Тимофеев А.С. Компенсация реактивной мощности

Подождите немного. Документ загружается.

3.4 Основные технические данные АРКОН-1

Номинальное напряжение питания БК и ПП 100, 220, 230, 240,

380, 400 и 415 В переменного тока, f=50 Гц; номинальные входные

измерительные токи БК 2,5; 3,75; 5А; БК обеспечивает выбор пара-

метра регулирования по напряжению с коррекцией активной (реак-

тивной) составляющей тока нагрузки или по реактивному току. Ус-

тавку параметра регулирования по напряжению настраивают в диапа-

зоне 80 110 % номинального измерительного напряжения, уставку

параметра регулирования по реактивному току настраивают в преде-

лах 0 60% номинального входного измерительного тока, уставку

выдержки времени настраивают в диапазоне от 30 с до 5 мин. Одна

ПП позволяет управлять тремя секциями конденсаторных батарей по

нормальному единичному току, командный блок допускает последо-

вательное соединение не более трех ПП с общим числом регулируе-

мых секций до десяти.

3.5 Компенсация реактивной мощности при наличии

вентильной нагрузки

Широкое использование вентильных преобразователей в про-

мышленности приводит к необходимости решать вопросы умень-

шения их воздействия на питающую сеть, и, в первую очередь, во-

просы компенсации реактивной мощности. Известно, что наиболее

экономичным средством для компенсации реактивной мощности яв-

ляются конденсаторные батареи. Но при выборе их мощности и места

установки необходимо учитывать возможные резонансы на одной из

гармоник, генерируемых преобразователем.

Спектр гармоник тока зависит от числа фаз преобразователя

и может быть представлен в виде ряда:

1pnv

, где

... 3, 2, ,1n

Действующие значения основной и высших гармоник перемен-

ного тока определяются по приближенным формулам:

При этом общее действующее значение тока конденсаторной

батареи во много раз превышает допустимое, и это приводит к выхо-

ду ее из строя.

На основании изложенного можно сделать вывод, что установка

конденсаторных батарей в сетях электроснабжения промышленных

предприятий при наличии вентильной нагрузки может оказаться не-

допустимой. Для защиты конденсаторов и отстройки от резонансов

используют последовательные RС фильтры. Индуктивное сопро-

тивление реактора

рассчитывают для создания резонансной цепи

(резонанс напряжений) на гармонике, меньшей наименьшей гармони-

ки, генерируемой вентильным преобразователем. Для наиболее рас-

пространенной шестиимпульсной мостовой схемы преобразователя

относительную частоту настройки фильтра обычно принимают рав-

ной:

7,4

бк

При неправильной защите конденсаторной батареи могут воз-

никнуть резонансные явления, аналогичные рассмотренным выше.

Это обусловлено тем, что цепь, состоящая из последовательно соеди-

ненных реактора и конденсатора, ослабляет гармоники выше резо-

нансной (индуктивный характер цепи) и усиливает гармоники ниже

резонансной (емкостный характер цепи). При выполнении фильтров

сталкиваются с техническими трудностями из-за малого индуктивно-

го сопротивления существующих бетонных реакторов. Так, напри-

мер, для фильтра 5-й гармоники, состоящего из конденсаторных ба-

тарей мощностью 1000 квар, на напряжение 10 кВ, необходимо уста-

новить последовательно восемь бетонных реакторов в каждой фазе,

что невыполнимо. Поэтому для защиты конденсаторных батарей вы-

сокого напряжения необходимо применять реакторы низкого напря-

жения, обладающие большим индуктивным сопротивлением. Приме-

нение реакторов низкого напряжения допустимо, так как в нор-

мальном режиме работы к реактору приложено напряжение:

номn

где

.ном

напряжение, приложенное к

ЛС

цепи;

номер гармоники, на которую настроена эта цепь.

