Национальная сеть распределения электроэнергии Польши. Как это у них устроено

Электричество используется во всех сферах деятельности человека. Столь широкое использование электроэнергии привело к созданию и развитию энергосистем. Эти системы состоят из двух основных секторов: сектора генерации, который производит электроэнергию, то есть электростанций, и сектора передачи, который транспортирует электроэнергию по сетям с разным уровнем напряжения от электростанции к потребителям.

Помимо множества преимуществ, у электричества есть один существенный недостаток — его нельзя хранить в больших количествах. Таким образом, генерирующие источники — электростанции — должны производить энергию в количествах, скорректированных с учетом очень дифференцированного спроса на энергию со стороны потребителей, в то время как сектор передачи должен — отправляя ее — доставлять ее потребителям. Специфика работы сетей различного напряжения включает их работу в так называемых естественная монополия.

Национальная электросеть включает:

• система сети передачи с номинальным напряжением 750, 400 и 220 кВ по всей стране, управляемая Оператором системы передачи (TSO);
• Системы распределительных сетей с номинальным напряжением 110 кВ и ниже (среднее среднее и низкое) управляются операторами распределительных систем (DSO) в областях, ограниченных их деятельностью.

На протяжении многих лет авторы статьи анализируют развитие электрических сетей в Польше с точки зрения их состояния, потерь мощности и энергии на пути передачи и безопасности энергоснабжения потребителей. Для этого они использовали статистические данные, включенные в ежегодники Агентства энергетического рынка «Статистика польской энергетики» [1], а результаты анализов за различные периоды времени представили в работах [2–7]. В представленной статье авторы сосредоточили внимание на характеристиках польских электрических сетей за последние пять лет 21 века (имеющиеся данные), т.е. 2014-2018 гг., Используя (как и в предыдущих исследованиях) статистические данные, содержащиеся в [1]. Более того, для более широкого анализа развития сети статистические данные за последние пять лет были сопоставлены с 2000 годом, что позволяет оценить изменения, которые произошли почти за двадцать лет 21 века.

Для иллюстрации изменений отдельных значений были определены среднегодовые значения приращений (положительных или отрицательных) отдельных величин, описывающих электрические сети различного напряжения для следующих временных интервалов, на основе статистических данных, содержащихся в ежегодниках [1 ], согласно соотношению:

за последние 5 лет (т.е. 2018-2014 гг.):

на период 2018–2000 гг .:

где:

X2000, X2014, X2018 — значения исследуемой величины в 2000, 2014, 2018 годах соответственно.

В статье анализируются изменения в следующих количествах:

• состав потребителей разного уровня напряжения и количество отпущенной им электроэнергии,
• состояние сектора передачи и распределения, который включает линии электропередач различного напряжения, распределительные станции и трансформаторно-распределительные станции, отвечающие за распределение и преобразование электроэнергии в сети.

Потребители электроэнергии в Польше

Потребители электроэнергии в силу специфики своих потребностей подключены к электрическим сетям различного уровня напряжения: высокого ВН (110 кВ), среднего СН (1-60 кВ) и низкого НН (до 1 кВ). В таблицах 1–3 приведены сводные данные для отдельных групп получателей:

• количество получателей,
• количество поставленной электроэнергии,
• поставка электроэнергии одному конечному потребителю.

Среднегодовые приросты анализируемых значений представлены в трех нижних рядах таблиц 1-3 . Кроме того, изменения количества электроэнергии, подаваемой в сеть на трех уровнях напряжения, за пятилетний период 2014-2018 годов показаны на Рисунке 1 .

