2.3.6. Выбор рациональной схемы электрической сети на основании технико-экономического сравнения конкурентоспособных вариантов
Технико-экономическое сравнение вариантов производят в два этапа. На первом этапе производят экспертное сопоставление вариантов. Используя предыдущие данные, составляют табл. 2.4, по которой варианты с одинаковым номинальным напряжением сравнивают по суммарной длине ВЛ в одноцепном исчислении, количеству ячеек линейных выключателей в ЦП и на ПС.Учитываются также условия регулирования напряжения по суммарным потерям напряжения от ЦП до электрически наиболее отдаленной точки сети. Технически нереализуемые варианты в таблицу не включают.
Таблица 2.4.Потери напряжения от ЦП до электрически наиболее отдаленной точки сети и объемные показатели вариантов
№ п/п |
Расчетная величина |
Ед. Изм. |
Обозн. |
ВАРИАНТ |
||
I |
… |
N |
||||
1 |
Номинальное напряжение сети |
|
|
|
|
|
2 |
Потеря напряжения в нормальном режиме |
|
|
|
|
|
3 |
Потеря напряжения в послеаварийном режиме |
|
|
|
|
|
4 |
Количество ячеек линейных выключателей |
|
|
|
|
|
5 |
Количество ячеек выключателей на ПС |
|
|
|
|
|
6 |
Суммарная длина ЛЭП в одноцепном |
|
|
|
|
|
По результатам рассмотрения показателей табл. 2.4 выполняют экспертную оценку, исключая варианты с большими объемными показателями (длина линий, число ячеек выключателей). Для дальнейшей разработки желательно оставить 2-3 варианта. Если экспертная оценка не выявила явно проигрышных вариантов, то исключать из рассмотрения какие-либо варианты не следует.
Оставшиеся варианты подвергают технико-экономическому сопоставлению по приведенным затратам. При учебном проектировании можно принять, что срок сооружения сетей и ПС района не более одного года и условно считать издержки производства постоянными во времени. При этих допущениях критерием оптимального варианта является минимум приведенных затрат [1, с.240-257], определяемый по формуле:
, (2.32)
где
- нормативный коэффициент сравнительной
эффективности капитальных вложений
1/год.
- ежегодные издержки
производства, тыс. грн/год;
-
ожидаемый среднегодовой ущерб от
нарушения электроснабжения, тыс.
грн/год;
-
суммарные капитальные вложения в
строительство ВЛ (
)
и
ПС(
),
тыс. грн, определяемые выражением:
(2.33)
При выполнении технико-экономического сопоставления вариантов возможных схем не учитывают те элементы сети, которые не изменяются при переборе вариантов, например, закрытые распределительные устройства 10 кВ ПС, трансформаторы ПС, если они одинаковы во всех вариантах. Для этих элементов не определяют стоимость капиталовложений, отчисления на амортизацию, издержки на текущий ремонт и обслуживание, а также затраты на возмещение потерь электроэнергии.
Результатом
расчетов и анализа материалов этого
раздела является выбор оптимального
варианта, характеризующегося наименьшими
приведенными затратами. Если приведенные
затраты на сооружение сети по двум или
более вариантам различаются не более
чем на
,
то такие варианты счмтаются
равноэкономичными.
При сравнении экономически равноценных вариантов предпочтение следует отдать тому, в котором:
- более высокое напряжение;
- лучшие возможности развития сети при росте нагрузки и появлении новых ПС;
- более высокая оперативная гибкость схемы.
Капитальные затраты на сооружение электрических сетей определяют по укрупненным показателям стоимости элементов сети [2. c. 323, 3, c. 329]. Их значения приведены в приложениях П6 – П8.
Предлагаемые стоимостные показатели не соответствуют действительному уровню цен и затрат на сегодняшний день. Использование этих показателей в технико-экономическом сравнении (2.32) возможно при допущении, что произошло пропорциональное изменение цен на оборудование, строительно-монтажные работы, издержек производства при эксплуатации и стоимости электроэнергии.
Значения капитальных вложений в строительство сетей вносят в табл. 2.5.
