Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ систем электроснабжения объектов геологоразведочных работ и принципы обоснования оптимального варианта в современных экономических условиях 14
1. Системы электроснабжения объектов геологоразведочных работ 14
1.1. Классификация систем электроснабжения на геологоразведочных работах. 23
1.2. Типовые варианты электроснабжения технологических потребителей при проведении геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые
2. Основы технико-экономических расчетов исходя из современных экономических условий
2.1. Теоретические основы экономических расчетов 38
2.2. Структура затрат по базовым вариантам систем электроснабжения технологических потребителей. 38
2.2.1. Электроснабжение от индивидуальных передвижных дизельных электростанций без трансформации энергии. 40
2.2.2. Электроснабжение от полустационарной дизельной электростанции при групповом присоединение к ней буровых установок без трансформации электроэнергии, в пределах радиуса допустимых потерь напряжения.
2.2.3. Централизованное электроснабжение от районной линии электропередач.
2.2.4. Электроснабжение от центральной дизельной электростанции с трансформацией электроэнергии.
3. Оценка значимости переменных величин входящих в формулы затрат по базовым вариантов электроснабжения
3.1. Методика оценки значимости переменных величин, входящих в формулы затрат по базовым вариантам электроснабжения
3.2. Оценка значимости переменных величин, входящих в формулы затрат по базовым вариантам электроснабжения и получение расчетных зависимостей для выбора оптимального варианта.
4. Методические рекомендации для оперативного инженерно-технического расчета при выборе оптимального варианта электроснабжения по минимуму затрат
Выводы по главе 1
глава 2. Обоснование оптимального сечения проводов распределительных линий электропередач напряжением до 1000 вольт и рекомендуемого порядка их расчета 63
1. Получение расчетной зависимости позволяющей определить затраты на строительство, эксплуатацию и демонтаж распределительных линий напряжением ниже 1000 В
2. Получение расчетной зависимости для определения экономически целесообразного сечения проводов линий электропередач напряжением ниже 1000 В
2.1. Основные методы расчета сечения проводов
2.2. Получение расчетной зависимости для определения экономически целесообразного сечения проводов в современных экономических условиях
3. Расчет предельного расстояния передачи электроэнергии на генераторном напряжении для наиболее часто используемых при проведении геологоразведочных работ буровых установок
4. Рекомендуемый порядок расчета сечения проводов распределительных линий электропередач напряжением ниже 1000 В применительно к буровым работам
Выводы по Главе 2
CLASS ГЛАВА 3. Повышение эффективности локальных систем электроснабжения посредством оптимизации уровней напряжения CLASS 80
1. Исследование уровней потерь напряжения и их регулирование в линиях электропередач при ведении геологоразведочных работ 83
1.1. Электроснабжение потребителей непосредственно от электростанции на месте работ без трансформации напряжения
1.2. Электроснабжение от районной линии электропередач
1.3. Электроснабжение от центральной дизельной электростанции с трансформацией напряжения
2. Обоснование предельных расстояний размещения приемников от энергоисточника по условиям обеспечения необходимого уровня напряжения
3. Методика расчета напряжения источника электроэнергии для группы энергопотребителей при различных схемах их
3.1. Расчет напряжения на шинах энергоисточника при магистральном подключении потребителей 98
3.2. Расчет напряжения на шинах энергоисточника при радиальном подключении потребителей 102
3.3. Расчет напряжения на шинах энергоисточника для группы одинаковых по своим энергетическим характеристикам потребителей 104
Выводы по Главе 3 105
ГЛАВА 4. Технико-экономический анализ теоретических разработок и практических рекомендаций по повышению эффективности электроснабжения геологоразведочных работ
1. Обоснование применения систем энергоснабжения с индивидульным и групповым присоединением потребителей к энергоисточникам 106
2. Анализ затрат и рекомендации по возможному переходу с напряжения 6 кВ на 10 кВ в эксплуатируемых и проектируемых линиях электропередач по
3. Анализ затрат и рекомендации по возможному переходу с напряжения 380 В на 660 В в эксплуатируемых и проектируемых распределительных линиях электропередач 115
Выводы по Главе 4 119
Защищаемые положения 120
Заключение 121
Литература 125
- Типовые варианты электроснабжения технологических потребителей при проведении геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые
- Получение расчетной зависимости для определения экономически целесообразного сечения проводов в современных экономических условиях
- Электроснабжение от центральной дизельной электростанции с трансформацией напряжения
- Анализ затрат и рекомендации по возможному переходу с напряжения 6 кВ на 10 кВ в эксплуатируемых и проектируемых линиях электропередач
Введение к работе
* Современные условия развития экономики предопределяют новый
подход к вопросам оценки эффективности геологоразведочных работ, одним из главных составляющих которой являются используемые системы энергообеспечения.
