Еще раз о переводе воздушных электрических сетей 6–10 кВ на напряжение 20 или 35 кВ

Page 1
background image

Page 2
background image

70

ПОСТАНОВКА

 

ЗАДАЧИ

Говоря

 

о

 

применении

 

в

 

воздушных

 

и

 

кабельных

 

се

-

тях

 

сравнительно

 

новой

 

для

 

нас

 

ступени

 

напряже

-

ния

 20/0,4 

кВ

взамен

 6–10/0,4 

кВ

специалистами

 

неоднократно

 

задавался

 

вопрос

: «

Быть

 

может

бо

-

лее

 

предпочтительна

 

иная

 

ступень

 — 35/0,4 

кВ

?». 

Целесообразность

 

перевода

 

действующих

 

сетей

 

6–10 

кВ

 

на

 

напряжение

 20 

кВ

 

обоснована

 

в

 [1]. 

Разделяя

 

основные

 

выводы

 

данной

 

работы

в

 

на

-

стоящей

 

статье

 

сравниваются

 

воздушные

 

элек

-

трические

 

сети

 20/0,4 

и

 35/0,4 

кВ

Согласимся

что

 

полноценный

 

перевод

 

сетей

 

доступен

 

лишь

 

для

 

электроустановок

 

до

 20 

кВ

Здесь

 

имеется

 

возмож

-

ность

 

сохранения

 

элементов

 

существующих

 

сетей

 

6–10 

кВ

опор

 

воздушных

 

линий

 (

ВЛ

), 

фундаментов

 

комплектных

 

трансформаторных

 

подстанций

 (

КТП

), 

закладных

 

деталей

 

и

 

др

. [1]. 

В

 

свою

 

очередь

при

-

менение

 

напряжения

 35 

кВ

 

требует

 

полной

 

замены

 

элементов

 

сетей

 6–10 

кВ

.

ТЕХНИКО

-

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

 

ПОКАЗАТЕЛИ

 

ТРАНСФОРМАТОРНЫХ

 

ПОДСТАНЦИЙ

Анализ

 

показывает

что

 

технико

-

экономические

 

ха

-

рактеристики

 

комплектных

 

КТП

 35/0,4 

и

 20/0,4 

кВ

 

если

 

и

 

не

 

сравнялись

то

 

в

 

ряде

 

случаев

 

весь

-

ма

 

близки

В

 

табице

 1 

для

 

примера

 

приведены

 

укрупненные

 

показатели

 

стоимости

 

однотранс

-

форматотрных

 

КТП

 35/0,4 

кВ

 

высокой

 

заводской

 

готовности

 (

их

 

составные

 

части

 

размещены

 

в

 

про

-

странственной

 

металлической

 

конструкции

и

 

до

 

некоторой

 

степени

 

похожих

 

на

 

них

 

киосковых

 

КТП

 

20/0,4 

кВ

Значения

 

в

 

таблице

 1 (

здесь

 

и

 

далее

 

ука

-

заны

 

стоимости

 

на

 2017 

год

 

без

 

НДС

получены

 

на

 

основании

 

предложений

 

заводов

-

изготовителей

 

и

 

принятых

 

сметных

 

расценок

 

и

 

учитывают

 

затра

-

ты

 

на

 

оборудование

материалы

проектные

строи

-

тельно

-

монтажные

 

и

 

пуско

-

наладочные

 

работы

 

и

 

ввод

 

в

 

эксплуатацию

.

Схемы

 

электрических

 

соединений

 

КТП

 

из

 

таб

-

лицы

 1 

на

 

стороне

 20 

и

 35 

кВ

 

идентичны

на

 

вводе

 

установлен

 

разъединитель

 

и

 

плавкий

 

предохрани

-

тель

 

для

 

защиты

 

силового

 

трансформатора

При

 

равной

 

номинальной

 

мощности

 

потери

 

холосто

-

го

 

хода

 

и

 

короткого

 

замыкания

 

трансформаторов

 

20/0,4 

и

 35/0,4 

кВ

 

достаточно

 

близки

 

и

 

поэтому

 

во

 

внимание

 

далее

 

не

 

принимаются

.

