CC BY
15
ПОДГОТОВКА И ПЕРЕПОДГОТОВКА ИНЖЕНЕРНЫХ И НА УЧНЫХ КАДРОВ
УДК 658.26; 075.8
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ
ПО ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В.М. Степанов, В.С. Косырихин
Рассмотрены методы, этапы и задачи проектирования электроэнергетических систем и электросетевых объектов, стадии и причины проектирования и экономические предпосылки проектирования электроэнергетических систем.
Ключевые слова: электроэнергетические системы, электросетевые объекты, технико-экономическое обоснование, энергетическая программа, технический проект, схемы развития единой энергетической системы и объединенных электрических систем (ОЭС).
Проектирование электроэнергетических систем и электросетевых объектов должно базироваться на основе технико-экономического обоснования их типологии и структуры управления, надежности генерации и распределения электрической энергии, ее качества и наименьших затрат при их эксплуатации.
Это важно при выполнении расчетно-графических работ, курсовых работ и проектов, выпускных квалификационных работ и магистерских диссертаций.
На первой стадии разработки проекта следует сформулировать основные задачи, которые должны быть в нем рассмотрены. Их решение определяется особенностями района, в котором находятся предполагаемые потребители электрической энергии, и свойствами самих потребителей. Поэтому в проекте приводятся основные данные, характеризующие район расположения потребителей электрической энергии, а также энергетические источники, местные электростанции и энергоресурсы. В частности, должно быть освещено следующее:
1) географическое расположение района, подлежащего электрификации, его площадь, численность населения, число городов, поселков, колхозов;
2) климатические особенности района, высшая, низшая и среднегодовая температуры, наблюдаемые гололедные образования, отмечаемые скорости ветра и его направления;
3) данные о потребителях электрической энергии, их географическом расположении, мощности с учетом перспективного развития на 5... 10 лет, отнесение потребителей к категориям по степени их ответственности;
4) природные ресурсы района и их использование;
5) сведения об энергоисточниках района.
Если задача проекта состоит в расширении существующей сети должны быть приведены сведения о ее параметрах. Проектирование электрических систем, как правило, не начинается «с нуля». Электрические системы формируются из работающих станций, энергоузлов, часто из уже существующих более мелких систем. Их географическое расположение, народнохозяйственная значимость и перспективный план дальнейшего развития - важнейшие факторы, на основании которых определяются экономические предпосылки проектирования энергоистем. Основная задача проектирования электрической системы состоит в выборе ее оптимальной структуры, т.е. в отыскании оптимального варианта развития генерирующих мощностей энергосистемы в совокупности с системообразующими линиями электропередачи. Проектом должно предусматриваться сооружение таких новых электростанций и электропередач, при которых можно будет достичь наиболее экономичных показателей создаваемой электрической системы.
В экономических предпосылках для проектирования электрических систем, кроме общих принципиальных положений, определяемых закономерностями развития народного хозяйства, содержится ряд положений, которые зависят от конкретных условий. Для определения конкретных экономических предпосылок необходимо произвести предварительные исследования по следующим направлениям:
1) выявить электропотребление, его объем и размещение, изменение электропотребления во времени (графики нагрузки);
2) рассмотреть топливные ресурсы, возможности создания тепловых электростанций, потребность в тепловой энергии для промышленности и бытовых нужд;
3) обследовать водные ресурсы, произвести водноэнергетические и водохозяйственные расчеты, проанализировать необходимость построения гидростанций;
4) оценить возможности нетрадиционных источников энергии (ветер, солнце, биомасса и др.).
Подробная разработка перечисленных вопросов позволит выявить и обосновать экономические предпосылки развития электрических систем.
Задача проектирования электрических систем состоит в установлении наилучших путей их развития, определении объектов нового энергетического строительства и сроков их ввода с расчетом покрытия энергетических потребностей при наиболее благоприятных технико-экономических показателях. Проектирование электрических систем должно включать техническое и экономическое обоснование развития электрических станций, электрических сетей и средств их эксплуатации, в том числе средств управления.
Проектирование электрических систем осуществляв в следующем порядке. Прежде всего, составляется технико-экономический доклад (или энергетическая программа), в котором предусматривается решение принципиальных вопросов на перспективу (15 - 20 лет). В технико-экономическом докладе (энергетической программе) устанавливаются:
1) оптимальные пропорции развития различных типов электростанций (КЭС на разных видах топлива, ТЭЦ, ГЭС, АЭС), условия их использования и основные параметры;
2) главные принципы построения ЕЭС (определение направлений и параметров дальних передач, выбор системы напряжений основной сети ЕЭС и т.п.) и принципиальные вопросы организации ЕЭС и управления ею;
3) размеры капиталовложений и материальных ресурсов, необходимых для намечаемого развития энергетики.
