Выбор места расположения источников питания

Теория определения местоположения источника питания имеет об­щий характер и восходит к классической механике, определяющей центр тяжести. Общность задачи отражается в общности подхода: от выбора места для шкафов 2УР до расположения ТЭЦ, УРП и других источников питания энергосистем. Для различных уровней различны ограничения. Например, для ТЭЦ существенны потребители горячей воды и размещение паровых воздуходувок; для ГПП - возможность размещения вблизи энергоемких агрегатов и ^особенности ввода ЛЭП высокого напряжения; для подстанций 4УР — необходимость техноло­гического управления высоковольтным оборудованием или разбросан­ность подстанций ЗУР, определяемых в свою очередь характером на­грузки и строительными решениями по отделению (сооружению); для 2УР - количество, единичная мощность, режимы работы электро­приемников и территориальная выделенность участков.

Длина линий от i -го потребителя до источника питания ИП в пря­моугольной системе может быть выражена через координаты ИП х, у и координаты потребителей x_i, y_i (электроприемников для 2УР; шка­фов 2УР и электроприемников, питающихся от щита низкого напряже­ния трансформатора для ЗУР; трансформаторов ЗУР и высоковольтных электродвигателей для 4УР; агрегатов и ТП, питающихся от 5УР, и рас-

пределительных подстанций для 5УР) двояко:

Приведенные затраты для отдельной линии электропередачи равны
где 3_i — приведенные затраты на единицу длины линии, которые для определенного потребителя являются величиной постоянной при выборе сечения линии по экономической плотности тока или по допустимому нагреву. В выражении (3.2): Е = е_н + Е_а + е_э, где е_н - коэффициент нормативной (заданной) эффективности; Е _а — коэффициент аморти­зационных отчислений; е_э — коэффициент расходов энергосистемы; К_i — стоимость сооружения единицы длины i -й линии; S_i — мощ­ность нагрузки i -го потребителя (электроприемника); d - коэффи­циент, учитывающий увеличение стоимости электроэнергии в зависи­мости от удаленности данной сети от ИП; К_мп - коэффициент попадания расчетной нагрузки в максимум энергосистемы (при совпаде­нии максимумов К_мп = 1, при работе потребителя не в часы макси­мума энергосистемы А"_мп =0); а — удельные затраты, обусловленные расширением электростанций для компенсации потерь мощности; в — удельные затраты на расширение топливной базы для выработки дополнительной энергии и себестоимость выработки энергии; t_i - число часов максимальных потерь электрической энергии i -й линии; y — удельная электрическая проводимость линии; U _ном - номиналь­ное напряжение линии; F_i - сечение i -й линии.

Суммарные приведенные затраты для п линий в радиально-лучевую сеть в виде явной функции от координат ИП

теоретически определимы, если встать на детерминистскую точку зре­ния, согласно которой существуют однозначные исходные данные для каждой линии к моменту принятия решения о размещении ИП, кото­рые будут соответствовать реальности после завершения строительства и выхода на проектную производительность.

Учитывая фрактальность и практическую счетность сведений, мож­но пренебречь изменениями составляющих, входящих в (3.2), для разных линий, питающихся от одного ИП, и неизбежными скачками, возникающими, например, при переходе от радиальной к магистраль­ной схеме, от прокладки в трубах (россыпью и напрямую) к проклад­ке в каналах, от одного габарита трансформатора к другому. Тогда

3_i пропорциональны расчетному току I_p, определяющему сечение линии, и их можно заменить P_p = P_max.

Имеется ряд математических методов, позволяющих аналитически определить условный центр электрических нагрузок промышленного предприятия или отдельных его цехов. При отыскании центра элект­рических нагрузок, например цеха для размещения распределительной подстанции 4УР, используется план цеха с расположением ТП 10/0,4 кВ (ЗУР) и отдельных высоковольтных электроприемников 1УР, а при отыскании центра электрических нагрузок предприятия средней мощ­ности [для крупного (см. рис. 1.2) поиск центра не имеет смысла] используется его генеральный план, а в качестве отдельных потребите­лей рассматриваются цеха предприятия.