Рис. 1. Поставки электроэнергии конечным пользователям из сети DSO на трех уровнях напряжения в ГВт-ч за пятилетний период 2014–2018 гг .; Рис. Э. и Р. Неведзял

Данные, содержащиеся в таблицах, позволяют оценить следующие изменения, произошедшие в анализируемые годы XXI века среди потребителей электроэнергии в Польше:

• количество получателей, получающих электроэнергию от сетей самого высокого и высокого напряжения, как и в предыдущие годы, составляет небольшую группу, т.е. 0,2% от всех получателей, и поставка электроэнергии этим получателям составляет 20% от общей энергии, поставляемой в все получатели;
• наиболее динамично росло использование сетей среднего напряжения, как с точки зрения энергоснабжения (среднегодовое увеличение более чем на 3% с 2000 г. и более 4% в последние годы), так и количества потребителей (среднегодовое увеличение более чем на 2%). % с 2000 г. и более 3% в 2018 г. по сравнению с предыдущим годом);
• самая большая группа получателей — около 87% — это домохозяйства и сельскохозяйственные предприятия, однако GDiR с гораздо меньшей долей в поставках энергии — почти 23%;
• сравнивая домохозяйства и агрохолдинги GDiR, расположенные в городах и селах (концентрированные и рассредоточенные потребители), можно увидеть стабилизированную тенденцию к росту, за исключением 2018 года, когда поставки энергии в GDiR снизились в городах по сравнению с 2017 годом;
• Интересным фактом является то, что на протяжении всего анализируемого периода для потребителей GDiR в городах характерно снижение значения удельного энергоснабжения на одного потребителя, в то время как тенденция к увеличению этого показателя сохраняется в сельской местности.

Инфраструктура национальной электросети

Основными элементами электрических сетей являются линии электропередачи различного уровня напряжения, распределительные станции или трансформаторные и распределительные станции, а также трансформаторы с различным соотношением напряжений. На основе статистических данных, взятых из [1], в таблицах 6-10 обобщены:

• протяженности воздушных и кабельных линий электропередачи в разбивке на высокое и высшее напряжение ( таблица 6 ), а также на среднее и низкое напряжение ( таблица 7 );
• количество электростанций в четырех группах с верхним напряжением 750 и 400 кВ, 220 кВ, 110 кВ и МВ ( Таблица 8 );
• количество и мощность трансформаторов с соотношениями LV / (LV + WN), HV / MV, MV / MV и MV / LV ( таблицы 9и 10 ).

Кроме того, в каждой таблице приведены среднегодовые приращения a для отдельных значений. Кроме того, на рисунках 2 и 3 показаны, например, изменения длины кабельных линий среднего и низкого напряжения и изменения номинальной мощности трансформаторов на установленных электростанциях.

Рис. 2. Протяженность национальных кабельных линий среднего и низкого напряжения в тыс. Кв. км на пятилетку 2014-2018 гг .; Рис. Э. и Р. Неведзял

Рис. 3. Суммарные номинальные мощности сетевых трансформаторов в МВА на пятилетку 2014–2018 гг .; Рис. Э. и Р. Неведзял

Анализируя числовые данные, представленные в таблицах 6-10, можно охарактеризовать состояние польских электрических сетей и изменения, которые произошли за последние пять лет 21 века.

Линии электропередач:

• Всего в Польше работает почти 844 тысячи человек. км воздушных и кабельных линий различного напряжения, в том числе около 49000 км линий СВН и ЗС (5,8%), 315,4 тыс. км линий СН (37,4%) и 479,5 тыс. км линий низкого напряжения (56,8%);
• протяженность воздушных линий значительно превышает длину кабельных линий на всех уровнях напряжения;
• Следует особо отметить динамическое увеличение протяженности высоковольтных и высоковольтных кабельных линий, что иллюстрируется величиной среднегодового прироста более 12% (хотя в прошлом году этот показатель составлял только a2018 ÷ 2017 = 2,7%);
• доля кабельных линий СН не превышает 30%, а линий НН — 35%, при этом длина линий СН (a_SN = 2,83%) увеличивается вдвое быстрее по сравнению с линиями НН (a_nn = 1,43%);
• существующая воздушная линия 750 кВ — единственная польская линия с таким напряжением, следовательно, приращение a_750kV = 0; при этом наблюдается регресс протяженности ВЛ 220 кВ, для которых a_220 кВ = -0,20%,
• Можно отметить несколько более медленный (особенно в последние годы) рост протяженности ВЛ 400 кВ, хотя среднегодовые приросты являются самыми высокими по сравнению с линиями других уровней напряжения (a_400 кВ = 6,1%).