Количество ячеек линейных выключателей (строка 1.1) в ЦП равно количеству подходящих к ЦП линий. Стоимость определяется по П8.2 для воздушных выключателей. Стоимость ОРУ (строки 1.2) в зависимости от схем ПС - по П8.1. Для подстанций со сборными шинами (строка 1.3) стоимость учитывается по количеству ячеек выключателей по П8.2 для масляных выключателей. Стоимость трансформаторов (строка 1.4) определяется по П7 для тех ПС, на которых по разным вариантам схемы сети устанавливаются разные трансформаторы (по количеству и типу). Постоянная часть затрат учитывается по П8.3, стоимость ВЛ - по П6. Если при рассмотрении вариантов следует учесть стоимости элементов сети, которые не учтены в табл. 2.5, то их вносят в таблицу отдельными строками. Незаполненные строки из табл. 2.5 следует исключить.
Ежегодные издержки
производства определяют как сумму
издержек на амортизацию, текущий ремонт
и обслуживание для подстанций (
)
и линий (
),
а также стоимости потерь электроэнергии
(
):
(2.34)
При этом:
;
,
где
;
;
;
;
;
- соответственно нормы ежегодных
отчислений на амортизацию (а), текущий
ремонт (р) и обслуживание (о) в относительных
единицах [3, с.297].
В проекте можно принять для ВЛ
35 и выше (
)
= 0.028, для ПС 35 - 150 kb
(
)
= 0.094, а для ПС 220 кВ
(
)
= 0,078 [З].
Стоимость
потерь электроэнергии в линиях (
),
определяем как:
; (2.37)
; (2.38)
, (2.39)
Таблица 2.5. Капитальные вложения в строительство электрической сети, тыс. грн
№ п/п |
Элемент сети |
Ед. Изм. |
Обозн. |
Стоим. Един. |
Вариант I … |
… |
Вариант N … |
||||||||||
Кол. Ед. |
Всего стоим. |
|
Кол. Ед. |
Всего стим. |
|||||||||||||
1 |
ЦП и ПС |
||||||||||||||||
1.1 |
Ячейки линейных выключателей в ЦП |
шт. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1.2 |
ОРУ ПС: без выключателей; два блока линия-трансформатор; мостик |
шт.
шт. шт. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1.3 |
Ячейки выключателей на стороне ВН для ПС со сборными шинами |
. шт. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1.4 |
Трансформаторы: ТДН-… ТМН-… |
.. шт. шт. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1.5 |
Постоянная часть затрат |
- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Итого по ЦП и ПС |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 |
ВЛ |
||||||||||||||||
2.1 |
Одноцепная с проводами: АС-… АС-… |
км км |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2.2 |
Двухцепная с проводами: 2 АС-… 2 АС-… |
км км |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Итого по ВЛ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Итого по сети |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
где
- удельный показатель
стоимости потерь электроэнергии в
сети,
тыс.
грн./(
);
- суммарные годовые
потери электроэнергии в ВЛ сети,
-
время наибольших потерь, часов;
-
потери активной мощности в режиме
наибольших нагрузок j-ой
линии,
;
-
активное сопротивление проводов
j-ой
линии. Ом;
-
поток полной мощности по j-ой
линии,
;
- номинальное напряжение сети, ;
m- количество линий.
Время наибольших потерь находят по формуле для графиков пиковой формы [1]:
, (2.40)
где
- продолжительность использования
наибольшей нагрузки, часов (согласно
заданию).
Удельная стоимость
потерь электроэнергии в сети
[2]
[2] в зависимости от коэффициента
попадания в максимум энергосистемы
может быть определена по графику (П8).
Рекомендуется принять
.
Расчет стоимости
потерь электроэнергии в линиях сводят
в табл. 2.6, в которой графы
и
следует заполнять только для итоговой
строки.
Если во всех вариантах использованы одинаковые трансформаторы на ПС. то затраты на возмещение потерь электроэнергии в трансформаторах возможно не учитывать. В противном случае необходимо определить затраты на возмещение потерь электроэнергии в трансформаторах для каждого из вариантов на тех ПС, где трансформаторы отличаются в разных вариантах по типу или количеству.
Стоимость потерь электроэнергии в трансформаторах находят по формуле:
, (2.41)
где
- постоянные потери электроэнергии
(потери холостого хода);
-
нагрузочные потери электроэнергии.
