Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности - Методика оценки экономической эффективности средств компенсации

1. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДСТВ КОМПЕНСАЦИИ РМ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОСЕТЯХ

Наряду с техническими показателями важнейшим критерием оценки работы электроустановок является их экономичность. В настоящее время первостепенное значение придается эффективности капитальных вложений, выбору наиболее экономичных направлений работ, обеспечению наибольшей прибыли на каждый затраченный рубль начальных вложений и сокращению сроков окупаемости этих вложений.
Проектирование и эксплуатация электроустановок, в том числе и КУ, основывается на так называемых приведенных расчетных затратах, в которые помимо капитальных вложений входят всевозможного рода эксплуатационные (текущие) издержки Возрастание начальных затрат оправдывает себя только в том случае, если оно приводит к снижению эксплуатационных издержек и в целом к уменьшению общих расчетных затрат. Таким образом повышается экономичность работы КУ.
Основные положения и единые методические принципы определения и обоснования экономической эффективности капитальных вложений, а также технико-экономического обоснования выбора наилучших вариантов создания и освоения новой техники содержатся в [26]. Показателем сравнительной экономической эффективности является минимум приведенных расчетных затрат. Приведенные затраты 3, руб/год, представляют собой сумму капитальных вложений К, руб., и текущих затрат И, руб/год, приведенных к одинаковой размерности, руб/год, в соответствии с нормативом эффективности, т. е.
3=ЕнК+И,                                                      (50)
где Ен— нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.
Для обеспечения адекватного подхода к оценке экономической эффективности новой техники и исходя из того, что организация производства требует дополнительных народнохозяйственных ресурсов, в расчетах используется единый нормативный коэффициент Ен=0,15.
В этом случае нормативный срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, как величина, обратная Ен, составит 6,7 года.
Если необходимо сравнить два варианта электроустановки (например, два варианта средств компенсации реактивной мощности), то экономичность их определяется на основе метода окупаемости дополнительных капитальных вложений из следующего неравенства:
(51)
где K1и К2— капитальные затраты по первому и второму вариантам, руб.; Иi1 и И2— эксплуатационные издержки по первому и второму вариантам, руб/год; Т0 — расчетное значение срока окупаемости, год.
Если при сравнении двух вариантов по (51) окажется, что расчетное значение срока окупаемости меньше нормативного, т. е. Т0<ТН, то будет экономичен вариант с большими капитальными затратами, и наоборот. В случае, когда экономические показатели сравниваемых вариантов примерно равны, предпочтение следует отдать варианту с лучшими техническими показателями (с лучшей надежностью,
с перспективностью применения, с меньшим числом элементов и т. п.).
Для оценки экономической эффективности существующих на предприятиях средств автоматической компенсации реактивной мощности необходимо выбрать конкретные варианты для сравнения наиболее конкурентоспособных и широко применяющихся в промышленных электросетях компенсирующих устройств. В первую очередь к таким устройствам следует отнести конденсаторные установки, перевозбужденные синхронные двигатели и тиристорные регуляторы типа СКРМ,
Оценку экономичности способов компенсации реактивной мощности, таких, как применение синхронных компенсаторов, переключение обмоток статора со звезды на треугольник, секционирование их обмоток и другие, в силу присущих им недостатков и из-за отсутствия широкого применения их в промышленных электросетях проводить нецелесообразно.
Выберем для технико-экономического сравнения два варианта компенсации реактивной мощности: при помощи КУ и тиристорных регуляторов на примере наиболее распространенных в промышленных электросетях потребителей — недогруженных АД. Кроме того, для сравнения целесообразно выбрать асинхронный сравнительно емкий привод, имеющий низкие энергетические показатели. Одним из таких типичных асинхронных электроприводов является электропривод пневмотранспорта измельченной древесины, представляющий собой самый энергоемкий потребитель электрической энергии в деревообработке. Если учесть, что для привода системы пневмотранспорта устанавливаются в основном АД номинальной мощностью 28, 40, 55 кВт и выше, работающие с наиболее высоким коэффициентом использования по времени, то расход электроэнергии пневмотранспортными установками составляет около 50 % общею количества электроэнергии, потребляемой деревообрабатывающими предприятиями. Значения cos φ приводных АД таких установок невысок, что обусловлено систематическими недогрузками из-за специфики технологического режима и необходимым значительным резервом установленной мощности АД.
Пример 4. Для более полного технико-экономического анализа рассмотрим три вида установок пневмотранспорта, характерных для деревообрабатывающих предприятий и различающихся между собой технологическими режимами работы приводных двигателей вентиляторов пневмотранспортной системы.
Первый вид установок пневмотранспорта представляет собой систему с магистралью постоянного сечения, к коллектору которого присоединены рабочие машины. В течение первой смены работы подключены все рабочие машины, за исключением 5 % не работающих по разным причинам станков Во вторую смену число неработающих машин достигает 25 % (с уменьшением числа подключенных к коллектору станков падает нагрузка на приводной АД, вызывая снижение его cos φ.
Второй вид установок пневмотранспорта представляет собой также систему с магистралью постоянного сечения, к коллектору которой рабочие механизмы подключаются эпизодически на короткое время. Электропривод вентиляторов такой системы работает в переменном режиме, так как число постоянно подключенных к трубопроводу станков не превышает 50—60%.
Третий вид установок пневмотранспорта представляет собой цеховую эксгаустерную систему с магистралью переменного сечения. Электропривод такой установки за счет значительного запаса ее производительности имеет более низкие по сравнению с первыми двумя системами энергетические показатели Завышенные запасы производительности и мощности в установках с магистралью переменного сечения необходимы в связи с их чувствительностью к любым изменениям в расположении рабочих механизмов, подключенных к магистральному трубопроводу системы
В табл 11 приведены параметры электропривода указанных выше трех видов установок пневмотранспорта Эти данные касаются конкретных установок, характерных для многих отечественных деревообрабатывающих предприятий.
Таблица 11. Параметры электроприводов пневмотранспортных установок