Электростанции:

• увеличение количества станций — следствие развития линий на отдельных уровнях напряжения;
• наиболее быстрое развитие наблюдается у станций с верхним напряжением 400 кВ и тенденция к снижению количества станций с верхним напряжением 220 кВ;
• прирост количества подстанций 110 кВ и СН стабилизировался.

Трансформеры:

• всего установлено около 270 000. трансформаторы, из которых более 98% — распределительные трансформаторы СН / НН;
• общая номинальная мощность установленных трансформаторов немногим превышает 175000 MVA, с относительно равномерным разделением на отдельные группы, а именно: трансформаторы LV / (LV + WN) — 33,4%, трансформаторы HV / MV — 34,4% и трансформаторы MV / LV — 29,1% (трансформаторы MV / LV) SN — всего 3,1 %).

Имеется примерно двукратное увеличение значения общей номинальной мощности трансформаторов ВН / СН (a_power = 2,55%), чем увеличение их количества (a_number = 1,32%), что указывает на установку трансформаторов с более высокими номинальными мощностями. по сравнению с ранее установленными трансформаторами;

Средняя мощность трансформаторов, эксплуатируемых в 2018 году, составила:

• LV / (LV + WN) S ср = 272,7 МВА,
• HV / MV Sśr = 21,3 МВА,
• MV / LV Sav = 0,193 МВА = 193 кВА.

При анализе состояния и развития электрических сетей также стоит учитывать тип потребителей, которые получают питание от распределительных сетей среднего и низкого напряжения, то есть муниципальных потребителей (целевые потребители) и сельских потребителей (распределенные потребители). Динамичное развитие т.н. отдельно стоящий дом в пригородных районах (определенных как сельские районы) вызвал значительный рост потребности в электроэнергии в этих районах. В ежегодниках [1] нет подробных данных, разграничивающих электрические сети в городской и сельской местности. Для оценки состояния сельских распределительных сетей авторами ранее был проведен сравнительный анализ сельских и городских сетей на основе данных, полученных на тот момент. Были представлены некоторые результаты этих анализов, в частности, на национальных конференциях пт. «Электроэнергетика в сельской местности — ЭЭТ» в 2006 [8, 9] и 2009 [10]. Последняя такая характеристика сельской электросетевой инфраструктуры была представлена ​​в собственном докладе на конференции под названием «Энергия в деревнях и сельском хозяйстве» (Варшава — 2012 г.), опубликовано в «Wiadomości Elektrotechniczne» [11]. Авторы сожалеют, что вышеупомянутые данные не публикуются, потому что они не позволяют провести подробный анализ такой важной части сети, которая обслуживает самую большую группу получателей.

Показатели надежности распределительных сетей среднего и низкого напряжения

Каждый получатель — независимо от характера потребностей — ожидает определенных поставок электроэнергии. Отключение электроэнергии часто приводит к определенным финансовым потерям и дискомфорту из-за отсутствия электроснабжения. Операторы распределительных сетей (DSO), осознавая вышеупомянутые неудобства, все больше внимания уделяют обеспечению бесперебойности поставок электроэнергии потребителям. Отключение электроэнергии обычно происходит из-за выхода из строя элементов сети, но также может происходить из-за проведенных работ по техническому обслуживанию, ремонту или модернизации.

Уже более полутора десятков лет ведется регистрация профессиональных показателей по двум направлениям.

Область I охватывает данные об отказах отдельных сетевых элементов, таких как:

• значения показателей, характеризующих частоту отказов элементов сети СН и НН,
• количество и частота отказов основных элементов сетей среднего и низкого напряжения.

