CC BY
27СТАТКОМ, ФПУ, управляемые БСК. Эти устройства имеют различные области применения, параметры, принципы работы, однако все они служат для регулирования уровней напряжения и оптимизации потоков реактивной мощности. На основе анализа их технических характеристик рассмотрен эффект, ожидаемый их от применения в сетях разных номинальных напряжений и протяженностей. Используя данные устройства, можно оптимизировать поток реактивной мощности и напряжение в узлах, а тем самым повысить надежность работы электроэнергетической системы, минимизировать потери активной мощности в электрических сетях и обеспечить эффективность функционирования ЭЭС.
1. Рырсалиев, А.С. Компенсация реактивной мощности в распределительных сетях с целью экономии энергоресурсов / А.С. Рырсалиев, С.М. Суеркулов // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. -Электрон. дан. - 2016. - № 1. - С. 137-139. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/joumal/issue/300121. — Загл. с экрана
2. Информационно-справочное издание «Новости ЭлектроТехники». Реактивная мощность в электрических сетях технологии управляемой компенсации. - Режим доступа: http://www.news.elteh.ru/arh
3. Информационно-справочное издание «Новости ЭлектроТехники». Соколов С., Долгополов А. Управляемые реакторы. - Режим доступа: http://www.news.elteh.ru/arh/2012/75/04.php
4. Железко, Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электрической энергии: Руководство для практических расчетов. - М.: ЭНАС, 2009. - 456 с.
УДК 621.315
А.О. Варыгина, Н.В. Савина
РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ВЫБОРА СЕЧЕНИЙ ПРОВОДНИКОВ И ИХ АДАПТАЦИЯ
К СОВРЕМЕННЫМ УСЛОВИЯМ
В статье представлен обзор развития методов выбора сечений проводников линий электропередачи, а также дана оценка их соответствия современным условиям.
Ключевые слова: сечение проводника, ЛЭП, электросетевой комплекс, метод выбора, экономическая плотность тока, экономические токовые интервалы.
THE DEVELOPMENT OF METHODS OF CONDUCTORS CROSS-SECTION SELECTION AND THEIR ADAPTATION TO MODERN CONDITIONS
The article provides an overview of the development of methods for selecting conductor cross-sections of power transmission lines, as well as an assessment of their compliance with modern conditions.
Key words: conductor cross-section, power transmission line, electric grid complex, selection method, economic current density, economic current intervals.
Линии электропередачи (ЛЭП) представляют собой один из основных элементов электроэнергетической системы любого уровня иерархии, а сечение проводов является важнейшим параметром ЛЭП. С увеличением сечения проводов линии возрастают затраты на ее сооружение и отчисле-
ния от них. Одновременно уменьшаются потери электроэнергии и стоимость их за год. Технически грамотный выбор экономически обоснованных сечений проводников линий электропередачи способствует повышению конкурентоспособности энергоснабжающих организаций, повышению надежности электроэнергетической системы в целом и снижению издержек на транспорт электроэнергии.
Важным влияющим фактором на выбор сечения является многообразие технических решений для электросетевого комплекса в части конструкции проводников. Номенклатура проводов новых конструкций, выпускаемых зарубежными компаниями (3M, Nexans, General Cable, J-Power Systems, VISCAS, Southwire, Lamifil, Lumpi-Berndorf идр.), а также отечественными заводами («Кирскабель», «ЭМ-КАБЕЛЬ» и др.) достаточно разнообразна и насчитывает вместе с модификациями около двух десятков наименований [8]. Такой всплеск предложения обусловлен как техническим прогрессом и рыночными условиями, так и активно развивающимся направлением инновационного преобразования электроэнергетики на базе концепции Smart Grid - «интеллектуальной (умной) сети (энергосистемы)».
В связи с этим на сегодняшний день вопросы выбора сечений проводников не просто не потеряли своей актуальности, а вышли на принципиально новый уровень постановки задачи. Целью нашей статьи являются систематизация информации по развитию методов выбора сечений проводников, а также качественный анализ их адаптации к современным условиям.