На основании энергетической программы формулируются требования к смежным отраслям промышленности (энергомашиностроительной, электротехнической, топливной), принимаются решения о направлениях научно-исследовательских работ, готовится технико-экономическое обоснование сооружения крупных электростанций, выбираются параметры нового энергетического и электротехнического оборудования.
В дальнейшем проектировании, осуществляемом на основании энергетической программы, предусматривается составление схем развития (системы, линий передачи, распределительных сетей, организации эксплуатации, в том числе диспетчерского управления) и технического проекта, включающего вопросы системной автоматики.
Схемы развития единой энергетической системы и объединенных электрических систем (ОЭС), обычно разрабатываемые на 5 лет с учетом последующих 5 - 7 лет, представляют собой такие проектные материалы, на основании которых формируются средства на проектирование электростанций, линий электропередачи и подстанций основной сети.
В задачи разработок схем входят: обоснование рекомендаций по размещению, мощности и очередности строительства отдельных электростанций на перспективу до 10 лет, выбор конфигурации, параметров и оче-
159
редности развития основной сети, выявление основных требований к про-тивоаварийной автоматике. На основании полученных схем оцениваются потребности в капиталовложениях, топливе, оборудовании.
Схемы развития отдельных электрических систем подготавливаются после разработки схем ЕЭС и ОЭС. Они обычно составляются более подробно на 5 лет, при этом учитывается дальнейшая перспектива их роста, которая также охватывает примерно пятилетний период. Разработка схем развития электрических систем включает следующее:
1) составление балансов активной и реактивной мощностей и энергии, выбор оптимальных источников энергии и обеспечение достаточной надежности работы;
2) расчет основных показателей суммарного потребления энергии, что в значительной мере содействует успешному решению задач проектирования;
3) определение конфигурации, параметров и очередности строительства сетей;
4) выявление необходимых объемов капиталовложений в оборудование всех видов (всех типов электростанций и подстанций).
Проектирование электрических сетей осуществляется в иерархической последовательности (рисунок). На базе выбора принципиальных решений по развитию ЕЭС и ОЭС разрабатываются проекты отдельных районных энергосистем. Эти проекты служат основой для проектирования новых распределительных сетей, отдельных линий и подстанций.
К задачам проектирования электрической сети относятся:
- разработка и обоснование решений по развитию сети;
- выбор конфигурации и параметров сети;
- выбор мощности, мест размещения и типа компенсирующих устройств;
- выбор способов и средств регулирования напряжения;
- определение очередности строительства сетевых объектов и необходимых капитальных затрат.
Основными необходимыми данными при проектировании развития электрической сети являются:
- взаимное расположение существующих и новых источников питания и пунктов потребления;
- схема и параметры существующей сети;
- значения наибольших активных нагрузок на шинах низшего напряжения подстанций и их cos ф;
- суточные графики активных нагрузок или значения наименьших нагрузок;
- динамика изменения нагрузок по годам.
Проект развития электрической сети обычно содержит следующие разделы:
- анализ существующей сети;
- определение электрических нагрузок и составление балансов активной и реактивной мощностей;
- выбор расчетных режимов электростанций и подстанций;
- электрические расчеты различных режимов, обоснование номинального напряжения и схемы построения сети;
- составление баланса реактивных мощностей, выявление условий регулирования напряжения и обоснование точек размещения.
- расчет токов короткого замыкания и установление требований к коммутационным аппаратам;
- стоимостные показатели и очередность развития сети;
- суточные графики активных нагрузок или значения наименьших нагрузок;
- динамика изменения нагрузок по годам.
Схема развития ЕЭС и ОЭС
ч г
Схемы развития районных энергосистем
Схемы развития распределительных сетей 110 кВ и выше
Схемы развития распределительных сетей 33 кВ
Схемы развития распределительных сетей 6...10 кВ
Этапы проектирования электрических сетей
Схемы организации эксплуатации электрических систем выполняются в соответствии со схемами развития энергосистем. При их составлении намечаются способы ремонтного обслуживания электростанций, ре-монтно-эксплуатационного и оперативного обслуживания электрических сетей, организации диспетчерского управления, выполнения каналов связи и схем телемеханики, создания структуры административного управления энергосистемой. В соответствии с полученными материалами устанавливаются объемы капиталовложений в технические средства, которые необходимы для эксплуатации. После осуществления этих работ составляются
161
схемы развития средств диспетчерского и административного управления системами. На данном этапе проектирования дается технико-экономическое обоснование организации и развития средств автоматического регулирования, вычислительной техники, телемеханики и связи и рассматриваются такие вопросы:
1) структура диспетчерского управления и основное оборудование диспетчерских пунктов;
2) виды необходимого автоматического регулирования, телемеханики, вычислительной техники и связи;
3) схемы каналов связи, телемеханики и автоматического регулирования;
4) объемы капитальных вложений.
