автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Выбор конструктивного исполнения трансформаторных подстанций городской электрической сети

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

УДК 621.316 < 0

О А ^

МАХМУД Мохамад

ВЫБОР КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ ГОРОДСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1998

Работа выполнена на кафедре "Электрические' системы " Белорусской государственной политехнической академии,

Научный руководитель -доктор технических наук,

профессор Короткевнч М. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Русаи В.И.;

кандидат технических наук, доцент Доиннков С.В.

Оппонирующая организация Г омельский политехнический

институт.

Зашита состоится "¿0 " ноября 1998 г. а 10°° часов на заседании совета по защите диссертаций D 02.0S.02 в Белорусской государственной политехнической акАцемии по адресу; 220027, г. Минск, пр. Ф. Скорины, 65, корп.2, ауд 201, Белорусская государственная политехническая академия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан "Й " октября 1998 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций доктор технических наук,

профессор ^¡и^г Короткеаич М. А

С Махмуд М.,19»»

ОВ1ДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Сооружение п техническое обслуживание объектов городской элекфнческон сети (трансформаторные подстанции (ТП), кабельные и воздушные линчи электропередачи напряжением 0,38—(0 кВ) требуют значительных капитальных затрат и годовых эксплуатационных издержек. Так, стоимость отдельно стоящих трансформаторных подстанций составляет до 70% полной стоимости городской электрической сетт! и имеет тенденцию к увеличению ш-за постоянного роста стоимости материалов и оборудования и, что особенно важно и нынешних условиях, стоимости отчуждаемой под площадку ТП территории.

Широко применяемые в практике строительства городских электрических сетей отдельно стоящие закрытые трансформаторные подстанции отличаются значительным объемом строительной части. Сами здания ТИ недостаточно устойчивы к воздействию взрывной волны, имеют непривлекательный архитектурный вид; для их сооружения необходимо отчуждение весьма дорогой в условиях города территории. Трансформаторные подстанции загрязняют окружающую среду промышленными шумами; их техническое обслуживание и ремонт связаны со значительными материальными, трудовыми и денежными издержками.

Сказанное обеспечивает необходимость рассмотрения других предложений по конструктивному устройству городских ТП, а именно — возможности применения подземных трансформаторных подстанций, у которых отмеченные выше недостатки или отсутствуют полностью, или проявляются в значительно меньшей степени. Для этого требуется разработка технико-экономических условий выбора целесообразного конструктивного устройства ТП (отдельно стоящие, подземные) как с традиционным, так н с современным электрооборудова1шем (вакуумные выключатели, распределительные устройства б—10 кВ с твердой изоляцией) при учете открывающейся возможности приближения подземных ТИ к центрам нагрузок. Потребители, питающиеся от подземных ТП, получат более надежное электроснабжение при лучшем качестве напряжения на зажимах элекгроприемников. Убедительное решение по выбору того или иного конструктивного исполнения городских ТП может быть получено на основе интегральной оценки в условиях, когда стоимостные показатели дополняются качественными (уровень загрязнения окружающей среды промышленными

шумами, надежность и качество электроснабжения потребителей, устойчивость здания ТП в чрезвычайных ситуациях), что в проводившихся ранее исследованиях других авторов не нашло отражения. Эго позволяет считать тему диссертационною исследования актуальной,

Связь работы с крупными научными программами, темами

Работа выполнялась в соответствии с планом работ, координировавшимся Министерством ■ образования Республики Беларусь по теме ГБ 91-20 "Разработка теоретических основ, методов, алгоритмов и промышленных программ для оптимизации режимов и парамефоз электрических систем и их элементов с целью экономии* электроэнергии и повышения ее качества" и является составной частью исследований, проводимых на кафедре "Электрические системы" Белорусской государственной политехнической академии.

Цел». ii залами исследования

Цель диссертационной работы состоит в снижении стимосш распределения электроэнергии в городской электрической сет за счет выбора рациональной конструкции трансформаторных подстанций и снижении на этой основа капитальных затрат и годовых эксплуатационных издержек, а также повышении надежности и качества электроснабжения потребителей.

