4. Вибір схеми зовнішнього електропостачання промислових підприємств

Професійне застосування методів оптимізації під час проектування є необхідною умовою ефективного ведення господарської діяльності. Економічний ефект буде найвищим лише у випадку системного підходу під час проектування. Це зумовлює необхідність виконання техніко-економічних розрахунків на кожній стадії проектування промислового підприємства. Недостовірність вхідних даних, а також відсутність аналітичних методів, виключає координацію дій у сфері різних проектних спеціальностей і негативно впливає на наслідки аналізу. У таких умовах необхідний варіантний, ітераційний пошук найкращого розв’язання, що інтегрує оптимальні проектні вирішення окремих стадій.

У цьому зв’язку створення оптимального проекту зводиться до локальної оптимізації під час виконання взаємозалежних проектних процедур.

1. Вибір кількості та потужності трансформаторів пгв

Кількість і потужність трансформаторів залежить від категорії електроприймачів за надійністю електропостачання промислового об’єкту.

У теперішній час широко застосовують двотрансформаторні підстанції з взаємним резервуванням. Визначальною умовою вибору в багатьох випадках є забезпечення безперебійного електропостачання електроспоживачів після ушкодження одного з трансформаторів. Інший трансформатор повинен забезпечити з урахуванням допустимого перевантаження пересилання всієї потужності об’єкту. Для забезпечення таких умов коефіцієнт завантаження трансформаторів у нормальному режимі не повинен перевищувати величини, що визначена у відповідності з чинними правилами.

Якщо на ПГВ (ГЗП) передбачається встановлення двох трансформаторів, то номінальна потужність кожного з них знаходиться таким чином

Sнт  Sр/(2),

(4.1)

де S_р– розрахункова повна потужність підприємства значення величини якої знаходиться за допомогою формул п.8 розділу 3.1;

 – бажаний коефіцієнт завантаження трансформатора, значення якого, зазвичай, приймають рівним  = 0,7.

У після аварійному режимі працездатний трансформатор необхідно перевірити на допустиме перевантаження з урахуванням можливого вимкнення електроприймачів третьої категорії, а саме:

1,4Sнт  Sр.

(4.2)

2. Вибір оптимального перерізу проводів і жил кабелів

Вибір перерізу жил кабелів і проводів за економічною густиною струму є недостатньо обґрунтований, дає помилкові результати та не відповідає чинним методичним настановам із проектування ЕПС.

Під час пересилання потужності S_рна відстаньlіз тарифом на електроенергіюC_ота напругоюU_н, капіталовкладенняKй експлуатаційні витратиВ_e залежать від перерізу проводів і жил кабелівs. Переріз проводу чи жили кабелю, що відповідає мінімуму дисконтованих витрат, і є економічно доцільним перерізом. У загальному випадку він буде нестандартним і може збігтися зі стандартним тільки випадково.

Після того як буде знайдено економічно доцільний нестандартний переріз проводу чи жил кабелю, необхідно остаточно вибрати найближчий до оптимального стандартний переріз.

Нижче наведено рекомендований алгоритм розв’язання цієї задачі, який грунтується на мінімізації цільової функції, побудованої на підставі таблично сформованої функції дисконтованих витрат із використанням інтерполяційних формул Ньютона чи Лагранжа.

Довільна залежність, у даному випадку В = f(s), якщо відомі n її точок, може бути виражена аналітично за допомогою інтерполяційної формули Ньютона, яка є степеневою функцією(n–1) – го порядку вигляду:

(4.3)

де a, b, c, .. , n– сталі коефіцієнти поліному, які підлягають визначенню.

Це рівняння являє собою криву, яка проходить через точки з координатами (x₁,y₁), (x₂,y₂), .. , (x_n,y_n). У цьому випадку рівняння (4.3) має наближено відповідати кривійВ_д= f(s), що проходить через точки, які відповідають кільком значенням із низки стандартних перерізів проводів (жил кабелів) (16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500 мм²).

Під час практичних розрахунків найчастіше знаходження оптимального нестандартного перерізу здійснюється за трьома точками. Кожному стандартному суміжному перерізові мають відповідати визначені дисконтовані витрати: перерізу s₁– витратиВ₁; перерізуs₂– витратиВ₂, перерізуs₃ – витратиВ₃. Зазначимо, що ця задача матиме оптимальний розв’язок лише тоді, коли перерізуs₂ відповідатимуть найменші за величиною серед цих трьох точок дисконтовані витратиВ_2.

Визначення економічно доцільного перерізу s_еза трьома стандартними перерізамиs₁, s₂ іs₃виконується відповідно з (4.3). У цьому випадку інтерполяційний поліном матиме вигляд

,

(4.4)

де а, b – сталі коефіцієнти, щопідлягають визначенню.

Найпростіше ці коефіцієнти визначити методом підставлення. У результаті отримаємо поліном такого вигляду

,

(4.5)

де .

Для визначення економічно доцільного перерізу вираз (4.5) диференціюємо за перерізом s. У результаті отримаємо

(4.6)

Прирівнявши праву частину (4.6) до нуля, отримаємо рівняння для визначення економічно доцільного (оптимального) перерізу s_о

(4.7)

Розв’язавши рівняння (4.7) отримаємо

,

(4.8)

де

Якщо оптимальний нестандартний переріз, визначений за виразом (4.8) знаходиться точно посередині між двома стандартними, то доцільніше використати інтерполяційну формулу Лагранжа. У результаті отримаємо вираз для визначення оптимального нестандартного перерізу в такому вигляді

(4.9)

де

Остаточно вибираємо стандартний переріз, який за витратами є найближчим до оптимального нестандартного перерізу. Вибраний кабель чи провід необхідно перевірити на термічну стійкість до струмів трифазного короткого замикання.

Довжинні дисконтовані витрати на електричну лінію розраховуються так

,

(4.10)

де Е_д– норма дисконту.

Капіталовкладення в електричну лінію знаходяться за формулою

Кол = Коб+ Коел,

(4.11)

де К_об, К_оел– капітальні витрати на будівельну та електричну частини лінії, тис. грн/км.

Довжинні експлуатаційні витрати В_еовизначаються таким чином:

,

(4.12)

де a_е– коефіцієнт щорічних відрахувань на технічне обслуговування, %;

Визначається вартість довжинних втрат електроенергії в лінії, тис. грн/км:

(4.13)

де Р_л – довжинні втрати активної потужності в лінії, кВт/км:

(4.14)

де S_рл– розрахункова повна потужність лінії, МВА;

U_нл – номінальна напруга лінії, кВ;

R_ол– довжинний резистивний опір лінії, Ом/км;

_m– тривалість максимальних втрат, год:

,

(4.15)

де Т_max– річна кількість годин використання максимуму активної потужності;

З_о– очікувані збитки від перерв електропостачання через ушкодження лінії:

,

(4.16)

де З_ео – узагальнені збитки від 1недоотриманої електроенергії;

W_л – кількість недоотриманої електроенергії за час перерв електропостачання, від ушкодження лінії,;

(4.17)

де Р_р– розрахункова потужність навантаження електроспоживача, кВт;

Т_м – кількість годин використання максимального навантаження в рік, год.;

q – ймовірність виходу з ладу лінії електропересилання.

Зазвичай, ЕПС промислових об’єктів проектуються так, щоб забезпечити необхідну надійність, тому врахування цього чинника часто є несуттєвим. Підставляючи (4.10 .. 4.17) у (4.9), отримаємо формулу для розрахунку довжинних дисконтованих витрат на електричну лінію, тис. грн/км:

(4.18)