Перевод городской сети напряжением 6 кВ на номинальное напряжение 10 кВ
В районах новой застройки городов в настоящее время преимущественно применяется напряжение 10 кВ. Существующая же сеть напряжением 6 кВ (более 60% всей городской сети) постепенно переводится на напряжение 10 кВ. Практика показала возможность успешной работы кабельных и воздушных линий, трансформаторов тока, изоляторов и коммутационной аппаратуры, установленной в трансформаторных и распределительных пунктах с конструктивным напряжением 6 кВ, в сети напряжением 10 кВ.
Перевод сети на повышенное напряжение обеспечит увеличение пропускной способности существующих кабельных и воздушных линий без дополнительной прокладки новых линий, уменьшение потерь электрической энергии в линиях питающей и распределительной сетей, улучшение качества напряжения у потребителей, снижение количества новых ячеек распределительных устройств центров питания, уменьшение сечения вновь проектируемых линий, увеличение экономического радиуса обслуживания и сокращение количества центров питания.
Работы по переводу сети с 6 кВ на напряжение 10 кВ длятся, как правило, несколько лет и включают следующие этапы: инженерное обеспечение; подготовительные работы; непосредственный перевод сети с 6 кВ на напряжение 10 кВ; начальный период эксплуатации сети, переведенной на напряжение 10 кВ.
Инженерное обеспечение работ предполагает: определение границ и схем переводимого участка сети; составление перечня кабельных, воздушных линий и ТП, подлежащих переводу, с указанием их характеристик (марка, сечение проводов и кабелей, длина линий, тип, количество и мощность трансформаторов, заводы- изготовители, стандарты, по которым изготовлены провода и кабели, год монтажа или ввода в эксплуатацию); уточнение количества и типа установленной кабельной арматуры; изучение технического состояния линий; определение объема и стоимости работ; составление графика очередности перевода сети на напряжение 10 кВ; выдачу технических условий на подключение к сети новых потребителей с учетом перевода ее на напряжение 10 кВ.
Подготовительные работы включают: обеспечение необходимого запаса новых силовых трансформаторов с высшим напряжением 10 кВ; обеспечение необходимого запаса силовых трансформаторов 6/10 кВ (для установки их при необходимости двухстороннего резервирования в точках разделения. сети напряжением 6 и 10 кВ, а также в трансформаторных подстанциях предприятий, имеющих электродвигатели напряжением 6 кВ); обеспечение напряжения 10 кВ в центре питания; замену кабельных линий напряжением 6 кВ линиями 10 кВ (из- за наличия признаков старения изоляции или повреждений кабельных линий вследствие дефектной изоляции, а также значительного осушения изоляции, заводских дефектов, участков с количеством ремонтных соединительных муфт более восьми на 1 км линии, перегрузок или имевших место многократных воздействий токов короткого замыкания и однофазных замыканий на землю); замену всех концевых муфт внутренней и наружной установок; замену вертикальных участков кабелей на 10 кВ, дефектных или явно устаревших соединительных муфт; осмотр воздушных линий и оборудования ТП; испытание за один год до перевода и непосредственно перед переводом кабелей напряжением 50 кВ постоянного тока и оборудования ТП напряжением 42 кВ переменного тока; проверку и приведение в соответствие с напряжением 10 кВ изоляционных расстояний от токоведущих частей до заземленных конструкций и частей зданий, между проводниками разных фаз, а также от токоведущих частей до сплошных и сетчатых ограждений.
Непосредственный перевод сети с напряжения 6 кВ на напряжение 10 кВ, приурочиваемый к обеспечению на шинах центра питания напряжения 10 кВ, заключается в следующем: заменяются трансформаторы 6 кВ, установленные в ТП, на трансформаторы напряжением 10 кВ; заменяются предохранители и разрядники в ТП, а также трансформаторы напряжения в центре питания на 10 кВ; устанавливаются, где это необходимо, трансформаторы 6/10 кВ; обеспечивается на шинах центра питания напряжение 10 кВ.
Начальный период эксплуатации (первые 2 года) переведенной на 10 кВ сети характеризуется более частым (2 раза в год) испытанием изоляции кабельных линий.