Еще раз о переводе воздушных 
электрических сетей 6–10 кВ 
на напряжение 20 или 35 кВ

Осинцев

 

К

.

А

., 

аспирант

 

кафедры

 

электроэнергетических

 

систем

 

ФГБОУ

 

ВО

 «

НИУ

 «

МЭИ

»

Шунтов

 

А

.

В

., 

д

.

т

.

н

., 

профессор

 

кафедры

 

электроэнергетических

 

систем

 

ФГБОУ

 

ВО

 «

НИУ

 «

МЭИ

»

Табл

. 1. 

Укрупненные

 

показатели

стоимости

 

КТП

тыс

руб

.

Напряжение

 

U

НОМ

кВ

Мощность

 

S

НОМ

кВ·А

100

160

250

400

630

20/0,4

1028

1085

1226

1384

1762

35/0,4

1305

1319

1365

1416

1808

Табл

. 2. 

Укрупненные

 

показатели

 

стоимости

 

ВЛ

10–20 

кВ

 

в

 

населенной

 

местности

 

с

 

проводами

 

типа

 

АС

Сечение

 

провода

мм

2

50

70

95

120

Стоимость

*, 

тыс

руб

./

км

789

826

873

947

для

 

ненаселенной

 

местности

 

стоимость

 

снижается

 

на

 20–25%

ТЕХНИКО

-

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

 

ПОКАЗАТЕЛИ

ВОЗДУШНЫХ

 

ЛИНИЙ

Как

 

было

 

показано

 

в

 [1], 

стоимости

 

ВЛ

 10–20 

кВ

 

при

 

прочих

 

равных

 

условиях

 

практически

 

одинаковы

Од

-

нако

 

при

 

переходе

 

к

 

напряжению

 35 

кВ

 

стоимость

 

ВЛ

 

резко

 

возрастает

Так

согласно

 [2] 

для

 

Московской

 

области

 

норматив

 

цены

 1 

км

 

одноцепной

 

ВЛ

 35 

кВ

 

в

 

a

 = 4,1 

раза

 

превышает

 

таковую

 

при

 10 

кВ

Однако

 

при

 

использовании

 

наиболее

 

дешевых

 

железобетон

-

ных

 

вибрированных

 

стоек

 

удорожание

 

ВЛ

 35 

кВ

 

не

 

столь

 

значимо

a

 

 2,5.

Укрупненные

 

показатели

 

стоимости

 

ВЛ

 10–20 

кВ

 

в

 

населенной

 

местности

 

с

 

проводами

 

типа

 

АС

 

в

 

за

-

висимости

 

от

 

их

 

сечений

 

s

 

приведены

 

в

 

таблице

 2. 

Указанные

 

стоимостные

 

характеристики

 

ВЛ

 

получе

-

ны

 

путем

 

обработки

 

ряда

 

инвестиционных

 

проектов

 

в

 

рассматриваемом

 

регионе

Стоимость

 

ВЛ

 35 

кВ

 

определялась

 

домножением

 

затрат

 

на

 

ВЛ

 10–20 

кВ

 

на

 

коэффициент

 

a

 = 2,5.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

 

СВЯЗИ

 

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

И

 

ЭКОНОМИЧЕСКИХ

 

ПАРАМЕТРОВ

 

ЭЛЕМЕНТОВ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

СЕТЕЙ

Представленные

 

технико

-

экономические

 

характе

-

ристики

 

позволяют

 

получить

 

с

 

погрешностью

 

не

 

более

 6–8% 

следующие

 

простейшие

 

линейные

 

ап

-

проксимирующие

 

зависимости

 

стоимости

 

КТП

 

C

КТП

 

(

тыс

.

