Рассмотрим несколько вариантов, в зависимости от расположения
компенсирующих устройств – на низкой стороне ТП, на высокой и смешанная
установка на низкой и высокой сторонах одновременно. Необходимо выбрать
наиболее выгодный вариант с учетом потерь в трансформаторах.
6.1 Установка КУ на стороне низкого напряжения ТП 0,38 кВ
В этом случае
QКУ НН =ΣQр.цi, (6.1)
где Qр.цi- расчётные реактивные
нагрузки НН цехов без учета потерь активной мощности в трансформаторах в виду
их малости,
Qр.НН=9778,06 квар.
Предварительно
определяем требуемое количество трансформаторов, для чего распределяем мощности
ЭП,питающихся от одних и тех-же подстанций, по группам. После этого определяем
необходимую установленную мощность трансформаторов Sтр.уст.(кВА), их
количество и коэффициенты загрузки.
Далее
определяем суммарную реактивную мощность групп ЭП - Qрасч.сумм., квар.,
определяем тип и требуемую мощность компенсирующих устройств Qку.треб.(на одну
секцию), квар на каждой из секций подстанций согласно стандартному ряду. КУ
устанавливаем на стороне НН каждой ТП.
Общие потери
электроэнергии во всех трансформаторах завода с учётом того, что они работают
при заданных kЗi круглый год по [2]:
(7.8)
∆W= 91,1*8760 + 130,48*4477
= 13,822*105кВт*ч
где t - время максимальных
потерь, t=4477
ч. из предыдущего расчета
Стоимость
потерь электроэнергии при стоимости потерь 1 кВт*ч с0=0,015
у.е./кВт*ч
Сп1=
b *DW1; (7.9)
Сп1=0,015*13,822*105=
20 733 у.е.
Общие
капиталозатраты на сооружение КТП и КУ проведем по ф-ле 2-49 (2.63) с учетом
нормативных коэффициентов экономической эффективности капитальных затрат:
З = рН
К + СЭ = рН К +(Са + Ст.р)К .+
Сп (7.10)
где К –
капитальные вложения на КТП и КУ, тыс. у.е.
рН -
нормативный коэффициент экономической эффективности, рН = 0,125;
СЭ
– ежегодные эксплуатационные расходы, тыс. у.е./ год;
Са
- отчисления на амортизацию, Са= 6,4% табл. 56.1 (3,526)
6.2 Установка КУ на
стороне высокого напряжения ТП 10 кВ
В этом случае
QКУ ВН = QВН = ΣQр.цi + SDQтр, (7.13)
где Qр.цi- расчётные реактивные
нагрузки цехов, квар;
SDQтр – потери реактивной мощности в трансформаторах,
квар;
Qр.ВН= 10756 квар.
Предварительно
определяем требуемое количество трансформаторов, для чего распределяем мощности
ЭП,питающихся от одних и тех-же подстанций, по группам. После этого определяем
необходимую установленную мощность трансформаторов Sтр.уст.(кВА), их количество
и коэффициенты загрузки с учетом прохождения через трансформаторы полной мощности
нагрузки и потерь в трансформаторах, учитывая что потери DQтр уменьшают установленную
мощность КУ на ВН (т.к. поток направлен от потребителя)
Далее аналогично п.7.1. Результаты расчета
приведены в таблице 7.2
Приведенные
потери мощности для n трансформаторов по (7.7 ):
6.3 Смешанная установка КУ
“50/50” на стороне 0,38 кВ ина стороне 10 кВ
Согласно
таблице 4.1 и по условию компенсации “50/50” мощности, подлежащие компенсации
составят:
QКУ НН = Qр.НН = = 4889,03 квар.
QКУ ВН = Qр.ВН = = 5378 квар.
Определяем
необходимую установленную мощность трансформаторов Sтр.уст.(кВА), их
количество и коэффициенты загрузки с учетом прохождения через трансформаторы
50% реактивной мощности нагрузки и потерь в трансформаторах, учитывая что
потери DQтр уменьшают установленную мощность КУ на ВН (т.к. поток направлен
от потребителя)
Далее аналогично п.7.1. Результаты расчета
приведены в таблице 7.3
Таким образом
суммарные годовые затраты для варианта №1 при сроке окупаемости 8 лет (pН=0,125) являются
минимальными и отличаются от остальных вариантов более чем на 10% в пользу
экономичности.
З1 = 99,768 тыс.у.е.
З2 =113,28 тыс.у.е.
З3 = 126,62 тыс.у.е.
Принимаем к исполнению вариант компенсации
реактивной мощности на низкой стороне ТП-0,38 кВ.
