станции отключены.
Анализ использования генерирующего оборудования
По графикам нагрузок рассчитываются коэффициенты использования установленной мощности электростанций:
- Среднегодовой
- Максимальный
- Минимальный
Эти данные используются для оценки эффективности эксплуатации оборудования и планирования режимов его работы.
Баланс мощности энергосистемы по графикам генераторов
Сопоставление графиков нагрузки энергосистемы и генерирующего оборудования позволяет:
- Определить дефицит/профицит мощности
- Спланировать ввод новых мощностей
- Оценить необходимость строительства пиковых станций
Статья рассматривает графики электрических нагрузок как важный инструмент для анализа режимов работы энергосистемы.