Постоянные потери практически одинаковы все время работы трансформатора:
Таблица 2.6. Ежегодные потери электроэнергии в линиях и затраты на их возмещение, тыс. грн
№ п/п |
Линии |
Обозн. |
Ед. Изм. |
ВАРИАНТЫ |
|||
1 |
2 |
… |
N |
||||
1 |
ВЛ… |
|
|
|
|
|
|
2 |
ВЛ… |
|
|
|
|
|
|
3 |
ВЛ… |
|
|
|
|
|
|
… |
… |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого потерь активной мощности |
|
|
|
|
|
|
|
Потери электроэнергии в линиях |
|
|
|
|
|
|
|
Стоимость потерь электроэнергии в линиях |
|
тыс. грн. |
|
|
|
|
, (2.42)
где
- время работы i-го трансформатора
в течение года (рекомендуется принять
часов). Нагрузочные потери находят по
формуле:
. (2.43)
В формулах (2.42), (2.43):
-
потери активной мощности в магнитопроводах
трансформаторов (потери в стали),
;
-
потери активной мощности в обмотках
трансформаторов (потери в меди),
;
n - количество учтенных подстанций.
Определение составляющих потерь активной мощности в трансформаторах производится с использованием их паспортных данных [2], (Приложение П7) по формулам:
; (2.44)
, (2.45)
где
- потери активной мощности холостого
хода одного трансформатора i-й
ПС,
;
- потери активной мощности короткого
замыкания одного трансформатора i-й
ПС,
;
- полная нагрузка i-й ПС, МВ·А;
-
номинальная мощность трансформатора
на i-й ПС, МВ·А;
n - количество трансформаторов на i-й ПС.
Полученные результаты вносят в табл. 2.7.
В технико-экономическом расчете следует учитывать суммарные издержки по сети:
. (2.46)
Ожидаемый
среднегодовой ущерб от нарушения
электроснабжения определяется ущербами
от вынужденных (
)
и плановых (
)
простоев, тыс. грн:
. (2.47)
Методика расчета ожидаемого ущерба приведена в [2, с.318-323]. Можно упростить задачу, сделав допущения:
- учитывать ущерб только от отключения ВЛ;
- ущерб от аварийных отключений при наличии резервирования считать отсутствующим ( =0).
При наличии резервирования =0. С учетом принятых допущений в резервированных ВЛ можно считать =0.
На ПС подключенных одной ВЛ следует произвести расчет ущерба:
; (2.48)
, (2.49)
где
- параметр потока отказов на 100 км
длины ВЛ, отказов/год;
l- длина ВЛ. км;
- среднее время
восстановления, лет/отказ;
- наибольшая
активная нагрузка потребителей
II категории по надежности
электроснабжения,
;
- коэффициент
ограничения нагрузки потребителя;
-
расчетный удельный годовой ущерб из-за
вынужденного перерыва электроснабжения,
тыс. грн/кВт в год;
- коэффициент плановых простоев на одну цепь ВЛ, отн. ед.;
-
расчетный годовой ущерб из-за плановых
перерывов электроснабжения, тыс. грн/кВт
в год.
Значения
,
,
приведены в Приложении П10. При полной
потере питания
= 1. Значения
и
принимают по графикам в зависимости
от структуры потребления и значения
[2, c.322].
Таблица 2.7. Затраты на возмещение потерь электроэнергии в трансформаторах
№ п/п |
Расчетная величина |
Ед. изм. |
Обозн. |
ПОДСТАНЦИИ |
||||||
1… |
… |
N |
||||||||
Вариант |
… |
Вариант |
||||||||
№1 |
… |
№M |
… |
№1 |
… |
№M |
||||
1 |
Наибольшая полная нагрузка на стороне НН ПС |
MB·A |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Номинальная мощность трансформатора |
MB·A |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Количество трансформаторов на ПС |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Потери активной мощности холостого хода |
MBт |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Потери активной мощности короткого замыкания |
MBт |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Потери активной мощности в магнитопроводах " " трансформаторов |
MBт |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Потери активной мощности в обмотках " " трансформаторов |
MBт |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Постоянные потери электрической энергии в " " трансформаторах |
МВт·ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
Нагрузочные потери электрической энергии в " " трансформаторах |
МВт·ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
Потери электрической энергии в " " трансформаторах |
МВт·ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
Затраты на возмещение потерь электроэнергии в " " трансформаторах |
тыс. грн.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчеты приведенных затрат выполняют в итоговой табл. 2.8. По результатам анализа которой делают вывод об оптимальном варианте.
Таблица 2.8. Итоговая таблица сравнения вариантов по приведенным затратам при строительстве сети в один год, тыс. грн.
