Выводы по разделу десять

Произвели расчет устройств компенсации реактивной мощности, рассчитали параметры схемы для расчета компенсации реактивной мощности. Определили экономически целесообразную реактивную мощность, передаваемую энергосистемой предприятию в расчете на один трансформатор. Определили: затраты на генерацию реактивной мощности отдельными источниками; эквивалентные активные сопротивления ответвлений с ТП;оптимальные реактивные мощности низковольтных БК, подключенных к ТП; оптимальную реактивную мощность, генерируемую источниками реактивной мощности, подключенными к секции шин РП1 и РП2. В качестве высоковольтных БК, установленных на секциях шин РП1, приняли к установке УК-10,5-450 ЛУЗ. Определили оптимальную мощность высоковольтных БК, установленных на секциях шин ГПП, согласно расчетам устанавливаем УК-10,5-750 ЛУЗ. Составили баланс реактивной мощности. Определили резерв реактивной мощности в расчете на секцию шин ГПП, он составляет 75%, такое значение получилось в следствии наличия большого числа мощных СД, способных вырабатывать реактивную мощность, но такая выработка экономически нецелесообразна. Расчетный коэффициент реактивной мощности на вводе ГПП составил 0,298.

11 Спецвопрос: «технико-экономическое обоснование установки ремонтной перемычки в схемах внешнего электроснабжения»

11.1 Методика расчета

Применение ремонтных перемычек в схемах внешнего электроснабжения в общем случае позволяет повысить гибкость электроснабжения и, как следствие, ее надежность. Кроме того такое техническое решение позволяет снизить потери энергии в послеаварийных режимах работы СЭС, а также недоотпуск электроэнергии (ЭЭ) при условии ,коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме работы СЭС.

Однако для реализации ремонтной перемычки необходимо установить 4 дополнительных разъединителя, т.е. увеличить капиталовложения в СЭС. На рисунке 11.1 приведена рассматриваемая схема электроснабжения.

Рисунок 11.1- Схема электроснабжения

Условие технико-экономической целесообразности установки ремонтной перемычки запишется в виде:

(11.1)

где – суммарный коэффициент отчислений от капитальных вложений на ремонтную перемычку;

– число разъединителей в ремонтной перемычке;

– стоимость с учетом строительной части одного разъединителя, тыс.руб;

- Стоимость одного электроэнергии,;

– потери энергии за год соответственно в схемах без перемычки и с перемычкой, ;

– ущербы от ненадежности СЭС в схемамах без перемычки и при наличии перемычки, .

Для определения потерь энергии и ущербов от ненадежности (обусловленных простоями) СЭС в первую очередь следует установить возможные режимы работы СЭС и их продолжительности.

Возможные состояния (режимы) СЭС без ремонтной перемычки:

1. Нормальный, продолжительностью – ;

2. Одна цепь в работе, продолжительностью – ;

3. Полное гашение подстанции – .

Режимы работы с ремонтной перемычкой:

1. Нормальный, продолжительностью – ;

2. Одна цепь в работе, продолжительностью – ;

3. Полное гашение подстанции – ;

4. Питание двух трансформаторов по одной линии (через ремонтную перемычку) – .

Продолжительность работы в нормальном режиме определяется из баланса годового фонда времени. Все остальные составляющие - продолжительности работы в различных режимах (состояниях схемы) и продолжительность полного гашения подстанции определяем используя методы структурного и логико-ситуационного анализа надежности СЭС.

Прежде чем перейти к указанному анализу примем допущения и получим обобщенные выражения (формулы) для расчета среднегодовой продолжительности вышеперечисленных состояний схем.

Допущения:

1. С целью снижения продолжительности полного гашения подстанции в схеме без ремонтной перемычки будем максимально совмещать во времени плановые ремонтные работы на элементах одной цепи, а в схеме с ремонтной перемычкой - только на участках I, II и III отдельно. Такое решение в схеме с ремонтной перемычкой позволяет использовать ее преимущества.

2. Из рассмотрения исключается режим питания по двум цепям ВЛ одного трансформатора, так как в таком режиме ремонтной перемычкой шунтируется секционный выключатель питающей подстанции и этим самым на период работы со включенной ремонтной перемычкой снижается надежность питания остальных потребителей питающей подстанции.

3. Так как в справочной литературе не приводятся статистические данные по отказам отдельных элементов ячеек с выключателями, то условимся о том, что их восстановление производится при отключенном силовом трансформаторе.

4. Вероятность одновременного отказа двух и более элементов на одном небольшом интервале времени значительно меньше вероятности отказа одного элемента, т.е. потоки отказов - ординарны.

5. Потоки отказов и восстановлений носят стационарный характер.

