1

Лекция №16

16.1. Задачи, стадии и методы проектирования электрических сетей

Проекты различных электрических сетей характеризуются рассмотрением следующих, общих для всех стадий проектирования вопросов:

-анализ существующей сети рассматриваемой энергосистемы (района, города, объекта) с точки зрения ее загрузки, условий регулирования напряжения, соответствия техническим ограничениям;

-составление балансов активной мощности на рассматриваемый расчетный срок с целью выявления необходимости сооружения новых подстанций и мест их размещения;

-выбор расчетных режимов работы электростанций, присоединенных к рассматриваемой сети (как существующих, так и вновь сооружаемых);

-обоснование схемы построения сети на каждом из расчетных уровней, параметров ее новых элементов и очередности их сооружения;

-выполнение расчетов характерных установившихся режимов работы сети (нормальных, послеаварийных, ремонтных) с целью проверки выполнения технических ограничений, условий регулирования напряжения и баланса реактивной мощности с последующим обоснованием мест установки новых компенсирующих устройств, их типов и мощности;

-выполнение расчетов токов коротких замыканий (КЗ), обоснование требований к отключающей способности коммутационной аппаратуры и выявление необходимости ограничения токов КЗ;

-проверочные расчеты статической и динамической устойчивости, которые выполняются, как правило, только при проектировании сетей или достаточно мощных РЭС, и выявление основных требований к системной противоаварийной автоматике;

-выбор и обоснование количества, мощности и мест установки дугогасящих реакторов для компенсации емкостных токов (выполняется для сетей 35 кВ и менее);

-ориентировочная оценка необходимых капиталовложений и потребностей

воборудовании, проводах воздушных линий, силовых кабелях и т.п. по этапам развития.

При проектировании электрической сети, центральным является обоснование схемы ее построения.

Вкачестве критерия выбора оптимального варианта схемы сети (как и других энергетических объектов) служит минимум приведенных затрат на ее сооружение и эксплуатацию.

2

Не исключается необходимость применения метода вариантного сопоставления - метода, на котором базировалась практика проектирования в течение нескольких последних десятилетий.

16.2. Основные технико-экономические показатели электрических сетей

Для сооружения новых электрических сетей и реконструкции существующих требуются значительные денежные средства, которые расходуются на приобретение и доставку оборудования, а также, на производство стро- ительно-монтажных работ. Эти денежные средства принято называть капитальными вложениями (К) или более кратко, капиталовложениями. Организация эксплуатации сети также требует значительных расходов на проведение профилактических осмотров и испытаний, текущих и капитальных ремонтов. Кроме того, энергосистема несет расходы, связанные с необходимостью выработки дополнительной электроэнергии, покрывающей потери в элементах электрической сети при передаче мощности от источников к потребителям. Совокупность этих затрат принято называть ежегодными эксплуатационными издержками (И) или, более кратко, издержками эксплуатации. Капиталовложения и издержки эксплуатации и являются теми основными показателями, на базе которых осуществляется технико-экономическое сопоставление вариантов электрических сетей и выбор из них наилучшего.

Капиталовложения на сооружение сети

Суммарные капиталовложения на сооружение рассматриваемого варианта К являются суммой затрат на сооружение линий КЛ и подстан-

ций КПС :

Воздушные линии. Укрупненные показатели стоимости сооружения 1 км воздушной линии электропередачи учитывают затраты на оборудование (опоры, провода, тросы, изоляторы, арматуру) и строительно-монтажные работы, то есть на земляные работы и устройство фундаментов, установку опор, подвеску изоляторов, арматуры, проводов и тросов, заземление фундаментов и опор, окраску стольных конструкций опор лаком, антикоррозионную смазку грозозащитных тросов и оттяжек опор транспортные и погрузоч- но-разгрузочные работы.

В общем случае стоимость сооружения 1 км ВЛ определяется:

3

где Ковл Н - укрупненный показатель стоимости для нормальных условий

строительства;

k зо н - зональный коэффициент;

k у сл - поправочный коэффициент в зависимости от реальных условий.

К увеличению абсолютных значений стоимости сооружения 1 км ВЛ приводят:

-рост номинальною напряжения (из-за увеличения габаритов и веса опор, числа изоляторов в гирляндах и больших сечений проводов);

-увеличение сечения при данном Uно м и прочих равных условиях (из-за

большего расхода алюминия и стали сердечника);

-удорожание материала опор (наиболее дешевым материалом является дерево, а наиболее дорогим - сталь);

-усложнение конструкции опоры (при переходе от одноцепных к двухцепным опорам);

-утяжеление климатических условий влекущее за собой требование боль-

шей прочности опор, а следовательно, и затрат соответствующего материала. Кабельные линии. Укрупненные показатели стоимости сооружения 1 км кабельной линия электропередачи учитывают затраты на оборудование

(собственно кабели, кабельная арматура, подпитывающая аппаратура маслонаполненных линий) и строительно-монтажные работы, то есть на земляные работы, строительство различного рода кабельных сооружений (туннелей, эстакад, галерей, колодцев и т.п.)

Сооружение кабельных линий существенно дороже строительства ВЛ. Понижающие подстанции. Понижающие подстанции электриче-

ских сетей, согласно современной классификации, делятся на три категории :

-ПС 35 – 330 кВ, сооружаемые по упрощенным схемам на сторона ВН (как правило, без выключателей или с малым их числом), одно - и двухтрансформатгорные, с числом ВЛ на ВН до 2 и на СН (если таковое имеется) - до 6;

-проходные (транзитные) 110-500 кВ, преимущественно двухтрансформаторные (возможна установка до 4 трансформаторов), с числом ВЛ на ВН до 4, на СН - до 10. с числом выключателей на стороне ВН до 9 (в отдельных случаях до 12);

-мощные узловые (системного значения) 330-750 кВ с числом АТ до 4, с числом ВЛ на ВН до 8, на СН - до 11 (в отдельных случаях 2 СН).

Совокупность видов оборудования, в основном определяющая стоимость сооружения подстанции, условно показана на рис.16.1. В этой совокупности, прежде всего надо выделить:

5

Кпост - постоянная составляющая затрат на сооружение подстанции.

При установке на подстанции n т однотипных трансформаторов (или

АТ) одинаковой мощности Ктр nт Ктр.расч , где Ктр.расч - укрупненный показатель стоимости, включающий помимо стоимости самого трансформатора затраты на строительную часть, монтаж, ошиновку, шинопроводы, грозозащиту, заземление, контрольные кабели и релейную защиту.

Трансформаторное оборудованое является весьма дорогостоящим, и обычно его суммарная стоимость ( Ктр ) составляет значительную долю об-

щей стоимости подстанции ( Кпс ).

Второй крупной составляющей Кпс является стоимость распредели-

тельных устройств. На вновь проектируемых подстанциях число распределительных устройств обычно не превышает трех:

где, слагаемые правой части отвечают распределительным устройствам высшего (ВН), среднего (СИ) и низшего (НИ) напряжении. При выполнении РУ по схеме с выключателями Кру nяч Кяч , где nяч иК яч - соответственно число

и укрупненный показатель стоимости ячейки с выключателем, учитывающий помимо стоимости самого выключателя стоимости разъединителей, измерительных трансформаторов тока и напряжения, разрядников, шин, силовых и контрольных кабелей, строительной части и монтажа. При выполнении РУ без выключателей или с ограниченным количеством выключателей (например, по схеме мостика) в справочниках приводится полная стоимость всего РУ.

Расчетная стоимость ячейки с выключателем резко возрастает с увеличением номинального напряжения.

Суммарная стоимость дополнительного оборудования в общем случае складывается из стоимости реакторов (ШР, ТОР), компенсирующих устройств (СК, ККУ) и регулировочных трансформаторов (РТ):

где каждое из слагаемых правой части определяется числам однотипных элементов и соответствующим укрупненным показателем стоимости (расчетной стоимостью) единицы оборудования (аналогично Ктр ).

Постоянная составляющая затрат ( Кпост ) включает стоимость соору-

6

жения общеподстанционного пункта управления, аппаратной маслохозяйства и складов масла, компрессорной, коммуникаций тепло- и водоснабжения, подъездных путей и т.п.

Первые две составляющие в правой части (16.3) то есть стоимости трансформаторного оборудования и распределительных устройств, составляют 60 - 80% от общей стоимости сооружения подстанции и в основном определяют такой характерный технико-экономический показатель, как удельные, капиталовложения в подстанцию (на единицу установленной мощности трансформаторного оборудования):

16.3. Издержки на амортизацию и обслуживание сети

При технико-экономическом сопоставлении вариантов электрических сетей ежегодные издержки на амортизацию и обслуживание, элементов сети определяют как долю от капиталовложений:

где a i,u , aпсj - общие нормы отчислений от капиталовложений соответственно

для линий и подстанций, складывающиеся из норм амортизационных отчислений aам и отчислений на текущий ремонт и обслуживание aобсл .

Часть амортизационных отчислении используется дли замены обо-

Понижающие подстанции электрических сетей требуют наибольшие расходы на амортизацию оборудования и его обслуживание. Довольно значительны издержки эксплуатации и кабельных линий, а также ВЛ, сооружаемых на деревянных опорах по сравнению с линиями на металлических и железобетонных опорах.

Суммарные издержки на амортизацию и обслуживание проектируемой сети с учетом (10.2) и (10.5) определяются:

7

16.4. Критерий выбора оптимального варианта

Предположим, что нам необходимо выбрать один из двух имеющихся вариантов, первый из которых характеризуется значениями капиталовложений и издержек эксплуатации, которые обозначим К1 и И1 , а второй - зна-

чениями К2 и И2 . Если К1 К2 и И1 И2 , то такой вариант и является экономически целесообразным.

Если К1 К2 и И1 И2 . Какой из этих вариантов предпочесть? Как

подойти к выбору оптимального варианта с аналитических позиций, то есть сформулировать соответствующий критерий, использование которого позволило бы формализовать выбор наилучшего варианта при любом их числе?

Обозначим для нашего примера разность капиталовложений по вариантам через К12 :

а разность издержек - через И :

Величина К12 представляет собой дополнительные капиталовложения в вариант 2 по сравнению с вариантом 1, а величина И12 - ежегод-

ную экономию на издержках в варианте 2 по сравнению с вариантом 1.

Расчетный срок окупаемости:

TНОРМ 8.33 года.

Если полученное нами значение Ток.расч 12 Тнорм, то оптимальным с экономической точки зрения является вариант 2, характеризующийся большими капиталовложениями, но меньшими издержками. Если же Ток.расч 12 Тнорм , то выбирается вариант 1 с меньшими капиталовложениями и

большими издержками.

Введем величину, обратную нормативному сроку окупаемости:

8

Эта величина носит название нормативного коэффициента сравнительной эффективности капитальных вложений. Для электроэнергетики зна-

чение Ен 0.12 .

Приведенные затраты для произвольного (k-го) варианта записываются в виде:

Критерий выбора оптимальною варианта [4]:

Применительно к электрическим сетям этот критерий формулирует-

ся следующим образом: оптимальному варианту электрической сети соответствует наименьшее значение приведенных затрат на ее сооружение и эксплуатацию.

В составе приведенных затрат может быть учтен вероятный среднегодовой ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителям У k . Выражение для суммарных приведенных затрат имеет наиболее общий вид:

В современной проектной практике затраты обычно приводятся к первому году расчетного периода. В этом случае выражение (16.16) примет вид:

t 1

При сопоставлении отдельных объектов или небольших сетевых узлов равноэкономичными считаются варианты, значений приведенных затрат для которых отличаются не более чем на 5%. Выбор варианта из числа равноэкономичных производится с учетом ряда дополнительных характеристик, которые обычно не имеют строгих экономических эквивалентов. К ним относятся простота, надежность и оперативная гибкость схемы, возможность ее дальнейшего развития (расширения) при росте нагрузок, удобство эксплуатации, расхода цветного метала на провода и количество потребного электрооборудования и т.п.