Для защиты реактора от перенапряжений в момент включения

или при пробое конденсатора параллельно с реактором устанавлива-

ют разрядник многократного действия. При проектировании фильт-

ров учитывают повышение напряжения на компенсаторной батарее за

счет как основной гармоники:

2..

номбп

так и высших гармоник.

В то же время заводы изготовители конденсаторов гарантиру-

ют надежную их работу только при нормальном напряжении.

В связи с этим необходимо наладить выпуск специальных кон-

денсаторных батарей на повышенное напряжение, способных надеж-

но работать в сетях с повышенным содержанием высших гармоник, а

также в фильтрах высших гармоник.

4 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ВНЕДРНЕНИЕ БК

4.1 Расчет затрат на БК

Полная стоимость БК определится по формуле:

.0 пр

РЦП

где

оптовая цена;

.пр

расходы на транспортировку 15% от оптовой цены.

Тогда:

107257150015,0

.пр

руб.

Следовательно:

руб. 822251072571500П

Затраты на амортизацию определяются по формуле:

аа

НПЗ

где

норма амортизационных отчислений в месяц, 2,27%.

Тогда:

5,1866227,082225

руб.

Монтаж БК предлагается осуществить на действующих РПП,

поэтому затраты на монтаж не учитываются.

Затраты на БК приведены в таблице 4.

Таблица 4 Затраты на БК

Наименование показателя

Затраты, руб.

Приобретение аппаратуры

71500

Затраты на БК

10725

Налог на добавленную стоимость

12870

Амортизационные отчисления в месяц

1866,5

Итого:

96961,5

4.2 Определение нормативной численности электрослесарей на

техническое обслуживание и ремонт БК

Для обслуживания БК электрослесарями подземными принима-

ется 5 чел/см.

Количество рабочих по разрядам находится из условия:

электрослесарь подземный 5 разряда до 30% от нормативной

численности;

электрослесарь подземный 3 и 4 разряда остальная часть

норматива численности рабочих.

Общая нормативная численность электрослесарей подземных 4

и 5 разрядов:

Электрослесарь 5 разряда N=5∙0,3=1,5 чел/см.

Принимается 2 чел/см.

электрослесари 3 и 4 разрядов принимаем соответственно 3

чел/см.

4.3 Расчет заработной платы электрослесарей.

Расчет сведен в таблицу 5

Таблица 5 Фонд оплаты труда электрослесарей

Профес-

сия,

долж-

ность

Численность

Объѐм работ или

число выходов

Комплексная ставка,

расценка или тариф-

ная ставка

Месячный фонд

з/платы

явочная

СС

списочная

прямая,

руб

с допла-

тами, руб

Электро

слесарь

подзем-

ный

11,47

73,5

13230

26460

Итого:

26460

4.4 Экономические аспекты задачи компенсации мощности

Все параметры режима работы сети зависят от активной и реак-

тивной мощности. Однако, если для изменения активной мощности

требуется изменять технологический режим работы потребителей

электроэнергии, то изменение реактивной мощности достигается бо-

лее просто: с помощью компенсирующих устройств (КУ), наиболее

распространенными из которых являются батареи конденсаторов

(БК).

Установка дополнительных БК связана с затратами средств на

приобретение, доставку, монтаж и обслуживание как самих БК, так и

дополнительного оборудования. Эти затраты приближенно могут

быть представлены в виде линейной зависимости от мощности БК :

кузз

QЗЗ

где

уз

удельные затраты на БК, руб/квар в год.

Потери мощности и энергии в сети при установке БК снижаются

в соответствии с квадратичной зависимостью. Затраты на потери вы-

ражаются формулой:

QЗPЗPQPPcPcЗ

ппooп

где

удельная стоимость потерь, руб/кВт в год,

PЗ

QЗ

затраты на потери, обусловленные потоками актив-

ной и реактивной мощности, руб/год,

технологические потери.

Ввиду того, что основную часть затрат на БК производят едино-

временно (затраты на приобретение, доставку и монтаж оборудова-

ния), а снижение потерь происходит в течение всего срока службы

БК, единовременные затраты приводят к годовым, умножая на коэф-

фициент нормативной эффективности капиталовложений

= 0,12.