7. Выбор
оптимального варианта внутреннего электроснабжения
7.1 Выбор схемы внутреннего электроснабжения завода
Размещаем ЦРП
в центре нагрузок, в точке с координатами Х = 291 м, Y = 339 м.Составим и проанализируем различные варианты схемы электроснабжения с целью выявления
оптимального. Три варианта схем внутреннего электроснабжения завода показаны на
рис.8.1, 8.2, 8.3.
Выбор
оптимальной схемы внутреннего электроснабжения предприятия производится по
минимуму приведенных затрат.
Приведенные
затраты на кабельныхе линии определяются по формуле (8.1а)
З = рН
К + СЭ = (рН +Са + Ст.р)К + Сп
где К –.
капитальные затраты на приобретение кабеля, тыс.у.е.
Ко
–.удельная стоимость кабеля, тыс.у.е./км
рН -
нормативный коэффициент экономической эффективности, рН = 0,125;
СЭ
– ежегодные эксплуатационные расходы, тыс. у.е./ год;
Са
- отчисления на амортизацию, Са= 4,3% табл. 56.1 (3,526)
где jэ- экономическая плотность
тока, А/мм2. При Тmax=5909 ч по [2.628] jэ=1,2 А/мм2.
Расчет
приведенных затрат на кабельные линии представлен в табл.8.1,8.2.,8.3
В настоящих
расчетах кабели питающие цеха высоковольтной нагрузки не учитываются т.к. во
всех вариантах схем они не меняются. Из схем представленных на рис.8.1, 8.2,
8.3 составляем оптимальную. Учитывая сложность технико-экономического сравнения
прокладки траншей для узлов по вариантам, чтобы избежать повторного счета
(количество кабелей в траншеях по участкам для разных вариантов неодинаково)
приведенные затраты на прокладку кабельных линий определим по формуле:
ЗПРОКЛ =
рнS(Ск о* lКЛ) (8.4)
где Ск
о –удельная стоимость 1м траншеи по количеству кабелей в ней,тыс.у.е;
lКЛ – длина траншеи с
одинаковым количеством кабелей в ней, м
Проведем
расчет приведенных затрат на кабельную линию W11' питающую по магистральной
схеме подстанции ТП11,ТП12, ТП13 от ЦРП. Таким образом по ней протекает ½
расчетной мощности цехов № 3, 6, 7,9, 23, 24, т.к. по условию надежности
электроснабжения питание выполняется двумя кабелями - W11',W11'':
Рассчитаем аналогично все остальные кабели в
этом варианте и все остальные варианты схемы электроснабжения и занесем
результаты в табл. 8.1, 8.2, 8.3.Определим наиболее экономичный вариант,
сравнивая стоимость узлов по вариантам.
Как видно из расчета, наиболее экономичным
является 1-ый вариант состоящий из узлов:
Узел1 (таб.8,1 рис.8,1) Зп=1,093 тыс.у.е./год
Узел2 (таб.8,1 рис.8,1) Зп=0,565 тыс.у.е./год
Узел3 (таб.8,1 рис.8,1) Зп=0,481 тыс.у.е./год
Узел4 (таб.8,1 рис.8,1) Зп=0,77 тыс.у.е./год
Таким образом, оптимальным является первый
вариант внутреннего электроснабжения,
С суммарными приведенными затратами:
ЗS= 2,909 тыс.у.е.
Для оптимального варианта схемы электроснабжения
проведем подсчет затрат на прокладку кабельных линий по участкам, в зависимости
от количества кабелей в одной укладке – n (шт), проложенных в траншее или по помещению, и взависимости от длины
прокладки линии – L (м). Учитываем что
удельная стоимость одного километра линии различается по количеству кабелй в
ней, и приведена в таблице для каждого числа кабелей(n) в отдельности. Например: для n = 1 Суд=1,27 тыс.у.е./км
Удельные стоимости
прокладки кабельных линий взяты в соответствии с [4.130]
Приведенные затраты на прокладку кабельных линий
составят:
ЗПРОКЛ=
0,125*5,62254 = 0,703 тыс.у.е.
Таким образом
схема внутреннего электроснабжения на напряжении Uн=10кВ более экономически
выгодна чем при напряжении Uн=6кВ,что видно из таблиц 8,4 и 8,5
Однако
определяющим фактором в окончательном выборе являются:
а) приведенные затраты на ТП
10/6 кВ для питания высоковольтной нагрузки в
варианте сети
на 10 кВ (отсутствуют в сети 6 кВ),
б) приведенные затраты на
линиию W*ГПП-ЦРП при 10 и 6 кВ длинной L=1,5 км
в) приведенные затраты на
линии питающие ВВ нагрузку
Аналогично
пункту 6 проведем расчет в табличной форме для вариантов 6 и 10
кВ:
Суммарная
потребляемая мощность завода с учетом компенсации реактивной мощности на низкой
стороне с учетом потерь мощности в распределительной сети согласно табл.4.1 Рз
=14548,1 кВт
Высоковольтная
нагрузка получает питание непосредственно от ЦРП, либо посредством понижающей
подстанции ТП5 10/6 кВ, расположенной вблизи ЭП №20, №21
Определение
аварийной токовой нагрузки кабельной линии W14 ГПП-ЦРП затрудительно так
как сложно оценить одновременный выход из строя нескольких из шести кабелей,
состовляющих линию.