В табл 12 для каждой из систем пневмотранспорта показаны загрузки на валу приводных двигателей вентиляторов в зависимости от числа подключенных к системе станков (загрузка приводных АД вентиляторов системы меняется в зависимости от числа подключаемых к ней станков).
Таблица 12. Расход электроэнергии и энергетические показатели АД установок пневмотранспорта

Годовой расход активной и реактивной энергии, а также загрузка двигателей в зависимости от числа работающих и подключенных к системе станков измерялись непосредственно в производственных условиях в процессе работы пневмотранспортных установок на предприятии.
На базе этих данных требуется оценить по технико-экономическим показателям приемлемость следующих двух вариантов компенсации реактивной мощности недогруженных АД для вентиляторов пневмотранспортных установок:
вариант I — компенсация реактивной мощности (повышение cos q>) с помощью тиристорных регуляторов по схеме рис. 7;
вариант II — компенсация реактивной мощности (повышение cos<p) с помощью КУ.
Решение
При использовании тиристорных схем компенсации реактивной мощности недогруженных АД по рис. 7 необходимо в зависимости от пределов изменения нагрузки АД выбрать тот или иной вариант схемы.
— Из табл. 12 видно, что момент нагрузки на валу АД вентилятора системы пневмотранспорта первого вида изменяется в пределах от 60 до 80 % номинальной. Следовательно, для этой системы целесообразно использовать схему тиристорных регуляторов по рис. 7,а с включением тиристоров и диодов в две, фазы обмотки статора.
Для системы второго вида момент нагрузки, как это видно из табл. 12, изменяется в ограниченных пределах от 77 до 89 % номинальной нагрузки. В этом случае может быть использована схема рис. 7,6 включения тиристора с диодом в одну фазу обмотки статора.
Для системы третьего вида момент нагрузки изменяется в пределах от 61 до 74 % (табл. 12). Поэтому целесообразно использовать мостовую схему включения одного тиристора с четырьмя диодами по рис. 7,в.
Рассчитаем капитальные затраты и эксплуатационные издержки по обоим вариантам для всех трех видов установки.
При подсчете капитальных затрат по первому варианту исходим из того, что для рассматриваемых приводных АД (см. табл. 11) могут быть использованы тиристоры и диоды класса 6 на ток 50 А. Эти вентили позволяют пропускать выпрямленное значение тока, равное:
(52)
Капитальные затраты для этой схемы (рис. 7,а) состоят из стоимости двух тиристоров, двух диодов и затрат на схему управления углом открывания тиристоров и в итоге равны 111 руб. [7].
В табл. 12 сведены капитальные затраты, эксплуатационные издержки и в целом расчетные приведенные затраты для первого варианта по всем трем видам установки.
Силовые тиристоры и диоды отличаются высокой эксплуатационной надежностью, не имеют вращающихся частей, потребляют весьма незначительную мощность и практически безынерционны. В связи с этим на тиристоры и диоды можно не делать отчислений на эксплуатационные издержки, а учесть только амортизационные расходы (10 % капитальных затрат), так как при правильном выборе и соответствующей защите силовые вентили не выходят из строя.
Таблица 13. расчётные затраты для вариантов I и II

Из анализа данных табл. 13 следует, что для электроприводов пневмотранспортных установок первого и третьего видов более экономичен вариант I, так как расчетные затраты (в том числе как капитальные вложения, так и эксплуатационные издержки) по этому варианту меньше, чем по варианту II. Для установки второго вида расчетные затраты примерно одинаковы, а капитальные вложения даже ниже, чем по варианту I. Для окончательного выявления более экономичного варианта следует воспользоваться методом окупаемости дополнительных капитальных затрат, а именно неравенством (51), т. е.

Следовательно, и для электропривода второго вида установки также, экономичен вариант 1.

Таким образом, технико-экономическое сравнение двух вариантов компенсации реактивной мощности недогруженных АД пневмотранспортных установок показало, что вариант I использования тиристорных регуляторов является более предпочтительным по сравнению с вариантом II -применения КУ. Кроме того, при оценке экономической эффективности упомянутых вариантов необходимо учесть дополнительные затраты на защиту КУ от высших гармоник, источниками которых могут служить не только вентильные преобразователи данного предприятия, но и преобразователи, установленные на соседних предприятиях. Эти дополнительные затраты требуются для устранения возможных резонансных явлений и уменьшения доли высших гармонических в цепи емкость конденсаторов— индуктивность нагрузки и связаны с установкой или дополнительных линейных индуктивностей (реакторов) в цепи БК, или дополнительных дорогостоящих сетевых фильтров на стороне переменного тока у мест источников высших гармоник.