Определим капитальные затраты на перевод городской электрической сети номинальным напряжением 6 кВ на напряжение 10 кВ с учетом того, что приобретение необходимого оборудования и кабеля, а также замена кабельных линий, замена всех концевых, дефектных или устаревших соединительных муфт осуществляются в подготовительный период продолжительностью Тпод лет, а монтажно-демонтажные работы в ЦП и ТП — в год непосредственного перевода сети на напряжение 10 кВ.
Линии напряжением 6 кВ, не подлежащие замене в подготовительный период, могут работать под напряжением 10 кВ в течение времени At (8—12 лет питающие линии, 15—20 лет распределительные линии), после чего требуются дополнительные исследования о возможности продолжения работы данных линий. Здесь, как видно, необходимо учитывать отдаление срока полной замены кабельных линий напряжением 6 кВ на такие же линии, но изготовленные на номинальное напряжение 10 кВ, и недоиспользование кабеля напряжением 6 кВ.
Капитальные затраты К на перевод существующей сети напряжением 6 кВ на напряжение 10 кВ состоят из расходов подготовительного периода Κι, расходов К2 на монтажно-демонтажные работы в ЦП и ТП в год перевода сети на напряжение 10 кВ и дополнительных капитальных затрат К$ на замену кабеля напряжением 6 кВ, работающего в сети напряжением 10 кВ, вместо замены его по окончании срока службы кабелем напряжением 6 кВ, т. е.
(9)
В свою очередь
(10)
где K\j — дополнительные капитальные вложения в подготовительный период по у-й питающей сети распределительной линии 0 = 1,...,и ); Κ\β — капитальные вложения в у'-ю линию в /-м году подготовительного периода /под или непосредственно в год перевода сети на напряжение 10 кВ (i = 1,..., tnoд, tn0д + 1); f^.n - 0,08 — нормативный коэффициент приведения разновременных капитальных затрат.
Анализ данных, полученных по формуле (10), позволил с помощью метода наименьших квадратов установить зависимость Κι = f(L), где L — протяженность кабельной линии, в виде
(11)
где 0[ — постоянная; Ь\ — коэффициент, зависящий от длины линии L.
Оценка капитальных затрат К2 в год перевода сети на напряжение 10 кВ выполнена в функции количества трансформаторных подстанций N, т. е.
(12)
где о2 = 0,83· 104 тыс. р. — постоянная; Ь2 = 0,64 х х 104 тыс. р/ТП — коэффициент, зависящий от количества трансформаторных подстанций N.
Сумма расходов
(13)
где ΔK*j — дополнительные капитальные вложения в v-й год (v = 8,...,20) по у-й линии на замену кабеля напряжением 6 кВ, работающего в сети напряжением 10 кВ, вместо замены его по окончании срока службы кабелем напряжением 6 кВ; Kwj — возвратная стоимость заменяемых кабельных линий напряжением 6 кВ в v-й год по у'-й линии; а3 — постоянная; />з — коэффициент, зависящий от длины линии L.
В целом с учетом значений, полученных по формулам(10)—(13), выражение(9) представится следующим образом:
К = 2,77 +6,7L + 0,647V (тыс. у.е.), если в подготовительный период замены существующих кабельных линий напряжением 6 кВ не требуется;
К = 13,63 + 7,07L + 0,647V (тыс. у.е.) при замене в подготовительный период 20% существующих кабельных линий напряжением 6 кВ;
К — 3,51 + 9,7L + 0,647V (тыс. у.е.) при замене в подготовительный период 50% существующих кабельных линий напряжением 6 кВ;
К — 2,64 + 13,24L + 0,647V (тыс. у.е.) при замене в подготовительный период всех кабельных линий городской сети;
К = 2,02 + 1,95L + 0,077V (тыс. у.е.) без учета ликвидных стоимостей демонтированного оборудования и линий, а также необходимости досрочного сооружения кабельных линий вместо линий напряжением 6 кВ, работающих в сети напряжением 10 кВ.
Полученные аналитические выражения могут быть использованы для укрупненной оценки значения капитальных затрат на перевод городской электрической сети 6 кВ на напряжение 10 кВ в зависимости от протяженности сети и количества трансформаторных подстанций.
„ Отметим эффекты, достигаемые в результате внедрения напряжения 10 кВ вместо 6 кВ: снижение потерь энергии, повышение уровня напряжения у потребителей, увеличение в 1,5 раза пропускной способности сети и т. д.