В 40-х гг. ХХ в. выбор сечения проводников определялся плановой экономикой СССР. Практиковалось введение различных коэффициентов дефицитности на цветной металл, превышающих установленную стоимость в пятикратном размере. В то же время пренебрежение потерями энергии было почти правилом. Поэтому введение таблицы экономической плотности тока (ЭПТ) стало большим достижением в деле упорядочения соотношений между капитальными вложениями в электрические сети и потерями энергии [1].
Начало исследований и дискуссий по этому вопросу относится к периоду электрификации СССР и связано с именами А.А. Глазунова, П.Г. Грудинского, Е.Н. Приклонского, С.А. Кукель-Кра-евского, Д.С. Лившица, И.А. Будзко, Л.М. Зельцбурга, М.С. Левина, И.Б. Пешкова, А.А. Федорова.
О методах расчета экономической плотности тока говорится в работах В.И. Идельчик, В.А. Веникова, А.А. Герасименко, В.М. Блок, Ю.Н. Астахова. В основу расчета легла величина приведенных затрат, но предлагался и подход по расчету затрат в течение всего «срока жизни» объекта.
Суть ЭПТ можно представить формулой, не использующейся для ее определения [9]:
где ¡5 - стоимость потерь электроэнергии, руб/(кВт-ч): р - удельное сопротивление материала прово-
нагрузкой потери электроэнергии за год те же, что и при работе по реальному графику нагрузок); Ь -
мость металла, опор, арматуры); аЭ - ежегодные отчисления на амортизацию и текущий ремонт линии в о.е., 1/год.
Значения экономической плотности тока для кабелей с алюминиевыми и медными жилами, резиновой, пластмассовой и бумажной изоляцией в зависимости от числа часов использования максимума нагрузки впервые были установлены в нашей стране в 50-х гг. ХХ в. И для 50-х гг. этот метод был передовым: ведь впервые были учтены экономические факторы. Но таблицы ЭПТ не учитывают ни ступенчатости сечений, ни изменения цен, они были даны только для чрезмерно широких диапазонов числа часов использования максимума, а также не учитывали ряда других факторов.
В печати, в частности на страницах журнала «Электричество», это породило активные дискуссии о целесообразности применения метода ЭПТ для выбора сечений линий электропередачи.
(1)
да, Ом-мм2/м; т- время наибольших потерь, ч (т.е. время, за которое при работе с наибольшей
часть удельных капитальных вложений, пропорциональная сечению провода, руб/(км-мм2) (стои-
Так, в 1945 г. В.М. Блок предложен метод выбора сечения проводников по экономическим токовым интервалам. Для определения предельных экономических токовых нагрузок было предложено сопоставление приведенных затрат для двух смежных стандартных сечений проводов (жил) линии электропередачи. В результате можно определить предельный ток, при котором экономически целесообразен переход от меньшего сечения к большему. В результате построения указанных зависимостей для ряда стандартных сечений можно получить серию пересекающихся параболических кривых. Точки их пересечения дают величины тока, при котором экономически целесообразен переход от одного сечения к другому. Суммарное сечение проводников ВЛ принимается по расчетным таблицам в зависимости от расчетного тока, напряжения, материала и цепности опор, района по го-лоледности и региона страны.
Этот метод свободен от многих недостатков метода ЭПТ (например, учтена ступенчатость сечений), но, как и в методе ЭПТ, при определении потерь электроэнергии используется максимальный ток и время максимальных потерь электроэнергии, что приводит к завышению этих потерь.
Время максимальных потерь можно рассчитать по формуле [5]:
т = (0,124 + Тнб -104)2 • 8760, (2)
где Тнб - число часов использования максимальной нагрузки.
Таким образом, формула устанавливает связь между Т и Тнб. Недостатком ее является то, что определение Тнб связано с некоторыми трудностями и допущениями. К тому же в течение суток или сезона потребляемая нагрузка изменяется, а с применением Тнб в итоге получается необоснованное завышение искомых значений.
Предлагалась также методика определения экономических интервалов мощности. Но она было признана менее универсальной в связи с тем, что эти интервалы могут быть построены только при заданной величине коэффициента мощности, который может значительно изменяться в зависимости от функционального назначения линии.
