CC BY
91
□
УДК 622.012:658.261/.662
Н.С. Вопотковская
ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ЛЭП ПО МИНИМУМУ ЗАТРАТ
В статье рассмотрены вопросы выбора сечения ЛЭП по минимуму капитальных затрат, приходящихся на один год, и ликвидационной стоимости демонтированного и реализованного оборудования. Предложен метод расчета сечения ЛЭП по экономически целесообразной плотности тока. Выполненные расчеты с учетом конструктивного исполнения ЛЭП, материала проводов, времени использования максимальной нагрузки и деловой политики показали, что существует значительное различие расчетных и нормативных данных. Поэтому предложенный метод должен быть предпочтителен перед другими методами расчета, так как в этом случае обеспечивается минимум затрат на эксплуатацию и строительство ЛЭП.
Западные электрические сети обеспечивают электроснабжение потребителей западного энергетического района, в том числе Мирнинского и Ленского районов (улусов) и передачу электрической энергии в Вилюйскую группу улусов. В состав предприятия Западные электрические сети (ЗЭС) входят Мирнинская ГРЭС и Ленская ДЭС. Основным потребителем электроэнергии является алмазодобывающая отрасль, т.е. предприятия АК «АЛРОСА»
- это Мирнинский, Айхальский, Удачнинский и др. ГОКи. Последние годы получили развитие нефтеперерабатывающая и газодобывающая промышленности, которые также потребляют энергию ЗЭС.
Общая зона обслуживания объектов электрических сетей предприятием ЗЭС в направлении с юга на север составляет 959,2 км, с запада на восток - 127,5 км, расстояние до наиболее удалённых объектов обслуживания от баз РЭС (районные электрические сети) составляет 100 и более километров при оптимальном удалении, тогда как в соответствии с нормами технической документации (НТД) максимальная удаленность должна быть 40 км.
На балансе ЗЭС имеет 41 понизительную подстанцию (ПС) 35-220 кВ общей установленной мощностью 2234.8 МВА, 99 подстанций ТП 6-10/0,4 кВ, общейустановлен-ной мощностью 110,81 МВА, воздушные линии электропередач класса напряжения 0,4-220 кВ (по всей трассе) -2799,6 км. Основные источники западного энергорайона
- это Вилюйская ГЭС с установленной мощностью 680 МВт и Мирнинская ГРЭС с установленной мощностью 120 МВт. Также в обслуживании ЗЭС находятся кабельные и воздушные распределительные сети напряжением 35, 10, 6 кВ, расположенные в г. Мирном и пос. Чернышевском. Общее количество подстанций с высшим напряжением 220 кВ - 5 шт., из них наиболее крупнные: ПС «Айхал» (250 000 кВА); ПС «ГПП-6» (325 000 кВА) и ПС «Мирный» (250 000 кВА). Подстанций с высшим напряжением 110 кВ - 30 шт., из них наиболее крупные: в Ленском РЭС - ПС «Ленек» - 48 000 кВА, в Мирнинской груп-
пе подстанций - ПС «Совхоз» - 72 600 кВА, в Удачнинс-ком РЭС - ПС «Электрокотельная фабрики 12» - 126 000 кВА и ПС «Авангардная» - 50 000 кВА, в Айхальском РЭС
- ПС «Юбилейная» - 80 000 кВА. Подстанций с высшим напряжением 35 кВ - 5 шг. Количество обслуживаемых КТП - 113 шт.
Согласно ПУЭ, район расположения ЗЭС - это район с редкой пляской проводов. По толщине стенки гололеда и скоростному напору ветра он относится к первому району, т.е. толщина стенки гололеда не превышает 5 мм. На основании этого можно утверждать, что этот район является благоприятным для прокладки ЛЭП.
Для того, чтобы вкладываемые в строительство и раз -витие энергетической базы материальные и денежные средства были рационально использованы, следует искать не только технически правильные, но и экономически целесообразные решения. При проектировании одна и та же задача может быть решена несколькими вариантами. Например, передача электроэнергии от мощной электростанции к подстанции, расположенной в центре нагрузок и значительно удаленной от источника питания, может осуществляться при напряжении 35, 110 и 220 кВ. Во всех вариантах сеть будет удовлетворять техническим требованиям, и какой из этих, технически равноценных вариантов является целесообразным, можно выбрать, только сравнивая их экономические показатели.