руб

., 

здесь

 

и

 

далее

 

S

НОМ

 — 

в

 

кВ·А

U

НОМ

 — 

в

 

кВ

и

 

ВЛ

 

C

ВЛ

 (

тыс

руб

./

км

s

 — 

в

 

мм

2

):

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Page 3
background image

71

 

C

ТП

 = 748 + 1,15

S

НОМ

 + 9,7

U

НОМ

; (1)

 

C

ВЛ

 = –1282 + 4,2

s

 + 88,2

U

НОМ

. (2)

Имея

 

функциональные

 

связи

 

стоимостных

 

и

 

тех

-

нических

 

характеристик

 

можно

 

решить

 

классиче

-

скую

 

задачу

 

оптимизации

 

номинального

 

напряжения

 

электрической

 

сети

например

с

 

использованием

 

неопределенных

 

множителей

 

Лагранжа

 [3]. 

Однако

 

сначала

 

необходимо

 

перейти

 

от

 

укрупненных

 

по

-

казателей

 

стоимости

 

к

 

дисконтированным

 

затратам

 

за

 

расчетный

 

срок

 

службы

 

электроустановок

 

путем

 

умножения

 

каждого

 

члена

 (1) 

и

 (2) 

на

 

повышающий

 

коэффициент

:

 

K

 = 1 + 

k

1

k

2

где

 

k

1

 — 

отчисления

 

на

 

ремонт

 

и

 

обслуживание

;

 (1 

E

)

– 1

 

k

2

 = —; 

 

(1 + 

E

)

n

E

 — 

коэффициент

 

дисконтирования

n

 — 

расчет

-

ный

 

срок

 

службы

 

электроустановки

исчисляемый

 

с

 

момента

 

ввода

 

ее

 

в

 

эксплуатацию

Так

при

 

E

 = 0,1 

и

 

n

 = 30 

лет

 

k

2

 = 9,4. 

С

 

использованием

 

нормативов

 

отчислений

 [4] 

имеем

 

значения

 

k

1

равные

 0,037 

и

 0,0085 

для

 

КТП

 

и

 

ВЛ

 

соответственно

Отсюда

 

пере

-

пишем

 (1) 

и

 (2) 

в

 

виде

 

дисконтированных

 

затрат

:

 

C

ТП

 = 1010 + 1,55

S

НОМ

 + 13,1

U

НОМ

; (3)

 

C

ВЛ

 = –1385 + 4,5

s

 + 95,3

U

НОМ

. (4)

Кроме

 

того

во

 

внимание

 

необходимо

 

принять

 

стоимость

 

потерь

 

электроэнергии

 

в

 

проводах

 

ВЛ

 

за

 

расчетный

 

срок

 

службы

:

 

C

W

 = 

P

max

c

Э

k

2

 = 3

I

2

R

c

Э

k

2

 = 3

I

2

(

l

/

s

)

c

Э

k

2

 = 

= 3

I

2

(0,0376 

·

 10

3

/

s

·

 10

–3 

·

 3800 

·

 2,18 

·

 10

–3 

·

 9,4 =  (5)

 = 

8,7

I

2

/

s

тыс

.

руб

./

км

где

 

P

max

 — 

потери

 

мощности

 

в

 

режиме

 

наибольших

 

нагрузок

 — 

годовое

 

время

 

максимальных

 

потерь

c

Э

 — 

удельная

 

стоимость

 

потерь

 

электроэнергии

— 

фазный

 

ток

А

R

 — 

активное

 

сопротивление

 

проводника

Ом

 — 

удельное

 

сопротивление

 

про

-

водника

Ом

·

мм

2

/

м

l

 — 

длина

 

линии

км

Как

 

извест

-

но

 = 

(

T

max

), 

где

 

T

max

 — 

число

 

часов

 

использова

-

ния

 

максимальной

 

нагрузки

По

 

текущим

 

отчетным

 

данным

 

для

 

рассматриваемого

 

региона

 

T

max

 6000 

ч

 

(

 = 3800 

ч

и

 

c

Э

 = 2,18 

руб

./(

кВт·ч

).

ОПТИМИЗАЦИЯ

 

НОМИНАЛЬНОГО

 

НАПРЯЖЕНИЯ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

 

СЕТИ

Сначала

 

рассмотрим

 

суммарные

 

дисконтированные

 

затраты

 

на

 

ВЛ

с

 

учетом

 (4) 

и

 (5) 

имеем

:

 

C

Л

 = 

C

ВЛ

 + 

C

W

 = 

 

–1385 + 4,5

s

 + 95,3

U

НОМ

 + 8,7

I

2

/

s

тыс

руб

./

км

. (6)

Следовательно

оптимальное

 

сечение

 

провода

 

составит

:

 

C

Л

/

s

 = 4,5 – 8,7

I

2

/

s

2

 = 0; 

(7)

 

s

 = 

8,7/4,5 

I

. (8)

Отсюда

 

экономическая

 

плотность

 

тока

:

j

0

 = 

I

/

s

 = 1/ 

8,7/4,5 = 0,7 

А

/

мм

2

.

Допустим

что

 

выполняется

 

условие

 (7). 

Тогда

 

второй

 

и

 

четвертый

 

члены

 (6) 

будут

 

равны

 

друг

 

другу

 

и

 

их

 

сумма

 

с

 

учетом

 (8) 

составит

:

 2 

·

 4,5

s

 = 2 

·

 

8,7/4,5 4,5 

I

 = 12,5

I

. (9)

С

 

учетом

 (3), (6) 

и

 (9) 

запишем

 

результирующие

 

затраты

 

на

 

передачу

 

электроэнергии

 

на

 

расстояние

 

l

как

:

 

C

 = 

C

Л

l

 + 

C

КТП

 = –1385

l

 + 12,5

Il

 + 95,3

U

НОМ

l

 + 

 

 1010 + 1,55

S

НОМ

 + 13,1

U

НОМ

. (10)

Опуская

 

далее

 

по

 

тексту

 

индекс

  «

ном

» 

и

 

учиты

-

вая

что

 

S

 = 

3

IU

перепишем

 (10) 

в

 

виде

:

  C

 = 1010 – 1385

l

 + 12,5

Il

 + 95,3

Ul

 + 2,68

IU

 + 13,1

U

. (11)

Минимизируем

 

функцию

 

стоимости

 (11) 

при

 

неко

-

тором

 

фиксированном

 

значении

 

мощности

 

S

то

 

есть

 

решим

 

задачу

 

dC

 = 0 

при

 

условии

 (

уравнении

 

связи

), 

что

 

S

/

3 = 

IU

методом

 

Лагранжа

.

Составим

 

функцию

 

Лагранжа

:

 C

 = 1010 – 1385

l

 + 12,5

Il

 + 95,3

Ul

 + 2,68

IU

 + 13,1

U

 + 

 

(

S

/

3 – 

IU

). (12)

Согласно

 

данного

 

метода

существует

 

такой

 

ко

-

эффициент

 

что

:

C

/

U

 = 95,3

l

 + 2,68

I

 + 13,1 – 

I

 = 0; 

(13)

C

/

I

 = 12,5

l

 + 2,68

– 

U

 = 0. 

(14)

Из

 (13) 

и

 (14) 

получим

:

 

I

 = (13,1 + 95,3

l

)/(



– 2,68); 

(15)

 

U

 = 12,5

l

/(



– 2,68). 

(16)

Подставив

 (15) 

и

 (16) 

в

 

уравнение

 

связи

найдем

:

 

______________________________

 = 

(283

l

 + 2060

l

2

)/

+ 2,68. 

(17)

Наконец

из

 (14) 

и

 (17) 

получим

 

оптимальное

 

на

-

пряжение

 

электрической

 

сети

равное

:

 

______________________________

 

____________________________

U

 = 12,5

l

/

(283

l

 + 2060

l

2

)/

S

 = 12,5

Sl/

(283 + 2060

l

). (18)

Условие

 (18) 

выведено

 

для

 

простейшего

 

случая

 

сосредоточенной

 

в

 

одной

 

точке

 

нагрузки

отстоящей

 

от

 

центра

 

питания

 

на

 

расстояние

 

l

Как

 

известно

при

 

прочих

 

равных

 

условиях

но

 

при

 

равномерно

 

рас

-

пределенной

 

по

 

линии

 

нагрузке

потери

 

мощности

 

в

 

пределе

 

будут

 

в

 

три

 

раза

 

меньше

Нетрудно

 

обна

-

ружить

что

 

за

 

потери

 

электроэнергии

 

в

 

приведенных

 

выше

 

формулах

 

отвечает

 

член

 12,5

l

Следователь

-

но

в

 

общем

 

случае

 

оптимальное

 

напряжение

 

элек

-

трической

 

сети

 

будет

 

находиться

 

в

 

диапазоне

:

 

___________________________

 

U

 = (4,2…12,5) 

Sl/

(283 + 2060

l

). (19)

Воспользуемся

 

формулой

 (19) 

для

 

анализа

 

пред

-

почтительного

 

уровня

 

напряжения

 

электрической

 

сети

 

региона

рассмотренного

 

в

 [1]. 

Анализ

 

инте

-

гральных

 

параметров

 

электрических

 

сетей

 

средне

-

го

 

напряжения

 6–10 

кВ

 

показал

что

 

средняя

 

длина

 

магистрального

 

участка

 

сети

 

между

 

центрами

 

ее

 

питания

 

составляет

 

около

 30 

км

С

 

учетом

 

его

 

сек

-

ционирования

 

в

 

нормальном

 

режиме

 

можно

 

принять

 

 30/2 = 15 

км

Средняя

 

нагрузка

 

фрагмента

 

в

 

режи

-

ме

 

наибольших

 

нагрузок

 

примерно

 

равна

 3000 

кВт

откуда

 

 3000/2 = 1500 

кВ·А

Оптимальное

 

напря

-

жение

 

по

 (19) 

составит

 

примерно

 4…11 

кВ

.

Данные

 

цифры

 

нельзя

 

трактовать

как

 

пред

-

почтительность

 

номинального

 

напряжения

 10 

кВ

Напомним

что

 

в

 

расчетах

 

была

 

принята

 

прямо

 

пропорциональная

 

зависимость

 

стоимости

 

ВЛ

 

20 

и

 35 

кВ

 

с

 

коэффициентом

 

пересчета

 

 2,5. 

 5 (50) 2018


Page 4
background image

72

То

 

есть

 

увеличение

 

напряжения

 

в

 35/20 

 2 

раза

 

увеличивало

 

соответствующие

 

затраты

 

в

 2,5 

раза

Однако

 

это

 

не

 

означает

что

 

переход

 

от

 20 

к

 10 

кВ

 

позволит

 

также

 

кратно

 

снизить

 

затраты

 

на

 

ВЛ

то

 

есть

 

указанные

 

выше

 

пропорции

 

не

 

сохранят

-

ся

Более

 

того

как

 

показано

 

в

 [1], 

стоимость

 

ВЛ

 

10 

и

 20 

кВ

 

практически

 

одинаковы

Таким

 

образом

строгое

 

решение

 

данной

 

оптимизационной

 

задачи

 

требовало

 

ввести

 

ограничения

 

на

 

нижнюю

 

границу

 

номинального

 

напряжения

 

сети

В

 

рамках

 

же

 

по

-

ставленной

 

задачи

 

можно

 

сделать

 

вывод

что

 

при

 

принятых

 

расчетных

 

условиях

 

номинальное

 

на

-

пряжение

 

сети

 35 

кВ

 

даже

 

в

 

первом

 

приближении

 

не

 

имеет

 

шансов

 

стать

 

предпочтительнее

 

напря

-

жения

 20 

кВ

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целесообразность

 

перехода

 

в

 

сетях

 

среднего

 

напряжения

 

от

 

расширенной

 

системы

 

номиналь

-

ных

 

напряжений

 110/6–10–20–35 

кВ

 

к

 

максималь

-

но

 

сокращенной

 110/20 

кВ

 

предлагалась

 

еще

 

в

 [5] 

и

 

ряде

 

других

 

работ

 

полувековой

 

давности

Дословно

  (

см

. [5]): «…

в

 

воздушных

 

сетях

 

значи

-

тельно

 

меньших

 

затрат

 

денег

цветного

 

металла

 

и

 

особенно

 

трансформаторной

 

мощности

 

требует

 

в

 

широком

 

диапазоне

 

плотностей

 

нагрузки

 

систе

-

ма

 110/20 

кВ

 

с

 

непосредственной

 

трансформацией

20/0,4 

кВ

…». 

Как

 

уже

 

отмечалось

 

в

 [1], 

электрические

 

сети

 

среднего

 

напряжения

 — 

это

 

системы

 

массового

 

об

-

служивания

 

потребителей

Поэтому

 

на

 

первый

 

план

 

при

 

формировании

 

таких

 

систем

 

выходит

 

задача

 

глубокой

 

унификации

 

их

 

структуры

 

и

 

параметров

что

 

является

 

главной

 

предпосылкой

 

гармонизации

 

надежности

 

и

 

экономичности

 

электроустановок

Переход

 

к

 

сокращенной

 

системе

 

номинальных

 

на

-

пряжений

 110/20 

кВ

 

может

 

являться

 

одним

 

из

 

необ

-

ходимых

 

шагов

 

на

 

данном

 

пути

.  

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Иванов

 

В

.

Е

Разработка

 

техни

-

ческих

 

решений

 

и

 

рекомендаций

 

по

 

переводу

 

действующих

 

се

-

тей

 6–10 

кВ

 

на

 

напряжение

 20 

кВ

 

в

 

сельской

 

местности

 // 

ЭЛЕКТРО

-

ЭНЕРГИЯ

Передача

 

и

 

распреде

-

ление

, 2018, 

 4(49). 

С

. 36–41.

2. 

Об

 

утверждении

 

укрупненных

 

нор

-

мативов

 

цены

 

типовых

 

техноло

-

гических

 

решений

 

капитального

 

строительства

 

объектов

 

электро

-

энергетики

 

в

 

части

 

объектов

 

электросетевого

 

хозяйства

  (

утв

приказом

 

Минэнерго

 

России

 

от

 

08.02.2016 

г

 75).

3. 

Пелисье

 

Р

Энергетические

 

си

-

стемы

М

.: 

Высшая

 

школа

, 1982. 

568 

с

.

4. 

Справочник

 

по

 

проектированию

 

электрических

 

сетей

Под

 

ред

Д

.

Л

Файбисовича

М

.: 

Изд

-

во

 

НЦ

 

ЭНАС

, 2005. 320 

с

.

5. 

Червоненкис

 

Я

.

М

., 

Фингер

 

Л

.

М

Об

 

оптимальной

 

системе

 

напря

-

жений

 

для

 

городских

 

и

 

сельских

 

электросетей

 // 

Электричество

1965, 

 7. 

С

. 11–15.

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Читать онлайн

Говоря о применении в воздушных и кабельных сетях сравнительно новой для нас ступени напряжения 20/0,4 кВ, взамен 6–10/0,4 кВ, специалистами неоднократно задавался вопрос: «Быть может, более предпочтительна иная ступень — 35/0,4 кВ?». Целесообразность перевода действующих сетей 6–10 кВ на напряжение 20 кВ обоснована в [1]. Разделяя основные выводы данной работы, в настоящей статье сравниваются воздушные электрические сети 20/0,4 и 35/0,4 кВ. Согласимся, что полноценный перевод сетей доступен лишь для электроустановок до 20 кВ. Здесь имеется возможность сохранения элементов существующих сетей 6–10 кВ: опор воздушных линий (ВЛ), фундаментов комплектных трансформаторных подстанций (КТП), закладных деталей и др. [1]. В свою очередь, применение напряжения 35 кВ требует полной замены элементов сетей 6–10 кВ.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»