АНАЛИЗ УНИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
При рассмотрении экономически обоснованных перспективных принципов построения электрических сетей важное значение имеет вопрос унификации выбора основных параметров сетей (например, сечение проводов и жил кабелей), а также основных сетевых конструктивных сооружений (опор, понижающих подстанций).
При этом могут быть отмечены два основных типа научно-технических проработок:
а) упорядочение шкал основных параметров (например, сечение проводов и жил кабелей);
б) собственно унификация применяемых параметров или характеристик сетевых сооружений.
Представляется обоснованным понимать под собственно унификацией параметров электрических сетей применение (использование) ограниченного количества основных параметров электрооборудования (из состава имеющихся в стандартной шкале) при достаточно широком диапазоне изменения влияющей исходной информации. Так, в задаче, рассматриваемой в данной статье, применяется ограниченное количество сечений токоведущих жил при широком диапазоне изменений расчетных электрических нагрузок различных участков линий 0,38-10 кВ, при не достаточной определенности законов развития нагрузок потребителей во времени и т.п.
Естественно, при разработке методик и конкретных рекомендаций по унификации параметров электрических сетей следует подразумевать экономически целесообразные или - в идеальном случае - оптимальные решения.
В связи с народнохозяйственной значимостью и актуальностью проблемы разработки методик унификации параметров электрических сетей представляется необходимым рассматривать «широкую», «глубокую» и в определенных задачах - «комплексную » унификацию. При этом:
а) широкая унификация параметров подразумевает унификацию ряда или, в пределе, всех основных параметров электрических сетей определенного назначения (например, сечение жил кабелей, номинальных мощностей трансформаторов, количества распределительных линий 0,38 кВ каждой из подстанций 10/0,38 кВ городских электрических сетей;
б) глубокая унификация подразумевает применение весьма ограниченного количества параметров из состава имеющихся в стандартизированной шкале (например, 1-3 сечений жил кабелей 0,38-10 кВ из числа 8-10 сечений, обычно используемых при проектировании);
в) для определенных типов сетей, и в первую очередь - для городских, промышленных и сельских распределительных электрических сетей (РЭС), характеризующихся относительно небольшими длинами каждой из линий в отдельности, правомочна разработка и применение методики комплексной оптимизации основных параметров, когда, например, унификация сечений проводов или жил кабелей, мощности и типа трансформаторных подстанций (ТП) 10(6) - 20/0,38 кВ и др. осуществляется не локально, а на основе технико-экономической модели и ограничений, учитывающих комплекс объектов РЭС и их характеристик.
По убеждению автора широкая и глубокая унификация параметров характерных РЭС является основным перспективным и экономически оправданным принципом выполнения и развития последних. Практическое применение такого метода формирования РЭС позволяет в наибольшей степени повысить эффективность производственных процессов, электромонтажных работ по эксплуатации городских РЭС, что, в конечном итоге, ведет и к повышению надежности электроснабжения. Подчеркнем, что приведенная трактовка задач унификации параметров РЭС обусловливается также чрезвычайно большими количествами основного электрооборудования, линий сетевых сооружений и т. п.
Отечественными научными, проектно-исследовательскими и другими организациями и отдельными авторами выполнен ряд исследований по унификации параметров электрических сетей[1-5] Отметим, что в большой части исследований рассматривается унификация сечений проводов (совместно с унификацией опор или без последних) и жил кабелей. При этом наиболее полно сформулированы современные теоретические проблемы оптимизационных решений в электроэнергетике, что полностью применимо и к задачам унификации параметров электрических сетей, а в [5] приведен, пожалуй, наиболее полный анализ глубокой унификации сечений проводов линий 0,38-110 кВ систем электроснабжения сельского хозяйства.
В [3] предложена унификация сечений жил кабелей электросетей промышленных предприятий, а в [4] - унификация применяемых мощностей трансформаторов 10(6)/0,38 кВ городских РЭС.
В публикациях [6-7] приводятся конкретные материалы о весьма глубокой унификации параметров городских РЭС, применяемой за рубежом.
В практике проектирования и строительства РЭС 0,38-10(6) кВ в некоторых крупнейших городах и на промышленных предприятиях также применяются принципы глубокой унификации мощностей ТП 10(6)/0,3 8 кВ и сечение жил кабельных линий 10 кВ. Представляется, что эти и аналогичные практические решения приняты на основе большого опыта проектирования и эксплуатации или при вариантном проектировании данных электросетей.
Вместе с тем отмечается отсутствие разработок и рекомендаций глубокой унификации применяемых жил кабелей на основе научно-технической методики. Ниже излагается структура такой методики, предлагаемая автором, и даются первые результаты полученных таким образом рекомендаций для городских РЭС 0,38-10 кВ.
Комплексная модель формировалась на основе официальных оптовых цен на кабелей 0,38-10 кВ (с учетом стоимости их производства) и удельных расходов на электромонтажные и строительные работы, а также с использованием ряда стандартных сечений, построенных с постоянным шагом по принципу геометрической прогрессии При формировании модели принимались традиционные допущения о неизменной плотности электрических нагрузок по площади рассматриваемых участков жилых районов города и одинаковых сечениях головных участков всех линий 0,38 или 10 кВ, отходящих от шин ТП или от ЦП. Таким образом, исходная ТЭ(технико- экономическая) модель (затраты) оптимизации количества используемых сечений кабелей РЭС имеет следующую структуру:
В решении задачи учитывались основные технические ограничения (по допустимому нагреву и допустимой потере напряжения), налагаемые на сечение жил кабелей, а также дополнительные ограничения NF,H > 1.
Комплексная оптимизация параметров ТЭ модели (2) осуществляется методом критериального программирования [8], обеспечивающим решение задачи,
соответствующее глобальному минимуму целевой функции. Результаты комплексной оптимизации параметров NF,H Fr МН в зависимости от поверхностной плотности электрической нагрузки а тп приводят к выводам:
Построение городских РЭС 0,38 кВ при поверхностных плотностях нагрузки а ТП >10 МВт/км2 целесообразно с единым сечением жил кабелей; При а ТП < 10 МВт/км2 целесообразно применение 2-3 стандартных сечений жил кабелей.
Для проверки достоверности результатов теоретического изучения и полученных количественных рекомендаций были выполнены контрольные расчеты капиталовложений, приведенных затрат, потерь электроэнергии и расхода проводникового металла при глубокой унификации сечений жил кабелей электросетей 0,38 и 10 кВ двух реальных районов новой многоэтажной застройки (9, 12 этажей и более) столичного города. Указанные характеристики сопоставлялись с аналогичными на основе реального проекта электросетей 0,38-10 кВ данного района, выполненного авторитетным проектным институтом. Результаты сравнения показали, что сокращение количества применяемых сечений жил кабелей до одного-двух вместо выбранных в проекте шести-семи приводит к повышению приведенных затрат по линиям в пределах 2- 4 %, а суммарных затрат по РЭС в целом - в пределах 1-2 %. Такая глубокая унификация сечений жил кабелей способствует снижению потерь электроэнергии на 15-25 % при одновременном увеличении расхода проводникового металла на 10-15 %.
Таким образом, можно заключить следующее:
1.Одним из основных принципов построения и перспективного прогрессивного развития систем электроснабжения является глубокая унификация параметров основного электрооборудования РЭС, включая сечения жил кабелей до 1000 В и 10(6) кВ.
2.Целесообразно выполнение расширенного объема экспериментальных расчетов для подготовки практических предложений по глубокой унификации сечений жил кабелей для их включения в соответствующие нормативные материалы по проектированию городских РЭС 0,38 и 10 кВ.