Для достижения поставленной цели необходимо решигь следующие задачи:

— носфопгь области целесообразного применения отдельно стоящих м подземных трансформаторных подсгашшй с учетом сюимосгн отчуждаемой территории, возможности приближения их к центрам нагрузок и оснащения современным специализированным оборудованием (вакуумные выключатели, трансформаторы и распределительные устройств напряжением 6 -10 кВ с твердой изоляцией);

— разработать методику, алгоритм и программу на нерсоиаиьную ЭВМ, обеспечивающие выбор рациональною консфукгивного устройства городской электрической сети на основе комплексною критерия, отражающею как стоимостные, гак и качественные показатели (надежность и качество электроснабжения, загрязнение окружающей среды промышленными шумами, устойчивость здания подстанции в чрезвычайных ситуациях).

Объект и предмет нсследопаипя

Городская электрическая сеть, трансформаторные подстанции напряжением 6-10 кВ.

Гшнлеза

Предполагается, чю высокая стоимость сооружение и эксплуатации подземных трансформаторных подстанций городских электрических сетей не обеспечивает ик внедрения в практику электросегевого строительства.

В современных условиях имеет место высокая стоимость в условиях города отчуждаемой территория (земли), необходимой для отдельно стоящих подстанции; трансформаторные подстанции начинают оснащаться специализировашаш оборудованием, занимающим неизмеримо меньшие объемы и площади. Эти обстоятельства, а также большая возможность обеспечения устойчивой работа подземных трансформаторных подстанций в чреззычайкых ситуациях, при сниженном уровне загрязнения окружающей среды промышленными шумами и большей надежности электроснабжения потребителей позволяют надеяться, что такие подстанции должны быть конкурентоспособны с широко применяемыми отдельно стоящими подстанциями. Здесь следует лишь установить области их целесообразного использования.

Меюдолопш н метпды проведенного исследования

Применялась методика теышко-эконошгческих расчетов в энергетике, теория электрических систем и сетей, а также методы многоцелевой оптимизации и наименьших квадратов.

Метод многоцелевой оптимизации позволил учесть не только количественные, но и качественные влияющие факторы, имеющие существенное значение для выбора конструктивного устройства трансформаторных подстанций городской электрической сети.

Научная новизна и значимость полученных результатов

Впервые построены области целесообразного применения в городской электрической сети подстанций различного конструктивного исполнения, отличающихся учетом стоимости отчуждаемой территории (земли), возможности их приближения к центрам нагрузок и оснащения современным специализированным оборудованием.

Обеспечено дальнейшее развитие метода многоцелевой оптимизации применительно к выбору рациональною конструктивного исполнения

зрансформаториых подстанций городской электрической cent, заключающееся в разработке методики формирования количественных значений качественным влияющим факторам.

Научна* значимость результатов диссертации состоит в том, что выбор подземного варианта зрансформаторнцх подстанций городской электрической сети во многих случаях обеспечивает больший эффект, чем традиционные отдельно стоящие подстанции.

практическая (^-о^рмцческзя, сринальнап) значимость полученный

Полученные в диссертации результаты использованы в учебном процессе кафедры "Электрические системы" Белорусской государственной политехнической академии при чтении лекций по дисциплине "Основы эксплуатации электрических сетей", а также при дипломном проектировании по специальности 10.02. "Электроэнергетические системы и сети".

Результаты работы могут быть использованы при проектировании городских электрических сетей, в частности, при выборе конструктивного устройства трансформаторных подстанций напряжением 6-10 кВ.

Использование результатов диссертации обеспечит дальнейшее совершенствование построения городских электрических сетей.

