Содержание

Экономические показатели применения новых силовых трансформаторов в современных электрических сетях
Обоснование возможности использования трансформаторов инновационной конструкции в электрических сетях и системах электроснабжения. Моделирование замены трансформаторов в электрической сети, расчет потерь аморфных трансформаторов по традиционным методикам.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Введение
Использование в отечественных электрических сетях и системах электроснабжения (ЭССЭ) устаревших конструкций трансформаторной техники не отвечает уровню теоретических научно-технических решений и практических технологических принципов современной электротехники, что, несомненно, тормозит технический прогресс в электроэнергетике. Это непосредственным образом отражается на реализации широко декларируемых положений об энергосбережении и энергоэффективности, как в потреблении, так и в процессах передачи и распределения электроэнергии.
Несмотря на то, что проблема снижения суммарных потерь электрической мощности и энергии (ПЭМЭ) в электроэнергетике всегда была и есть в центре внимания эксплуатации, научных исследований, проектирования и конструирования новых электроустановок и процессов, можно констатировать ее непреходящую актуальность и необходимость поиска новых решений.
Одна из задач в сфере остро назревшей модернизации распределительных электрических сетей заключается в повышении их технико-экономической эффективности. В первую очередь — посредством снижения технологических потерь на передачу электрической энергии, значительная часть которых имеет место в силовых трансформаторах напряжением 10 (6)/0,4 кВ. Поэтому возникла необходимость обратить внимание проектных и эксплуатирующих организаций на вопросы рационального выбора новых силовых трансформаторов для замены физически и морально устаревших.
Компьютерные эксперименты, проведенные в ряде исследований в России в 2007-2012 гг. для характерных типичных режимов и конфигураций ЭССЭ 10 кВ и ниже, показали, что обобщенные результаты по потерям мощности оцениваются от 11 до 27,5 % по различным регионам. Аналогичные показатели можно констатировать и в странах Евросоюза, где по отдельным группам электроустановок, в частности, в трансформаторах распределительных сетей они достигают уровня 17 % от общего валового потребления, а иногда существенно превышают названные выше значения[1].
Таким образом, зарубежный и отечественный опыт говорит о необходимости дальнейшей интенсификации исследований и реализации применения эффективных с точки зрения снижения потерь режимных и организационных мероприятий. Обладая в этом направлении большими резервами, они при технически грамотном и квалифицированном использовании всегда давали и будут давать значительные положительные результаты в экономии потерь. Практически ни одно энергообъединение, ни в нашей стране, ни за рубежом не может гарантировать, что его технико-экономический потенциал в этом направлении реализован полностью.
Однако кардинальное снижение ПЭМЭ может быть получено только на основе широкого применения инновационного электрооборудования, обладающего высокоэффективными характеристиками в основных электроэнергетических технологических процессах производства, передачи и преобразования параметров электрической энергии. Из большого числа типов, групп и конструкций таких электроустановок можно выделить управляемые источники реактивной мощности, линии электропередачи, силовые трансформаторы (СТ) и другие электроустановки, использующие эффект высокотемпературной сверхпроводимости, трансформаторы ЭССЭ с сердечниками из инновационных аморфных сплавов (АМТ)[2].
аморфный трансформатор инновационный электроснабжение
Основная часть
С технико-экономической точки зрения применение АМТ в настоящее время является одним из наиболее перспективных путей снижения ПЭМЭ. Об этом убедительно говорит опыт их эксплуатации в США, Индии, Японии, Норвегии, Словакии и в других странах[3].
Какому трансформатору отдать предпочтение при проведении тендера? То есть, как оценить финансовые потери эксплуатирующей организации за время использования трансформатора? Выбрать тот, который имеет меньшую закупочную цену, но большие потери энергии, или трансформатор лучшего качества, с меньшими потерями, но стоящий дороже? Или же оставить в эксплуатации старый? Эти вопросы волнуют сетевые организации не первый десяток лет.
Сравнение стоимости эксплуатации.
