Помощь студентам в учебе
Повышение энергоэффективности сетей электроснабжения северо-западного района г. Тольятти
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Анализ состояния и возможностей для модернизации сетей
электроснабжения северо-западного района г. Тольятти 9
1.1 Общие сведения 9
1.2 Линии электропередач участка электрической сети 13
1.3 Анализ подстанций района электрических сетей 14
1.3.1 Подстанция 35/6 кВ «Тепличная» 14
1.3.2 Подстанция 35/6 кВ «Кирпичная» 15
1.4 Выводы к разделу 1 17
2. Расчет действующих потерь в силовом оборудовании и ЛЭП 18
2.1 Расчет потерь в трансформаторах 18
2.1.1 Потери подстанции «Стройбаза» 18
2.1.2 Потери подстанции «К-2Т» 22
2.2 Расчет отходящих подстанций, входящих в участок электрической
сети 26
2.3 Расчет потерь в линиях электропередач 29
2.4 Расчет потерь напряжения в отходящих линиях 35-6 кВ 31
2.5 Выводы к разделу 2 40
3 Расчет потерь в новом силовом оборудовании и ЛЭП 41
3.1 Расчет потерь в трансформаторах 41
3.1.1 Потери подстанции «Стройбаза» 41
3.1.2 Потери подстанции «К-2Т» 45
3.2 Расчет потерь отходящих подстанций, входящих в участок
электрической сети с новым оборудованием 49
3.3 Расчет потерь в линиях электропередач 52
3.4 Расчет потерь напряжения в отходящих линиях 35-6 кВ 55
3.5 Выводы к разделу 3 63
4. Технико-экономические результаты модернизации 64
4.1 Экономическая выгода модернизации 64
4.2 Проверка целесообразности предлагаемой модернизации путем
математического моделирования 67
4.3 Выводы к главе 4 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 78
1. Анализ состояния и возможностей для модернизации сетей
электроснабжения северо-западного района г. Тольятти 9
1.1 Общие сведения 9
1.2 Линии электропередач участка электрической сети 13
1.3 Анализ подстанций района электрических сетей 14
1.3.1 Подстанция 35/6 кВ «Тепличная» 14
1.3.2 Подстанция 35/6 кВ «Кирпичная» 15
1.4 Выводы к разделу 1 17
2. Расчет действующих потерь в силовом оборудовании и ЛЭП 18
2.1 Расчет потерь в трансформаторах 18
2.1.1 Потери подстанции «Стройбаза» 18
2.1.2 Потери подстанции «К-2Т» 22
2.2 Расчет отходящих подстанций, входящих в участок электрической
сети 26
2.3 Расчет потерь в линиях электропередач 29
2.4 Расчет потерь напряжения в отходящих линиях 35-6 кВ 31
2.5 Выводы к разделу 2 40
3 Расчет потерь в новом силовом оборудовании и ЛЭП 41
3.1 Расчет потерь в трансформаторах 41
3.1.1 Потери подстанции «Стройбаза» 41
3.1.2 Потери подстанции «К-2Т» 45
3.2 Расчет потерь отходящих подстанций, входящих в участок
электрической сети с новым оборудованием 49
3.3 Расчет потерь в линиях электропередач 52
3.4 Расчет потерь напряжения в отходящих линиях 35-6 кВ 55
3.5 Выводы к разделу 3 63
4. Технико-экономические результаты модернизации 64
4.1 Экономическая выгода модернизации 64
4.2 Проверка целесообразности предлагаемой модернизации путем
математического моделирования 67
4.3 Выводы к главе 4 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 78
«Энергосбережение - реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг)»[1].
Энергоэффективность и энергосбережение на сегодняшний день становится критическим элементом для окружающей среды. Это новое значение связано с растущей обеспокоенностью по поводу глобальных изменений климата и энергетической безопасности.
«Распределительная электрическая сеть: Совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии между пользователями электрической сети, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории» [2].
В настоящее время четко прослеживается тенденция разрабатывать и создавать новое оборудование, к которому приписывается слово «энергосберегающее». Сберегающие электроэнергию лампы, обогреватели, двигатели - сейчас очень распространенные понятия и в связи с данными мировыми тенденциями, становится актуальным вопрос экономии энергии в распределительных сетях, к которым относятся линии электропередач (как воздушные, так и кабельные), подстанции с входящим в них силовым оборудованием [3,4,5].
По мнению специалистов, на сегодняшний день состояние сетей класса 35; 10; 6 и 0,4 кВ считается неудовлетворительным. По статистике примерно от 40 до 80% всех аварийных отключений приходятся на воздушные линии 10кВ и 0,4 кВ [1].