Полученные результаты могут быть использованы также в качестве коммерческого продукта проектными и производственными организациями при решении вопроса выбора экономически целесообразного конструктивного исполнения трансформаторных подстанций городской электрической сети, с учетом как стоимостных, так и качественных показателей, стоимостное выражение которых неопределенно. Внедрение результатов исследования позволит снизить стоимость передачи электроэнергии, а также повысить надежность электроснабжения потребителей, питающихся от городской электрической сети.

Разработанная применительно к персональной ЭВМ npoi рамма выбор: рационального конструктивного исполнения трансформаторных иодстанци? городской электрической сети может быть передана заинтересованны?, организациям.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

— подход к построению областей целесообразного применения городских электрических сетях трансформаторных подстанций различного

конструктивного исполнения, отличающийся от известных более полным учетом стоимости отчуждаемой территории (земли), возможности их приближения к центрам нагрузок и оснащения современным специализированным оборудованием;

— методика, алгоритм и профамма на персональную ЭВМ выбора рационального конструктивного исполнения трансформаторных подстанций городской электрической сети на основе комплексного критерия, отличающегося принятием во внимание как стоимостных, так п качественных показателей (надежность и качество электроснабжения потребителей, загрязнение окружающей среды промышленными шумами, устойчивость здания подстанции в чрезвычайных ситуациях).

Личный вклад соаскаишя

Научные к практические результаты диссертации, положения, выносимые на защиту, получены лпчтУ соискателем, а их анализ проведен под руководством научного руководителя доктора технических наук, профессора Короткевича М.А.

Апробация результатов диссептяпии

Основные результаты исследований, включенные в диссертацию, докладывались автором и получили положительные отзывы на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Белорусской государственной политехнической академии в 1995, 1996 и 1997 годах.

Опубликопаниость результатов

Результаты диссертаций опубликованы в тезисах двух конференций и одной статье в научно-техническом журнале. Общее количество опубликованных страниц —10.

Структура н объем диссертации '

Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, трех глав, заключения, списка использованных источников и двух приложений.

Полный объем диссертации составляет от страница

OüLCt.i, занимаемый 18 иллюстрациями, 19 таблицами, диумя приложениями и списком использованпых источников из 95 наименований, составляет 54 страницы.

Основное содержание paúoibi

В первой главе рассмотрена система электроснабжении коммунально-бытовых потребителей города и конструктивное устройство огдельных элементов электрической сети, в том числе и -трансформаторных подстанций (ТП).

Трансформаторные подстанции напряжением 6 - 10/0,4 кВ, питающие потребителей городской электрической сети, выполняются, в основном, в виде отдельно стоящих зданий. Для сооружения таких TI1 требуется не только площадь для их размещения, но и территория, обеспечивающая определенные расстояния между соседними зданиями по условиям пожарной безопасности, а также подъезды ко всем дверям ТП. Кроме этого, здание ТП должно быть наилучшим образом интегрировано в окружающую среду.

Использование в ТП электрооборудования традиционного исполнения ( масляные трансформаторы и выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, шинные распределительные устройства напряжением 6 - 10 кВ и т.д. ) сопровождается необходимостью выполнения ТП значительным строительным объёмом. Так, для размещения одного кВА трансформаторной мощности требуется объём строительной части ТП от 0,27 до 1,27 м3 ( для однотрансформаторных подстанций мощностью 630 и 100 кВА соответственно и от 0,19 до 1,01 м3 для двух трансформаторных подстанций с трансформаторами такой же мощности ). Необходимая удельная площадь застройки составляет от 0,05 до 0,32 м2 / кВА.

Стремление к уменьшению площади отчуждаемой для сооружения TI1 территории привело к предложениям о возможности строительства так называемых пристроенных ТП, то есть непосредственно примыкающих к основному зданию, и встроенных ТП ( закрытых подстанций, вписанных в контур основного здания ). Однако создаваемые такими ТГ1 промышленные шумы сузили область их применения.

Решение о строительстве отдельно стоящих TÍJ в городской электрической сети, сложных но конструкции, дорогих в эксплуатации, занимающих большие площади и имеющих значительные объёмы строительной части, должно в настоящее время применяться на основе технико-экономического обоснования с учётом стоимости осуждаемой территории и влияния подстанций на окружающую среду.

