Энерго-экономический анализ режимов работы силовых трансформаторов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ИрГУПС (ИрИИТ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭНЕРГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2015

 

 

 

 

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

Потери активной мощности – активная мощность, расходуемая в элементах электрической сети.

Потери электрической энергии – электрическая энергия, расходуемая в элементах электрической сети.

Потребитель электрической энергии – группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории.

Приемник электрической энергии (электроприемник) – аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.

Система электроснабжения – совокупность взаимосвязанных энергоустановок, осуществляющих электроснабжение района, города, предприятия.

Электроустановка – энергоустановка, предназначенная для производства или преобразования, передачи, распределения или потребления электрической энергии.

Энергопотребление - физическая величина, отражающая количество потребляемого хозяйственным субъектом энергоресурса определенного качества. Используется для расчета показателей энергоэффективности.

Энергосбережение - реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

Эффективное использование ЭЭ - достижение технически возможной и экономически оправданной эффективности использования ЭЭ при существующем уровне развития технологии и одновременном снижении техногенного воздействия на окружающую среду.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Последние годы характеризуются  ростом  потерь электроэнергии (ЭЭ) в сетях России. Так, например, за период с 1998 по 2003 годы относительные потери ЭЭ возросли с 12.3% до 13.15% (рис. 1).

Рис.1. Относительные потери электроэнергии в электрических сетях РФ

 

Относительные потери электроэнергии при ее передаче и распределении   считаются удовлетворительными, если они не превышают 4…5%. Потери электроэнергии на уровне 10% рассматриваются как максимально допустимые с точки зрения физики процессов передачи электроэнергии. Докризисный уровень потерь  в  сетях бывшего СССР   не превышал, как правило, десяти процентов.  В настоящее время он вырос в 1,5…2 раза,  а по отдельным электросетевым предприятиям - даже в 3 раза. Поэтому проблема снижения потерь ЭЭ в электрических сетях приобрела на современном этапе особую актуальность.

Железнодорожная отрасль является одним из крупных потребителей электрической энергии. Ее доля в электропотреблении РФ  составляет около 8 % . Структура электропотребления на железнодорожном транспорте имеет вид:

• тяга поездов ………………………………………..  80%;
• эксплуатационные нужды  ………………………. 14%;
• прочее потребление  ………………………………  6 %.

Значительная величина  потребления электроэнергии  железнодорожными узлами и большой потенциал энергосбережения на транспортных предприятиях указывают на необходимость проведения работ по снижению потерь и повышению эффективности использования ЭЭ.

В настоящее время  достоверность учета ЭЭ в некоторых районах электроснабжения (РЭС) не отвечает требованиям рыночной экономики. Разница  между электроэнергией, принятой в сети РЭС, и энергией, распределенной потребителям, может достигать 15…20%. 

Оптимальные уровни потерь электроэнергии в сетях РЭС могут быть обеспечены только при определенных режимах работы отдельных их элементов. Для этого необходимо поддерживать оптимальную загрузку этих элементов, в частности, силовых трансформаторов [1].

 

1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ЗАГРУЗКИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТРОВ

 

Под оптимальной понимается величина, адекватная принятому критерию [2]. Уровень загрузки силовых трансформаторов можно оценивать по следующим критериям:

• по максимуму интегрального  значения коэффициента полезного действия (КПД);
• по минимуму потерь денежных средств при  трансформации электроэнергии.

Расчет интегрального значения КПД может быть произведен по следующему выражению

,

где - расход ЭЭ, зафиксированный на первичной стороне трансформатора, кВт·ч (рис. 2); - расход ЭЭ, зафиксированный на вторичной  стороне трансформатора, кВт·ч; - потери электроэнергии в трансформаторе.

 

 

Рис. 2. К определению интегрального значения КПД

 

Расход электроэнергии может быть определен по формуле

,

где - максимум полной мощности, кВ·А; - отвечающий коэффициент мощности; - номинальная мощность трансформатора, кВ·А; - число часов использования максимума нагрузки, час; = - коэффициент загрузки трансформатора.

Потери электроэнергии в трансформаторе за расчетный период Т могут быть найдены по выражению

,    (1)

где - потери холостого хода, кВт; - потери короткого замыкания хода, кВт; - время максимальных потерь, час.

После преобразований можно записать

.    (2)

Оптимальное значение коэффициента загрузки, отвечающего максимальной величине интегрального КПД определяется из условия

.

Выполнив преобразования можно записать

.         (3)

Оптимальная загрузка трансформатора из условия минимума потерь денежных средств при  трансформации электроэнергии определяется следующим образом.