Область II включает данные о продолжительности перебоев в подаче электроэнергии, такие как:

SAIDI — средняя системная средняя продолжительность длительного перерыва в подаче электроэнергии (в минутах на потребителя);

SAIFI — показатель средней системной частоты длительных перебоев в энергоснабжении (выражается в количестве перебоев / потребителей).

Следуя примеру более ранних работ авторов [2, 3, 4, 6], в данной статье основное внимание уделяется анализу интенсивности отказов сетевых элементов на основе интенсивности отказов q, также называемой интенсивностью отказов или интенсивностью отказов, которая учитывает учитывают не только количество отказов сетевых элементов, входящих в данную группу (линии, трансформаторы), но и продолжительность перерыва в электроснабжении (сумма длительности отказа и времени его устранения). Следует подчеркнуть, что время, когда потребители лишены электроснабжения, является чрезвычайно важным фактором для сетевых предприятий.

Интенсивность отказов определяется средним количеством отказов данного элемента или сетевой системы в течение года и средней продолжительностью отказов и определяется по следующим формулам:

для линий электропередачи:

для трансформаторов:

где:

wu_L, wu_TR — индикаторы повреждений линий и трансформаторов соответственно,

Tp_l, Tp_TR — средние времена простоев из-за отказов линий электропередач и трансформаторов соответственно.

В  таблице 11 . представлены значения q интенсивностей отказов, рассчитанные на основе данных, содержащихся в анналах «Статистики польской энергетики» [1] за 2014–2018 годы. Для сравнения также приведены литературные данные [12, 13].

При анализе скомпилированных значений интенсивности отказов q можно заметить, что:

• Значительное улучшение эксплуатационной надежности произошло для двух сетевых элементов:
• для трансформаторов СН / НН, у которых интенсивность отказов практически снизилась на два порядка,
• для кабельных линий среднего напряжения, у которых интенсивность отказов практически снизилась на порядок;
• оправданием этого факта является значительно более высокое качество используемых сетевых элементов (герметичные, не требующие обслуживания трансформаторы и кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена) и гораздо более короткие сроки устранения повреждений;
• небольшое улучшение эксплуатационной надежности также наблюдается в случае кабельных линий низкого напряжения;
• Увеличение средних значений интенсивности отказов воздушных линий — как среднего, так и, в частности, низкого напряжения — по сравнению с литературными данными много лет назад может свидетельствовать о плохом техническом состоянии этих элементов (что обычно приводит к количество отказов больше нормативного); это также может быть следствием (особенно для линий среднего напряжения) очень неблагоприятных погодных условий, которые произошли в последние годы.

Знание частоты отказов отдельных элементов сети позволяет сетевым предприятиям проводить работы по развитию и модернизации таким образом, чтобы свести к минимуму время перерывов в поставках отдельных получателей, о чем свидетельствуют более низкие значения SAIDI. системный индикатор (индикатор из области II). В целях иллюстрации см.  Таблицу 12 . — на основе [1] — значение индекса SAIDI в анализируемой пятилетке 2014–2018 гг.

Приведенные выше данные позволяют однозначно констатировать, что значительное снижение значения SAIDI наблюдается для перерывов, вызванных плановыми отключениями. Благодаря этому время перерыва уменьшилось на 54%. Значения SAIDI для незапланированных отключений, в том числе вызванных катастрофическими условиями, уменьшаются менее равномерно. Падение стоимости снизилось примерно на 51%, но значительно увеличилось на 32% в 2017 году из-за неблагоприятных погодных условий. На основании вышеизложенного Согласно полученным данным, деятельность распределительных компаний по повышению надежности энергоснабжения потребителей может быть оценена положительно.