№ п/п |
Расчетная величина |
Обозн |
ВАРИАНТЫ |
||
1 |
… |
М |
|||
1 |
Стоимость учтенных элементов ЦП и ПС |
КП |
|
|
|
2 |
Стоимость ВЛ |
КЛ |
|
|
|
3 |
Суммарная стоимость сети |
К |
|
|
|
4 |
Ежегодные отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание ПС |
ИП |
|
|
|
5 |
Ежегодные отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание ВЛ |
ИЛ |
|
|
|
6 |
Ежегодные затраты на возмещение потерь электроэнергии |
|
|
|
|
7 |
Ежегодные издержки производства |
И |
|
|
|
8 |
Капитальные вложения, приведенные к одному году, тыс.грн в год |
|
|
|
|
9 |
Народнохозяйственный ущерб, тыс.грн в год |
У |
|
|
|
10 |
Приведенные затраты, тыс.грн в год |
З |
|
|
|
Если схема подключения ПС, не имеющих потребителей I категории, для всех вариантов построения сети одинакова (например, радиальное подключение к ЦП), то выбор количества цепей при подключении этих ПС можно проводить отдельно, только для этих ПС. При этом технико-экономическое сравнение вариантов схемы остальной части сети выполняют без учета ущерба, а в табл. 2.8 войдут варианты подключения ПС без потребителей I категории, выигравшие в отдельном сравнении.
Используя исходные данные приложения (П1) и результаты расчетов предыдущих примеров, выбрать оптимальный вариант схемы сети.
Из пяти рассматриваемых вариантов технически реализуемы два. Проведем экспертную оценку вариантов (табл. Пр.2.7).
Таблица Пр. 2.7. Данные для экспертной оценки вариантов
№ п/п |
Обозн. |
Ед. изм. |
ВАРИАНТЫ |
|
2 |
1 |
|||
1 |
|
кВ |
110 |
110 |
2 |
|
% |
7 |
6,1 |
3 |
|
% |
14,1 |
12,2 |
4 |
|
Шт |
4 |
6 |
5 |
|
Шт |
10 |
10 |
6 |
|
Км |
243 |
270 |
7 |
|
Шт |
10 |
10 |
Во всех рассматриваемых вариантах достаточный запас по регулированию напряжения трансформаторами с РПН.Выделить вариант, который явно проиграет технико-экономическое сравнение сложно. Выносим на технико-экономическое сравнение все технически реализуемые варианты. Расчет капитальных вложений приведен в табл. Пр.2.8.
Таблица 2.8. Капитальные вложения в строительство электрической сети, тыс. грн
№ п/п |
Элемент сети |
Ед. Изм |
Обозначение |
Стоимость единицы |
Вариант I 110 кВ |
Вариант II 110 кВ |
||||
Кол. единиц |
Всего стоимость |
Кол. единиц |
Всего стоимость |
|||||||
1 |
|
|||||||||
1.1 |
Ячейки линейных выключателей в ЦП |
Шт. |
|
42 |
6 |
252 |
4 |
168 |
||
|
ОРУ на ПС: |
|
||||||||
1.2 |
Ячейки выключателей на ВН для ПС со сборными шинами |
Шт. |
|
- |
- |
- |
- |
- |
||
1.3 |
Мостик с выключателями и неавтоматической перемычкой |
Шт. |
|
- |
- |
- |
- |
- |
||
1.4 |
Два блока линия-трансформатор с неавтоматической перемычкой |
Шт. |
|
82,9 |
5 |
414,5 |
5 |
414,5 |
||
1.5 |
Блок линия-трансформатор с разъединителем |
Шт. |
|
- |
- |
- |
- |
- |
||
1.6 |
Трансформаторы на ПЗС: |
|
||||||||
ТДН-10000/110 |
Шт. |
|
54 |
2 |
108 |
2 |
108 |
|||
№ п/п |
Элемент сети |
Ед. Изм |
Обозначение |
Стоимость единицы |
Вариант I 110 кВ |
Вариант II 110 кВ |
||||
Кол. единиц |
Всего стоимость |
Кол. единиц |
Всего стоимость |
|||||||
1.7 |