Большинство предприятий народного хозяйства имеет централизованное электроснабжение от государственной сети, поэтому вопросы обоснования оптимального варианта сводятся главным образом к правильному выбору составляющих его элементов и их соотношениям при известной уже системе электроснабжения. На геологоразведочных работах цель технико-экономических расчетов электроснабжения — в первую очередь выбор самой
^ системы, то есть экономически целесообразного варианта, отвечающего
техническим требованиям и ограничениям по безопасности, что является немаловажным условием, так как процент износа парка мобильного электрооборудования подходит к критическому рубежу, средств на его модернизацию нет, а мелкие и крупные аварии, связанные с выходом из строя и неисправностью энергосистемы - это в наше время норма.
^ Вопросы детального обоснования отдельных элементов (площадь
сечения проводов, месторасположение и число подстанций и др.) в условиях передвижного характера работ и небольших нагрузок не играют первостепенной роли и принимаются на основе технических расчетов и текущих требований [11-13, 16, 22, 23, 31, 35, 38, 40, 45, 63, 72-74, 77, 78].
Экономически обоснованный выбор варианта системы электроснабжения геологоразведочных работ в каждом конкретном случае всегда являлось важной задачей, а сегодня в условиях разрыва производственных связей, дефицита энергоресурсов, резкого роста цен на энергоносители, актуальность ее многократно возрастает.
(g) Решение этой проблемы должно базироваться в первую очередь на учете
особенностей энергообеспечения геологоразведочных работ, как общих, отраслевых, так и связанных с переходом нашего государства от социалистической (плановой) модели экономики к рыночным отношениям.
Общие особенности электроснабжения геологоразведочных работ
характеризуются удаленностью объектов от государственной энергосистемы,
разнообразием горно-геологических и технико-экономических условий,
территориальной рассредоточенностью потребителей, сложными
транспортными и климатическими условиями, резкими изменениями масштабов потребления энергии в связи со стадийностью и сезонностью работ [18,40,43,47,56].
Все эти особенности предопределяют:
большое разнообразие возможных вариантов электроснабжения, сильно различающихся по своим затратам;
необходимость в производстве энергии на местах;
- потребность в переходе от одной системы электроснабжения, к другой
в зависимости от масштабов и стадийности проводимых работ.
С переходом на рыночные отношения появились характерные для них особенности, существенно осложняющие и без того непростые вопросы электроснабжения предприятий отрасли. Нарушились во многом элементы связей с «Единой энергетической системой», как гарантом централизованного энергоснабжения. Отмена системы планового финансирования отрасли, не дающей конкретного непосредственного дохода, исключила централизованное финансирование энергетики не только самих работ, но и связанной с ними инфраструктуры объектов. Резко возросли в цене энергоносители, и повысился их дефицит. Становление рыночных отношений обусловило новый подход к производству геологоразведочных работ в целом.
Финансируемые ранее из госбюджета геологоразведочные экспедиции преобразовались, где это возможно, в унитарные горно-геологические предприятия, переходящие на самоокупаемость. В связи с этим одна из главных
статей расходов - расходы на электроснабжение (около 30 % от общих
расходов), должна обеспечиваться, практически, самостоятельно без внешней
^ централизованной поддержки. А это означает, что меняется сама концепция
подхода к вопросам электроснабжение.
Так, если при плановом ведении хозяйства система централизованного энергообеспечения от районной энергосистемы была наиболее предпочтительной, удобной, позволяющей решать, не считаясь особенно с затратами, вопросы электро- и теплоснабжения, то сейчас, когда за все платит само предприятие, на первое место выступают вопросы эффективности энергоснабжения и обеспечивающих его систем.