Резюме

Политические, социально-экономические изменения в Польше после 1990 года вызвали различные изменения в спросе потребителей на электроэнергию. С 2000 года (т.е. в 21 веке) рост количества потребителей и спроса на электроэнергию наблюдается только в определенных группах. Точно так же стабильный рост сетевой инфраструктуры заметен только в некоторых ее сегментах. В заключение сформулированы некоторые общие выводы на рассматриваемый период 2014-2018 гг .:

• наблюдается постоянный заметный рост количества потребителей и отпусков электроэнергии из сети DSO среднего напряжения;
• рост количества потребителей и поставок электроэнергии из низковольтной сети DSO является относительно равномерным как в городской, так и в сельской местности;
• динамично развиваются ВЛ 400 кВ, причем наибольшее развитие получили кабельные линии НН и ВН;
• наблюдается тенденция к снижению протяженности ВЛ (a <0) и даже ВЛ НН (a2018-2014 = -0,36), при этом заметно более быстрое увеличение длины кабельных линий СН и НН;
• наиболее быстрое развитие наблюдается у станций с верхним напряжением 400 кВ — как количество станций, так и количество и мощность установленных на них трансформаторов — это следствие динамичного развития линии 400 кВ;
• Частота отказов рассматриваемых элементов сети среднего и низкого напряжения находится на стабилизированном уровне.

Литература

1. Статистика польской электроэнергетики 2018, Wyd. Агентство энергетического рынка, Варшава, 2019 г. (и более ранние 2015-2018 гг.).
2. Неведзял Э., Неведзял Р. Текущее состояние электрических распределительных сетей в Польше с точки зрения безопасности энергоснабжения потребителей // Мат. Конференция «Актуальные проблемы строительства, развития и эксплуатации энергетических сетей в Польше» (ISBN 978-83-931190-1-1), Варшава, 2010, стр. 17–34.
3. Неведзял Э., Неведзял Р. Национальная распределительная сеть среднего и низкого напряжения // Мат. 45 Конференции серии «Электроэнергетика — проектирование, строительство, эксплуатация», Лохув 2012, с. 121 ÷ 139.
4. Неведзял Э., Неведзял Р., Национальные распределительные сети и безопасность снабжения потребителей, elektro.info, 2014, № 1/2, стр. 18 ÷ 23.
5. Неведзял Э., Неведзял Р., Инфраструктура национальной электрической сети в 2000–2014 гг., Технический бюллетень Краковского филиала SEP (ISSN 1426-742X), Краков, 2016, № 3 (66), стр. 13-20.
6. Неведзял Э., Неведзял Р., Характеристики национальной распределительной сети в 21 веке, elektro.info, 2017, № 9 (157), стр. 24-30.
7. Неведзял Э., Инфраструктура польской энергосистемы в 21 веке, Электричество (ISSN 1897-3833), 2018, Часть 1: № 2, стр. 18 ÷ 20; Часть 2: № 3, с. 19 ÷ 23.
8. Неведзял Э., Неведзял Р. Оценка текущего состояния сельских распределительных сетей // Мат. III Национальная конференция по электроэнергии в сельской местности (ISBN 83-89008-94-7), Наленчув 2006, стр. 10–17.
9. Неведзял Э., Неведзял Р. Прогнозирование материальных потребностей в области модернизации и развития электрических сетей среднего и низкого напряжения в сельской местности, Przegląd Elektrotechniczny, R. 82, 2006, № 9, стр. 63–65.
10. Кульчицкий Ю., Неведзял Э., Неведзял Р., Избранные проблемы развития сельских электросетей, ИНПЭ, 2009, № 122-123, стр. 75–85.
11. Неведзял Э., Неведзял Р., Потребности в развитии и модернизации электросетей в сельской местности, Wiadomości Elektrotechniczne, 2012, № 8 (1030), стр. 3–10.
12. Сожанский Ю.: Надежность электроснабжения. WNT, Варшава, 1982.
13. Коллективная работа (под редакцией С. Куйщика): Электрораспределительные сети. PWN, Варшава, 1994.