Интерес к проблеме выбора сечений проводников не утихает до сих пор, что подтверждается работами Э.Н. Зуева, С.Н. Ефентьева, И.Н. Ковалева, А.В. Ляхомского, А.С. Мартьянова, М.А. Оси-пова, Г.Е. Поспелова, В.С. Степанова, Т.Б. Степановой, В.П. Фрайштетера и др.
В своих трудах Э.Н. Зуев и С.Н. Ефентьев отмечают, что использование разработанных несколько десятилетий назад и базирующихся на исходных данных соответствующей давности зон экономически целесообразного применения различных номинальных напряжений, границ экономических токовых интервалов сечений проводов воздушных линий (ВЛ) и значений ЭПТ следует считать «по меньшей мере странным», ведь они «не отвечают современным реалиям» [3, 6, 7].
В работе [14] доказано, что применение в расчетах устаревших данных по капиталовложениям, амортизационным отчислениям на реновацию, ремонт и обслуживание, а также по ставке на оплату потерь электроэнергии приводит к завышению искомого сечения проводов ВЛ. Значения экономической плотности тока, приведенные в [13], и значения экономических токовых интервалов, представленные в [18], не соответствуют современным экономическим условиям.
В.П. Фрайштетер и А.С. Мартьянов также обращают внимание, что «приведенные в ПУЭ нормативы ЭПТ устарели» [16]. Авторами были получены новые значения ЭПТ для выбора сечений проводов и жил кабелей напряжением 0,66, 1 и 6 кВ.
В работах И.А. Суворовой говорится, что набор экономических параметров, определяющих величину ЭПТ, расширился и их нельзя считать абсолютно установившимися в ближайшие 10-15 лет, а, следовательно, нельзя положить их в основу нормирования ЭПТ [15]. Следовательно, появляется необходимость пересчета показателей экономической плотности тока для различных вариантов. Автором выполнен пересчет ЭПТ на классы напряжений 10-35 кВ.
Э.Н. Зуевым были получены новые значения экономической плотности тока для воздушных линий электропередачи (ВЛ) 110 кВ, сооружаемой в III районе по гололеду на стальных одноцепных опорах [7].
Н.С. Волотковская [2] в своей работе отмечает, что расчеты сечения проводов или кабеля по нормированной ПУЭ экономической плотности тока в наше время не дают желаемого минимума суммарных затрат.
Таким образом, большое количество работ направлено на пересчет ЭПТ: как известно, значение экономической плотности тока необходимо для проверки проводников и используется на практике для выбора сечения проводников. Более того, значения ЭПТ закреплены в [13].
Однако все эти пересчеты носят частный характер и не отражают физической сущности передачи электрического тока по проводникам, и современные экономические условия, и развивающиеся инновационные технологии.
Как уже неоднократно указывалось, метод ЭПТ несовершенен и его применение приводит к перерасходу средств, что недопустимо, особенно с учетом современных условий функционирования электроэнергетических систем.
В подтверждение рассмотрим в качестве примера произвольную линию электропередачи 110 кВ, расположенную во II районе по гололеду (Сибирь), одноцепного исполнения на железобетонных опорах, с числом часов использования максимума нагрузки 3500, для которой величина максимального тока составляет 160 А. Согласно [13], значение экономической плотности тока будет равно 1,1 А/мм2. Тогда в соответствии с методом ЭПТ данную линию следует выполнить проводом АС-150/24 (стоимость 120840 руб/км [10], длительно допустимый ток 365 А [11]), а согласно методу экономических токовых интервалов должен быть провод АС-120/19 стоимостью 97030 руб/км [10], с длительно допустимым током 313 А [11]. В то же время при изменении региона (например, на Дальний Восток) результаты выбора стали бы следующими: метод ЭПТ - АС-150/24, а метод экономических токовых интервалов - АС-240/32 (стоимость 190570 руб/км [10], длительно допустимый ток 505 А [11]). Таким образом, в первом случае (Сибирь) наблюдается завышение сечения методом ЭПТ, во втором (Дальний Восток) - завышение сечения методом экономических токовых интервалов. Экономическую составляющую выбора можно наглядно увидеть, исходя из приведенных стоимостных характеристик 1 км провода.
В каждом отдельном случае проектировщик будет решать самостоятельно, каким способом воспользоваться и какое решение принять в итоге.