Главным моментом сегодня является изыскание путей наиболее
эффективного использования энергоресурсов посредством применения
'^' экономически обоснованных технических решений. А это означает, в первую
очередь, правильный выбор системы энергообеспечения и своевременный переход, при необходимости, к другой, более экономичной, применительно к изменяющимся условиям разведки [40, 43].
Поэтому, проведение исследований с позиции комплексного подхода к
вопросам оптимизации энергообеспечения геологоразведочных работ и
^ рационального использования имеющихся ресурсов, является актуальной
задачей, решению которой посвящены исследования, выполненные автором в
рамках данной диссертации.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности проведения геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые за счет обоснованного выбора оптимального варианта электроснабжения на основе совершенствования методики технико-экономического сравнения возможных вариантов и рационального обоснования элементов системы энергообеспечения.
Совершенствование методики технико-экономического сравнения
(ф вариантов электроснабжения геологоразведочных работ - это важная задача
решение которой даст возможность не только быстро и точно выбирать необходимый вариант энергоснабжения, эффективно использовать энергоресурсы, путем применения экономически обоснованных технических мероприятий, целесообразных с экологической и социальной точек зрения, но и своевременно в процессе работ перейти при необходимости на другой, более рациональный в увязке с методикой разведки и разработки месторождения. Для решения этой задачи нужно произвести анализ влияния каждого из параметров на конечный результат затрат, оценив их значимость и упростив расчетные зависимости, разработать метод инженерного расчета для обоснования оптимального варианта электроснабжения по минимуму затрат в конкретных условиях.
Вторая важная технико-эконимическая задача, требующая своего решения, обосновывается особенностью геологоразведочных работ, связанной с территориальной рассредоточенностью объектов и необходимостью иметь большое количество распределительных линий, а, следовательно, и большими затратами на их содержание и значительным расходом проводов. Поэтому в условиях дефицита алюминия расчет и выбор правильного сечения проводов приобретает приоритетное значение. В условиях больших расстояний передачи относительно невысоких нагрузок, что характерно для геологоразведочных работ, основной расчет, проводимый по нагреву, является непригодным, ибо дает крайне заниженные значения сечений, не удовлетворяющие по потерям напряжения. Главным методом расчета должен быть расчет по экономическим критериям на основе современных технико-экономических подходов, с проверкой результата на потери напряжения. Разработка этого метода и ставиться в качестве второй задачи исследований.
Удаленность технологических потребителей на значительные расстояния друг от друга предопределяет зачастую необходимость использовать в распределительных сетях напряжение выше тысячи вольт, что связано с необходимостью иметь большой парк передвижных
трансформаторных подстанций, а если нет поблизости государственных энергосетей, то передвижных дизельной электростанции (ДЭС). С целью централизации и сокращения числа энергоисточников важным вопросом является снижение уровня потерь напряжение в распределительных линиях, а отсюда и возможность использовать эти линии на генераторном напряжении на большие расстояния. Исследования в этом направлении является третьей важной задачей поставленной в данной работе.
Указанные задачи решались путем анализа экспериментальных и теоретических работ, проводимых в этой области, теоретических исследований с использованием современного экономического аппарата и методов математической статистики с последующей обработкой результатов исследований на ЭВМ с применением стандартных пакетов программ Excel, MathCAD [25].
Научная новизна выполненной работы:
Разработаны технико-экономические модели базовых систем электроснабжения геологоразведочных работ. В результате многофакторного анализа, отражающего влияние составляющих параметров, входящих в эти модели, получены расчетные зависимости, положенные в основу оптимизации энергообеспечения объектов отрасли в современных условиях;
Разработаны основы технико-экономического анализа и выбора оптимального варианта электроснабжения применительно к любым условиям и стадийности ведения геологоразведочных работ;
Получены зависимости сечения проводов распределительных линий электропередач от технико-экономических параметров системы электроснабжения геологоразведочных работ, позволившие разработать новый критерий оптимизации ее элементов;
Установлена зависимость уровня допустимых потерь напряжения от параметров системы электроснабжения, позволяющая увеличить расстояние передачи электроэнергии на генераторном напряжении без использования
трансформации.