Наибольшее распространение получил метод, заключающийся в том, что если считать нагрузки цеха равномерно распределёнными по его площади, то центр нагрузок можно принять совпадающим с центром тяжести фигуры, изображающей цех в плане. В действительности же нагрузки цеха распределены по его площади неравномерно, поэтому центр нагрузок не совпадает с центром тяжести фигуры цеха в плане.

Наличие многоэтажных зданий цехов и расположение электроприем­ников на различных отметках обусловливают учет в расчетах третьей координаты. Координатой Z для двух- и трехэтажных зданий не имеет смысла пользоваться, в частности и учитывать требования о размеще­нии оборудования выше нулевой отметки. Координатой Z можно пре­небречь и в случае, когда расстояние от центра нагрузки потребителя, например КТП, до центра ИП, например РП 10 кВ, в 1,5 раза больше высоты здания. Практически учет третьей координаты в реальном про­ектировании промышленных предприятий не требуется.

При разработке схемы электроснабжения промышленных пред­приятий рекомендуется размещать источники питания с наибольшим приближением к центру питаемой нагрузки, под которым понимается условный центр. Проведя аналогию между массами и электрическими нагрузками производств, цехов, отделений, участков, Р_i, координаты их центра для размещения источника питания следующего уровня си­стемы электроснабжения можно определить по формулам.

Описанный метод отыскания центра электрических нагрузок отли­чается простотой и наглядностью, он легко машинно реализуем. По­грешность расчетов по этому методу не превышает 5—10% и определя­ется точностью исходных данных.

В общем случае такой подход не обеспечивает минимума приведен­ных затрат на сеть. При двух неодинаковых нагрузках этот центр будет между нагрузками, ближе к наибольшей. Если сюда поместить ИП, то приведенные затраты на сеть сложатся из затрат на участок сети, питающий меньшую нагрузку, и затрат на участок сети, питающий большую нагрузку. Если строго исходить из минимума приведенных затрат, то ИП следует совместить с наибольшей нагрузкой, что обеспе­чивает явно меньшие затраты, так как вся сеть будет состоять только из относительно дешевого провода, питающего меньшую нагрузку. При числе нагрузок больше двух в общем случае возникает аналогич­ная ситуация.

При решении вопроса о размещении ИП и определении их мощно­стей возможны три случая: 1) местоположение определено условиями генплана или требованиями технологов; 2) местоположение можно варьировать в ограниченных пределах, но известны нагрузки, которые предполагается питать от каждого ИП, тогда и требуется применение (3.3), (3.4); 3) не известны число ИП, распределение нагрузок по отдельным ИП. Для некоторых ИП на местоположение накладываются ограничения. Это наиболее общий случай, отвечающий реальной прак­тике и характерный для всех уровней системы электроснабжения.

В первом случае задача сводится к распределению нагрузок по от­дельным источникам питания и к определению мощностей ИП. Реше­ние этой задачи рассмотрено в § 3.2.

Во втором случае задача может быть решена методом линейного про­граммирования, если ограничения на размещение ИП могут быть зада­ны в виде системы линейных неравенств

В случае нелинейных ограничений используется линейно-кусочная аппроксимация. Требуется найти такие х и у при которых обеспечи­вался бы минимум суммарных приведенных затрат (3.3) с соблюдением I ограничений (3.5), где a_i, b_i, с_i - заданные числа. Минимизация функ­ции цели (3.3) является задачей отыскания минимума суммы модулей линейных функций, которая может быть сведена к задаче линейного программирования, например симплексным методом.