Простои цепей и элементов СЭС могут быть вызваны внезапными или плановыми отключениями, а простои всей СЭС или работы с включенной ремонтной перемычкой - наложениями внезапных простоев элементов разных цепей или внезапных простоев элементов одной цепи на периоды проведения плановых ремонтов элементов второй цепи.

Структура расчетных формул для определения продолжительности совместных простоев элементов или участков двух цепей зависят от соотношения средних продолжительности простоев элементов, вызванных плановыми или вынужденными отключениями элементов (участков) одной цепи и внезапными отключениями элементов (участков) второй цепи.

Рассмотрим систему состоящую из двух параллельно включенных элементов (участков, замененных одним эквивалентным элементом), каждый из которых характеризуется средней продолжительностью плановых и вынужденныхпростоев, параметром потока отказови интенсивностью плановых ремонтов. Указанная система приведена на рисунке 11.2.

Рисунок 11.2- Система из двух параллельно включенных элементов

1. Пусть элемент (участок) цепи 1 находится на плановом ремонте, в период проведения которого происходит отказ элемента (участка) цепи 2.

1.1. Примем .

Разделим на два интервала:, как это показано на рисунке 11.3.

Рисунок 11.3 – Разделение на два интервала:

При попадании начала вынужденного простоя второго элемента на интервал времени продолжительность совместного простоя , а при попадании на второй интервал -(с учетом равной вероятности попадания начала простоя элемента 2 на всем интервале).

С учетом последнего замечания и выполнения принятого в начале 11.1 условия среднее время одного совместного простоя можно определить по выражению:

(11.1)

Следует отметить, что совместные простои являются случайными событиями. Поэтому для определения одного совместного простоя на среднем интервале времени между двумя, следующими друг за другом отказами, элемента 2 (участка цепи, замененного эквивалентным элементом) следует выражение (11.1) умножить на вероятность такого события -.

По статистическим данным для преимущественного большинства элементов частота плановых ремонтовзначительно больше частоты аварийных ремонтов(рис. 11.4).

Рисунок 11.4- Соотношение частоты плановых и аварийных ремонтов

Следует отметить, что на интервале времени может состояться в среднем один совместный простой, обусловленный попаданием момента внезапного отказа элемента 2 либо на капитальный плановый ремонт элемента 1, либо на текущий плановый ремонт.

Несмотря на то, что продолжительность текущих плановых ремонтов, как правило, меньше продолжительности капитальных ремонтов, в общем случае их следует учитывать раздельно, так как они производятся чаще, вследствие чего вероятность попадания момента внезапного отказа элемента 2 (участка второй цепи) на интервале времени текущих плановых ремонтов элементов (участка цепи) 1 будет достаточно заметной. Однако это можно сделать только при наличии соответствующих статистических данных. В большинстве источников приводятся данные по плановым простоям не подразделяя их на капитальные и текущие ремонты (Можно предположить, что приводятся некие усредненные данные по плановым простоям).

Так как плановые остановки на ремонт производится периодически через фиксированные интервалы времени, что отражено на рисунке 11.3, то при равной вероятности попадания момента внезапного отказа элемента (участка цепи) 2 на любой произвольный момент времени в интервале , вероятность попадания момента отказа элемента (участка цепи) 2 на интервалы времени проведения плановых ремонтов элемента (участка цепи) 1 можно найти по формуле (11.2):

(11.2)

где- среднее время (продолжительность) планового простоя элемента (участка) 1, приходящееся на 1 год, далее - среднегодовое время планового простоя элемента (участка первой цепи);

- коэффициент планового простоя элемента (участка) 1.

При наличии дифференцированных данных по периодичности и продолжительности текущих и капитальных плановых ремонтов аналогичным путем можно получить и расчетные выражения для определения вероятности попадания момента внезапных отказов элементов (участка) цепи 2 на интервалы времени проведения капитальных и текущих плановых ремонтов элемента (участка) цепи 1:

(11.3)

(11.4)

С учетом изложенного средняя продолжительность одного совместного простоя, обусловленного наложением внезапного простоя элемента (участка) цепи 2 на интервале времени проведения плановых ремонтов элемента (участка) цепи 1 определяется по выражению:

(11.2)

Поскольку все слагаемые выражения (1) приведены к одному году, следует найти долю значения приходящуюся на один год, для чегонеобходимо разделить на среднее значение количества лет между следующими друг за другом отказами элемента (участка) цепи 2. Назовем это время среднегодовой продолжительностью совместного простоя:

где - средняя частота внезапных отказов элемента (участка) цепи 2.

Тогда с учетом (11.2):

(11.7)

_{Далее рассмотрим другую ситуацию, когда .}

1.2. На рисунке 5 приведена ситуация когда _.