Работа сетей этого класса характеризуется не только низкой надежностью, но и недостаточно высоким качеством электроэнергии. В данном случае под качеством электрической энергии (КЭ) понимается: «Степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных показателей КЭ» [2].
Одной из основных причин низкого качества электроэнергии является длина воздушных линий (ВЛ) линий. Известно, что оптимальная продолжительность линий 10 кВ находится на уровне 10-12км. Однако на практике оказывается, что около 15% линий, находящихся в эксплуатации, имеют длину более 20км.
При большой длине линий существенными являются потери напряжения, приводящие при изменении режима нагрузки к отклонению напряжения в сети.
Согласно стандарту по качеству электрической энергии (ГОСТ 32144- 201№) отклонение напряжения в сети от номинального или согласованного уровня характеризуется соответствующими показателями качества электроэнергии: «Показателями КЭ, относящимися к медленным изменениям напряжения электропитания, являются отрицательное и положительное 1 отклонения напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии от номинального/согласованного значения» [2]. «Стандартом также установлены предельно допустимые нормы на величину этих показателей: Положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю» [2].
Еще одной причиной завышенных потерь может быть физическим износ элементов сети. Эксплуатационные характеристики ряда подстанций , входящих в городские распределительные сети, являются не самыми лучшими. Большая часть силового оборудования работает на стадии предельного эксплуатационного срока и не обеспечивает современных требований по энергосбережению и энергоэффективности.
Кроме физического износа имеет место и моральный износ элементов сети. Технологии, которые несколько десятилетий назад были передовыми, существенно проигрывают современным производственным процессам, касающимся изготовления электротехнической продукции. Кроме того, в настоящее время, в конструкции электротехнических устройств внесена масса прогрессивных решений и значительно улучшены характеристики электротехнических материалов.
Как видно из рисунка 1 величина нагрузочных потерь определяется, в первую очередь, потерями в силовых трансформаторах и в проводах линий. Следовательно, можно сделать предположение (выдвинуть гипотезу) о том, что если осуществить модернизацию на основе замены силовых трансформаторов и проводов линий, то можно повысить энергоэффективность и обеспечить энергосбережение в сети.
Предварительный анализ литературы показывает, что такое решение является вполне перспективным и целесообразным для практического использования: «Технологии не стоят на месте. Многие заводы уже во всю работают на пути повышения эффективности силового оборудования. Расчеты показывают, что эффект в сумме превышает затраты предприятия на установку нового энергосберегающего оборудования. Были учтены затраты на потери холостого хода, затраты на капитальные ремонты и ежегодное обслуживание, а так же стоимость выполнения работ по ремонту. Получено, что окупаемость энергосберегающего силового оборудование не будет превышать 1 года, а остальное время предприятие будет получать выгоду от сделанных ранее вложений. Опытные образцы трансформаторов показывают, что можно достичь снижения потери на намагничивание примерно на 19%. Внедрение энергосберегающих технологий в процессы производства, должны принести много пользы. В силовых энергосберегающих трансформаторах стоит будущее и через пару лет появятся силовые машины огромных мощностей, благодаря которым, энергоэффективность связанная с повышением или понижением напряжение встанет на новый уровень, и будет приносить выгоду долгие годы [1]».
Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью поиска решений по уменьшению потерь электроэнергии в распределительных сетях 35-6(10) кВ.
Каждая конкретная сеть имеет свои особенности: разная длина линий, разный режим нагрузки и т.п. Поэтому технико-экономический эффект от внедрения одинаковых мероприятий в сетях электроснабжения у различных потребителей может быть разным. Однозначно сказать об эффективности внедрения известных технических решения в распределительные сети 35¬6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти нельзя. Нужны соответствующие расчеты.
Эти обстоятельства определяют, проблему данной работы, которая заключается в поиске решений по уменьшению потерь электроэнергии в распределительных сетях 35-6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти.
Объект исследования - электрические сети 35-6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти.
Предмет исследования - величина потерь в электрических сетях 35¬6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти.
Цель работы - повысить энергоэффективность двух распределительных подстанций и обеспечить энергосбережение в сети 35¬6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти за счет модернизации электрооборудования.
Энергоэффективность и энергосбережение на сегодняшний день становится критическим элементом для окружающей среды. Это новое значение связано с растущей обеспокоенностью по поводу глобальных изменений климата и энергетической безопасности.
«Распределительная электрическая сеть: Совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии между пользователями электрической сети, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории» [2].
