4. Выбор рационального напряжения питания. Технико-экономический расчет.

При технико-экономическом сравнении сопоставляются только допустимые по техническим требованиям варианты, т.е. такие, в которых потребитель получает необходимое количество электроэнергии заданного качества при заданной степени надежности. На первом этапе технико-экономического сравнения выбирают допустимые по техническим требованиям варианты, а на втором этапе из них выбирают оптимальный по технико-экономическим показателям.

Определяем рациональное напряжение питания по формуле:

(11)

Необходимо провести технико-экономическое сравнение двух вариантов: со стандартными уровнями напряжения 110 кВ и 220 кВ.

Экономическим критерием, по которому определяют наиболее выгодный вариант, является минимум приведенных затрат (З, руб/год), вычисляемых по следующей формуле:

З = Е_н К + И+У , (12)

где К - капитальные вложения, (руб.), необходимые для сооружения сети, причем, предполагается, что строительство ее продолжается в течение одного года; И - ежегодные эксплуатационные расходы, (руб), предполагаемые неизменными в течение всего рассматриваемого периода эксплуатации; Е_н - нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, Е_н = 0,12; У - возможный ежегодный народнохозяйственный ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителям из-за перерывов электроснабжения, (руб).

Капиталовложения в каждом варианте сети можно разделить на капитальные затраты на сооружение линии (К_л), подстанции (К_п) и на установку дополнительной мощности на электростанции для покрытия потерь электроэнергии в проектируемой сети (К_доп):

К = К_л + К_п + К_доп (13)

Эти составляющие капитальных затрат с достаточной точностью можно определить с помощью укрупненных показателей стоимости (УПС) отдельных элементов электрической системы, составленных для средних условий строительства.

Величина К_л определяется из выражения

, (14)

где L – длина линии; к_уд – удельная стоимость одного километра линии, которая зависит от номинального напряжения сети, вида и материала опор, сечений проводов и района по гололеду.

Капиталовложения в строительство подстанции включают стоимость силовых трансформаторов К_тр , стоимость ячеек открытых распределительных устройств (ОРУ) и закрытых распределительных устройств (ЗРУ), (К_ору, К_зру), постоянные затраты на строительство подстанции (К_пост), зависящие в основном от напряжения и общего количества выключателей на подстанции и стоимость КУ (К_ку):

, (15)

Величина К_доп, зависящая от потерь мощности, может быть вычислена через удельную стоимость 1 кВт оборудования, необходимого для компенсации этих потерь (к_уд):

, (16)

где Р_ - суммарные потери мощности в элементах проектируемой сети.

Ежегодные эксплуатационные расходы (издержки) рассчитывают по формуле:

И = И_л + И_п/ст + И_w, (17)

где И_л, И_п/ст - ежегодные эксплуатационные издержки на линии электропередачи и оборудование подстанции, руб; И_w – стоимость годовых потерь электроэнергии в рассматриваемом варианте сети.

Ежегодные издержки на эксплуатацию сети включают амортизационные отчисления (предназначены для капитального ремонта оборудования и сооружений и для полной замены основных фондов после их износа - ^' ) и расходы на обслуживание сети (текущий ремонт, зарплата персонала, общесетевые расходы - ^" ).

Амортизационные отчисления определяются для каждого года по сумме капиталовложений предшествующих лет. Ежегодные расходы на обслуживание электрических сетей могут приближенно быть оценены пропорционально стоимости основных фондов (капиталовложениям).

При учебном проектировании достаточно для определения ежегодных издержек пользоваться средними нормами затрат на обслуживание элементов электрических сетей, рекомендуемых для технико-экономических расчетов, а также суммарными ежегодными издержками, включающими амортизационные отчисления.

В этом случае издержки определяются по формулам:

, (18)

где , - средние нормы ежегодных затрат на амортизационные отчисления соответственно для линии и подстанции; , - средние нормы затрат на обслуживание линии и подстанции.

Издержки, связанные с потерями электроэнергии , определяются по формуле:

, (19)

где - удельные приведённые затраты на возмещение потерь электроэнергии; - суммарные потери энергии.

Значение приводится в справочнике и зависит от времени максимальных потерь  и от региона.

Для обоих вариантов общими являются следующие условия:

П итание осуществляется по двухцепной линии от одного источника.

Воздушные линии длинной L=11 км выполнены сталеалюминиевыми проводами марки АС на железобетонных опорах.

Район по гололеду принимаем II.

В качестве схемы распределительного устройства на стороне высокого напряжения принимаем «два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линии» (см. рис.).

Трансформаторы с расщеплённой вторичной обмоткой, с номинальной мощностью S_ном=40 МВА.

Расчётная мощность завода S_рз=42423 кВА.

Время использования максимальной нагрузки, определено по годовому графику нагрузки: Т_мах=6103 ч.

Время максимальных потерь τ определяется по формуле

,

.

Удельные приведённые затраты на возмещение потерь электроэнергии

Экономическая плотность тока для неизолированных алюминиевых проводов j_эк=1,0 А/мм² (при Т_мах>5000 ч).

Порядок определения приведенных затрат по каждому из сопоставляемых вариантов:

1) Определяются капитальные вложения. При этом можно не учитывать одни и те же элементы, повторяющиеся в обоих вариантах, а именно К_ЗРУ. Капитальные вложения подсчитываются по укрупненным показателям, однако для сопоставимости затраты по обоим вариантам определяются по одному источнику с учётом повышающего коэффициента k_пов=28.