На рис. 1 указаны основные требования к конструктивному уаройову трансформаторных подстанций городской электрической сеги. Каждая конструкция трансформаюрной подстанции должна иметь необходимый

внешний вид, обеспечивать надёжность, безопасность и удобство обслуживания электрооборудования при минимуме отчуждаемой территории,

не. I. Требования к конструктивному устройству трансформаторных под-ганций городской электрической сети

минимальном ¡абарнте и весе и минимальных затратах на содержание и эксплуатацию.

Наиболее полно перечисленным требованиям удоаяекаряют подземные трансформаторные подстанции, применяемые в ряде зарубежных стран. Первоначально конструкцил подземних ТП разрабатывались только из-за необходимости избежать проблемы интеграции подстанции в окружающую среду. Поэтому силовые трансформаторы и другое электротехническое оборудован;!» обычного наполнения размещались под землёй в камерах из металла или железобетона.

Подземные ТП не требуют отчуждения больших территории, могут в максимальной сгспгни располагаться близко к центрам нагрузок, 'по обеспечит снижение позорь электроэнергии в сети напряжением 0,3В кВ н улучшение качества напряжения у приёмников. При этом протяжённость сети напряжением 6 - 10 кВ возрастает, а потери энергии увеличатся на меньшую величину, чем онн снизятся в сети напряжением 0,3 Й кЬ.

Коренного снижения стоимости строительнай части ТП, а также стоимости отчуждаемой терраторш при одновременном удовлетворении 1 архитектурных " зребо&анип в современных городах можно достичь применением в подземных подстанциях более дорогих и более компактных силовых трансформаторов и хтектрооборудовання с твёрдой изоляцией, а также малогабаритны.* вакуумных иыапючагелей.

По второй пшре в соответствии с критерием приведенных затрат составлена глатематнческая модель, " позволяющая определить технико-экоиоыическмг условия целесообразности строигельства по;исмных трансформаторах подстанций в городской элеглрн ческой сети с учетом стоимости отчуждаемой территории (земли), а также возможности приближения подземных ТП к центрам нагрузок и сокращения на этой основе стоимости потерянной электроэнергии.

Сооружение ггадземппх трансформаторных подстанций с традиционным силовым электротехническим оборудованием будет оправдано, если приведенные или дисконтированные затраты 3' на распределение электроэнергии по сети с подземными ТП будут меньше или равны заграк;-.. 3 на распределение электроэнергии по сети с отдельно стоящими ТП, т.е.

3'<3 пли3' - 3 < 0. (I)

С учётом содержания величин 3' и 3, разность 3' - 3 имеет вид

(Еа + р„) (К'та- Кта) - Е,Ка + (а - 1)[ ( кцЛи^Н« + ра,)1 -

- (1 -уХД\Уи.мр^ 1ч.5А,ч„(Е„ 1 р„,)) < 0 , (2)

где Ец - нормативный коэффициент эффективности канигальпых влолешш;

Р^, Р«г - Доля отчислений от капитальных затрат на амортизацию, ремош и обслуживание трансформаторных подстанций и линий, иринимакпс» соответственно ранними 0,104 и 0,058 ;

K'm , Km - капитальные затраты на сооружение строительной части подземном и сгдельпо стоящей трансформаторной подстанции ,

К, - сюпмоеп» земли, отводимой для сооружения надземной ТП; а ~ !',о / 1)5 > 1 - коэффициент, учитывающий увеличение длины линии ¡ОкВ при сооружении подземных ТП;

I'm , 'г - длина линий напряжением 10 к И в вариантах соответственно подземной и отдельно стоящей Ш;

¿MVid, ДЛУо- потери электроэнергии за год а линиях напряжением !П и 0,3В кВ;

R - стоимость одного ютеватг часа потерянной электроэнергии; kic, кл.л - стоимость одного километра линии'напряжением 0.33 и 10 кВ; у = i < 1 - коэффициент,учитывающий сокращение длины линий напряжением 0,33 кВ в варианте электроснабжения с подземными ТП;

1У;ч - длина линий напряжением 0,38 кВ при еозчожисм приближении подземных ТП к Петрам нагрузок.