Практическая значимость:
Разработана методика инженерного расчета обоснования оптимального варианта электроснабжения для любых условий и стадийности ведения геологоразведочных работ, исходя из современных требований экономики;
На основе полученных расчетных зависимостей предложен метод технико-экономического расчета сечений проводов распределительных линий, обеспечивающий экономию проводникового материала;
Рекомендована методика регулирования напряжения в распределительных сетях потребителей геологоразведочных, работ обеспечивающая расширение области применения систем электроснабжения на генераторном напряжении;
Даны методические разработки для использования полученных данных в учебном процессе.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях энергетической комиссии РАЕН, проводимых в рамках научных конференций «Новые идеи в науках о Земле» (г.Москва, МГГА - МГГРУ, апрель, 2001 - 2005г.г.) с участием профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московского государственного геологоразведочного университета и Санкт-Петербургского горного университета, Академии Народного хозяйства при Правительстве Российской Федерации, представителей Министерства Природных ресурсов Российской Федерации, компании «Татнефть», РКК «Энергия».
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ, в которых раскрываются основные теоретические положения, практические рекомендации и результаты проведенных исследований.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста,
списка литературы из 83 наименований, содержит 15 рисунков, 12 таблиц и 3 приложения.
* Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной
работы, сформулированы цели и задачи исследования, методы исследований,
показана научная новизна.
В первой главе выполнен анализ систем энергообеспечения объектов геологоразведочных работ и разработаны основные теоретические методы, положенные в основу инженерного расчета выбора оптимального варианта электроснабжения в современных экономических условиях на разных этапах их проведения.
Во второй главе дано обоснование оптимального сечения проводов распределительных линий электропередач при проведении геологоразведочных
* работ различных стадий и рекомендуемый принцип их расчета,
обеспечивающий оптимальный расход проводникового материала при
выполнении необходимых технических требований.
В третьей главе проведены исследования по оптимизации уровней
напряжения при проведении геологоразведочных работ, регулированию
напряжения у источника тока и потребителей, обоснованы рациональные
N области применения вольтодобавочных трансформаторов.
В четвертой главе произведено технико-экономическое обоснование практического использования полученных теоретических разработок по повышению эффективности электроснабжения геологоразведочных работ.
Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами, их практическое использование и ценность.
Диссертация является результатом производственных и научно-
исследовательских работ, выполненных на кафедре Энергетики Московского
государственного геологоразведочного университета в соответствии с планом
щ\ НИР Министерства образования Российской Федерации номер
Ч (
*
государственной регистрации 01.2.00 3 09048.
Работа базируется на теоретических и практических исследованиях отечественных специалистов, а также разработках, выполненных лично автором.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю - доктору технических наук, профессору А.М.Лимитовскому за ориентацию, научное руководство и постоянную поддержку при выполнении настоящей диссертационной работы.
Автор благодарит коллектив кафедры Энергетики и лично кандидата технических наук М.В.Меркулова за ценную помощь и советы, оказанные на разных этапах работы.
Научной основой для формулирования целей и задач являются работы в области повышения эффективности геологоразведочных работ, связанные с вопросами оптимизации и совершенствования их электроснабжения, снижением затрат энергии при проведении буровых работ на твердые полезные ископаемые, экономии топливно-энергетических ресурсов, таких авторов, как А.М.Лимитовского, Е.А.Козловского, Б.М.Ребрика, В.В.Алексеева, М.В.Меркулова, А.П.Жернакова, В.А.Пряхина, Ю.В.Тихонова, А.А.Гланца и
др.
Типовые варианты электроснабжения технологических потребителей при проведении геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые
Чтобы сгруппировать системы электроснабжения и дать основу для их оптимизации, разработана классификация систем по наиболее важным признакам, принципиально отличающим рассматриваемые варианты друг от друга [11-13, 16, 22, 23, 31, 40, 63, 72-74, 77, 78]. С точки зрения особенностей электроснабжения объектов геологоразведочных работ потребителей электрической и тепловой энергией можно подразделить на три группы; - базы партии-экспедиции, поселковая энергетика; - технологические потребители при производстве разведочных работ на твердые полезные ископаемые; - буровые работы при разведке на нефть и газ.