Сведем
результаты расчета пункта 8 в таблицу 8.9:
Таблица 8.9. Результаты
сравнения затрат для вариантов ”6кВ” и “10 кВ”
Сравниваемые участки
Приведенные затраты по вариантам,
тыс.у.е.
ЗП 6кВ
ЗП 10кВ
затраты на линии W1-W13
4,0241
2,9091
затраты на КТП 10/6 кВ
-
3,433
затраты на линиию W14 (ГПП-ЦРП)
20,308
13,766
затраты на линии питающие ВВ нагрузку
0,303
0,321
затраты
прокладки кабельных линий
0,703
0,703
Итого:
25,338
21,132
Как видно из расчета,
выполнение сети на напряжение Uн=10кВ значительно дешевле. Таким образом признаем экономичным
вариант “10 кВ”при суммарных приведенных затратах: ЗS10= 21,132 тыс.у.е.
Воспользуемся
результатами расчета по выбору сечений кабельных линий по оптимальному варианту
(табл. 8,4) и проведем технико-экономическое сравнение сечений с целью
определения минимума затрат(рис. 8,4), взяв из расчета значения токов и длин линий,
на примере кабельной линии W1.
Расчет
проведем в соответствии с методикой, приведенной в [5,59]Результаты расчета
занесем в таблицу 8,10
По табл 8,4 -
Ip12’’ = 36A, L = 380 м
Найдем приведенные затраты на линию по формуле (3,1) для нескольких
стандартных сечений жил начиная с F = 25мм2 (F=(3´25) Iдоп=90А, Ro=1,24 Ом/км Cко=1,76у.е.)
- приведенный
допустимый ток по формуле:
I’доп1 = 0,9 Iдоп1 (8,7)
I’доп1= 0,9 *90
=81 A
- потери
активной мощности в линии при действительной нагрузке по формуле:
DP1 =3 (I’доп1)2× Ro1 × L1 × (Кз1)2
(8,8)
DP1 =3 (81)2× 1,24 × 380 × (0,4)2*10-6=
1,484 кВт
- потери
электроэнергии в линии по формуле:
DW1 = DP1 × Tmax (8,9)
DW1 = 1,484× 5909.32 = 8769,1 кВт×ч/год
- капитальные
затраты на линию по формуле:
K1=
L1 × Co1 (8,10)
K1=
380× 1,76= 669 тыс.у.е.
- стоимость
потерь электроэнергии в линии по формуле:
Аналогичным
образом просчитываем последующие большие сечения стандартного ряда, предпологая
уменьшение приведенных затрат в связи с уменьшением потерь электроэнергии в
кабеле. Это связано с тем что сопротивление жил кабеля с увеличением сечения,
уменьшается. Результаты заносим в таблицу 8.10
По
минимальной величине суммарных приведенных затрат выбираем оптимальное сечение
кабеля. Для линии W1 таким сечением станет F=(3х50)мм2 при минимальных затратах З1=
216,51 у.е.
Таблица 8.10. Результаты
технико-экономическое сравнение сечений (рис.8.4)
Wi
F,
Iдоп,
I'доп
RO,
Ko
L,
Ipасч,
Kз
DР
DW
К
Сп,
ЗП
№
мм2
A
Ом/км
уе/м
км
A
кВт
кВт ч/год
уе
уе/год
уе/год
1
25
90
81
1,24
1,76
0,38
36,0
0,400
1,484
8769,1
669
131,54
257,27
35
115
103,5
0,89
1,88
0,38
36,0
0,313
1,065
6293,9
714
94,41
228,72
50
140
126
0,62
2,11
0,38
36,0
0,257
0,742
4384,5
802
65,77
216,51
70
165
148,5
0,443
2,38
0,38
36,0
0,218
0,530
3132,8
904
46,99
217,02
2
25
90
81
1,24
1,76
0,49
35,4
0,393
1,849
10927,5
862
163,91
326,04
35
115
103,5
0,89
1,88
0,49
35,4
0,308
1,327
7843,2
921
117,65
290,83
50
140
126
0,62
2,11
0,49
35,4
0,253
0,925
5463,8
1034
81,96
276,33
70
165
148,5
0,443
2,38
0,49
35,4
0,214
0,661
3904,0
1166
58,56
277,80
25
90
81
1,24
1,76
0,39
53,7
0,596