Устройства компенсации потерь мощности в обоих вариантах отсутствуют, в связи с этим принимаем равными нулю элементы К_КУ и к_уд (К_доп).

2) Определяются ежегодные издержки на амортизацию и обслуживание сети. При этом для линии суммарный коэффициент _л=2,8%, а для подстанции - _пс=9,4%.

3) Вычисляются ежегодные затраты на возмещение потерь электроэнергии.

4) Определяются приведенные затраты по выражению (2) без учёта элемента У, полагая, что оба варианта обладают одинаковой надежностью электроснабжения.

Оптимальным по экономическим показателям будет являться вариант, характеризующийся минимальными приведенными затратами.

Расчёт приведённых затрат при U_сети=110 кВ.

Ток в одной линии в нормальном и послеаварийном режиме:

Сечение линии (экономическое)

Принимаем стандартное сечение провода 120 мм². По ПУЭ длительно допустимый ток при таком сечении равен 390А, т.е. I_доп > I_пар.

Используем опоры на напряжение 110 кВ. При данном сечении удельная стоимость линии составит к_уд=64*28=1792тыс.руб./км. Тогда капитальные вложения на сооружение линии

К_л=11*1792=19712 тыс.руб.

Стоимость двух трансформаторов: К_тр=2*292*28=16352 тыс.руб.

Стоимость выбранной схемы РУ ВН: К_ору=198*28=5544 тыс.руб.

Постоянная часть затрат по подстанции: К_пост=430*28=12040 тыс.руб.

Капиталовложения в строительство подстанции

К_п=16352+5544+12040=33936 тыс.руб.

Общие капиталовложения

К=19712+33936=53648 тыс.руб.

Издержки на амортизацию и ремонт линии и подстанции:

И_л=19712*2,8/100=552 тыс.руб.

И_п=33936*9,4/100=3190 тыс.руб.

Суммарные потери энергии складываются из постоянных потерь в линии и потерь в трансформаторе (постоянных и нагрузочных):

Основные параметры трансформатора и линии:

ТРДНС-40000/110: =36 кВт, =172 кВт, S_тр.ном.=40 МВА,

АС-120/19: r₀=0,244 Ом/км, т.е. R_л=11*0,244=2,684 Ом.

Расчётные выражения:

; (20)

(21)

Расчёт ведём для максимального режима, полагая, что по линии течёт ток I_max= I_пар.=222,7А, а трансформатор передаёт мощность S₂=S_рз= 42423,53 кВА. Тогда:

Издержки, связанные с потерями энергии

2234 тыс.руб.

Итого, ежегодные издержки на эксплуатацию будут равны:

И=552+3190+2234=5976 тыс.руб.

Приведенные затраты

З=0,12*53648+5976=12413 тыс.руб.

Расчёт приведённых затрат при U_сети=220 кВ.

Ток в одной линии в нормальном и послеаварийном режиме:

Сечение линии (экономическое)

Принимаем стандартное сечение провода 240 мм². По ПУЭ длительно допустимый ток при таком сечении равен 605А, т.е. I_доп > I_пар.

При данном сечении удельная стоимость линии составит к_уд=88*28=2464тыс.руб./км. Тогда капитальные вложения на сооружение линии

К_л=11*2464=27104 тыс.руб.

Стоимость двух трансформаторов: К_тр=2*400*28=22400 тыс.руб.

Стоимость выбранной схемы РУ ВН: К_ору=411*28=11508 тыс.руб.

Постоянная часть затрат по подстанции: К_пост=610*28=17080 тыс.руб.

Капиталовложения в строительство подстанции

К_п=22400+11508+17080=50988 тыс.руб.

Общие капиталовложения

К=27104+50988=78092 тыс.руб.

Издержки на амортизацию и ремонт линии и подстанции:

И_л=27104*2,8/100=759 тыс.руб.

И_п=50988*9,4/100=4793 тыс.руб.

Суммарные потери энергии складываются из постоянных потерь в линии и потерь в трансформаторе (постоянных и нагрузочных):

(22)

Основные параметры трансформатора и линии:

ТРДН-40000/220: =50 кВт, =170 кВт, S_тр.ном.=40 МВА,

АС-240/19: r₀=0,118Ом/км, т.е. R_л=11*0,118=1,298 Ом.

Расчётные выражения:

(23)

(24)

Расчёт ведём для максимального режима, полагая, что по линии течёт ток I_max=I_пар.=111,3А, а трансформатор передаёт мощность S₂=S_рз= 42423,53 кВА. Тогда:

Издержки, связанные с потерями энергии

1586 тыс.руб.

Итого, ежегодные издержки на эксплуатацию будут равны:

И=759+4793+1586=7138 тыс.руб.

Приведенные затраты

З=0,12*78092+7138=16509 тыс.руб.

Относительная разница приведённых затрат по двум вариантам равна

(25)

Поскольку рассматриваемые варианты сети имеют разные классы напряжений и их приведенные затраты отличаются на 25%, следует за основной принимать вариант с более низким классом напряжения (т.к. в течение длительного срока эксплуатации издержки на потери энергии окажутся меньше при более низком классе напряжения).

Таким образом, к дальнейшим расчётам принимаем U_сети=110 кВ.