Каждая из этих групп имеет свои особенности, определяемые наличием энергоисточников, характером и объемами потребления электрической и тепловой энергии, в связи с чем, внутри этих групп могут быть выделены характерные системы энергоснабжения.
Так строительство базы партии-экспедиции, при возможности, конечно, необходимо осуществлять вблизи от государственной сети электропередач, так как это объект длительного использования и его электроснабжение от этой линии экономически наиболее выгодно. При невозможности такого варианта, возможно использование дизельной электростанции, при этом ее монтаж должен осуществляться согласно технике безопасности и исходя из санитарных норм, например, не должно уменьшаться допустимое по шуму расстояние до жилых построек [65]. Возможно использование и других альтернативных # источников энергии, применение которых даст возможность обеспечивать бесперебойную поставку необходимого объема и качества электроэнергии [20, 27].
Геологоразведочные работы на твердые полезные ископаемые проходят обычно три стадии работ: поиск, предварительная и детальная разведка [6, 14, 29]. Потребителями энергии в этой группе обычно являются буровые установки серии УКБ с электроприводом и реже (при поисковых работах) - с дизельным приводом. В зависимости от объемов разведочных работ, удаленности от государственной электрической сети, рассредоточенности потребителей и других условий могут быть применены следующие системы электроснабжения буровых установок: от индивидуальных дизельных электростанций без трансформации энергии; от групповых полустационарных дизельных электростанций без трансформации энергии; от стационарной дизельной электростанции с трансформацией электроэнергии; от государственной электрической сети с трансформацией электроэнергии.
Почти половину электроэнергии, потребляемой геологоразведочной отраслью, вырабатывают местные электростанции. По источнику преобразования первичной энергии в электрическую выделяют гидравлические, тепловые, ветровые и атомные электростанции. При проведении геологоразведочных работ применяются исключительно тепловые электростанции, оснащенные дизельными и бензиновыми электроагрегатами, причем основное количество электроэнергии (до 95 %) вырабатывается дизель-агрегатами [40, 42].
Эти электростанции по способу эксплуатации можно разделить на три группы: передвижные; полустационарные; стационарные.
Передвижные электростанции, перемещаемые многократно в течение сезона, применяются при поисковых работах и предварительной разведке. Они автономны, небольших размеров, легко транспортируются, позволяют сэкономить значительные средства из-за отсутствия распределительных сетей, а, следовательно, и потерь в них, быстро вводятся в действие. К недостаткам передвижных электростанций следует отнести высокую себестоимость вырабатываемой электроэнергии, низкие энергетические показатели, в частности cos (/ = 0,3 - - 0,4, наибольшие простои. Полустационарные электростанции перемещаются не чаще 1-2 раз в год. Они имеют более высокие показатели, обеспечивают лучшую устойчивость в работе и меньшие расходы на ремонт. К недостаткам полустационарных электростанций относится то, что электроустановки питаются от них с помощью линий генераторного напряжения, то есть без трансформации, а это с увеличением расстояний дает значительные потери напряжения и энергии.
Стационарные электростанции не перемещаются в течение всего срока разведки месторождений. Себестоимость вырабатываемой энергии такими электростанциями наиболее низкая (в 2 - 3 раза ниже, чем от передвижных), а энергетические показатели относительно высокие (cos (р = 0,6 0,8). К их недостаткам можно отнести длительный срок ввода в действие и необходимость иметь дорогостоящие высоковольтные линии электропередач [1,2,4,54].
При разведке месторождений на твердые полезные ископаемые с изменением условий и объемов проводимых работ вариант оптимального электроснабжения может измениться. Например, при переходе от Щ; предварительной к детальной разведке.
Получение расчетной зависимости для определения экономически целесообразного сечения проводов в современных экономических условиях
Капиталовложения в энергетический комплекс: К4=КдЭС + КТП0,4/10 + Kmnj (РУб.) где у - число работающих буровых станков, шт; Кдэс - стоимость полустационарной дизельной электростанции, рублей; Ктпо,4/іо - стоимость повышающей трансформаторной подстанции 0,4/10, рублей; Kmn - стоимость понижающей трансформаторной подстанции 10/0,4, рублей;
Так как на геологоразведочных работах, проводимых на ранних стадиях, используется, как правило, небольшое количество буровой техники, а предложенная для использования ДЭС-200-Т-400, может обеспечивать энергией до шести буровых установок, которых вполне хватит для обуривания необходимой сетки скважин, в дальнейшем, в расчетах будем использовать один дизель-агрегат типа ДЭС-200-Т-400 стоимостью 600000 рублей и трансформаторную подстанцию 0,4/10 - 250 кВ А стоимостью 200000 рублей. Стоимость понижающей трансформаторной подстанции была приведена ранее и составляла 100000 рублей.