Коэффициент

означает, что экономически целесообразными счи-

таются капиталовложения, дающие ежегодный эффект не менее 12%

их объема (т.е. окупающиеся за срок

ок

= 100/12 = 8 лет и менее).

Так как кроме единовременных затрат на БК, необходимо про-

изводить ежегодные затраты на их обслуживание, ремонт, отчисле-

ния на амортизацию, а также учитывать потери активной мощности в

самих БК. Годовые удельные приведенные затраты на БК определяют

по формуле, руб/квар в год:

квкаонуз

cККpppЗ )()(

где

нормативы отчислений на обслуживание и ремонт;

нормативы отчислений на амортизацию;

, и

единовременные затраты на приобретение БК и ввод

их в действие (приобретение дополнительного обору-

дования, его ДОС тавка и монтаж), руб/квар;

стоимость потерь в БК, руб/квар в год.

В соответствии с действующими нормативами

=0,1 и

формула приобретает вид:

квккквкуз

сззсККЗ )(22,0

где

кк

составляющая затрат, определяемая стоимостью монтажных

работ, дополнительного оборудования и его доставка к мес-

ту назначения.

Чем больше мощность БК, тем больше затраты на их установку

и тем меньше затраты на потери в сети. Целью оптимизационной задачи

является определение такой мощности БК, при которой суммарные

затраты

пк

ЗЗЗ

принимают возможное наименьшее значение.На

рисунке 16 приведены качественные зависимости

от мощнсти

,передаваемой по сети. При начальной, нескомпенсированной нагруз-

ке узла

затраты на БК

, затраты на составляющие потерь соот-

ветствуют отрезкам

PЗ

QЗ

, а суммарные затраты точке

.При

снижении

затраты на БК возрастают линейно, затраты на передачу

реактивной мощности

QЗ

снижаются в соответствии с квадратичной

зависимостью, а на передачу активной

PЗ

остаются неизменными. При

полной компенсации реактивной нагрузки затраты на БК соответствуют

точке

, а затраты на потери-точке

PЗЗ

нп

'''

. Суммарные затраты вна-

чале снижаются, затем, достигнув точки 0, начинают увеличиваться. В

точке 1 они принимают значение, равное

,а при полной компенсации

. Оптимальная (экономическая) мощность БК

кэ

, при

min

ЗЗ

соответствует точке 0. Мощность

кэнэ

QQQ

целесообразно переда-

вать в данный узел от электростанций или других источников реак-

тивной мощности энергосистемы, так как ее компенсация приводит к

увеличению суммарных затрат. Для нахождения оптимального решения

используют тот факт, что в точке 0 производная

0/dQdЗ

(касательная

к кривой

принимает горизонтальное положение). Поэтому для полу-

чения оптимального решения необходимо записать аналитическое вы-

ражение целевой функции, взять его производную по реактивной мощ-

ности, приравнять нулю и из полученного уравнения найти

кэ

и соот-

ветствующее ему

В сложной сети целевая функция зависит от нагрузок многих узлов,

поэтому приходится брать ее частные производные по нагрузке каждого

узла и решать систему уравнений, число которых равно числу узлов. В

результате получают взаимоувязанные оптимальные значения

для

всех узлов (рисунок 16).

Рисунок 16 Зависимость целевой функции и ее составляющих от

мощности КУ

Расчеты компенсации реактивной мощности в целом по пред-

приятию и по отдельным потребителям после обработки показали,

что целесообразней компенсировать 45 55% реактивной мощности,

остальное получать из сети

4.5 Экономический эффект от внедрения конденсаторных

установок

Затраты на внедрение и обслуживание конденсаторных устано-

вок составили:

.5,414481264601296961 рубЗЗЗ

зплк

Затраты на потери активной мощности до компенсации состави-

ли:

130903575,1748020hWЗ

ап

руб. ,

где

суммарные потери активной энергии, кВт.

