АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ВВОДА МЕРОПРИЯТИЙ В ЗАДАЧАХ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ БЕЗ УЧЁТА ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ
Ширяев А.С.1, Калимуллин А.Т.2, Ткаченко В.А.3
1ORCID: 0000-0002-1633-0771, аспирант, 2ORCID: 0000-0002-6545-5407 аспирант,
3студент, Омский Государственный Технический Университет
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ВВОДА МЕРОПРИЯТИЙ В ЗАДАЧАХ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ БЕЗ УЧЁТА ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ
Аннотация
В данной статье рассмотрен выбор мероприятий по снижению потерь энергии на основании комплексного подхода к их внедрению. Из результатов расчёта видно, что данный подход позволяет наиболее эффективно воздействовать на основные показатели эффективности эксплуатации режима электрической сети и определить оптимальные способы внедрения данных мероприятий. Полученные результаты и метод, использовавшийся в данной статье, целесообразно адаптировать для реальных электрических схем с большим объёмом исходных данных, а также для расчёта оптимальных критериев ввода.
Ключевые слова: минимум приведённых затрат, сроки окупаемости, комплекс мероприятий по снижению потерь активной мощности, компенсация реактивной мощности.
Shiryaev A.S.1, Kalimullin A.T.2, Tkachenko V.A.3
1ORCID: 0000-0002-1633-0771, postgraduate student, 2ORCID: 0000-0002-6545-5407, postgraduate student,
3student, Omsk State Technical University
THE EFFICIENCY ANALYSIS OF COMPLEX MEASURES IN THE REDUCTION OF THE POWER LOSSES VALUE TASKS WITHOUT TEMPERATURE DEPENDS
Abstract
In this article selection of measures based on the complex measures aimed on reduction of the power losses value are considered. From the calculation results show that this approach allows for the most effective impact on the main characteristics of the operational efficiency of the electric network and determine the effective methods of implementation of these ways. Obtained results and method, which used in this article, should be adjust for practically electric network with a large number of starting data. So it is need for calculate the optimal input criteria.
Keywords: minimum of reduced cost, payback period, the complex measures aimed on reduction of the power losses value, reactive power compensation.
В электрических распределительных сетях, напряжением 6 (10) кВ для энергоснабжающих организаций актуальна задача поиска и внедрения мер, направленных на оптимизацию основных экономических показателей эффективности эксплуатации электрической сети, такими являются потери активной мощности, энергии и поиска оптимальных путей реализации данных мероприятий – сроков окупаемости и приведённых затрат. Наиболее оптимальным мероприятием по снижению потерь электрической энергии в электрических сетях необходимо считать то мероприятие, в котором определён минимум приведённых затрат и сроки окупаемости удовлетворяют нормативным требованиям. В настоящее время наиболее распространёнными мерами по снижению потерь электрической энергии являются компенсация реактивной мощности 0,4 и 10 кВ, замена провода на провод большего сечения и замена недогруженных и (или) перегруженных трансформаторов. В настоящее время мероприятия рассматриваются изолированно друг от друга, однако, для повышения точности расчёта определения оптимального мероприятия можно выделить два способа, рассматривать комплекс мероприятий в их взаимосвязи с учётом температурных режимов элементов сети. В настоящей статье рассматривается только первый способ повышения точности расчёта оптимального мероприятия.
В реальных условиях, в которых присутствует большое число потребителей, задача поиска внедрения управляющего воздействия усложняется из-за наличия большого объема информации о параметрах схемы, режима электрической сети и постоянно изменяющегося во времени графика нагрузки. В связи с этим, в настоящей статье рассмотрена простейшая схема электроснабжения и на основании данной схемы определён оптимальный путь внедрения мероприятий по снижению потерь энергии. Рассмотрим данный пример на простейшей схеме, представленной на рисунке 1.
Рис.1 – Расчётная схема
Таблица 1 – Исходные данные для линий [1][2].
| Марка провода | Длина линии, км. | Rл20oС, Ом/км | IДОП, А | I, А | Средняя цена, руб*м | Цена, руб | |
| АС-50 | 0,9 | 0,000595 | 210 | 250 | 42 | 37800 | |
| СИП-3 1x70 | 0,000493 | 310 | 250 | 60 | 54000 |
Таблица 2 – Исходные данные для трансформаторов [3][4] [5].
| Марка трансформатора | S, МВА | U, В | ΔPКЗ, кВт | ΔPХХ, кВт | Цена, руб. |
| ТМ-1600/10 | 1600 | 10 | 18 | 2,35 | 760000 |
| ТМ-2500/10 | 2500 | 26,5 | 3,85 | 1110000 |
Произведём расчёт параметров режима до компенсации и после компенсации реактивной мощности.
