CC BY
74
УДК 621.311: 628.26 (075.8)
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
И.А. ХАТАНОВА, Д.В. ХАТАНОВ Казанский государственный энергетический университет
Рассмотрена методика выбора электрооборудования по технико-экономическим показателям. Разработана программа для автоматизации расчётов по технико-экономическому выбору электрооборудования распределительных устройств. Выполнен технико-экономический анализ КРУ 10 кВ отечественных производителей.
Ключевые слова: электрооборудование, распределительные устройства, комплектные распределительные устройства (КРУ), технико-экономический анализ.
В настоящее время производители предлагают огромное количество электрооборудования на аналогичные технические параметры [1].
Целью статьи является ознакомление широкого круга потребителей с методикой автоматизации выбора электрооборудования по технико-экономическим показателям, которая может быть использована при проектировании и реконструкции распределительных сетей.
Распределительные устройства (РУ) являются составной частью электрооборудования электростанций и подстанций и широко применяются в сельских, городских и промышленных распределительных сетях. РУ предназначены для приёма и распределения электроэнергии. Они представляют собой совокупность коммутационных аппаратов, сборных и соединительных шин, устройств релейной защиты и автоматики и другого вспомогательного электрооборудования. В настоящее время на номинальное напряжение 6-35кВ преимущественное распространение получили комплектные РУ (КРУ), которые изготавливают в заводских условиях и поставляют потребителю либо полностью, либо в виде отдельных элементов (ячеек или блоков) для монтажа на месте эксплуатации. В зависимости от вида установки устройства (внутренняя или наружная), климатических условий, типа применяемого коммутационного аппарата и других факторов состав ячеек КРУ может быть различный. Все возможные схемы исполнения ячеек приводятся в справочной литературе и соответствующих технических описаниях.
Для РУ, выполненных по простейшим схемам, применяют камеры КСО. Простое исполнение и невысокая стоимость камер КСО создают им преимущества по сравнению с более дорогими камерами серии КРУ. Поэтому их целесообразно применять на подстанциях небольшой и средней мощности.
При проектировании электростанций и подстанций, составной частью которых являются РУ, их выбирают по техническим показателям (по номинальным параметрам установленного электрооборудования и параметрам наиболее тяжелого режима короткого замыкания [2]). В соответствии с существующей методикой технико-экономических расчётов в энергетике экономическими показателями проекта являются капитальные вложения (в том числе затраты на РУ) и ежегодные эксплуатационные расходы (на эксплуатацию и обслуживание РУ). Обычно, в зависимости от опыта и интуиции разработчика, рассматривают 2-5 вариантов проекта, соответствующих техническим и
© И.А. Хатанова, Д. В. Хатанов Проблемы энергетики, 2011, № 1-2
экономическим требованиям. Время и расходы на проектирование можно существенно сократить, применяя методику выбора электрооборудования по технико-экономическим показателям, которая позволяет на этапе, предшествующем проектированию, выбрать оптимальный вариант не на интуитивном уровне, а по количественным оценкам. Использование указанной методики требует большого объёма вычислений, для автоматизации которых разработана программа для персонального компьютера. Расчёты по выбору электрооборудования по технико-экономическим показателям выполнены в среде табличного процессора Excel. Расчётные формулы для расчёта на персональном компьютере и последовательность выполнения расчётов поясняет алгоритм на рис. 1. Исходные данные и результаты выбора КРУ 10 кВ отечественного производства приведены в табл. 1. На рис. 1 и в табл. 1 приняты следующие обозначения: ранг (приоритетность) параметра (Л) - наиболее высокий ранг присваивают параметру, который является приоритетным для выбора РУ в конкретных условиях эксплуатации; вес параметра (V) - самое большое значение имеет электрооборудование того производителя, который обеспечит наиболее высокие технические показатели либо наиболее низкие экономические (цена, затраты на эксплуатацию и др.); количество рассматриваемого оборудования (I); Балл (B) - суммарное среднеарифметическое значение технико-экономического показателя для каждого электрооборудования.