_{Рисунок} 11.5-Ситуация когда

При соблюдении принятых условий, т.е. попадании момента отказа элемента (участка) цепи 2 на интервал времени проведения плановых ремонтов элемента (участка) цепи 1 и равной вероятности такого события на всем интервале средняя продолжительность одного совместного простоя:

(11.8)

С учетом вероятности возникновения такого события (совместного простоя) на интервале времени :

и продолжительность совместного простоя, приходящегося на один год наблюдений:

(11.9)

Проведем аналогичные рассуждения и получим расчетные формулы для определения среднегодовой продолжительности совместных простоев, обусловленных наложением аварийных ремонтов элементов разных цепей.

2. Пусть элемент (участок) цепи 1 находится в аварийном ремонте, в период проведения которого происходит отказ элемента (участка) цепи 2.

2.1. Примем , приведен на рисунке 11.6:

_{Рисунок} 11.6- Ситуация когда

Проведя аналогичные рассуждения, придем к формуле для определения среднего времени одного совместного простоя:

(11.10)

При , ситуация приведена на рисунке 11.7, средняя продолжительность одного совместного простоя:

(11.11)

_{Рисунок} 11.7- Ситуация когда

Для определения реально возможного времени совместного простоя полученное выражение следует умножить на вероятность такого события , которая зависит от соотношения средней частоты отказов элементов (участков) цепи 1 и 2, т.е..

Так как отказы элементов (участков) обеих цепей (в нашем случае элементов 1и 2) являются независимыми случайными событиями, характеризующиеся своими вероятностями появления на соответствующих средних интервалов времени между следующими друг за другом отказами, то вероятность совместных простоев определится как произведение вероятностей их появлений.

Ввиду того, что потоки отказов приняты стационарными то вероятности появления отказов элементов (участков) цепей можно определить по выражениям:

. (11.12)

Тогда вероятность совместного простоя:

(11.13)

С использованием полученных данных запишем среднее время (продолжительность) одного совместного простоя на среднем интервале времени между двумя следующими друг за другом отказами элемента (участка) цепи 2:

. (11.3)

Среднегодовое время совместного простоя, обусловленное аварийными ремонтами элементов (участков) двух взаимно-резервируемых цепей:

(11.4)

С учетом (11.3) выражение (11.4) примет вид:

(11.16)

Выше была описана методика расчета времени полного гашения подстанции, кроме этого необходимо рассчитать – ущербы от ненадежности СЭС в схемах без перемычки и при наличии перемычки,.

Время планового простоя одной цепи определяется по формуле:

(11.17)

Общее время простоя одной цепи находится как

Далее из анализа типовых среднестатистических годовых графиков нагрузки для рассматриваемой отрасли производства (машиностроение) видно, что существует достаточно жесткая корреляция между активной и реактивной мощностью. Соответственно максимум потребления активной и реактивной нагрузки наблюдается в одно и тоже время.

Далее необходимо преобразовать среднестатистический график нагрузки для заданных мощностей.

Рассчитаем активную мощность которую способен пропустить трансформатор в режиме простоя одной цепи:

Реактивные потери в трансформаторе в режиме простоя одной цепи:

_{Определим реактивную мощность отключаемой нагрузки:}

Зная, чтоопределим.

Находим из условия:

Таким образом активная мощность которую способен пропустить трансформатор равна:

Ущерб от недоотпуска электроэнергии:

Принимаем допущение, что отключение 10% нагрузки не приводит к ущербу:

Коэффициент сжатия графика плановый:

Коэффициент сжатия графика плановый:

С использованием преобразованного графика нагрузки инайдем недоотпущенную энергию при вынужденных и плановых простоях:

Рассчитываем ущерб от недоотпуска электроэнергии:

Также необходимо рассчитать ущерб от потери электроэнергии в элементах схемы.

Потери в схеме без перемычки:

,(4.26)

где - потери электроэнергии в нормальном режиме;

- потери электроэнергии при отключенной цепи.

;(4.27)

;(4.28)

;(4.29)

;(4.30)

,(4.31)

где - время планового простоя;

- время вынужденного простоя.

Потери энергии в цепи без перемычки при отключенной линии:

;(4.33)

;(4.34)

;(4.35)

;(4.36)

.(4.37)

Потери в схеме с перемычкой:

,(4.38)

где - потери энергии в нормальном режиме;

- потери энергии при отключенной линии;

- потери энергии при работе с перемычкой.

;(4.39)

;(4.40)

.(4.41)

Здесь:

;

(4.42)

;(4.43)

;

;(4.44)

.(4.45)

Потери энергии в цепи с перемычкой при отключенной линии:

;(4.46)

;(4.47)

;(4.48)

.(4.49)

Потери энергии в цепи при работе перемычки:

;(4.50)

;(4.51)

;(4.52)

;(4.53)

С использованием полученных выше соотношений и формул проведем расчет по определению продолжительности простоев и работы в установленных ранее режимах рассматриваемой СЭС.