3,382
19988,0
686
299,82
428,86
3
35
115
103,5
0,89
1,88
0,39
53,7
0,467
2,428
14346,2
733
215,19
353,04
50
140
126
0,62
2,11
0,39
53,7
0,383
1,691
9994,0
823
149,91
304,62
70
165
148,5
0,443
2,38
0,39
53,7
0,325
1,208
7140,9
928
107,11
281,61
95
205
184,5
0,326
2,76
0,39
53,7
0,262
0,889
5254,9
1076
78,82
281,19
120
240
216
0,258
3,08
0,39
53,7
0,224
0,704
4158,8
1201
62,38
288,21
4'
25
90
81
1,24
1,76
0,24
37,9
0,421
1,036
6122,2
422
91,83
171,24
4''
35
115
103,5
0,89
1,88
0,24
37,9
0,329
0,744
4394,2
451
65,91
150,74
50
140
126
0,62
2,11
0,24
37,9
0,270
0,518
3061,1
506
45,92
141,12
70
165
148,5
0,443
2,38
0,24
37,9
0,229
0,370
2187,2
571
32,81
140,19
95
205
184,5
0,326
2,76
0,24
37,9
0,185
0,272
1609,5
662
24,14
148,67
70
165
148,5
0,443
2,38
0,13
111,0
0,673
1,724
10189,1
309
152,84
211,00
5'
95
205
184,5
0,326
2,76
0,13
111,0
0,541
1,269
7498,1
359
112,47
179,93
120
240
216
0,258
3,08
0,13
111,0
0,463
1,004
5934,1
400
89,01
164,29
150
275
247,5
0,206
3,5
0,13
111,0
0,404
0,802
4738,1
455
71,07
156,61
185
310
279
0,167
4,01
0,13
111,0
0,358
0,650
3841,0
521
57,62
155,62
240
355
319,5
0,129
4,8
0,13
111,0
0,313
0,502
2967,0
624
44,5
161,82
70
165
148,5
0,443
2,38
0,13
97,1
0,588
1,319
7797,0
309
116,96
175,12
5'
95
205
184,5
0,326
2,76
0,13
97,1
0,474
0,971
5737,8
359
86,07
153,52
120
240
216
0,258
3,08
0,13
97,1
0,405
0,768
4540,9
400
68,11
143,39
150
275
247,5
0,206
3,5
0,13
97,1
0,353
0,614
3625,7
455
54,39
139,93
185
310
279
0,167
4,01
0,13
97,1
0,313
0,497
2939,3
521
44,09
142,09
50
140
126
0,62
2,11
0,226
76,2
0,544
1,975
11673,8
477
175,11
264,76
6'
70
165
148,5
0,443
2,38
0,226
76,2
0,462
1,412
8341,1
538
125,12
226,24
6''
95
205
184,5
0,326
2,76
0,226
76,2
0,372
1,039
6138,2
624
92,07
209,34
120
240
216
0,258
3,08
0,226
76,2
0,317
0,822
4857,8
696
72,87
203,73
150
275
247,5
0,206
3,5
0,226
76,2
0,277
0,656
3878,7
791
58,18
206,89
7'
25
90
81
1,24
1,76
0,11
35,9
0,399
0,428
2528,6
194
37,93
74,33
7''
35
115
103,5
0,89
1,88
0,11
35,9
0,312
0,307
1814,9
207
27,22
66,10
50
140
126
0,62
2,11
0,11
35,9
0,257
0,214
1264,3
232
18,96
62,60
70
165
148,5
0,443
2,38
0,11
35,9
0,218
0,153
903,3
262
13,55
62,77
50
140
126
0,62
2,11
0,08
62,4
0,446
0,470
2776,0
169
41,64
73,37
8
70
165
148,5
0,443
2,38
0,08
62,4
0,378
0,336
1983,5
190
29,75
65,55
95
205
184,5
0,326
2,76
0,08
62,4
0,305
0,247
1459,6
221
21,89
63,40
120
240
216
0,258
3,08
0,08
62,4
0,260
0,195
1155,2
246
17,33
63,65
35
115
103,5
0,89
1,88
0,2
65,9
0,573
1,878
11100,3
376
166,50
237,19
9
50
140
126
0,62
2,11
0,2
65,9
0,471
1,309
7732,8
422
115,99
195,33
70
165
148,5
0,443
2,38
0,2
65,9
0,399
0,935
5525,2
476
82,88
172,37
95
205
184,5
0,326
2,76
0,2
65,9
0,321
0,688
4066,0
552
60,99
164,77
120
240
216
0,258
3,08
0,2
65,9
0,275
0,545
3217,8
616
48,27
164,08
150
275
247,5
0,206
3,5
0,2
65,9
0,240
0,435
2569,3
700
38,54
170,14
По результатам расчета,
выбираем сечения кабелей, соответствующие минимуму приведенных затрат, как
правило большее сечение.