Постоянная часть затрат на ПС: |
|
||||||||
без выключателей |
Шт. |
|
130 |
- |
- |
- |
- |
|||
по схеме мостик или два блока |
Шт. |
|
210 |
5 |
1050 |
5 |
1050 |
|||
со сборными шинами |
Шт. |
|
290 |
- |
- |
- |
- |
|||
|
Итого по ЦП и ПС |
|
КП |
|
|
1822,5 |
|
1740,5 |
||
2 |
|
|||||||||
2.1 |
Одноцепные с проводами: |
|
||||||||
|
АС-120 |
км |
|
13,1 |
63 |
825,3 |
243 |
3183,3 |
||
АС-150 |
км |
|
13,2 |
- |
- |
- |
- |
|||
АС-185 |
км |
|
13,8 |
- |
- |
- |
- |
|||
АС-240 |
км |
|
15,1 |
- |
- |
- |
- |
|||
2.2 |
Двуцепные с проводами: |
|
||||||||
|
2 АС-70 |
км |
|
21,4 |
180 |
3852 |
- |
- |
||
|
Итого по ВЛ |
|
КЛ |
|
|
4677,3 |
|
3183,3 |
||
|
Итого по сети |
|
К |
|
|
6499,8 |
|
4923,8 |
||
Стоимость потерь электроэнергии в линиях определим по формулам (2.37) - (2.39). По формуле (2.40) находим время наибольших потерь:
и
по графику (П9)
-
удельные затраты возмещения потерь
электроэнергии в сети в зависимости от
.
Например, рассчитаем затраты на возмещение потерь электроэнергии в линиях для схемы по II варианту. Потери мощности в линиях (2.39):
Значения
и
взяты из табл. Пр.2.3
.
Итого
потерь в линиях
.
Потери, электроэнергии (2.38):
Стоимость потерь электроэнергии в линиях (2.37):
.
Результаты расчетов по вариантам сведены в табл. Пр.2.9.
Таблица Пр.2.9. Затраты на возмещение потерь электроэнергии в линиях
№ п/п |
Линия |
Обознач. |
Единица измер. |
ВАРИАНТЫ |
|
I |
II |
||||
1 |
ВЛ ИП – ПС5 |
|
МВт |
0,17 |
0,85 |
2 |
ВЛ ПС1 – ПС2 |
|
МВт |
0,4 |
0,28 |
3 |
ВЛ ИП – ПС1 |
|
МВт |
0,95 |
0,95 |
4 |
ВЛ ПС4 – ПС3 |
|
МВт |
0.14 |
0,16 |
5 |
ВЛ ИП - ПС4 |
|
МВт |
0,83 |
- |
6 |
ВЛ ПС5 – ПС4 |
|
МВт |
- |
0,3 |
|
Итого потерь мощности |
|
МВт |
2,49 |
2,52 |
|
Потери электроэнергии в ВЛ |
|
МВт·час |
8493,14 |
8527,25 |
|
Стоимость потерь энергии |
|
тыс.грн |
127,39 |
127,90 |
Сравнение вариантов проведено по приведенным затратам (2.32) в соответствии с описанием. Расчет приведенных затрат сведен в табл. Пр.2.11.
В качестве окончательного варианта выбираем радиально-магистральную схему (II вариант), минимальные потери электроэнергии и минимальные капитальные вложения.
Таблица Пр.2.11. Итоговая таблица сравнения вариантов по приведенным затратам при строительстве сети в один год, тыс. грн.
№ п/п |
Расчетная величина |
Обозн |
ВАРИАНТЫ |
|
I |
II |
|||
1 |
Стоимость учтенных элементов ЦП и ПС |
|
1822,5 |
1740,5 |
2 |
Стоимость ВЛ |
|
4677,3 |
3183,3 |
3 |
Суммарная стоимость сети |
|
6499,8 |
4923,8 |
4 |
Ежегодные отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание ПС |
|
171,3 |
163,6 |
5 |
Ежегодные отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание ВЛ |
|
130,9 |
89,1 |
6 |
Ежегодные затраты на возмещение потерь электроэнергии |
|
127,39 |
127,9 |
7 |
Ежегодные издержки производства |
|
429,49 |
380,6 |
8 |
Капитальные вложения, приведенные к одному году, тыс. грн/год |
|
779,9 |
590,8 |
9 |
Народнохозяйственный ущерб, тыс. грн/год |
|
— |
— |
10 |
Приведенные затраты, тыс.грн/год |
|
1209,39 |
971,4 |