Расход денежных средств на трансформацию электроэнергии может быть найден по выражению

,     (4)

где - коэффициент дисконтирования, равный процентной ставке за предоставление кредита, либо за хранение средств в банке; - стоимость трансформатора, руб.; - стоимость одного кВт·ч ЭЭ (тариф), руб./кВт·ч.

В учебных расчетах стоимость трансформатора может быть определена по формуле

, где = 72.65 руб./кВ·А.

Относительная стоимость трансформации ЭЭ может быть найдена по выражению

,

где

,  (5)

где = - коэффициент загрузки, определяемый из условия минимальной стоимости  трансформации ЭЭ.

Минимальному значению отвечает максимальное значение , которое можно найти из условия

.

После преобразований можно записать

.       (6)

2. ПРИМЕР РАСЧЕТА

 

Исходные данные: трансформатор ТМ-400; = 400 кВ·А; = 1.05 кВт; = 5.5 кВт; =0.8; =5000 час; = 0.2; = 0.5 руб./кВт·ч.

2.1. Построение зависимостей  , по формулам  (2) и (5). Результаты расчетов сводятся в табл. 1.

Таблица 1

,
0	0	0
0.1	0.1	0.884
0.2	0.2	0.936
0.3	0.3	0.954
0.4	0.4	0.963
0.5	0.5	0.968
0.6	0.6	0.97
0.7	0.7	0.972
0.8	0.8	0.973
0.9	0.9	0.973
1	1	0.973

 

По данным табл. 1 строятся зависимости, представленные на рис. 3.

Рис. 3. Зависимости

,

2.2. Определение оптимальных значений  коэффициентов загрузки  , по формулам (3) и (6).

= 0.629; = 0.946.

2.3. Построение зависимостей  и по формулам

;

.

Результаты расчета представляются на графиках, показанных на рис. 4.

Рис. 4. Зависимости

,

2.4. Построение зависимостей и по формулам (3) и (6). Результаты расчета представляются на графиках, показанных на рис. 5 и 6.

Рис. 5. Зависимость

 

Рис. 6. Зависимость

 

2.5. Оценка ущерба при отклонении коэффициентов загрузки , от оптимальных значений = 0.629; = 0.946. Для этого рассчитываются относительные потери электроэнергии при значениях , равных: 0.25; 0.629; 0.9. Расчет производится с использованием выражения

Результаты расчетов сводятся в табл. 2.

Кроме того, определяются относительные затраты на трансформацию ЭЭ при значениях , равных: 0.25; 0.946; 1. Расчет выполняется по формуле

Результаты расчетов сводятся в табл. 3.

 

Таблица 2

Увеличение потерь электроэнергии при отклонении

от оптимального значения

	0.25	0.629	0.9
, %	2.7	1.8	1.9

 

 

 

 

Таблица 3

 

Увеличение потерь электроэнергии при отклонении

от оптимального значения

	0.25	0.946	1
, %	5.6	2.8	2.8

 

На основании результатов, полученных в данном пункте можно сделать заключение о том, что с точки зрения энергетической и финансово – экономической эффективности завышение коэффициентов загрузки против оптимальных значений гораздо предпочтительнее, чем их занижение.

Выводы:

1. Оптимальный коэффициент загрузки  трансформатора по критерию максимума  интегрального КПД равен 0.629.

2. Оптимальный коэффициент загрузки  трансформатора по критерию минимума затрат денежных средств на трансформацию ЭЭ равен 0.946; следовательно в целях экономии затрат на трансформацию необходимо обеспечивать максимальную загрузку трансформатора; при этом требуется усиление его нагрузочной способности за счет применения более интенсивных систем охлаждения.

3. При уменьшении  значения , увеличиваются; так, например, при = 4500 час =0.685, а = 1.

4. При увеличении стоимости электроэнергии  величина    уменьшается; так, например, при = 1 руб./кВт·ч оптимальный коэффициент загрузки становится равным 0.8, а при =1.5 руб./кВт·ч = 0.75.

5. При снижении процентной ставки  за предоставление кредита  уменьшается; так, например, при коэффициенте дисконтирования , равном 0.1, величина оптимального коэффициента загрузки становится равной  0.803.

6. С точки зрения энергетической  и финансово – экономической  эффективности завышение коэффициентов загрузки против оптимальных значений гораздо предпочтительнее, чем их занижение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Железко, Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: руководство для практических расчетов [Текст] / Ю.С. Железко, А.В. Артемьев, О.В. Савченко. – М.: НЦ ЭНАС, 2004. – 280 с.

2. Фурсанов, М.И. Об оптимальной загрузке трансформаторов [Текст] / М.И. Фурсанов // Электрика. - № 4. – 2002. – С. 22 – 25.