Анализ эффективности комплексного ввода мероприятий в задачах снижения потерь энергии без учёта температуры элементов сети Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

DOI: 10.18454/IRJ.2016.54.133 Ширяев А.С.1, Калимуллин А. Т.2, Ткаченко В.А.3 1ORCID: 0000-0002-1633-0771, аспирант, 2ORCID: 0000-0002-6545-5407 аспирант, 3студент, Омский Государственный Технический Университет АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ВВОДА МЕРОПРИЯТИЙ В ЗАДАЧАХ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ БЕЗ УЧЁТА ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ

Аннотация

В данной статье рассмотрен выбор мероприятий по снижению потерь энергии на основании комплексного подхода к их внедрению. Из результатов расчёта видно, что данный подход позволяет наиболее эффективно воздействовать на основные показатели эффективности эксплуатации режима электрической сети и определить оптимальные способы внедрения данных мероприятий. Полученные результаты и метод, использовавшийся в данной статье, целесообразно адаптировать для реальных электрических схем с большим объёмом исходных данных, а также для расчёта оптимальных критериев ввода.

Ключевые слова: минимум приведённых затрат, сроки окупаемости, комплекс мероприятий по снижению потерь активной мощности, компенсация реактивной мощности.

Shiryaev A.S.1, Kalimullin A.T.2, Tkachenko V.A.3

1ORCID: 0000-0002-1633-0771, postgraduate student, 2ORCID: 0000-0002-6545-5407, postgraduate student,

3student, Omsk State Technical University THE EFFICIENCY ANALYSIS OF COMPLEX MEASURES IN THE REDUCTION OF THE POWER LOSSES

VALUE TASKS WITHOUT TEMPERATURE DEPENDS

Abstract

In this article selection of measures based on the complex measures aimed on reduction of the power losses value are considered. From the calculation results show that this approach allows for the most effective impact on the main characteristics of the operational efficiency of the electric network and determine the effective methods of implementation of these ways. Obtained results and method, which used in this article, should be adjust for practically electric network with a large number of starting data. So it is need for calculate the optimal input criteria.

Keywords: minimum of reduced cost, payback period, the complex measures aimed on reduction of the power losses value, reactive power compensation.

В электрических распределительных сетях, напряжением 6 (10) кВ для энергоснабжающих организаций а ктуальна задача поиска и внедрения мер, направленных на оптимизацию основных экономических показателей эффективности эксплуатации электрической сети, такими являются потери активной мощности, энергии и поиска оптимальных путей реализации данных мероприятий - сроков окупаемости и приведённых затрат. Наиболее оптимальным мероприятием по снижению потерь электрической энергии в электрических сетях необходимо считать то мероприятие, в котором определён минимум приведённых затрат и сроки окупаемости удовлетворяют нормативным требованиям. В настоящее время наиболее распространёнными мерами по снижению потерь электрической энергии являются компенсация реактивной мощности 0,4 и 10 кВ, замена провода на провод большего сечения и замена недогруженных и (или) перегруженных трансформаторов. В настоящее время мероприятия рассматриваются изолированно друг от друга, однако, для повышения точности расчёта определения оптимального мероприятия можно выделить два способа, рассматривать комплекс мероприятий в их взаимосвязи с учётом температурных режимов элементов сети. В настоящей статье рассматривается только первый способ повышения точности расчёта оптимального мероприятия.

В реальных условиях, в которых присутствует большое число потребителей, задача поиска внедрения управляющего воздействия усложняется из-за наличия большого объема информации о параметрах схемы, режима электрической сети и постоянно изменяющегося во времени графика нагрузки. В связи с этим, в настоящей статье рассмотрена простейшая схема электроснабжения и на основании данной схемы определён оптимальный путь внедрения мероприятий по снижению потерь энергии. Рассмотрим данный пример на простейшей схеме, представленной на рисунке 1.

Ь=250А^ 10 кВ ( АС-50 (0,9 км)

L=90A N I-160А

ТМ-1600/10

0,4 кВ

Рис.1 - Расчётная схема

Таблица 1 - Исходные данные для линий [1][2].

Марка провода Длина линии, км. Яй0°с, Ом/км 1доп,а I, А Средняя цена, руб*м Цена, руб

АС-50 0,9 0,000595 210 250 42 37800

СИП-3 1x70 0,000493 310 250 60 54000

Таблица 2 - Исходные данные для трансформаторов [3][4] [5].

Марка трансформатора S, МВА ^ В □ Ркз, кВт □ Рхх, кВт Цена, руб.

ТМ-1600/10 1600 10 18 2,35 760000

ТМ-2500/10 2500 26,5 3,85 1110000

Произведём расчёт параметров режима до компенсации и после компенсации реактивной мощности.

Таблица 3 - Исходные данные и расчёт параметров режима до и после компенсации реактивной мощности.