При проектировании ЛЭП важное место занимают расчеты по определению их конструктивного выполнения, площади сечения проводов и жил кабелей, по выбору номинального напряжения и т.п. Каждый из указанных расчетов имеет большое влияние на показатели эффективности работы ЛЭП, но наибольшее влияние имеет выбор сечения проводов и жил кабелей. Для их определения применяют экономические и технические методы расчетов. Экономические методы предполагают использование аналитических выражений для определения сечения проводов или кабелей:
52 -а-
3 = -
(К - Л) + (и+им)
(1)
где К, Л - соответственно капитальные затраты на протяжении года и ликвидационная стоимость демонтированного и реализованного оборудования, в руб.; И - суммарные издержки на обслуживание и амортизацию ЛЭП, в руб.; И - издержки на потерянную энергию, в руб.; е - норма по дисконту, в %.
При этом если будет выполняться условие 3 ^ шт, то будет выполняться условие экономичности.
Формула (1) при Л=0 по отношению к линиям электропередач будет иметь вид:
3 =-
к+(и+им)
(2)
В зависимости от сечения провода формула (2) примет вид:
3 =-
(а + Ъ¥)X + аЕ (а + Ъ¥)Ь(100е ) + 31 рЬт .с,
н но
Ре
(3)
Ъ(е ) -10“
н 2^
(4)
условию допустимого нагрева и осветительных сетей по допустимой потере напряжения.
Следует отметить, что расчеты сечения проводов или кабеля по нормированной ПУЭ экономической плотности тока в наше время не дают желаемого минимума суммарных затрат, что объясняется методологическими и экономическими затратами на эксплуатацию электрооборудования (изменилась методика расчета затрат на сооружение ЛЭП), также можно упомянуть и технические причины (цены на электроэнергию, электротехнические материалы и оборудование). Отличие указанных параметров вносит ощутимое изменение в значения экономической плотности тока. Поэтому формулу (4) можно представить в виде:
М
к =■
Фн.б.
где б - учитывает расходы на подготовку трассы и мон -таж для кабельных ЛЭП, в руб., с - удельное сопротивление материала провода или кабеля, в Ом/км; ¥ - сечение провода, в мм2; бу- суммарные отчисления, в %; Ь - удель-ная стоимость капитальных вложений зависящая от сечения провода, в руб./мм2; сд - удельная стоимость потерянной энергии, в руб./кВт ч; Ь - длина участка сети, в км; фяб - время максимальных потерь, в ч.
Минимум формулы (3) позволяет определить плотность тока как:
Анализируя формулу (4), можно установить, что экономическая плотность тока зависит от конструктивного исполнения линий электропередач (Ь), материала проводов или жилы кабеля (с), от времени использования максимума нагрузки фнб, деловой политики и экономического состояния страны (сд, бу, eJ.
В свое время для линий электропередач в ПУЭ были директивно установлены нормативные значения плотности тока. Они используются для расчета площади сечения проводов или сечения жил кабеля. Так как считается, что расчет сечений проводов по экономической плотности тока обеспечивает наименьшие затраты по линии электропередач, то его применение должно быть предпочтительно перед другими методами расчета за исключением шести случаев, указанных в тех же правилах. Во всех исключительных случаях сечения проводов определяются по
где М = у1 Ь(вн + аъ )/3с0 р - является величиной постоянной, для определенной воздушной ЛЭП в конкретных условиях, т.е. к = /(фнб).
Задавая различное время использования максимума нагрузки фн , можно получить ряд значений] Для примера можно рассмотреть воздушную линию электропередач с номинальным напряжением 110 кВ со стоимостными коэффициентами Ь, а, с0 хотя бы 2-3 -летней давности. Зависимость к = /(фн б) рассчитана в табл. 1 и приведена кривой 1 на рис. 1.