Центр электрических нагрузок определяется как некоторая постоян­ная точка на генеральном плане промышленного предприятия. В дей­ствительности центр смещается, что объясняется: изменениями потреб­ляемой мощности отдельным приемником, цехом и предприятием в целом в соответствии с графиком нагрузки (на стадии проектирования график известен приближенно, а на стадии эксплуатации претерпевает постоянные изменения); изменениями сменности и других социально-экономических и экологических условий; развитием предприятия (из­менение технологии, ассортимента).

В связи с этим центр электрических нагрузок описывает во времени на генеральном плане промышленного предприятия фигуру сложной формы. Поэтому правильнее говорить не о центре как некоторой ста­бильной точке, а о зоне рассеяния.

Задачи, связанные с построением рациональных систем электроснаб­жения промышленных предприятий, относятся к числу оптимизацион­ных. В электрике выделилось два подхода к решению задач оптимиза­ции: статический и динамический. При статическом подходе к ре­шению проектных задач не учитывается изменение электрических на­грузок во времени. При динамическом подходе учитывается динамика систем электроснабжения во времени на перспективу 5, 10, 20 лет, особенно в части изменения электрических нагрузок, поэтому прини­маемые решения получаются более обоснованными.

При переходе к конкретному проектированию следует помнить, что проектировщики широко применяют профессионально-логический метод. Суть его применительно к выбору местоположения подстанции заключается в том, что опытный проектировщик часто принимает ре­шение, не прибегая к вычислениям координат. Он пользуется хороши­ми знаниями объектов проектирования, объектом-аналогом, учиты­вает реальные ограничения и другие неформализуемые сведения.

Задачу выбора местоположения подстанций приходится решать на различных уровнях системы электроснабжения. Опыт проектирования показывает, что выбор местоположения цеховых ТП осуществляется, как правило, без построения картограммы нагрузок цеховых потреби­телей электроэнергии. Объясняется это тем, что расположение цеховых ТП в центре питаемых ими нагрузок часто оказывается невозможным из-за различных ограничений (технологических, транспортных и т. п.). Поэтому для отыскания центра цеховой сети используют приближенные методы. Для упрощенного определения координат в цеховой сети мож­но воспользоваться методикой, применимой при прокладке участков сети по взаимно перпендикулярным направлениям, которая заключа­ется в следующем: 1) чтобы найти координату x _q центра нагрузок, необходимо передвигать параллельно самой себе проведенную произволь­но на плане цеха вертикальную линию до тех пор, пока разность сумм нагрузок левее и правее этой линии поменяет знак или станет равной нулю, т.е., нагрузки станут равными; 2) передвигая параллельно самой себе горизонтальную линию, находят такое ее положение, при котором разность сумм нагрузок выше и ниже этой линии изменит знак или станет равной нулю. Это положение линии даст координату у₀ центра нагрузок.

Оптимальное положение РП обычно будет не в центре нагрузок, получающих питание от него, поскольку это приводит к обратным пото­кам энергии, вызывающим увеличение расхода проводникового материала и потерь электроэнергии. Как правило, РП смещено к наибольшей нагрузке и располагается ближе к источнику питания. Выбор места РП

в первую очередь определяется наличием двигателей напряжением вы­ше 1 кВ (компрессорные, насосные, воздуходувные и т. п.) и электро­технологических установок, например электропечей с трансформа­торами. Если по условиям среды нельзя сделать встроенное или при­строенное распределительное устройство, например из-за взрывоопасности, то сооружается отдельно стоящее РП.

Особенно важен вопрос о размещении подстанций 5УР и 4УР, кото­рые для средних и крупных предприятий определяют схему. В этом случае проектирование систем электроснабжения предприятий осуще­ствляется на основе генерального плана объекта, на который наносятся все производственные цеха и отдельные участки предприятия. Располо­жение цехов на генеральном плане определяется технологическим процессом производства, а также архитектурно-строительными и эксплуатационными требованиями.