Снижение нагрузочных потерь мощности и энергии происходит лишь по линиям электропередачи, переведенным на напряжение 10 кВ. Так как потери мощности холостого хода и короткого замыкания трансформаторов напряжением 6 и 10 кВ при номинальном напряжении одинаковы, то снижения потерь энергии в трансформаторах при напряжении 10 кВ не произойдет. Однако здесь следует указать на то, что падение напряжения в сети 10 кВ будет ниже, чем в сети 6 кВ, поэтому в точках подключения ТП можно ожидать более высокого уровня напряжения относительно номинального, чем при напряжении 6 кВ. Это обстоятельство приводит также к снижению нагрузочных потерь по участкам линии и в трансформаторах, но в то же время и к повышению потерь мощности в стали трансформаторов. Тогда снижение потерь энергии SAW при переводе действующей сети напряжением 6 кВ на напряжение 10 кВ можно определить следующим образом:
(14)
Здесь А/>Л(б)/ — потери мощности на /-м (/ = 1 участке линии при номинальном напряжении 6 кВ; ΔРт(бу, Δ-Ρχ.τ(б); ” нагрузочные потери и потери холостого хода у-го (/ = 1 трансформатора при номинальном напряжении 6 кВ; у, у — время потерь для /-го участка линии и у-го трансформатора; 3 — продолжительность работы у-го трансформатора в году; а, b — доля отклонения напряжения от номинального в сети соответственно 6 и 10 кВ. Знак «плюс» употребляется при превышении номинального напряжения, знак «минус» — при напряжении ниже номинального. В сети напряжением 10 кВ должно быть b < а. При а = b = 0
(15)
Погрешность при использовании формулы (15) по сравнению с формулой (14) составляет 10—20%.
В сети напряжением 10 кВ из-за имевших место дополнительных капитальных вложений увеличится сумма амортизационных отчислений. Расходы на текущий ремонт и обслуживание электрической сети после перевода ее на напряжение 10 кВ остаются такими же, как и при напряжении 6 кВ. Здесь можно лишь учесть увеличение расходов на проведение испытаний кабельных линий (за год до перевода, в год перевода и по 2 раза в год в первые два года эксплуатации переведенной на 10 кВ сети). При расчетах эффективности перевода сети 6 кВ на напряжение 10 кВ, несмотря на принимаемые в подготовительный период меры, все же можно допустить некоторое увеличение повреждаемости оборудования и линий и связанные с этим вероятный недоотпуск электроэнергии потребителям и рост расходов на аварийные ремонты. Недоотпуск электроэнергии потребителям для нерезервированной сети может быть также и в процессе самого перевода сети с напряжения 6 кВ на напряжение 10 кВ. Продолжительность перевода одной трансформаторной подстанции составляет 2—3 ч.
Увеличение в 1,5 раза пропускной способности переведенной на 10 кВ сети исключит необходимость прокладки дополнительных кабельных линий напряжением 6 кВ до момента времени, определяемого законом роста нагрузки сети.
В целом целесообразность внедрения напряжения 10 кВ в существующей городской сети 6 кВ может быть установлена следующим образом:
(16)
где р — доля отчислений от капитальных затрат на амортизацию, текущий ремонт и обслуживание, а также по
нормативному коэффициенту эффективности капитальных затрат; ΔKni, Δλ^· — капитальные затраты на строительство новых кабельных линий, реконструкцию и сооружение новых трансформаторных подстанций напряжением 6 кВ в г-м году, вызванные увеличением нагрузки сети; AYa, AYm — дополнительные затраты от недоотпуск электроэнергии потребителям из-за роста повреждаемости сети и необходимости отключения трансформаторной подстанции для замены ее оборудования напряжением 6 кВ на оборудование напряжением 10 кВ; Ап — количество дополнительных испытаний кабельных линий напряжением 6 кВ при переводе на напряжение 10 кВ; си — стоимость одного испытания кабельной линии; β — стоимость киловатт-часа потерянной электроэнергии.
Как показали расчеты, выполненные с учетом и без учета расходов по центрам питания, условие (16) соблюдается для определенных уровней загрузки сети.