А.А. Геркусовым справедливо замечено, что сегодня среди проектировщиков электрических сетей отсутствует консолидированное и научно обоснованное решение относительно конкретно применяемой методики для выбора марки и сечения проводов вновь проектируемых ЛЭП.
Другие исследователи пошли иным путем, предлагая модернизировать подходы к выбору сечений проводников.
Вопросы по оптимизации эксплуатационных режимов электрических сетей в части выбора экономически целесообразных сечений проводников рассмотрены в работах Е.А. Пановой и А.В. Кочкиной [12]. В статье приводится метод покоординатного спуска с использованием уточненных моделей воздушных линий электропередачи.
Эффективный и достаточно точный метод экономического выбора медных кабелей рассмотрен в работах зарубежных авторов MinghuiChen, XiangzhenHe, FushuanWen, S.N. Singh.
С.Н. Ефентьевым в [4] разработаны технико-экономические модели линии электропередачи, которые автор предлагает положить в основу методов выбора сечений проводов и жил кабелей в современных условиях. Там же для выбора сечений предлагается использовать так называемые универсальные номограммы, полученные при помощи функции единого обобщенного параметра, аккумулирующего большинство варьируемых факторов. Универсальная номограмма позволяет определить
значение экономической плотности тока при любом сочетании исходных данных, не выходящих за определенные пределы. С.Н. Ефентьев обращает внимание, что закрепление в ПУЭ на долговременную перспективу фиксированных нормированных значений ЭПТ в современных условиях не является ни целесообразным, ни необходимым.
В то же время существует точка зрения, высказанная В.А. Шлайфштейном, Л.В. Тимашовой и В.А. Костюшко, о целесообразности сохранить принятую в России методику выбора сечения проводов [17].
Обсуждения подходов и методик выбора экономически целесообразных сечений проводников идут до сих пор, но единой позиции так и не выработано.
Новые условия изменили требования, предъявляемые к сетям, возникла необходимость в коренном их обновлении, создании сетей нового поколения, отвечающих экономико-экологическим требованиям и современному техническому уровню распределения энергии в соответствии с потребностями пользователей.
Современные условия и реалии указывают на то, что решения при проектировании линий электропередачи, принятые на основе критерия приведенных народнохозяйственных затрат, уже не эффективны, а следовательно, методы и инструменты, основанные на них (общераспространенные ЭПТ и экономические токовые интервалы), подлежат пересмотру и доработке.
Основываясь на вышесказанном, можно утверждать, что совершенствование методов выбора сечений проводников является актуальной задачей, оптимальное решение которой в современных условиях до сих пор не найдено и принципиально не может основываться на существующих подходах.
1. Блок, В.М. Выбор оптимальных сечений проводов и кабелей с учетом экономических интервалов /
B.М. Блок, Р.Э. Зеберг, С.А. Гусева // Электричество. - 1964. - № 5. - С. 13-16.
2. Волотковская, Н.С. Выбор сечения ЛЭП по минимуму затрат // Вестник ЯГУ. - 2006. - Т. 3, № 3. -
C. 52-55.
3. Ефентьев, С.Н. Экономические токовые интервалы сечений проводов воздушных линий - вчера, сегодня, завтра / С.Н. Ефентьев, Э.Н. Зуев // Электро. - 2005. - № 3. - С. 43-48.
4. Ефентьев, С.Н. Развитие методики технико-экономического анализа при выборе основных параметров электрических сетей с учетом неопределенности исходной информации: Дис. ...канд. техн. наук. - М., 2004. -205 с.: ил.
5. Железко, Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: руководство для практических расчетов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 176 с.
6. Зуев, Э.Н. Выбор основных параметров линий электропередачи районных электрических сетей в современных условиях. - М.: Информэлектро, 2003. - 64 с.
7. Зуев, Э.Н. К вопросу об актуализации нормативов на экономическую плотность тока // Электро. -2002. - № 6. - С. 39-45.
8. Зуев, Э.Н. О классификации инновационных конструкций проводов воздушных ЛЭП // Кабель-news. -2013. - № 3. - С. 18-23.