Актуальный ответ можно получить, определив величину полной цены каждого из приобретаемых трансформаторов, которая состоит из их закупочной цены и цены потерь энергии за период дальнейшей эксплуатации трансформатора.
К примеру, разница в закупочной цене трансформаторов 10/0,4 кВ ТМ-400/10 производства ГК Электрощит (г. Самара) и АТМГ-400/10 производства ГК Трансформер (г. Подольск) в России в рублях составляет порядка 60000 руб., а разница цены потерь — не менее 700000 руб. Для точных расчетов был выбран трансформатор традиционного ТМ-400/10 и трансформатор с магнитопроводом из аморфного сплава АТМГ-400/10 такой же мощности, паспортные данные приведены в табл. 1.
Таблица 1. Паспортные данные сравниваемых трансформаторов
Результаты расчетов по представленному выше методу представлены в табл. 2.
Таблица 2. Сравнение стоимости эксплуатации традиционного и «аморфного» трансформатора
В данном случае разница цены потерь энергии в трансформаторах за 30 лет его эксплуатации составила:
Аt1 — Аt2 = 1026886,443 руб.,
что в 4 раза больше стоимости самого трансформатора с аморфным магнитопроводом.
Технические расчеты нагрузочных потерь показали, что их величина зависит от уровня загрузки трансформатора относительно номинальной. Для определения экономического эффекта при работе трансформаторов с разными коэффициентами загрузки были выполнены расчеты по эффективности и окупаемости эксплуатации традиционных и инновационных конструкций по годам с учетом инфляции также принятой равной 7%, результаты расчетов представлены графиками на рис. 1, рис. 2, рис. 3 и рис.4.
Рис. 1. Экономия при использовании «аморфного» трансформатора
При закупках новых типов трансформаторов дополнительными затратами на приобретение АМТ сетевыми компаниями будет считаться сумма равная разнице в цене ТСТ и АМТ. Стоимость ТСТ так или иначе будет заложена в программы строительства, модернизации и технического перевооружения электрических сетей, и эта разница в цене будет выглядеть как доплата к существующим расходам, номинально заложенным. Из этой диаграммы видно, что при дополнительных капитальных затратах сетевых компаний на сумму 58800, в течение жизненного цикла трансформатора общая экономия составит 974908,94 что почти в 4 раза больше стоимости самого АТМГ
Рис. 2. Годовая выгода от использования АМТ
Для оценки экономического эффекта от применения АМТ, была найдена стоимость потерь в течение эксплуатации. Для компьютерного эксперимента были взяты уже представленные трансформаторы ТМ-400/10 и АТМГ-400/10, с учетом их цен. Далее все экономические прогнозы также проводились относительно этих двух моделей трансформаторов. Для расчетов использовался тариф на потери для сетевых компаний, сформированный РЭК Самарской области на 2014г.: 1,25 для летнего периода и 1,75 для зимнего. В итоге был взят среднегодовой — 1,45. Далее производилась оценка объемов потерь электроэнергии за год для выбранных трансформаторов при работе с различными коэффициентами загрузки Кз. На рис.2 представлен график годовой экономии в руб. от использования АМТ по сравнению с ТСТ. Здесь стоит обратить внимание на незначительную зависимость от значений Кз.
Рис. 3. Выгода от использования АМТ в течение жизненного цикла.
Затем была оценена экономия за весь жизненный цикл с учетом ежегодного пересмотра РЭК тарифов, рост тарифов был принят также за 7 %, что по сути, можно считать пренебрежением высокими темпами реального роста, в результате получились значения, представленные графиком на рис. 3. За жизненный цикл был принят срок службы трансформатора в течение 30 лет.
Рис. 4. Зависимость окупаемости от Кзагр.
С учетом полученных результатов, по расчетам экономического эффекта в течение эксплуатации АМТ, была найдена окупаемость нового типа трансформаторов. Она представлена графиком на рис. 4.
Как видно из рис. 2, 3 и 4 отличия в экономической эффективности при разных коэффициентах загрузки трансформатора невелики.
Также был выполнен расчет чистого дисконтированного дохода NPV для трансформатора АТМГ-400/10, ставка дисконтирования была принята равной 7 %, в качестве дохода рассматривалась годовая экономия от использования новой конструкции магнитопровода по сравнению с традиционной. Результаты представлены графиком на рис. 5, из которого видно, что окупаемость разницы в цене традиционного и инновационного трансформаторов за счет экономии на потерях наступает уже на шестом году эксплуатации, а полной стоимости — на пятнадцатом.
Рис. 5. Чистый дисконтированный доход.
Подобные документы

Экономические показатели применения новых силовых трансформаторов в современных электрических сетях

Обоснование возможности использования трансформаторов инновационной конструкции в электрических сетях и системах электроснабжения. Моделирование замены трансформаторов в электрической сети, расчет потерь аморфных трансформаторов по традиционным методикам.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

Экономические показатели применения новых силовых трансформаторов в современных электрических сетях

При анализе экономической эффективности и возможности использования трансформаторов инновационной конструкции основными элементами являются методы экономического анализа и оптимизации. Для сравнительного анализа потерь трансформаторов проводилось математическое моделирование районной электрической сети с учётом применения традиционной и инновационной конструкций трансформаторов. В качестве инструмента моделирования применялось программное обеспечение MS Excel, RastrWin. произведены расчеты экономических показателей при замене существующих трансформаторов традиционной конструкции на инновационные аморфные трансформаторы. Смоделирована замена трансформаторов в районной электрической сети, рассчитаны потери аморфных трансформаторов по традиционным методикам.

Ключевые слова: трансформатор, энергосбережение, короткое замыкание, потери, энергоэффективность, аморфные магнитные материалы, высокотемпературные сверхпроводниковые материалы.

Economic indicators of application new power transformers in modern electric grids.

Alexey Andreev, Lolita Inahodova, I.A. Senchev, Alexander Kazantzev

Samara State Technical University

Samara, Russian Federation

When analyzing the economic efficiency and the possibility of using transformers of innovative design, the main elements are the methods of economic analysis and optimization. For comparative analysis of losses of transformers, mathematical modeling of the regional electrical network was carried out, taking into account the use of traditional and innovative transformer designs. As a modeling tool used software MS Excel, RastrWin. calculations of economic indicators were made when replacing existing traditional transformers with innovative amorphous transformers. The replacement of transformers in a regional electrical network was simulated, losses of amorphous transformers were calculated by traditional methods.

Keywords: transformer, energy-saving, short-circuit, loss of efficiency, amorphous magnetic materials, high-temperature superconducting material

Введение

Использование в отечественных электрических сетях и системах электроснабжения (ЭССЭ) устаревших конструкций трансформаторной техники не отвечает уровню теоретических научно-технических решений и практических технологических принципов современной электротехники, что, несомненно, тормозит технический прогресс в электроэнергетике. Это непосредственным образом отражается на реализации широко декларируемых положений об энергосбережении и энергоэффективности, как в потреблении, так и в процессах передачи и распределения электроэнергии.

Несмотря на то, что проблема снижения суммарных потерь электрической мощности и энергии (ПЭМЭ) в электроэнергетике всегда была и есть в центре внимания эксплуатации, научных исследований, проектирования и конструирования новых электроустановок и процессов, можно констатировать ее непреходящую актуальность и необходимость поиска новых решений.

Одна из задач в сфере остро назревшей модернизации распределительных электрических сетей заключается в повышении их технико-экономической эффективности. В первую очередь — посредством снижения технологических потерь на передачу электрической энергии, значительная часть которых имеет место в силовых трансформаторах напряжением 10 (6)/0,4 кВ. Поэтому возникла необходимость обратить внимание проектных и эксплуатирующих организаций на вопросы рационального выбора новых силовых трансформаторов для замены физически и морально устаревших.

Компьютерные эксперименты, проведенные в ряде исследований в России в 2007-2012 гг. для характерных типичных режимов и конфигураций ЭССЭ 10 кВ и ниже, показали, что обобщенные результаты по потерям мощности оцениваются от 11 до 27,5 % по различным регионам. Аналогичные показатели можно констатировать и в странах Евросоюза, где по отдельным группам электроустановок, в частности, в трансформаторах распределительных сетей они достигают уровня 17 % от общего валового потребления, а иногда существенно превышают названные выше значения[1].

Таким образом, зарубежный и отечественный опыт говорит о необходимости дальнейшей интенсификации исследований и реализации применения эффективных с точки зрения снижения потерь режимных и организационных мероприятий. Обладая в этом направлении большими резервами, они при технически грамотном и квалифицированном использовании всегда давали и будут давать значительные положительные результаты в экономии потерь. Практически ни одно энергообъединение, ни в нашей стране, ни за рубежом не может гарантировать, что его технико-экономический потенциал в этом направлении реализован полностью.

Однако кардинальное снижение ПЭМЭ может быть получено только на основе широкого применения инновационного электрооборудования, обладающего высокоэффективными характеристиками в основных электроэнергетических технологических процессах производства, передачи и преобразования параметров электрической энергии. Из большого числа типов, групп и конструкций таких электроустановок можно выделить управляемые источники реактивной мощности, линии электропередачи, силовые трансформаторы (СТ) и другие электроустановки, использующие эффект высокотемпературной сверхпроводимости, трансформаторы ЭССЭ с сердечниками из инновационных аморфных сплавов (АМТ)[2].

аморфный трансформатор инновационный электроснабжение

Основная часть

С технико-экономической точки зрения применение АМТ в настоящее время является одним из наиболее перспективных путей снижения ПЭМЭ. Об этом убедительно говорит опыт их эксплуатации в США, Индии, Японии, Норвегии, Словакии и в других странах[3].

Какому трансформатору отдать предпочтение при проведении тендера? То есть, как оценить финансовые потери эксплуатирующей организации за время использования трансформатора? Выбрать тот, который имеет меньшую закупочную цену, но большие потери энергии, или трансформатор лучшего качества, с меньшими потерями, но стоящий дороже? Или же оставить в эксплуатации старый? Эти вопросы волнуют сетевые организации не первый десяток лет.

Сравнение стоимости эксплуатации.

Актуальный ответ можно получить, определив величину полной цены каждого из приобретаемых трансформаторов, которая состоит из их закупочной цены и цены потерь энергии за период дальнейшей эксплуатации трансформатора.

К примеру, разница в закупочной цене трансформаторов 10/0,4 кВ ТМ-400/10 производства ГК Электрощит (г. Самара) и АТМГ-400/10 производства ГК Трансформер (г. Подольск) в России в рублях составляет порядка 60000 руб., а разница цены потерь — не менее 700000 руб. Для точных расчетов был выбран трансформатор традиционного ТМ-400/10 и трансформатор с магнитопроводом из аморфного сплава АТМГ-400/10 такой же мощности, паспортные данные приведены в табл. 1.

Таблица 1. Паспортные данные сравниваемых трансформаторов

Паспортные данные трансформаторов

Номинальная мощность S_ном, кВА

Потери активной мощности при холостом ходе ДР_хх, Вт

Потери реактивной мощности при холостом ходе ДQ_хх, ВАр

Потери короткого замыкания ДР_кз, Вт

Напряжение короткого замыкания ДU_кз, %

Результаты расчетов по представленному выше методу представлены в табл. 2.

Таблица 2. Сравнение стоимости эксплуатации традиционного и «аморфного» трансформатора

Полная цена трансформатора Сп, руб

Закупочная цена трансформатора С, руб

Цена потерь энергии в трансформаторе за время его эксплуатации Аt, руб

Потери мощности холостого хода (XX) Pхх, кВТ

Количество часов в году T, часов

Потери мощности короткого замыкания (КЗ) Pкз, кВТ

Максимальная нагрузка трансформатора Sм, кВА

Номинальная мощность трансформатора Sн, кВА

Цена одного кВт в первый год эксплуатации с, руб

Ежегодный относительный прирост цены одного кВт Дс, руб

В данном случае разница цены потерь энергии в трансформаторах за 30 лет его эксплуатации составила:

Аt₁ — Аt₂ = 1026886,443 руб.,

что в 4 раза больше стоимости самого трансформатора с аморфным магнитопроводом.

Технические расчеты нагрузочных потерь показали, что их величина зависит от уровня загрузки трансформатора относительно номинальной. Для определения экономического эффекта при работе трансформаторов с разными коэффициентами загрузки были выполнены расчеты по эффективности и окупаемости эксплуатации традиционных и инновационных конструкций по годам с учетом инфляции также принятой равной 7%, результаты расчетов представлены графиками на рис. 1, рис. 2, рис. 3 и рис.4.

Рис. 1. Экономия при использовании «аморфного» трансформатора

При закупках новых типов трансформаторов дополнительными затратами на приобретение АМТ сетевыми компаниями будет считаться сумма равная разнице в цене ТСТ и АМТ. Стоимость ТСТ так или иначе будет заложена в программы строительства, модернизации и технического перевооружения электрических сетей, и эта разница в цене будет выглядеть как доплата к существующим расходам, номинально заложенным. Из этой диаграммы видно, что при дополнительных капитальных затратах сетевых компаний на сумму 58800, в течение жизненного цикла трансформатора общая экономия составит 974908,94 что почти в 4 раза больше стоимости самого АТМГ

Рис. 2. Годовая выгода от использования АМТ

Для оценки экономического эффекта от применения АМТ, была найдена стоимость потерь в течение эксплуатации. Для компьютерного эксперимента были взяты уже представленные трансформаторы ТМ-400/10 и АТМГ-400/10, с учетом их цен. Далее все экономические прогнозы также проводились относительно этих двух моделей трансформаторов. Для расчетов использовался тариф на потери для сетевых компаний, сформированный РЭК Самарской области на 2014г.: 1,25 для летнего периода и 1,75 для зимнего. В итоге был взят среднегодовой — 1,45. Далее производилась оценка объемов потерь электроэнергии за год для выбранных трансформаторов при работе с различными коэффициентами загрузки Кз_. На рис.2 представлен график годовой экономии в руб. от использования АМТ по сравнению с ТСТ. Здесь стоит обратить внимание на незначительную зависимость от значений Кз.

Рис. 3. Выгода от использования АМТ в течение жизненного цикла.

Затем была оценена экономия за весь жизненный цикл с учетом ежегодного пересмотра РЭК тарифов, рост тарифов был принят также за 7 %, что по сути, можно считать пренебрежением высокими темпами реального роста, в результате получились значения, представленные графиком на рис. 3. За жизненный цикл был принят срок службы трансформатора в течение 30 лет.

Рис. 4. Зависимость окупаемости от Кзагр.

С учетом полученных результатов, по расчетам экономического эффекта в течение эксплуатации АМТ, была найдена окупаемость нового типа трансформаторов. Она представлена графиком на рис. 4.

Как видно из рис. 2, 3 и 4 отличия в экономической эффективности при разных коэффициентах загрузки трансформатора невелики.

Также был выполнен расчет чистого дисконтированного дохода NPV для трансформатора АТМГ-400/10, ставка дисконтирования была принята равной 7 %, в качестве дохода рассматривалась годовая экономия от использования новой конструкции магнитопровода по сравнению с традиционной. Результаты представлены графиком на рис. 5, из которого видно, что окупаемость разницы в цене традиционного и инновационного трансформаторов за счет экономии на потерях наступает уже на шестом году эксплуатации, а полной стоимости — на пятнадцатом.

Рис. 5. Чистый дисконтированный доход.

В сложившихся условиях очевидна необходимость осуществления мероприятий по исключению недостоверных данных о потерях мощности в паспортах трансформаторов и, особенно в тендерной документации. К таким мероприятиям следует отнести обязательную проверку (измерение при участии покупателя и продавца) аттестованной лабораторией названных выше параметров, а также последующие жесткие санкции к поставщику трансформаторов с реальными потерями энергии, превышающими значения, указанные в паспортных или тендерных документах.

Из результатов расчета делается конечный вывод относительно конкретной ситуации с заменой распределительных трансформаторов, на основании чего и составляется требуемый план-график. В среднем затраты на замену окупаются за 5-7 лет.

Список литературы

1. Гольдштейн В.Г., Инаходова Л.М., Казанцев А.А., Молочников Е.Н. Анализ эксплуатационных свойств трансформаторов с сердечниками из аморфных материалов и защита их с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений. — г. Самара: Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки», 2013 г. — № 4. — с. 149-157.

2. Александров Н.В. Исследование влияния сверхпроводниковых трансформаторов на режимы электроэнергетических систем // Автореферат дис. канд. техн. наук. — г. Новосибирск: НГТУ, 2014. — 21 с.

3. Инаходова Л.М., Казанцев А.А. Сравнительный анализ технико-экономических показателей трансформаторов с различным исполнением сердечника // Актуальные научные вопросы современности. Материалы международной научно-практической конференции. — Липецк. — 2013. — С.19-21.

4. Назаров В.В. Распределительные трансформаторы 10 (0,6)/0,4 кВ. Ключевые вопросы выбора // Новости Электротехники. — 2013. — № 6. — с.46-48

Подобные документы

Вопросы реконструкции электроснабжения восточной части г. Барнаула. Расчет электрических нагрузок потребителей и района в целом. Выбор количества и мощности трансформаторов потребителей и трансформаторов ГПП, высоковольтной аппаратуры и кабеля.

дипломная работа [418,1 K], добавлен 19.03.2008

Расчет максимальных режимов присоединений и токов короткого замыкания на подстанции. Анализ выбора силового электрооборудования: высоковольтных выключателей, трансформаторов тока и напряжения, силовых трансформаторов, трансформаторов собственных нужд.

курсовая работа [1,6 M], добавлен 16.09.2017

Разработка главной электрической схемы КЭС. Выбор мощности силовых трансформаторов. Технико-экономическое сравнение вариантов схем. Разработка электрических схем распределительных устройств. Принцип выбора коммутационных аппаратов и токоведущих частей.

курсовая работа [490,0 K], добавлен 04.03.2011

Изучение схемы электроснабжения подстанции, расчет электрических нагрузок. Выбор числа и мощности трансформаторов. Составление схемы РУ высокого и низкого напряжений подстанции. Расчёт токов короткого замыкания. Подбор выключателей, кабелей и их проверка.

курсовая работа [571,1 K], добавлен 17.02.2013

Станкостроительный завод: электроснабжение, графики нагрузок, центр электрических нагрузок, схема электроснабжения, мощность конденсаторных установок и трансформаторов, выбор напряжений, сетей завода и токов, экономическая часть и охрана труда.

дипломная работа [2,2 M], добавлен 20.07.2008

Однолинейная схема главных электрических соединений подстанции. Расчет токов нормального режима и короткого замыкания. Выбор и проверка токоведущих частей и изоляторов, электрических аппаратов, контрольно-измерительной аппаратуры, трансформаторов.

курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.09.2015

Устройство силовых трансформаторов. Расчет исходных данных, коэффициентов и основных размеров. Расчёт обмоток, параметров короткого замыкания, магнитной системы трансформатора, потерь и тока холостого хода. Общее описание конструкции трансформатора.

курсовая работа [156,5 K], добавлен 13.06.2010

Источник

Экономический эффект от замены трансформаторов