Начальный оборотный капитал для этого варианта принимаем также равным квартальному запасу дизельного топлива: К0 = Рс1 TK-Cm-g3, (руб.) где g3 — удельный расход топлива ДЭС-200, 0,23 кг/кВт-час. Эксплуатационные квартальные расходы включают в себя: Изп=1,53 -Со- Кґ N, + (j +№тп, (руб.) где: Со — тарифная ставка обслуживающего персонала, равна 86 ру б/час; Kp - районный коэффициент к зарплате и социальным отчислениям; Nj — норма времени (в квартал) на обслуживание одной энергетической установки, равна 270 часов. Qjn — стоимость обслуживания за принятый период времени одной трансформаторной подстанции, которая равна 860 рублям.
Издержки на электроэнергию (или топливо) для данного варианта равны затратам на дизельное топливо, которое необходимо для выработки электроэнергии в квартал: Яэ=Рсг-ГЛ,-&,,(руб.) ИРЛ - затраты на распределительные электрические сети: ИРЛ = 1,1 } 1Р Кл, (руб.) где у - число работающих буровых станков, шт; Ипэ - издержки, связанные с потерей энергии в распределительных линиях электропередач: Р2 -I -Т -С и — с Р к э і ПЭ — т т 2 2 J , (руб.), где Uю — напряжение в линиях электропередач, 10 кВ; Sio — сечение проводов линий, 25 мм2. іф) Ипэтп - издержки, связанные с потерей энергии в повышающей трансформаторной подстанции: Ипэтп =0,02 -ST -Тк -Cm -g3 ,(руб.) где 5V - мощность стационарной повышающей трансформаторной подстанции, кВ А. Ипэтп - издержки, связанные с потерей энергии в понижающих трансформаторных подстанциях: И ПЭт„ =J-0,O2-SmK-Cm-g3, (руб.) где Sm - мощность понижающей трансформаторной подстанции, ,# кВ А Учитывая все вышеизложенное, формула затрат для варианта энергообеспечение от центральной дизельной электростанции с трансформацией электроэнергии приобретает вид: 34 = КМ3 - (1,53 -Со Кґ Nj + (j +l)QTn + Ра ТК Ст- g3 + l,l-j-lp - Кл + p2/ -с, TT2C P 2——-y + 0,02 .Sm K -Cm -g2 + t/i0 -coscp2 -y-sXQ K m 63 y-0,02 -Sm K -Cm -g3 + 0,3(0,2-K4-p+ (j +1) QTn + K4 p) +0,2-K4-p) B3-Pcz TK Cm g3t (руб.) Учитывая, что некоторые переменные имеют конкретные значения, которые были приведены ранее, получим общие затраты по данному варианту: 34= (800000 + 100000 j) Аз - (З5526,6-Кр + 45918 + 6718 j + 0,0071 с 1рСту + 33000J-lp+1608Cm + 321.6Cm-j + 321.6PCz Cm) -В3-321.6РагСт, (руб.) /1.10/
Оценка значимости переменных величин входящих в формулы затрат по базовым вариантов электроснабжения.
Оценка значимости переменных величин, входящих в формулу затрат по базовым вариантам электроснабжения, таких как: стоимость топлива в районе проводимых геологоразведочных работ, районный повышающий коэффициент к заработной плате и социальным отчислениям, полная средняя мощность потребителей электроэнергии, длина линий электропередач, дает возможность выявить те из них, влияние которых незначительно, т.е. при их изменении общая сумма затрат по системе изменяется в пределах 10 %. Выявленные в ходе проводимых исследований, мало влияющие на размеры затрат, переменные величины, можно представить в виде постоянных коэффициентов, значения которых определяется как средняя арифметическая величина проверяемой переменной или исключить, при очень малом влиянии на конечный результат, из соответствующих расчетных зависимостей [33].