Таблица 3 – Исходные данные и расчёт параметров режима до и после компенсации реактивной мощности.
| Параметр режима | Значение параметра до компенсации | Значение параметра после компенсации |
| I1 | 90 А | 77 А |
| I2 | 160 А | 136 А |
| I3 | 250 А | 213 А |
| S1 | 1324+j821 | 1324+j121 |
| S2 | 2355+j1460 | 2355+j260 |
| S3 | 3680+j2281 | 3679+j381 |
cos |
0,85 | 0,99 |
Поскольку в статье целью является получиться максимальный эффект от внедрения мероприятия, в частности компенсация реактивной мощности, то данные процессы в некоторой степени считаются идеализированными, а именно, после компенсации cos=0,99.
Таблица 4 – Параметры БСК [6] [7].
| U, кВ | Тип БСК | QПОТР., квар. | QК.У, квар. | Стоимость БСК, руб. |
| 0,4 | БСК УКМ58-0,4-700-50У3 | 821 | 700 | 248000 |
| 10 | 6 КЭП3-10,5-200-ЗУ3 | 1460 | 1200 | 149205 |
Сроки окупаемости существенно зависят от разности потерь энергии в исходном режиме и после внедрения мероприятий, а приведённые затраты от уровня потерь энергии после мероприятий. Следовательно, необходимо рассмотреть те случаи, в которых достигается максимальный уровень снижения потерь энергии. Как уже было отмечено ранее, для определения минимума приведённых затрат помимо трёх вариантов следует рассмотреть комплекс мер. В итоге получим следующие возможные комбинации:
Таблица 5 – Перечень вводимых мероприятий.
| № | Намечаемые мероприятия | Кап.влож., руб. |
| 1 | Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 | 248000 |
| 2 | Установка БСК 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 | 149205 |
| 3 | Замена провода АС-50 на СИП-3 1x70 | 54000 |
| 4 | Замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 | 1110000 |
| 5 | Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 и 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 | 397205 |
| 6 | Установка УКМ58-0,4-700-50У3 и замена провода АС-50 на СИП-3 1x70 | 302000 |
| 7 | Установка БСК 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 | 1259205 |
| 8 | Установка БСК 7КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и замена провода АС-50 на СИП-3 1x70 | 203205 |
| 9 | Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3, 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и замена провода АС-50 на СИП-3 1х70 | 451205 |
| 10 | Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 и замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 | 1358000 |
| 11 | Установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3, 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 | 1507205 |
| 12 | Замена провода АС-50 на СИП-3 1х70 и замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 | 1164000 |
| 13 | Замена провода АС-50 на СИП-3 1х70, замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 и установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 | 1412000 |
| 14 | Замена провода АС-50 на СИП-3 1х70, замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10 и установка БСК 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 | 1313205 |
| 15 | Замена провода АС-50 на СИП-3 1х70, замена трансформатора ТМ-1600/10 на ТМ-2500/10, установкаУКМ58-0,4-700-50У3 и БСК 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 | 1561205 |
Произведём расчёт параметров режима в исходном режиме и после ввода мероприятий, полученные данные сведём в таблицу 6.
Потери активной мощности в линиях и в трансформаторе без учёта температуры вычисляются по следующим формулам:
(1)
(2)
где I – ток в линии [А];
– сопротивление линии при температуре провода 20 ОС [Ом/км];
l – длина линии [км];
– потери активной мощности при опытах холостого хода и короткого замыкания [кВт];
I и U – ток и напряжение в трансформаторе [А] и [В] соответственно. Сроки окупаемости и приведённые затраты рассчитываются следующим образом:
(3)
(4)
где
К – капиталовложения [руб.];
ИИСХ, ИПМ – издержки в исходном режиме и после ввода мероприятий [руб.];
WИСХ ,WПМ – Потери энергии в исходном режиме и после ввода мероприятий [кВт ч];
СЭЭ – стоимость электроэнергии [руб./кВт ч]
ар=0,059- норма ежегодных отчислений на ремонт, обслуживание и амортизацию электрооборудования.
Для расчёта потерь энергии воспользуемся методом времени максимальных потерь:
(5)
где
- суммарные потери активной мощности в элементах сети [кВт ч];
- время использования максимальных потерь [ч]. В данном случае, эта величина введена с допущением, без учёта реального графика нагрузки.