В настоящее время четко прослеживается тенденция разрабатывать и создавать новое оборудование, к которому приписывается слово «энергосберегающее». Сберегающие электроэнергию лампы, обогреватели, двигатели - сейчас очень распространенные понятия и в связи с данными мировыми тенденциями, становится актуальным вопрос экономии энергии в распределительных сетях, к которым относятся линии электропередач (как воздушные, так и кабельные), подстанции с входящим в них силовым оборудованием [3,4,5].
По мнению специалистов, на сегодняшний день состояние сетей класса 35; 10; 6 и 0,4 кВ считается неудовлетворительным. По статистике примерно от 40 до 80% всех аварийных отключений приходятся на воздушные линии 10кВ и 0,4 кВ [1].
Работа сетей этого класса характеризуется не только низкой надежностью, но и недостаточно высоким качеством электроэнергии. В данном случае под качеством электрической энергии (КЭ) понимается: «Степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных показателей КЭ» [2].
Одной из основных причин низкого качества электроэнергии является длина воздушных линий (ВЛ) линий. Известно, что оптимальная продолжительность линий 10 кВ находится на уровне 10-12км. Однако на практике оказывается, что около 15% линий, находящихся в эксплуатации, имеют длину более 20км.
При большой длине линий существенными являются потери напряжения, приводящие при изменении режима нагрузки к отклонению напряжения в сети.
Согласно стандарту по качеству электрической энергии (ГОСТ 32144- 201№) отклонение напряжения в сети от номинального или согласованного уровня характеризуется соответствующими показателями качества электроэнергии: «Показателями КЭ, относящимися к медленным изменениям напряжения электропитания, являются отрицательное и положительное 1 отклонения напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии от номинального/согласованного значения» [2]. «Стандартом также установлены предельно допустимые нормы на величину этих показателей: Положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю» [2].
Еще одной причиной завышенных потерь может быть физическим износ элементов сети. Эксплуатационные характеристики ряда подстанций , входящих в городские распределительные сети, являются не самыми лучшими. Большая часть силового оборудования работает на стадии предельного эксплуатационного срока и не обеспечивает современных требований по энергосбережению и энергоэффективности.
Кроме физического износа имеет место и моральный износ элементов сети. Технологии, которые несколько десятилетий назад были передовыми, существенно проигрывают современным производственным процессам, касающимся изготовления электротехнической продукции. Кроме того, в настоящее время, в конструкции электротехнических устройств внесена масса прогрессивных решений и значительно улучшены характеристики электротехнических материалов.
Как видно из рисунка 1 величина нагрузочных потерь определяется, в первую очередь, потерями в силовых трансформаторах и в проводах линий. Следовательно, можно сделать предположение (выдвинуть гипотезу) о том, что если осуществить модернизацию на основе замены силовых трансформаторов и проводов линий, то можно повысить энергоэффективность и обеспечить энергосбережение в сети.
Предварительный анализ литературы показывает, что такое решение является вполне перспективным и целесообразным для практического использования: «Технологии не стоят на месте. Многие заводы уже во всю работают на пути повышения эффективности силового оборудования. Расчеты показывают, что эффект в сумме превышает затраты предприятия на установку нового энергосберегающего оборудования. Были учтены затраты на потери холостого хода, затраты на капитальные ремонты и ежегодное обслуживание, а так же стоимость выполнения работ по ремонту. Получено, что окупаемость энергосберегающего силового оборудование не будет превышать 1 года, а остальное время предприятие будет получать выгоду от сделанных ранее вложений. Опытные образцы трансформаторов показывают, что можно достичь снижения потери на намагничивание примерно на 19%. Внедрение энергосберегающих технологий в процессы производства, должны принести много пользы. В силовых энергосберегающих трансформаторах стоит будущее и через пару лет появятся силовые машины огромных мощностей, благодаря которым, энергоэффективность связанная с повышением или понижением напряжение встанет на новый уровень, и будет приносить выгоду долгие годы [1]».
Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью поиска решений по уменьшению потерь электроэнергии в распределительных сетях 35-6(10) кВ.
Каждая конкретная сеть имеет свои особенности: разная длина линий, разный режим нагрузки и т.п. Поэтому технико-экономический эффект от внедрения одинаковых мероприятий в сетях электроснабжения у различных потребителей может быть разным. Однозначно сказать об эффективности внедрения известных технических решения в распределительные сети 35¬6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти нельзя. Нужны соответствующие расчеты.
Эти обстоятельства определяют, проблему данной работы, которая заключается в поиске решений по уменьшению потерь электроэнергии в распределительных сетях 35-6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти.
Объект исследования - электрические сети 35-6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти.
Предмет исследования - величина потерь в электрических сетях 35¬6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти.