Электроснабжение от центральной дизельной электростанции с трансформацией напряжения
Как было сказано ранее, в используемой в данное время методике, расчет сечения проводов линий электропередач обычно ведется по нагреву и потерям напряжения с последующей проверкой по экономическому фактору и в тяжелых условиях на механическую прочность. Но в современных экономических условиях при проведении геологоразведочных работ такой порядок расчета не может считаться объективным, поскольку передаются относительно невысокие нагрузки на большие расстояния [40, 42], что по току (нагреву) приводит всегда к занижению сечений.
Исходя из того, что расход проводникового материала при проведении геологоразведочных работ высок в связи с кратковременностью существования и передислокацией линий электропередач, оптимизация сечения проводов для данных условий, приобретает особое значение и предопределяет разработку уточненного метода расчета по экономическому критерию.
Выше (рисунок 2.1), уже был представлен график функции затрат на строительство линий электропередач напряжением ниже 1000 В и издержек на их эксплуатацию, связанных с потерей электроэнергии, в зависимости от s.
Функция Z(s) - затраты на строительство и эксплуатацию линий электропередач напряжением ниже 1000 В — это функция монотонно возрастающая (рисунок 2.1) (прямая зависимость).
Функция И(Б) — издержки, связанные с потерями электроэнергии в распределительных линиях электропередач - квадратичная зависимость убывающая по параболе на интервале s от 16 до 120 мм (рисунок 2.1). Следовательно, возможны точки экстремума.
Рассмотрим ранее приведенную целевую функцию затрат на сооружение и эксплуатацию линий электропередач напряжением ниже 1000 В, в зависимости от сечения используемого проводникового материала /2.1/: 3s = Zsl + Hs, (руб) Издержки, связанные с потерей электроэнергии в линиях равны: Р2С-Т-СЭ.1 s U2.cos2 p.y.s Уб) где Т— время работы потребителей за квартал; U— напряжение в распределительных линиях, кВ; Рс - средняя мощность одной буровой установки, кВт; cos р — коэффициент мощности; у - проводимость используемых проводов, м/ Ом мм2; s — сечение проводов распределительных линий, мм2.
Тогда затраты на сооружение и эксплуатацию линии длиной / (в километрах) используя формулу /2.1/ составляют: 3 = f(2,19s+ 2294.17 + 560m)KP + 68.36s + 2396.9 + 7260m]-l ,руб. Pl T-C l U -cos (р у-s Целевая функция имеет экстремум если: 33 Л ддЗ л — = 0 а 0 8s а dds ддЗ ддЗ если "гг- U это min, если zz U _ Это max. dds cos Найдем частные производные: - первая производная равна: 83 Р2 -Т -С / = (2,19КР + 68,36)-/ с -1— Гэ._!__ ds р U cos ср -у -s - вторая производная равна: ддЗ 2Рс2-Т-Сэ-1 = —Г —5 Г 8ds U cos cp-y-s Исходя из того, что все переменные функции положительны и производная не равна нулю, получаем вторую производную больше нуля: 0 dds дз _п Найдем min целевой функции - и, (2,197 +68,36)-/- тт Т;Сэ 1 2=0 и cos (р-у s Отсюда выразится сечение проводов по экономическому критерию: Р2 -Т-С с э U2 -cos2 p-г-(2Л9Кр +68.36) мм Преобразовав, получим, что: s = с Р. Т-С, U-cos p Vy(2A9Kp+6836) MM /2.5/
На основе полученной зависимости можно сделать вывод, что на выбор сечения проводов линий электропередач напряжением ниже 1000 В помимо общеизвестных факторов, таких как средняя мощность потребителей и стоимость электроэнергии (Р и С,) влияет районный коэффициент и проводимость используемого проводникового материала (Кр и у), и не влияет число опор на один километр линий электропередач т.
Подобная методика расчета может быть рекомендована и для линий электропередач напряжением 6 и 10 кВ, которые являются основными магистральными и распределительными энергосетями при ведении геологоразведочных работ.