Таблица 6 – Результаты расчётов ввода мероприятий
| № | Кап. влож, руб. | ΣΔPЛ, кВт | ΣΔPТРАНС., кВт | ΣΔP, кВт | Cээ, руб. | Tок, год | αP | ΣΔW, кВтч | З, руб. |
| 0 | - | 100,406 | 18,770 | 119,176 | 3,2 | - | 0,059 | 595883,9 | 1953899 |
| 3 | 54000 | 83,193 | 18,770 | 101,964 | 0,19 | 509821,4 | 1642174 | ||
| 2 | 149205 | 90,235 | 18,770 | 109,006 | 0,86 | 545030,1 | 1773788 | ||
| 8 | 203205 | 74,766 | 18,770 | 93,537 | 0,50 | 467685,4 | 1537031 | ||
| 1 | 248000 | 82,053 | 14,369 | 96,423 | 0,65 | 482115 | 1592120 | ||
| 6 | 302000 | 67,987 | 14,369 | 82,356 | 0,52 | 411783,4 | 1377805 | ||
| 5 | 397205 | 72,885 | 14,369 | 87,254 | 0,74 | 436273,6 | 1475119 | ||
| 9 | 451205 | 55,490 | 14,369 | 69,860 | 0,59 | 349301 | 1207554 | ||
| 4 | 1110000 | 100,406 | 14,385 | 114,792 | 22,42 | 573960,1 | 2057562 | ||
| 12 | 1164000 | 83,193 | 14,385 | 97,579 | 3,59 | 487897,6 | 1792908 | ||
| 7 | 1259205 | 90,235 | 14,385 | 104,621 | 6,18 | 523106,3 | 1924522 | ||
| 14 | 1313205 | 74,766 | 14,385 | 89,152 | 2,91 | 445761,6 | 1687765 | ||
| 10 | 1358000 | 82,053 | 11,468 | 93,521 | 3,61 | 467608,5 | 1766589 | ||
| 13 | 1412000 | 67,987 | 11,468 | 79,455 | 2,35 | 397276,9 | 1552274 | ||
| 11 | 1507205 | 72,885 | 11,468 | 84,353 | 2,93 | 421767 | 1649588 | ||
| 15 | 1561205 | 55,490 | 11,468 | 66,958 | 1,97 | 334794,7 | 1382023 |
Как видно из результатов расчёта, наиболее оптимальным мероприятием является компенсация реактивной мощности 0,4 и 10 кВ – установка БСК УКМ58-0,4-700-50У3 вместе с 6КЭП3-10,5-200-ЗУ3 и заменой провода АС-50 на СИП-3 1х70.
Для повышения точности расчёта в задачах определения наиболее оптимального выбора мероприятий на критерий приведённых затрат необходимо рассматривать комплекс мер в их взаимосвязи. На основании подхода, использовавшегося в данной статье и полученных результатов в дальнейшем целесообразно адаптировать для реальных схем электроснабжения с большим числом исходных данных, а также для расчёта основных экономических показателей эффективности эксплуатации электрической сети в режиме реального времени и с учётом температурных режимов элементов сети.
Список литературы / References
- Изолированный провод СИП-3 1х50. [Электронный ресурс]. – URL: http://ingener-electric.ru/cabel/sip/sip/sip3_20_1x50.html (дата обращения 14.11.2016).
- Силовой провод АС-50. [Электронный ресурс]. – URL: http://ingener-electric.ru/cabel/sip/acm/ac50.html (дата обращения 14.11.2016).
- Цены на силовые трансформаторы. [Электронный ресурс]. – URL: http://trans-ktp.ru/price/transformators (дата обращения 14.11.2016).
- Трансформатор ТМ-1600/10-0,4 - технические характеристики. [Электронный ресурс]. – URL: http://sil-trans-form.ru/tm_1600/10-04 (дата обращения 14.11.2016).
- Трансформатор ТМ-2500/10-0,4 - технические характеристики. [Электронный ресурс]. – URL: http://nomek.ru/TM-2500/10 (дата обращения 14.11.2016).
- Конденсаторные установки УКМ58. [Электронный ресурс]. – URL: http://energozapad.ru/ukm58 (дата обращения 14.11.2016).
- Стоимость БСК КЭП3-10,5-200-ЗУ3. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.elec.ru/viewer?url=/catalog/komplektprommaterialy/price01072008.xls (дата обращения 14.11.2016).
Список литературы на английском языке / References in English
- Izolirovanniy provod SIP-3 1x50 [Insulated wire SIP-3 1x50] [Electronic resource]. – URL: http://ingener-electric.ru/cabel/sip/sip/sip3_20_1x50.html (accessed 14.11.2016). [in Russian]
- Silovoi provod AC-50 [Bare conductor AC-50] [Electronic resource]. – URL: http://ingener-electric.ru/cabel/sip/acm/ac50.html (accessed 14.11.2016). [in Russian]
- Cheny na silovie transformatori [Prices for power transformers] [Electronic resource]. – URL: http://trans-ktp.ru/price/transformators (accessed 14.11.2016). [in Russian]
- Transformator TM-1600/10/0,4 – technicheskie charakteristiki [Transformer OT-1600/10/0.4] [Electronic resource]. – URL: http://sil-trans-form.ru/tm_1600/10-04[in Russian]
- Transformator TM-2500/10/0,4 – technicheskie charakteristiki [Electronic resource]. – URL: http://nomek.ru/TM-2500/10 (accessed 14.11.2016). [in Russian]
- Kondensatornie ustanovki UKM [Capacitor installation UKM] [Electronic resource]. – URL: http://energozapad.ru/ukm58 (accessed 14.11.2016). [in Russian]
- Stoimost BSK КЭП3-10,5-200-ЗУ3 [Cost of CB KEP 3-10,5-200-ЗУ3] [Electronic resource]. – URL: http://www.elec.ru/viewer?url=/catalog/komplektprommaterialy/price01072008.xls (accessed 14.11.2016). [in Russian]