Технический проект противоаварийной автоматики системы выполняется после утверждения схем развития. При выполнении технического проекта разрабатываются структурная схема противоаварийной автоматики и схемы размещения устройств по объектам. Этой работе предшествует расчет режима электрической системы, в том числе анализ статической и динамической устойчивости, учитывающий структурную схему автоматики средства улучшения устойчивости.
Технико-экономическое обоснование решений, принимаемых при проектировании электрических систем, сводится к сопоставлению вариантов выполнения схем, проектов для системы в целом или для отдельных ее элементов. Сравниваемые варианты должны быть технически сопоставимыми, т. е. позволять выполнять необходимую задачу при удовлетворении всех технических требований, установленных соответствующими нормами, обеспечивая при этом необходимую надежность. Они должны быть также экономически сопоставимыми, т.е. давать одинаковый производственный эффект (включая неэнергетическую продукцию, если рассматриваются комплексные объекты) и учитывать весь комплекс народнохозяйственных затрат, которые связаны с его достижением (с учетом затрат, вложенных в смежные звенья энергетики и сопряженные отрасли народного хозяйства). Варианты оцениваются и по показателям, которые сопоставимы с точки зрения полноты учета конкретных условий сооружения и эксплуатации объектов, уровня применяемых цен и тарифов, уровня техники строительных работ и т. д.
Расчетный срок, для которого сравниваются варианты структуры энергосистем и схемы основных сетей, 10 лет, варианты распределительных сетей, 5 лет. Обычно для энергетических объектов (систем и др.) экономические зависимости в области минимума имеют весьма пологий характер.
Поэтому часто могут появляться варианты, отличающиеся по приведенным затратам не более чем на 3...5 %. Такие варианты считаются равноэкономичными, и в пределах зоны равноэкономичности лучший ва-
риант выбирается уже не по технико-экономическим показателям, а по оценке тех качеств варианта, которые не учитывались при сравнении (перспективность, надежность, конъюнктура получения оборудования, степень влияния на биосферу, демографические и социальные факторы и т.д.).
Вследствие неопределенности исходной информации, положенной в основу принятия решений, рекомендуется производить анализ вариантов и их технико-экономическую оценку для различных альтернатив исходных показателей, например для разных уровней потребления энергии, размещения потребителей и электростанций, а также применять специальные методы исследований.
Список литературы
1. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание. СПБ.: ДЕАН, 2011. 176 с.
2. Степанов В.М., Косырихин В. С. Расчет и проектирование элек-тропитающих систем: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 350 с.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, директор УТЦ «Энергоэффективность», energy®,tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Косырихин Виктор Семенович, канд. техн. наук, доц., rerugyatuu.tula.uu, Россия, Тула, Тульский государственный университет
IMPROVING THE QUALITY OF TRAINING IN TECHNO-ECONOMIC DESIGN OF ELECTRICAL POWER SYSTEMS
V.M. Strpaeov, V.S. Kouyuikhie
Examieru thr methods, utagru aed objectives fou thr druige of rlrctuic powru uyutrmu aed rlrctuic guid facilitiru, utagru aed cauuru of thr druige aed rcoeomic backguoued of dr-uigeieg rlrctuicalpowru uyutrmu.
Kry woudu: powru uyutrmu, rlrctuic facilitiru, frauibility utudy, rerugy puoguam, trcheicalpuojrctu, uchrmru fou thr drvrlopmret of thr ueifird rerugy uyutrm aed ueifird rlrctuic uyutrmu (UES).
Strpaeov Vladimiu Mikhailovich, doctou of trcheical ucirecru, puofruuou, thr hrad of chaiu, diurctou of thr tuaieieg cretru «Eerugy rfficirecy» energy(Уa,tsu.tula.ru. Ruuuia, Tula, Tula Statr Ueivruuity,
Kouyuikhie Victou Srmreovich, caedidatr of trcheical ucirecru, docret, reru-gyatuu. tula.uu, Ruuuia, Tula, Tula Statr Ueivruuity