Анализ затрат и рекомендации по возможному переходу с напряжения 6 кВ на 10 кВ в эксплуатируемых и проектируемых линиях электропередач
При проведении геологоразведочных работ довольно часто встречается вариант электроснабжения потребителей одинаковых по своим энергетическим характеристикам, т.е. Р\ = Р2= ... = Рп , S\ = s2 = ... = sn . Наиболее часто этот вариант можно встретить при проведении буровых работ, так как для разведки одного месторождения при бурении одинаковых скважин используются и идентичные буровые установки и, как правило, один энергоисточник, находящийся в центральной части разведуемого участка месторождения, обеспечивает их электроэнергией. В этом случае, при равенстве мощностей и сечении используемых проводов, сравниваются только длины распределительных линий электропередач, снабжающих энергией каждую буровую или другими словами расстояния от энергоисточника до потребителя. Потребитель, расположенный на минимальном расстоянии, имеет и минимальный удельный момент нагрузки, по расчетам напряжение на нем должно быть меньше, либо равно максимально допустимому стандартному значению. Расположенный же на максимальном расстоянии, потребитель должен иметь напряжение большее или равное минимально допустимому. Для рассматриваемого случая система/3.3/, позволяющая рассчитать напряжение на шинах энергоисточника, примет вид:
Данная методика расчета напряжения источника электроэнергии при проведении геологоразведочных работ рекомендуется в случае, когда потребители электроэнергии одинаковы по своим энергетическим характеристикам.
Аналогичные исследования можно провести и для вариантов смешанного и кольцевого подсоединения потребителей электроэнергии.
По результату проведенных в Главе 3 исследований можно сделать следующие выводы.
1. При ведении геологоразведочных работ уровень допустимых потерь напряжения в распределительных сетях не является величиной постоянной, он зависит от применяемой системы электроснабжения и изменяется в широких пределах, что должно учитываться при выборе последней и обосновании экономичности варианта энергообеспечения.
2. В отдаленных районах, где взята ориентация в основном на местные энергоисточники, в современных условиях производства геологоразведочных работ, обоснованный повышенный уровень потерь напряжения в распределительных линиях электропередач с успехом может использоваться для преимущественного применения систем электроснабжения с групповым присоединением потребителей к источникам.
3. В результате проведенных аналитических исследований были разработаны методические рекомендации, позволяющие рассчитывать и обосновывать: предельные расстояния передачи электроэнергии исходя из допустимых потерь напряжения при разных системах электроснабжения; необходимый уровень генераторного напряжения на шинах энергоисточника, обеспечивающий допустимый уровень напряжения, как у ближайшего потребителя электроэнергии, так и у наиболее удаленного; расстояния, за пределами которых, рекомендуется рассмотреть вопрос о целесообразности применения вольтодобавочных трансформаторов.
Решение этого вопроса сводится к обоснованию предельного значения радиуса группового присоединения потребителей (//) к энергоисточнику при соблюдении двух основных критериев: технической возможности использования того или иного способа присоединения потребителей к энергоисточнику; экономической целесообразности применения того или иного способа присоединения потребителей к энергоисточнику.
При групповом подключении потребителей в условиях проведения геологоразведочных работ, энергоисточник, обычно, располагается в геометрическом центре нагрузок, определяемом сеткой скважин в соответствии с методикой разведки данного месторождения (рисунок 4.1) [6, 14, 29, 40].
Расстояние между потребителем и энергоисточником определяется как а , где а — расстояние между скважинами. Следовательно, расстояние от потребителя до энергоисточника зависит от методики разведки месторождения, а не от энергетических составляющих, а значит, и снизить потери энергии в этом случаи возможно только за счет увеличения сечения проводов из данного проводникового материала, другими словами - за счет дополнительных вложений денежных средств.
При варианте индивидуального подключения к КТП (глубокий ввод) снижение потерь энергии достигается путем сокращения расстояния между потребителем и энергоисточником, но в этом случае возникают дополнительные затраты, связанные с приобретением большого числа трансформаторных подстанций, поскольку каждой буровой установке необходима своя КТП. Поэтому, решить данную техническую задачу возможно, только доказав, что один из вариантов экономически эффективнее другого, т.е. сопоставив затраты, необходимые в том или ином случае.