Экономический эффект

в результате компенсации реактив-

ной мощности составит 1309035 рублей в год.

Время окупаемости

ок

вложенных капиталовложений:

годаЭЗТ

ок

5,4907725/5,414481/

Вывод: внедрив конденсаторные установки для компенсации

реактивной мощности, мы уменьшим потери активной мощности и

окупим вложенные капиталовложения при прочих равных условиях

за 4,5 года.

5 ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ

Эффективность использования электрической энергии на уголь-

ных шахтах характеризуется величиной удельного электропотребле-

ния (кВтч/т), которая позволяет объективно оценивать энергоисполь-

зование в реальных условия производства, правильность выбора

энергетического оборудования и элементов электрических сетей.

Уменьшение удельного электропотребления может быть дос-

тигнуто за счет повышения производительности шахт, разработки и

внедрения мероприятий по снижению расхода электрической энергии

на предприятии, а также потерь электроэнергии во всех элементах

системы электроснабжения, совершенствования нормирования элек-

тропотребления.

Внедрение мероприятий по повышению эффективности элек-

тропотребления позволяет снизить дефицит активной энергии и мощ-

ности в энергосистеме, обеспечить соблюдение установленных шах-

там планов энергопотребления, уменьшить размер платы за электро-

энергию, добиться более высоких технико-экономических показате-

лей при эксплуатации системы электроснабжения.

Разработанные мероприятия по экономии электрической энер-

гии не должны приводить к снижению производительности шахт и

находиться в соответствии с требованиям безопасности, регламенти-

рованными Правилами безопасности и Правилами технической экс-

плуатации угольных и сланцевых шахт.

Для повышения эффективности использования электрической

энергии на шахтах проводят следующие мероприятия:

широко внедряют современные измерительные приборы и ав-

томатизированные системы учета, контроля расхода электрической

энергии и управления электропотреблением;

совершенствуют планирование и нормирование, расширяют

применение научно обоснованных норм расхода и прогрессивных

систем учета потребления топливно-энергетических ресурсов;

ускоренными темпами внедряют законченные разработки,

изобретения, рационализаторские предложения, направленные на по-

вышение эффективности использования электрической энергии;

укомплектовывают энергетические службы шахт квалифици-

рованными специалистами, совершенствуют структуру управления

энергетическим хозяйством.

Основные мероприятия по экономии электрической энергии и,

как следствие, по снижению удельного расхода электроэнергии делят

на три группы:

по повышению производительности шахт за счет совершенст-

вования технологии отдельных производственных процессов и по-

вышения надежности технологических схем;

технологические и организационно-технические, направлен-

ные на снижение потребления активной энергии отдельными техно-

логическими процессами, объектами и электроустановками; повыше-

ние степени загрузки и к.п.д.;

технические и организационные, направленные на снижение

потерь электрической энергии во всех элементах системы электро-

снабжения, рационализацию электропривода и электрических сетей.

Мероприятия 1-й группы

1. Совершенствование технологических схем подготовки и сис-

тем разработки на угольных шахтах, которое должно включать в себя

выбор более эффективных способов ведения очистных и подготови-

тельных работ, более совершенных транспортных технологических

схем.

Это позволит повысить концентрацию горных работ и, следова-

тельно, снизить общую протяженность горных выработок (одного из

факторов, влияющих на величину удельного электропотребления);

увеличить нагрузку на очистной забой за счет повышения минутной

производительности очистных комбайнов и коэффициента машинно-

го времени и скорость проведения подготовительных выработок.

2. Использование передовой технологии: внедрение на шахтах

прогрессивных технологических схем разработки угольных пластов .

Эти схемы, включающие и схемы электроснабжения, преду-

сматривают комплексный подход к решению всех вопросов ведения

очистных и подготовительных работ, механизации, транспорта, элек-

троснабжения, более совершенной организации труда.

3. Повышение надежности технологических процессов очист-