9. Идельчик, В.И. Электрические системы и сети: учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 592 с.
10. Кабель-Провод. Провод неизолированный. АС // ЭлектроКомплект-Сервис. - Режим доступа: https://e-kc.ru/price/provod-as (дата обращения 25.03.2018).
11. Неклепаев, Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учеб. пособие для вузов / Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. - Изд. 4-е, пере-раб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.
12. Панова, Е.А. Постановка задачи выбора оптимальных сечений проводников электрических сетей с использованием уточненной схемы замещения воздушных линий электропередачи / Е.А.Панова, А. В. Кочкина // Электротехника. Электротехнология. Энергетика: сб. науч. трудов VII Международной научной конференции молодых ученых / Новосибирский государственный технический университет; межвузовский центр содействия научной и инновационной деятельности студентов и молодых ученых Новосибирской области. - Новосибирск, 2015. - С. 225-228.
13. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). - Изд. 7-е. - СПб.: ДЕАН, 2008. - 704 с.
14. Савина, Н.В. Оценка целесообразности применения методов экономической плотности тока и экономических токовых интервалов в современных условиях / Н.В. Савина, Д.А. Цысь // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». - 2017. - Т. 17, № 1. - С. 34-41.
15. Суворова, И.А. Выбор сечений проводников и рациональных напряжений распределительных электрических сетей в современных условиях: Дис. .канд. техн. наук. - Киров, 2015. - 168 с.: ил.
16. Фрайштетер, В.П. Выбор экономически обоснованного сечения проводов и жил кабелей линий электропередачи при проектировании / В.П. Фрайштетер, А.С. Мартьянов // Нефтяное хозяйство. - 2011. - № 4. -С. 117 - 121.
17. Шлайфштейн, В.А. К вопросу выбора сечения проводов воздушных линий электропередачи напряжением 220-750 кВ / В.А. Шлайфштейн, В.А. Костюшко, Л.В. Тимашова // Энергия Единой сети. - 2016. - № 2 (25) -С. 44-49.
18. Электротехнический справочник: В 4 т. / под ред. В.Г. Герасимова, А.Ф. Дьякова, Н.Ф. Ильинского и др. - Изд. 9-е, стер. - М.: Изд-во МЭИ, 2004. - Т. 3: Производство, передача и распределение электрической энергии. - 964 с.
УДК 621
В.С. Гусенков
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕРЕВЬЕВ ОТКАЗОВ ТЭС ДЛЯ АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ
Статья посвящена применению методов диагностики в электроэнергетике, позволяющих оптимизировать работу оборудования и повысить его надежность.
Ключевые слова: диагностика, надежность, мониторинг.
USE FAULT TREE TO ANALYZE THE IMPACT OF VARIOUS FACTORS
The article is devoted to the application of diagnostic methods in the electric power industry, allowing to optimize the operation of equipment and to increase efficiency.
Key words: diagnostics, reliability, monitoring.
Расход электроэнергии на собственные нужды теплоэлектроцентрали с теплофикационными турбинами (ТЭЦ) включает расход электроэнергии на собственные нужды, связанные с выработкой электроэнергии, и расход электроэнергии на собственные нужды, связанные с отпуском тепловой энергии.
К наиболее ответственным механизмам собственных нужд относятся те, остановка которых может привести к повреждению котла, турбины, генератора либо к нарушению технологического режима, требующего остановки или снижения нагрузки котлов. В первую очередь к этой группе относятся питательные и бустерные насосы, а также тягодутьевые механизмы.
Прекращение подачи воды в котел требует принятия практически немедленных мер к снижению его нагрузки, а в дальнейшем - к остановке.
Остановка одного из дутьевых вентиляторов или дымососов нарушает равномерность распределения воздуха между горелками. Кроме того, за счет обратного перетока воздуха через остановленный агрегат уменьшается общая его подача в топку котла, а нагрузка блока снижается на 40-50%. Остановка всех дутьевых вентиляторов требует остановки котла. При остановке всех дымососов котел может работать с пониженной производительностью под наддувом, но продолжительность такой работы ограничена. Для обеспечения правильной работы котла тягодутьевые механизмы должны не менее 10 мин. работать перед растопкой и после остановки котла [2].