Из результатов сравнения расчетных данных и нормативных значений у приведенных в ПУЭ, видно, что они значительно отличаются друг от друга (табл. 2). Для наглядности можно представить три варианта кривых на рис. 1, где ломаная 2 представляет средние величины расчетной величины экономической плотности тока, а ломаная 3 -величины нормированной.
Использование устаревших экономических показателей ухудшают технико-экономические показатели сети. Следует отметить, что рассчитанные новые значения экономической плотности тока ближе к значениям, которые приняты в странах с развитой рыночной экономикой.
Как показала практика, выбор сечения проводов по экономической плотности тока не обеспечивает минимум общих затрат. Если проанализировать формулу (4), то видно что:
1. Не учтена постоянная составляющая капитальных затрат по ЛЭП при определении]э.
2. Все коэффициенты приняты на уровне 1954 г.
3. Изменились стоимость материалов и потерянной электроэнергии.
Безусловно, выбор экономически целесообразного сечения с помощью нормированных значений у позволяет упростить процесс проектирования, однако, не позволяет в полной мере учесть все влияющие факторы в каждом конкретном случае. Есть предложения уменьшить величину у на 20-30%, что обеспечит необходимую точность.
и 53
Таблица 1
Расчетные значения
Время наибольших нагрузок, час./год Время наибольших потерь, час./год ^н.б. Экономическая плотность тока, А/мм2
1000 440 21,00 1,69
1500 660 25,70 1,39
2000 920 30,33 1,17
2500 1225 35,02 1,02
3000 1575 39,68 0,89
3500 1970 44,38 0,80
4000 2405 49,04 0,73
4500 2886 53,72 0,66
5000 3411 58,40 0,61
5500 3980 63,08 0,56
6000 4592 67,76 0,53
6500 5248 72,44 0,49
7000 5950 77,13 0,46
7500 6690 81,79 0,44
8000 7480 86,48 0,41
8760 8760 93,60 0,38
Таблица 2
Сравнение расчетных и нормативных величин
Показатели Ф1.6., ч Ф1.6., ч Фк.б., ч
1000 ...3000 3000 .5000 500 ... 8760
Расчетное значение экономической плотности тока, А/мм2 1,69 0,89 0,89 0,61 0,61 0,38
Средняя величина расчетной плотности тока, А/мм2 1,29 0,75 0,495
Нормированная величина плотности тока, А/мм2 1,3 1,1 1,0
Рис. 1. Сравнительные кривые экономической плотности тока
тода определения сечения проводов должны быть наиболее желательными, т.к. удовлетворяют требованиям экономичности сети, за исключением случаев, указанных в ПУЭ.
Литература
1. Правила устройства электроустановок. М..; Л.: Энергия, 1980. 575 с.
2. Блок В.М. Электрические сети и системы.- М.: Высшая школа, 1986. 430 с.
3. Піеняк Г. Г., Кігель Г. А., Волоткоесъка Н.С. Розрахунки
електричних мереж систем електропостачання.
Дніпропетровськ: НГУ, 2002. 389 с.
Все эти особенности выбора экономического сечения проводов могут быть учтены при применении метода, называемого методом экономических интервалов. Для этого используется соотношение:
3 = (1 + /(100ен))у + 312нбфнбс0 / ен >
где кд - удельная стоимость провода, руб./км; 1нб - удельное сопротивление провода, Ом/км; фн6- ток наибольшей нагрузки, А.
С помощью этого выражения с учетом справочных данных для нескольких типов проводов строится зависимость 3 = / (I) По совокупности кривых наибольшего тока нагрузки сети выбирается тот тип провода, который дает минимум суммарных затрат. Оба рассмотренных ме-
N.S. Volotkovskaya
Choice of Power Lines Section with Minimum Cost
This article discusses the choice of power lines section with minimum annual installation cost and disposal value of dismantled and sold equipment. The author introduces a method of power lines section calculation according to economically expedient current density. Calculations made taking into account the structural design of power lines, wire material, utilization time of peak load and business policy showed that there is a significant difference between estimated and normative data. Therefore the method is preferable due to minimum cost operation and lines construction.
U 55