Цель работы - повысить энергоэффективность двух распределительных подстанций и обеспечить энергосбережение в сети 35¬6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти за счет модернизации электрооборудования.
1. В рамках выпускной квалификационной работы для повышения энергоэффективности сетей электроснабжения северо-западного района г. Тольятти было предложено произвести модернизацию, которая заключается:
- В замене силовых трансформаторов ТДТН 110/35/6кВ мощностью 40000 кВА на подстанции «Стройбаза» и замене трансформаторов ТДТН 110/35/6кВ мощностью 25000 кВА на подстанции «К-2Т» на более новый трансформаторы, обладающими лучшими характеристиками.
- В замене проводов марки АС на 30 километрах отходящих линий электропередач на провода марки СИП-3.
2. Энергоэффективность данной модернизации подтверждена проведенными расчетами силового оборудования и ЛЭП. Из расчетов определено, что происходит существенное снижение потерь активной и реактивной мощности трансформатора в режиме холостого хода и короткого замыкания. Суммарные годовые потери электроэнергии в трансформаторах снизятся почти в 3 раза. Потери электроэнергии в ЛЭП так же будут снижены почти в 3 раза.
3. Предлагаемые мероприятия по модернизации сетей электроснабжения северо - западного района г. Тольятти будут иметь следующий экономический эффект:
- Замена силового оборудования, за год будет обеспечивать выгоду равную 8848312 рублей, окупаемость капиталовложений составит около 4 лет.
- Модернизация 30 километров ЛЭП будет давать выгоду в размере 81944 рублей в год.
4. Для оценки качества электрической энергии в сети до и после модернизации сетей электроснабжения было проведено моделирование в программе MATLAB. Сущность данного моделирования состоит в использовании виртуальных элементов программы с параметрами идентичными с действующим оборудованием. Применены модели трехфазного силового трансформатора и линий электропередач. Их параметры были рассчитаны и учтены в построении модели.
5. Модель сети позволяет оценивать показатели качества электроэнергии такие, как отрицательное отклонение напряжения в различных режимах работах сети.
6. Выводы с 1-го по 3-ий характеризует практическую значимость работы. Выводы 4 и 5 отражают новизну применительно к исследованию характеристик сетей северо-западного района г. Тольятти.
7. Таким образом, цель и задачи по повышению энергоэффективности двух распределительных подстанций и обеспечения энергосбережение в сетях 35-6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти за счет модернизации электрооборудования выполнены.
- В замене силовых трансформаторов ТДТН 110/35/6кВ мощностью 40000 кВА на подстанции «Стройбаза» и замене трансформаторов ТДТН 110/35/6кВ мощностью 25000 кВА на подстанции «К-2Т» на более новый трансформаторы, обладающими лучшими характеристиками.
- В замене проводов марки АС на 30 километрах отходящих линий электропередач на провода марки СИП-3.
2. Энергоэффективность данной модернизации подтверждена проведенными расчетами силового оборудования и ЛЭП. Из расчетов определено, что происходит существенное снижение потерь активной и реактивной мощности трансформатора в режиме холостого хода и короткого замыкания. Суммарные годовые потери электроэнергии в трансформаторах снизятся почти в 3 раза. Потери электроэнергии в ЛЭП так же будут снижены почти в 3 раза.
3. Предлагаемые мероприятия по модернизации сетей электроснабжения северо - западного района г. Тольятти будут иметь следующий экономический эффект:
- Замена силового оборудования, за год будет обеспечивать выгоду равную 8848312 рублей, окупаемость капиталовложений составит около 4 лет.
- Модернизация 30 километров ЛЭП будет давать выгоду в размере 81944 рублей в год.
4. Для оценки качества электрической энергии в сети до и после модернизации сетей электроснабжения было проведено моделирование в программе MATLAB. Сущность данного моделирования состоит в использовании виртуальных элементов программы с параметрами идентичными с действующим оборудованием. Применены модели трехфазного силового трансформатора и линий электропередач. Их параметры были рассчитаны и учтены в построении модели.
5. Модель сети позволяет оценивать показатели качества электроэнергии такие, как отрицательное отклонение напряжения в различных режимах работах сети.
6. Выводы с 1-го по 3-ий характеризует практическую значимость работы. Выводы 4 и 5 отражают новизну применительно к исследованию характеристик сетей северо-западного района г. Тольятти.
7. Таким образом, цель и задачи по повышению энергоэффективности двух распределительных подстанций и обеспечения энергосбережение в сетях 35-6(10) кВ северо-западного района г. Тольятти за счет модернизации электрооборудования выполнены.