Таблица 2
Основные технико-экономические параметры КРУ 10 кВ
Параметры КРУ «Волга» КРУ 6(10) кВ «Онега-М» КРУ «ELTEMA» КС-10 (аналог Б-12Р)
Изготовитель ПО «Элтех-ника» ПО «Элтех-ника» ЗАО «Электрон-маш» ГК «Техэнерго-комплекс»
Номинальный ток сборных шин, А 1000,1250,2000, 2500,3150 630 630,1000,1250, 1600,2500,3150 1000,1600,2000, 2500,4000
Номинальный ток отключения выключателей, кА 20;25;31.5 20 12.5;20;25;31.5; 40;50 20
Ток электродинамической стойкости, кА 51;64;81 51 81 51
Ток термической стойкости, кА(3с) 20;25;31.5 20 12.5;20;25;31.5; 40;50 20
Стоимость высоковольтного выключателя (определяется в зависимости от условий заказа), руб. 110870 110870 149565 97519
Ввод исходных данных {ИД): параметры m оборудование п;ранг R{m);eec V(n,m)
Расчёт весовых значений оборудования УУ(п,т)=У(п,т)*К(т)
Расчёт суммарных весовых значений оборудования В{п)= V \/(п,т)
Расчёт среднеарифметических весовых значений оборудования (балл Вй) Вз=В(п)/п
Печать ИД и Bs
Рис. 1. Алгоритм расчёта
Приоритетность, вес, количество электрооборудования можно задавать различнымии, в зависимости от конкретных потребностей заказчика и условий эксплуатации электроустановки. Наилучшим является оборудование с наиболее высоким баллом, который определяет оптимальные технико-экономические показатели.
Применение методики выбора РУ по технико-экономическим показателям рассмотрим на примерах КРУ 10 кВ отечественного и зарубежного производства [1]. Первичный технико-экономический анализ показал, что отечественное электрооборудование не уступает зарубежным аналогам по техническим параметрам, но существенно дешевле. Поэтому далее рассмотрим ряд технических решений ведущих производителей КРУ: ПО «Элтехника», ЗАО «Электронмаш» и ГК «Техэнергокомплекс».
КРУ «Волга» (рис. 2) предназначено для работы в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 6(10) кВ, с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью.
Главная особенность КРУ «Волга» 6(10) кВ - модульная конструкция. Каждая ячейка КРУ состоит из нескольких функциональных модулей, сборка которых осуществляется на специализированных технологических линиях, что существенно повышает качество модулей и изделия в целом.
Прогрессивная компоновка выкатного элемента КРУ, применение современных устройств РЗА и АСУТП, оригинальные конструкторские решения, обеспечивающие безопасность персонала при эксплуатации и удобство в обслуживании кабелей, позволяют создавать на базе КРУ «Волга» распределительные устройства для самых ответственных объектов. В КРУ «Волга» предусмотрены все необходимые блокировки, элементы системы дуговой
защиты, а также ряд устройств и конструктивных решений, которые гарантируют безопасность при эксплуатации оборудования.
Рис. 2. КРУ «Волга»
Моноблок КРУ 6(10) кВ «Онега-М» (рис. 3) - компактное комплектное распределительное устройство, предназначенное для работы в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, номинальным напряжением 6(10) кВ, с изолированной или заземленной через резистор или дугогасительный реактор нейтралью.
Рис. 3. КРУ «Онега-М»
Повышенная надежность моноблока «Онега-М» обеспечена особенностями его конструкции: внутренняя ошиновка и контактные присоединения главных цепей моноблока изолированы, силовые кабели отходящих линий подключаются с помощью кабельных адаптеров, отсеки подключения кабельных линий отделены от силовых цепей и друг от друга.