Выбор типа и места расположения подстанций осуществляют следую­щим образом: на генеральный план предприятия наносят нагрузки це­хов, отделений или участков с уточнением напряжения, рода тока и очередности ввода в эксплуатацию; выявляют сосредоточенные нагруз­ки и находят центры групп распределенных нагрузок ЗУР (2УР); пред­варительно намечают места расположения подстанций и производят распределение нагрузок между ними. Учитывая возможности примене­ния унифицированных схем и комплектных распределительных устройств, намечают типы подстанций (закрытая или открытая, отдель­но стоящая, пристроенная, встроенная, внутрицеховая), определяют их ориентировочные габариты. Выбранное место расположения подстан­ции согласовывают с генпланом, технологами, строителями. Для отыс­кания местоположения подстанций 5УР и 4УР широко применяют карто­грамму нагрузок.

Картограмма представляет собой размещенные на генеральном плане окружности, площади которых в принятом масштабе равны расчетным нагрузкам цехов. Аналогично на плане цеха можно разместить нагрузки отделений, участков, крупных электроприемников. Каждому цеху, от­дельному зданию, сооружению соответствует окружность, центр кото­рой совмещают с центром нагрузок цеха, т. е. с символической точкой потребления ими электроэнергии. Поэтому расположение главной по­низительной или распределительной подстанции вблизи питаемых ими нагрузок позволяет приблизить высокое напряжение к центру потреб­ления электроэнергии и сократить протяженность, как сетей высокого напряжения предприятия, так и цеховых электрических сетей.

Картограмма электрических нагрузок дает возможность проектиров­щику наглядно представить распределение нагрузок по территории про­мышленного предприятия. Она состоит из окружностей, причем пло­щадь круга Пr², ограниченная каждой из этих окружностей, с учетом принятого масштаба т равна расчетной нагрузке Р_pi соответствующе-

го цеха, что определяет радиус окружности

Каждый круг может быть разделен на секторы, соответствующие силовой нагрузке, нагрузке на технологические процессы (электро­плавка, сварка, нагрев и др.) и осветительной нагрузке. Это дает пред­ставление о структуре нагрузок. Цеха, которые должны быть построе­ны во вторую очередь, или нагрузки цехов, связанных с расширением производства, графически изображаются различно (цветом, пунктиром).

Аналогичен подход к построению картограмм реактивных нагрузок и построению их центра. Реактивные нагрузки могут питаться от кон­денсаторных установок, которые располагаются в местах потребления реактивной мощности, а также от синхронных компенсаторов и син­хронных электродвигателей. В связи с этим для отыскания оптималь­ных условий и мест установки источников реактивной мощности нуж­но находить отдельно центры потребления реактивной мощности пред­приятия.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите необходимые исходные данные для выбора схемы
электроснабжения, увязав их с количественной оценкой величины пред­приятия и его производств (величины проектной расчетной мощности).

2. Укажите применяемые напряжения и обоснуйте выбор напряжения
с учетом особенностей присоединений, обусловленных величиной пред­приятия и условиями энергосистем.

3. Изобразите узлы присоединения предприятия к РУ подстанции
энергосистемы.

4. Укажите варианты возможных присоединений предприятия с использованием ЛЭП энергосистем.

5. Сравните схемы высоковольтной части присоединения предприятия для 6УР системы электроснабжения.

6. Научитесь быстро и упрощенно изображать типовые схемы РУ под­
станции предприятий и энергосистем.

7. Поясните основные понятия надежности, относящиеся к электроснабжению.

8. Приведите примеры количественных показателей надежности си­стем электроснабжения.

9. Перечислите методы исследования надежности и укажите область
их применения.

10. Оцените величину ущерба от низкого уровня надежности.

11. Укажите различия в принципах построения схем электроснабже­ния предприятий, различающихся по величине заявляемой мощности.

12. Поясните физический смысл теоретического центра электрическихнагрузок и определите местоположение источника питания для нескольких нагрузок.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

Поиск по сайту: