Повышение надежности и экономичности электроснабжения горных предприятий с территориально рассредоточенными потребителями электроэнергии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Кривенко, Александр Владимирович

• Кривенко, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кривенко, Александр Владимирович

Введение.

Глава 1. Научно-технические проблемы повышения надежности и экономичности электроснабжения предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых.

1.1. Современные проблемы проектирования и эксплуатации систем электроснабжения предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых.

1.2. Уменьшение приведенной длины электрических сетей.

1.3. Размещение источников питания.

1.4. Повышение надежности систем электроснабжения.

1.5. Цель и задачи диссертационной работы.

Глава 2. Параметры электропотребления предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых.

2.1. Характеристики графиков узлов нагрузки НГДП.

2.2. Методика оценки параметров электропотребления электроподстанций НГДП.

2.3. Определение показателей, характеризующих зону рассеяния ЦЭН.

2.4. Определение ориентации координатных осей, осей эллипса рассеяния и построение эллипса.

2.5. Определение зон увеличения приведенных годовых затрат при смещении подстанции из зоны рассеяния центра электрических нагрузок.

2.6. Определение местоположения электроподстанций с учетом динамики развития системы электроснабжения предприятий.

2.7. Влияние зон рассеяния ЦЭН потребителей на зону рассеяния ЦЭН предприятия.

2.8. Определение местоположений питающих подстанций в пространстве.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Определение энергонасыщенных зон, распределение потребителей электроэнергии по группам, определение потерь электроэнергии в элементах СЭС.

3.1. Определение энергонасыщенных зон при территориальном рассредоточении потребителей электроэнергии.

3.2. Распределение потребителей электроэнергии объекта по группам.

3.3. Зона рассеяния центра электрических нагрузок.

3.4. Определение потерь электроэнергии в элементах системы электроснабжения.

3.5. Стоимость потерь электроэнергии в линиях электропередач.

3.6. Стоимость потерь электроэнергии в трансформаторах.

3.7. Стоимость потерь электроэнергии в реакторах.

3.8. Определение потерь электроэнергии в сетях напряжением 6(10) кВ.

3.9. Определение величины потерь электрической энергии в сети напряжением 0,4 кВ.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Повышение надежности и экономичности системы электроснабжения предприятий с территориально рассредоточенными потребителями электроэнергии.

4.1. Математическая модель расчета надежности.

4.2. Повышение надежности СЭС резервированием.

4.3. Резервирование с восстановлением.

4.4. Повышение надежности электроснабжения группы потребителей.

4.5. Математическая модель СЭС при резервировании с замещением.

4.6. Оценка повышения надежности с использованием средств АВР.

4.7. Определение оптимального варианта системы электроснабжения.

4.8. Оценка экономической целесообразности реконструкции СЭС.

4.9. Мероприятия по снижению потерь электрической энергии.

4.10. Ущерб от перерывов электроснабжения.

Выводы к главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение надежности и экономичности электроснабжения горных предприятий с территориально рассредоточенными потребителями электроэнергии»

В настоящее время на горных предприятиях различных отраслей (предприятиях по добыче нефти, газа, угля и т.д.) технологические процессы извлечения и переработки полезных ископаемых характеризуются значительными затратами электрической энергии. Основными потребителями электроэнергии (ПЭ) при этом являются стационарные и передвижные установки большой единичной мощности. Как правило, эти установки относятся к потребителям первой категории по надежности и бесперебойности электроснабжения или к электроустановкам, нарушение электроснабжения которых приводит к значительным ущербам. Энергетическая составляющая в общем объеме производственных затрат указанных предприятий достигает 30% и более. В этих условиях чрезвычайную актуальность приобретают вопросы повышения надежности и экономичности их электроснабжения.

Современные предприятия по добыче и переработке твёрдых, жидких и газообразных полезных ископаемых, а также их города- спутники отличаются территориальной рассредоточенностью ПЭ, разветвленной сетью радиальных и радиально-магистральных линий электропередач (ЛЭП) и значительным числом электроподстанций (ЭПС). Затраты на сооружение ЭПС и систем ЛЭП внешнего и внутреннего электроснабжения относятся к капитальным и составляют 10% и более от капитальных затрат по предприятию. Одной из основных причин повышения затрат на сооружение и эксплуатацию систем электроснабжения (СЭС) является недостаточно обоснованный выбор числа и расположения на местности ЭПС, конфигурации и параметров ЛЭП, объема и средств устройств автоматического ввода резерва (АВР). При этом должны учитываться законы распределения и вариация нагрузок, параметры, характеризующие перемещения фронта работ и перспективы развития предприятия. Кроме того, следует учесть, что при расположении ЭПС не в центре электрических нагрузок (ЦЭН), эксплуатационные затраты, включая затраты на оплату потерь электроэнергии, также возрастают.

Отказы СЭС на предприятиях с территориально рассредоточенными ПЭ приводят к значительному экономическому ущербу. Основной причиной отказов электроснабжения являются отказы ЛЭП внутреннего электроснабжения. Около 70-80% отказов приходится на их долю. Наиболее распространенными причинами повреждения воздушных линий являются повышенные ветровые нагрузки и гололедные отложения, вибрация и пляска проводов, ослабление механической прочности опор, грозовые перекрытия изоляции. В результате отказов ЛЭП, электроподстанций и других элементов СЭС широко применяемые схемы электроснабжения потребителей первой категории перестают удовлетворять требованиям правил устройств электроустановок даже при внешнем электроснабжении от двух независимых источников электроэнергии.

Научные положения по усовершенствованию СЭС сформулированы в работах Федорова А.А., Каменевой В.В., Абрамовича Б.Н., Шабада М.А., Friedrich Kloeppel, Gerchard Adler и др. Однако, к настоящему времени не решен комплекс вопросов, связанных с повышением уровня надежности и экономичности электроснабжения предприятий с территориально рассредоточенными потребителями электроэнергии. В этой ситуации задача по определению и обеспечению рационального уровня надежности и экономичности СЭС предприятий представляется актуальной.

Исходя из изложенного, целью работы является повышение надежности и экономичности систем передачи и распределения электроэнергии в условиях предприятий с территориально рассредоточенными потребителями электроэнергии путем установления рационального числа электроподстанций и минимизации ущербов от перерывов электроснабжения.

Идея работы заключается в рациональном объединении потребителей электроэнергии в группы в зависимости от энергонасыщенности участков территории промплощадки предприятия, от определения координат и числа электроподстанций с учетом вариации координат и параметров графиков нагрузки отдельных групп потребителей во времени, а также от организации надёжного электроснабжения потребителей в экстремальных режимах средствами автоматического ввода резерва.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• выявить закономерности вариации параметров графиков нагрузки энергонасыщенных зон предприятий с территориально рассредоточенными ПЭ во времени;

• установить границы зон рассеяния ЦЭН и ориентацию их на генплане поверхности на основе данных о вариации статистических параметров нагрузок энергосвязанных групп с учетом перемещения фронта горных работ и перспектив развития предприятия;

• выявить зависимости, позволяющие для предприятий с территориально рассредоточенными ПЭ определить рациональное число ЭПС, места их расположения и структуру системы распределительных линий, уровень их взаимосвязи и сокращения перерывов электроснабжения средствами системной автоматики;

• разработать математическую модель, позволяющую определить показатели надежности СЭС с электроподстанциями с объединенными средствами АВР, системами сборных шин на стороне 6(10) кВ;

• установить влияние объединения системы сборных шин ЭПС на показатели надежности СЭС.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Кривенко, Александр Владимирович

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Выявлены закономерности вариации параметров графиков нагрузки энергонасыщенных зон во времени. Установлено, что для энергонасыщенных зон предприятий с территориально рассредоточенными приемниками электроэнергии имеет место нормальный закон плотности вероятности в сечениях графиков электрических нагрузок. Показано, что вариации суточных графиков электрических нагрузок составляют 10 - 40%, а среднеквадратичные отклонения - (0,05 - 0,2)РСр. Характеристики распределения асимметрии и эксцесса изменяются в пределах 0,126.0,353 и 2,091.3,076. Так как эксцесс значительно превышает среднее, центр электрических нагрузок на территории энергонасыщенной зоны занимает нестабильное положение.

2. Границы зон рассеяния центров электрических нагрузок и ориентация их на генплане поверхности устанавливаются на основе данных о вариации статистических параметров нагрузок энергосвязанных групп с учетом перемещения фронта горных работ и перспектив развития предприятия. В качестве параметров, характеризующих меры точности значений координат центров электрических нагрузок, являются случайные значения их центров отдельных энергонасыщенных зон. Информация о зонах рассеяния центров электрических нагрузок позволяет выявить возможные варианты размещения и количество электроподстанций на промплощадке предприятия.

3. Установлены зависимости, позволяющие для предприятий с территориально рассредоточенными потребителями электроэнергии определить рациональное число электроподстанций, места их расположения и структуру системы распределительных линий, уровень их взаимосвязи и сокращения перерывов электроснабжения средствами системной автоматики.

4. Разработана математическая модель, позволяющая определить для множества из п соединенных между собой электроподстанций средствами АВР частоту отказов и среднее время восстановления, в которой множество соединенных между собой электроподстанций можно представить как совокупность параллельно соединенных элементов. Отказ такой структуры определяется как событие, заключающееся в совпадении вынужденных простоев всех входящих в неё эквивалентных элементов.

5. Обоснована эффективность применения для СЭС предприятий с территориально рассредоточенными электроустановками смешанного резервирования с нагруженным резервом, дополненным раздельным резервированием замещением отдельных элементов.

6. Установлено, что системы электроснабжения с электроподстанциями с объединенными системами сборных шин на стороне 6(10) кВ значительно надежнее систем электроснабжения традиционного исполнения. Показано, что при объединении системы сборных шин на стороне 6(10) кВ двух территориально рассредоточенных электроподстанций с использованием средств АВР частота отказов уменьшается в 1,8 раза, а время восстановления после отказа - в 1,4 раза. При объединении большего числа электроподстанций надежность системы электроснабжения возрастает.

7. Апробация предложенного способа повышения надёжности и экономичности при реконструкции СЭС города Нефтеюганска подтвердила его эффективность. Ожидаемый суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы в мероприятиях, проводимых предприятием "Юганскгорэлектросети", составит 311 тыс. руб. и достигается за счёт рационального выбора числа, места размещения ЭПС и объединения их систем сборных шин. Общее число ЭПС в рассмотренном случае составило 12.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе содержится научно обоснованное техническое решение актуальной задачи повышения надежности и экономичности систем передачи и распределения электроэнергии в условиях предприятий с территориально рассредоточенными потребителями электроэнергии путем установления рационального числа электроподстанций и минимизации ущербов от перерывов электроснабжения, что имеет важное хозяйственное значение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кривенко, Александр Владимирович, 2004 год

1. Абрамович Б.Н., Евсеев А.Н. Управление режимом напряжения и компенсации реактивной мощности на предприятиях горной промышленности. В сб.: Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности. СПб, 1992.

2. Абрамович Б.Н., Каменев П.М. Регулирующие эффекты нагрузок промышленных предприятий и их использование в часы максимума энергосистемы. / "Промышленная энергетика" №8. 1988.

3. Абрамович Б.Н., Полищук В.В. "Электромагнитная совместимость электрооборудования электрических сетей 6-35 кВ'7 "Энергетика в нефтегазодобыче" №1. 2002.

4. Айзерман М.А., Браверманн Э.М., Розеноэр Л.И. Метод потенциальных функций в теории обучения машин. М.: Наука, 1970.

5. Белоруссов Н.И., Белоруссова Н.И. Электрические кабели, провода и шнуры: (справочник) 4-еизд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1979.

6. Блок В.М., Огущев Г.К., Паперно Л.Б. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электротехнических специальностей вузов: Учеб. пособие для студентов электроэнергет. спец. вузов, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1990.

7. Васильев А.А., Крючков Н.П., Наяшкова Е.Ф. Электрическая часть станций и подстанций. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1990.

8. Веников В.А. Математические задачи электроэнергетики. М., 1981.

9. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования. М., 1982.

10. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения, Наука 1988.

11. Виноградов А.И. "Проблемы развития малой энергетики"/ "Энергетика в нефтегазодобыче" №1. 2002.

12. Волобринский С.Д., Каялов Г.М., и др. Математические задачи энергетики. М„ 1981.

13. Волотковский С.А., Разумный Ю.Т., Пивняк Г.Г. и др. Электроснабжение угольных шахт. М.: Недра, 1984.

14. Волощенко Н.И., Набоков Э.П. Экономия топливно-энергетических ресурсов на предприятиях угольной промышленности. М.: ЦНИЭИуголь, 1981.

15. Волощенко Н.И., Островский Э.П., Ихно В.А. и др. Электроснабжение и электрооборудование угольных шахт за рубежом. М.: Недра, 1983.

16. Гамазин С.И., Черепанов В.В. Применение методов математического программирования при проектировании систем электроснабжения. Горький, 1989.

17. Гершберг А.Ф. Интеграция и интеллектуализация автоматизированных систем управления технологическими процессами нефтеперерабатывающего предприятия. СПб.: Петербургская Новая Школа, 2001.

18. Гершберг А.Ф. Моделирование автоматизированного управления технологическими процессами нефтеперерабатывающего предприятия. СПб.: Петербургская Новая Школа, 2001.

19. Гительсон С.М. Экономические решения при проектировании электроснабжения промышленных предриятий. М.: Энергия, 1971.

20. Гладилин JI.B. Основы электроснабжения горных предприятий М.: Недра, 1980.

21. ГОСТ 2.116-84. Карта технического уровня и качества продукции. М.: Издательство стандартов, 1984.

22. Гуткин JI.C. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. М., 1985.

23. Дедков В.К., Северцев И.А. Основные вопросы эксплуатации сложных систем, Учебное пособие для втузов М.: Высшая школа, 1976.

24. Дикий Ю.А. Коган Э.Л. Электроснабжение угольных шахт ПНРнапряжением 1000 В. М.: ЦНИЭИуголь, 1975.

25. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных систем М.: Энергия, 1977.

26. Дружинин Г.В., Степанов С.В., Жихматова В.Л., Ярыгин Г.А. Теория надежности радиоэлектронных систем в примерах и задачах. Учебное пособие для студентов радиотехнических специальностей вузов. М.: Энергия, 1986.

27. Евдокулин Г.А. Электрические системы и сети: Учебное пособие для студентов электроэнергетических специальностей вузов. СПб.: Издательство Сизова М.П., 2001.

28. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий М.: Энергоатомиздат, 1983.

29. Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2002.

30. Забелло Е.П. Алгоритмические и технические проблемы построения многоуровневых сетей учета, контроля и управления энергопотреблением. Киев, 1992.

31. Забелло Е.П. О распределении уровней надежности в цепи электроснабжения источник-потребитель М.: Энергетика, 1986.

32. Зорин В.В., Тисленко В.В., Клеппель Ф., Адлер Г. Надежность систем электроснабжения. Учебное пособие для студентов вузов. Киев.: Вища школа, 1984.

33. Зыкин Ф.А. Каханович B.C. "Измерение и учёт электрической энергии". М. : Энергоиздат, 1982.

34. Иванов А. "Инвестиции в оборудование для сетевой компании: Оценка эффективности" / "Новости ЭлектроТехники" №3 (15)-2002.

35. Кабаченко Ю.Н. "Трансформаторы с симметрирующим устройством типа ТМСУ и ТМГСУ "/ "Энергетика в нефтегазодобыче" №1. 2002.

36. Каялов Г.М., Балабанян Г.А. "Геометрические принципы размещения цеховых подстанций" /"Электричество" №3. 1972.

37. Клифус О. "Инвестиции в малую энергетику: 20-егоды XX века, Россия"/ "Новости Электротехники" №3 (15)-2002.

38. Князевский В.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий М.: Высшая школа, 1986.

39. Козлов В.А. Билак И.И. Файбисович Д.Л. Справочник по проектированию электроснабжения городов. 2-е изд. Л.: Энергоатомиздат. 1986.

40. Креденцер Б.П., Ластовченко М.М., Сенецкий С.А., Шишонок Н.А. Решение задач надежности и эксплуатации на универсальных ЭЦВП М.: Советское радио, 1977.

41. Крон Г. Исследование сложных систем по частям ( диакоптика ): Перев. с англ. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва Наука, М.: 1972.

42. Крон Г. Тензорный анализ сетей: Пер. с англ./Под ред. Кузина Л.Т., Кузнецова П.Г. М.: Сов. Радио, 1978.

43. Крупович В.И., Ермилова А.А., Иванов B.C., Крупович Ю.В. Проектирование промышленных сетей. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1979.

44. Кудряшов Р.А., Новоселов Ю.Б. Электрические нагрузки технологических установок нефтяных промыслов. М., 1982.

45. Купер Д., Макгилем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем. М., 1989.

46. Куприн Б.Н., Прокопчик В.В. Электроснабжение промышленных предприятий. Минск: Высшая школа, 1988.

47. Лихолетов И.И. Высшая математика, теория вероятностей и математическая статистика. Минск: высшая школа, 1976.

48. Минин Г.П., Копытова Ю.В. Справочник по электропотреблению впромышленности. М.: Энергия, 1978.

49. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М.: ОАО Издательство Недра. 2000.

50. Методика выбора оптимальных условий показателя надежности элементов изделия. М.: Государственный комитет стандартов, 1977.

51. Михайлов В.В. Надежность электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоиздат, 1982.

52. Надежность электроснабжения/Сборник статей под ред. И.А. Сыромятникова. M.-JI.: Энергия, 1967.

53. Нормирование топливно-энергетических ресурсов и регулирование режимов электропотребления (сборник инструкций). М.: Недра, 1983.

54. Певзнер Л.Д. Надежность горного электрооборудования и технических средств шахтной автоматики. М.: Недра. 1983.

55. Певзнер Л.Д. Проектирование надежности систем. Учебное пособие. М., 1982.

56. Правила устройства электроустановок./ СПб.: "ДЕАН". 1999.

57. Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем. М.: Энергия, 1974.

58. Справочник по проектированию электроснабжения городов/В.А. Козлов, Н.И. Билик, Д.Л. Файбисович. 2-е изд. - Л.: Энергоатомиздат. 1986.

59. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию/ Под общ. ред. А.А. Федорова. М.: Энергоатомиздат. 1980, 1987. Т. 1-2.

60. Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных разрезов и обогатительных фабрик./ Под ред. В.В. Дегтярева. М.: Недра. 1988.

61. Федоров А.А. Вопросы экономии и рационального использования электроэнергии в промышленности. М.: МЭИ, 1981.

62. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия. 1978.

63. Федоров А.А., Садчиков С.В. "Характеристики и алгоритмы формирования и отбора вариантов систем промышленного электроснабжения"/ Электричество, 1982, №2.

64. Цапенко Е.Ф., Мирский М.И., Сухарев С.В. Горная электротехника. М.: Недра. 1986.

65. Шабад М.А. Автоматизация распределительных электрических сетей с использованием цифровых реле. Учебное пособие. СПб., 2000.

66. Электрификация открытых горных работ / Под ред. В.И. Щуцкого. М.: Недра. 1987.

67. Электрическая передача больших мощностей на далёкие расстояния / Под ред. Р. Рюденберга. М.: Энергоиздат. 1934.70. "Энергетическая служба газовой промышленности"/ "Энергетика в нефтегазодобыче" №1. 2002.

68. Энергоснабжение: справочник для промышленных клиентов "Ленэнерго" /Гл. ред. Е. Стрельцова. СПб.: "Синус Пи". 2002.

69. Understanding power quality problems: Voltage Sags and Interruptions/Math H.J. Bollen. The Inslitue of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York.