Параметр режима Значение параметра до компенсации Значение параметра после компенсации

I: 90 А 77 А

12 160 А 136 А

13 250 А 213 А

1324+|821 1324+^21

Э2 2355+^460 2355+]260

Ээ 3680+]2281 3679+Л381

совП 0,85 0,99

Поскольку в статье целью является получиться максимальный эффект от внедрения мероприятия, в частности компенсация реактивной мощности, то данные процессы в некоторой степени считаются идеализированными, а именно, после компенсации соБф=0,99.

Таблица 4 - Параметры БСК [6] [7].

U, кВ Тип БСК Опотр., квар. Оку, квар. Стоимость БСК, руб.

0,4 БСК УКМ58-0,4-700-50У3 821 700 248000

10 6 КЭП3-10,5-200-ЗУ3 1460 1200 149205

Сроки окупаемости существенно зависят от разности потерь энергии в исходном режиме и после внедрения мероприятий, а приведённые затраты от уровня потерь энергии после мероприятий. Следовательно, необходимо рассмотреть те случаи, в которых достигается максимальный уровень снижения потерь энергии. Как уже было отмечено ранее, для определения минимума приведённых затрат помимо трёх вариантов следует рассмотреть комплекс мер. В итоге получим следующие возможные комбинации:

Таблица 5 - Перечень вводимых мероприятий.

№ Намечаемые мероприятия Кап.влож., руб.

1 Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 248000

2 Установка БСК 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 149205

3 Замена провода АС-50 на СИП-3 1x70 54000

4 Замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 1110000

5 Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 и 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 397205

6 Установка УКМ58-0,4-700-50У3 и замена провода АС-50 на СИП-3 1x70 302000

7 Установка БСК 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 1259205

8 Установка БСК 7КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и замена провода АС-50 на СИП-3 1x70 203205

9 Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3, 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и замена провода АС-50 на СИП-3 1х70 451205

10 Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 и замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 1358000

11 Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3, 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 1507205

12 Замена провода АС-50 на СИП-3 1х70 и замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 1164000

Окончание табл. 5 - Перечень вводимых мероприятий

№ Намечаемые мероприятия Кап.влож., руб.

13 Замена провода АС-50 на СИП-3 1х70, замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 и установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 1412000

14 Замена провода АС-50 на СИП-3 1х70, замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 и установка БСК 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 1313205

15 Замена провода АС-50 на СИП-3 1х70, замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10, установкаУКМ58-0,4-700-50У3 и БСК 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 1561205

Произведём расчёт параметров режима в исходном режиме и после ввода мероприятий, полученные данные сведём в таблицу 6.

Потери активной мощности в линиях и в трансформаторе без учёта температуры вычисляются по следующим формулам:

г2 • Я • 1

20°С , кВт (1)

Г 14 т тт У

АРдзп = 3 • I2

АР = АР + АР = АР

А транс АР нагр + ^ хх АР кз

л/3 • I •

я

^ иГ1Л /Г

+ АР,

кВт

(2)

где I - ток в линии [А];

- сопротивление линии при температуре провода 20 ОС [Ом/км]; I- длина линии [км];

АРКЗ, АР^ - потери активной мощности при опытах холостого хода и короткого замыкания [кВт];

- ток и напряжение в трансформаторе [А] и [В] соответственно. Сроки окупаемости и приведённые затраты рассчитываются следующим образом:

К

Т =

Т ок

(иисх - ип.м, + сзз • (^исх - аwп.м. )) _ З = 0,14 • К - Ип м + С,

год

-зз ' АWП.М. , руб.

(3)

(4)

где

К - капиталовложения [руб.];

ИИСХ, Ипм - издержки в исходном режиме и после ввода мероприятий [руб.];

WИСХ ^ПМ - Потери энергии в исходном режиме и после ввода мероприятий [кВт • ч];

Сзз - стоимость электроэнергии [руб./кВт • ч]

ар=0,059- норма ежегодных отчислений на ремонт, обслуживание и амортизацию электрооборудования. Для расчёта потерь энергии воспользуемся методом времени максимальных потерь:

АW = т • АРУ

[кВт • ч]

(5)

где

АРЕ - суммарные потери активной мощности в элементах сети [кВт • ч];

т = 5000 - время использования максимальных потерь [ч]. В данном случае, эта величина введена с допущением, без учёта реального графика нагрузки.

Таблица 6 - Результаты расчётов ввода мероприятий

№ Кап.влож, руб- ЕАРЛ, кВт ЕАРТРАНС., кВт ЕАР, кВт Сээ, руб. Ток, год аР ZАW, кВтч З, руб.

0 - 100,406 18,770 119,176 - 595883,9 1953899

3 54000 83,193 18,770 101,964 0,19 509821,4 1642174

2 149205 90,235 18,770 109,006 0,86 545030,1 1773788

8 203205 74,766 18,770 93,537 0,50 467685,4 1537031

1 248000 82,053 14,369 96,423 0,65 482115 1592120

6 302000 67,987 14,369 82,356 3,2 0,52 0,059 411783,4 1377805

5 397205 72,885 14,369 87,254 0,74 436273,6 1475119

9 451205 55,490 14,369 69,860 0,59 349301 1207554

4 1110000 100,406 14,385 114,792 22,42 573960,1 2057562

12 1164000 83,193 14,385 97,579 3,59 487897,6 1792908

7 1259205 90,235 14,385 104,621 6,18 523106,3 1924522

Окончание табл. 6 - Результаты расчётов ввода мероприятий

№ Кап.влож, руб. ЕАРЛ, кВт ЕАРТРАНС., кВт ZAP, кВт Сээ, руб. Ток, год «P ZAW, кВтч З, руб.

14 1313205 74,766 14,385 89,152 2,91 445761,6 1687765

10 1358000 82,053 11,468 93,521 3,61 467608,5 1766589

13 1412000 67,987 11,468 79,455 2,35 397276,9 1552274

11 1507205 72,885 11,468 84,353 2,93 421767 1649588

15 1561205 55,490 11,468 66,958 1,97 334794,7 1382023

Как видно из результатов расчёта, наиболее оптимальным мероприятием является компенсация реактивной мощности 0,4 и 10 кВ - установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 вместе с 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и заменой провода АС-50 на СИП-3 1х70.

Для повышения точности расчёта в задачах определения наиболее оптимального выбора мероприятий на критерий приведённых затрат необходимо рассматривать комплекс мер в их взаимосвязи. На основании подхода, использовавшегося в данной статье и полученных результатов в дальнейшем целесообразно адаптировать для реальных схем электроснабжения с большим числом исходных данных, а также для расчёта основных экономических показателей эффективности эксплуатации электрической сети в режиме реального времени и с учётом температурных режимов элементов сети.

Список литературы / References

1. Изолированный провод СИП-3 1х50. [Электронный ресурс]. - URL: http://ingener-electric.ru/cabel/sip/sip/sip3_20_1x50.html (дата обращения 14.11.2016).

2. Силовой провод АС-50. [Электронный ресурс]. - URL: http://ingener-electric.ru/cabel/sip/acm/ac50.html (дата обращения 14.11.2016).

3. Цены на силовые трансформаторы. [Электронный ресурс]. - URL: http://trans-ktp.ru/price/transformators (дата обращения 14.11.2016).

4. Трансформатор ТМ-1600/10-0,4 - технические характеристики. [Электронный ресурс]. - URL: http://sil-trans-form.ru/tm_1600/10-04 (дата обращения 14.11.2016).

5. Трансформатор ТМ-2500/10-0,4 - технические характеристики. [Электронный ресурс]. - URL: http://nomek.ru/TM-2500/10 (дата обращения 14.11.2016).

6. Конденсаторные установки УКМ58. [Электронный ресурс]. - URL: http://energozapad.ru/ukm58 (дата обращения 14.11.2016).

7. Стоимость БСК КЭГО-10,5-200-ЗУ3. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.elec.ru/viewer?url=/catalog/komplektprommaterialy/price01072008.xls (дата обращения 14.11.2016).

Список литературы на английском языке / References in English

1. Izolirovanniy provod SIP-3 1x50 [Insulated wire SIP-3 1x50] [Electronic resource]. - URL: http://ingener-electric.ru/cabel/sip/sip/sip3_20_1x50.html (accessed 14.11.2016). [in Russian]

2. Silovoi provod AC-50 [Bare conductor AC-50] [Electronic resource]. - URL: http://ingener-electric.ru/cabel/sip/acm/ac50.html (accessed 14.11.2016). [in Russian]

3. Cheny na silovie transformatori [Prices for power transformers] [Electronic resource]. - URL: http://trans-ktp.ru/price/transformators (accessed 14.11.2016). [in Russian]

4. Transformator TM-1600/10/0,4 - technicheskie charakteristiki [Transformer 0T-1600/10/0.4] [Electronic resource]. -URL: http://sil-trans-form.ru/tm_1600/10-04[in Russian]

5. Transformator TM-2500/10/0,4 - technicheskie charakteristiki [Electronic resource]. - URL: http://nomek.ru/TM-2500/10 (accessed 14.11.2016). [in Russian]

6. Kondensatornie ustanovki UKM [Capacitor installation UKM] [Electronic resource]. - URL: http://energozapad.ru/ukm58 (accessed 14.11.2016). [in Russian]

7. Stoimost BSK КЭГО-10,5-200-ЗУ3 [Cost of CB KEP 3-10,5-200-ЗУЗ] [Electronic resource]. - URL: http://www.elec.ru/viewer?url=/catalog/komplektprommaterialy/price01072008.xls (accessed 14.11.2016). [in Russian]