Расходы на эксплуатацию моноблока снижены за счет применения элегазовых коммутационных аппаратов, не требующих технического обслуживания в течение всего срока службы 25 лет. Съемная боковая панель магистральных шин дает возможность расширять функциональность объекта.
Кабель сечением жилы от 95 до 300 мм2 подключается фронтально с помощью кабельных адаптеров. Размеры кабельного отсека позволяют подсоединять до двух кабелей на фазу.
Конструкция адаптеров позволяет производить высоковольтные испытания кабеля без его отсоединения от распределительного устройства. В заземленном положении присоединения, на кабельные адаптеры, к которым подсоединен кабель, устанавливаются измерительные втулки, имеющие стержневой вывод для подключения испытательной установки. После этого заземление линии снимается с помощью деблокирующего устройства и на кабель можно подавать испытательное напряжение.
В моноблоке «Онега-М» предусмотрена многоуровневая система безопасности.
Преимущества:
- высокий коммутационный ресурс аппаратов, применяемых в «Онега-М»;
- аппараты встраиваются в устройство отдельно, по принципу модульной системы;
- гибкость при построении схем РУВН: возможно конфигурирование различных функций РУВН при незначительном увеличении высоты моноблока и уменьшении его ширины;
- набор возможных блокировок, включая использование навесных замков, шире, чем у моноблоков прочих производителей;
- возможна организация кабельного выода на трансформатор, как в нижней, так и в верхней части моноблока;
- устройство релейной защиты обеспечивает отключение выключателя без оперативного тока;
- в составе моноблока применяются изделия только отечественного производства.
ЗАО «Электронмаш» предлагает комплектные распределительные устройства КРУ «ЕЬТЕМЛ» (рис.4), предназначенные для приема и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц напряжением 6(10) кВ в сетях с изолированной или заземлённой через дугогасящий реактор или резистор нейтралью.
КРУ применяются в качестве распределительных устройств напряжением 6(10) кВ, трансформаторных подстанций 110/35/6-10 кВ, 110/6-10 кВ, 35/6-10 кВ и 6-10/0,4 кВ, а также в распределительных пунктах.
Рис. 4. КРУ «ЕЬТЕМЛ»
КРУ «ELTEMA» применяются для комплектования распределительных устройств среднего напряжения во всех областях получения, передачи и распределения электроэнергии:
- нефтехимическая отрасль;
- целлюлозно-бумажная и горно-рудная промышленность;
- металлургия и машиностроение;
- объекты ТЭЦ и энергетический сектор;
- аэропорты;
- портовые сооружения;
- бизнес-центры, социальные и административные здания.
Группа компаний «Техэнергокомплекс» начала выпуск комплектного распределительного устройства серии КС-10 (аналог D-12 P), представленного на рис. 5.
Рис. 5. КРУ «КС-10»
Устройство КРУ применяется в качестве распределительных пунктов городских и промышленных подстанций (мощностью силового трансформатора до 1000 кВА) для электрических сетей промышленности, сельского хозяйства, электрических станций и электрификации железнодорожного транспорта.
КРУ изготавливаются по индивидуальным заказам, в которых оговариваются количество и взаимное расположение шкафов КРУ в подстанции, схемы главных и вспомогательных цепей каждого шкафа КРУ и другие технические характеристики шкафов, выдвижных элементов, схем управления.
Предлагаемые новые разработки КРУ 6(10) кВ отличает повышенный ресурс работы коммутационных аппаратов, применение модульных конструкций, усиленная система защиты, обеспечивающая повышенную безопасность.
Целью обзора аналогичных по назначению, применению, конструкциям и техническим параметрам распределительных устройств является ознакомление широкого круга потребителей с новым отечественным электрооборудованием и обоснование выбора КРУ с наилучшим соотношением технических параметров и цены.
В табл. 2 приведены значения основных технико-экономических параметров КРУ 10 кВ, в табл. 1 - соответствующие им значения веса и ранга параметров, где наилучшему параметру присвоили вес 4, далее - по убыванию, а наиболее значимому (приоритетному) параметру - ранг 5, далее по убыванию. В последней строке подсчитан среднеарифметический показатель рациональности выбора конкретного вида КРУ. В условиях применения КРУ в распределительных сетях с возрастающим уровнем токов короткого замыкания (КЗ) приоритетными являются параметры выключателя при отключении самого тяжелого режима КЗ при низкой стоимости электрооборудования .
В табл. 1 представлены исходные данные для расчетов на персональном компьютере.
Таким образом, судя по полученным результатам, наиболее выгодным вариантом является выбор комплектного распределительного устройства КРУ «Волга» производства ПО «Элтехника».
Экономическую эффективность выбора электрооборудования по технико-экономическим показателям подтверждает методика технико-экономических расчётов в энергетике. Технико-экономические расчёты в энергетике базируются на использовании формулы полных расчётных (приведённых) затрат. Выбор электрооборудования и вариантов электроустановки производится путем минимизации функции расчётных затрат:
З/ = И/ + рн х К/ + У/,
где / - номер варианта; И - годовые издержки (эксплуатационные расходы), руб/год; К - капиталовложения, руб.; У - возникающий от перерывов в электроснабжении ущерб, руб.; рн - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, устанавливаемый директивными органами.
Величину ущерба от перерыва электроснабжения можно определить по формуле
У = у 0 х Рс.р. х ™ + *в
где у0 - удельный ущерб от недоотпущенной электроэнергии в результате перерывов в электроснабжении, руб/кВт*ч, величина которого определяется по
справочникам; _Рс.р. - среднегодовая нагрузка предприятия, кВт; w и ^ -
определяют на основании данных о повреждаемости и времени восстановления электрооборудования сети.
Для однотипных КРУ эксплуатационные расходы определяются по усредненным данным по справочной литературе, и приведенные затраты меньше для КРУ, имеющего меньшую стоимость. Из сравниваемых вариантов лучшим считается тот, который имеет большую приспособляемость к росту нагрузок предприятия без существенной реконструкции действующий сети. Вышеуказанным требованиям и минимальным годовым затратам удовлетворяет выбранный нами на этапе предварительных расчётов КРУ «Волга», так как данное распредустройство имеет при низкой стоимости самые высокие технические параметры при отключении токов короткого замыкания (табл. 1 и 2).
Выводы
Время и расходы на проектирование можно существенно сократить, применяя методику выбора электрооборудования по технико-экономическим показателям, которая позволяет на этапе, предшествующем проектированию, выбрать оптимальный вариант.
Разработана программа автоматизированного выбора электрооборудования по технико-экономическим показателям, которая может быть использована при проектировании и реконструкции распределительных устройств высокого и низкого напряжения.
Технико-экономический анализ ячеек с выключателями КРУ 10 кВ показал, что наиболее предпочтительным является КРУ «Волга» с элегазовым выключателем производства ПО «Элтехника».
Summary
Propose method and results technical and economical choice electric equipment for distribution nets.
Key words: method, technical economical, equipment distribution nets.
Литература
1. Хатанова И.А. Конструкции и параметры новых распределительных устройств 6-20 кВ // Промышленная энергетика. 2003. №6.
2. ГОСТ 14693-90. Устройства комплектные распределительные негерметизированные в металлической оболочке на напряжение до 10 кВ.
3. http:Zwww.krun.ru.
Поступила в редакцию 27 сентября 2010 г.
Хатанова Ирина Алексеевна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» (ЭПП) Казанского государственного энергетического университета (КГэУ). Тел. 8 (843) 234-93-66.
Хатанов Дмитрий Викторович - студент кафедры «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» (ЭХП) Казанского государственного энергетического университета (КгЭУ). Тел. 8-987-2352436.