Если положить, что Г0 зз =1'о,л п 1'т= Ьч то козффиценть^ а ~ у -I и сооружение подземных 'ГП будет оправданным^ как вшшо из выражения (2), при выполнения условия

К,/(К m " ^tn )>! + (р„/Ен). (3)

Пр*1 Е„ =0,12 и 0,15 сооружение подземных ТП с таким же самым оборудованием, что п в надземных ТП, целесообразно если стоимость отчуждаемой территории будет гфеглзсходить в [ 1,69 - 1,Еб ) раза увеличение капитальных затрат на сооружение подземной ТП по сравнению с е5 надземным вариантом.

При стоимости одного гаапратаого метра огчуждзеысй территории, равной 100 и 200 долларов США, сооружение подземных ТП с гакпм же самым оборудованием, что и в надземных ТП, мтогет быть допущено, если стоимость их строительной част не превысит стоимости строительной части подземных ТП в ( 1,43 - 1,87 ) раза. Если стоимость одного гаалрапгаго мэтра огчуздаечой территории равна тип превышает 500 долларе», то вариант сооружения подземных ТП более предпочтителен.

При применении в подземной ТП малогабаритных вакуумных выключателей и распределительного устройства с твёрдой изоляцией, следует считаться с увеличением стоимости электротехнической част и вероятном снижении стоимости строптельнсП част» ТП. Тогда знаменатель левой части соотношения ( 3 ) должен быть дополнен составляющей ( К'т - Кт ), предсталяющей собой разность стоимостей злектрооборудоглння с твёрдой изоляцией (К',) и традиционного ( Кт ). Здесь оказалось, что если стоимость строительной части подземных подстанций равна стоимости строительной части таких же самых надземных подстанций, то значение К, может превосходить значение К'т в ( 1,6 - 3,5 ) раза. Если стоимость одного

квадратного метра земли меньше 100 долларов, то сооружение подземных ТП нерационально ( рис. 2 ).

При стоимости одного квадратного метра землиЮОО и более долларов целесообразность сооружения подземных трансформаторных ТП мощностью (100 - 400) кВА и двухтрансформаторных ТП мощностью 2x630 кВ А не вызывает сомнений даже. при пятикратном увеличении егонмости электротехнического оборудования по сравнению с применяемым в надземных ТП. •

Если стоимость строительной части подземной ТП в связи с малым ее объемом, занимаемым современным оборудованием с твердой изоляцией, составляет лишь 10% от стоимости строительной части подземной ТП, допустимые отношения К'п/Кщлежат в пределах от 2.1 до 5.0.

Вглаие также показано, что наибольший эффект достигается при приближении к центрам нагрузок трансформаторных подстанций мощностью свыше 250 кВ А, так как в этом случае дополнительные капитальные затраты на сооружение и расходы на эксплуатацию более протяженной линии напряжением 10 кВ компенсируются снижением капитальных затрат на ' сооружение и расходов на эксплуатацию более коротких линий 0,38 кВ.

Более глубокого приближения к центрам нагрузок можно достичь сооружением не одной подземной трансформаторной подстанции такой же самой номинальной мощности, что и надземная, а нескольких подземных ТП меньшей мощности, причем их суммарная мощность равна требуемой мощности одной надземной ТП. Здесь следует ожидать увеличения стоимости сооружения строительной части подземных ТП, стоимости установленного в них оборудования, стоимости потерянной электроэнергии в силовых трансформаторах, а также увеличен*],» стоимости линии 10 к а Однако при этом может быть резко сокращена протяжённость линии 0,38 кВ, отходящих от подземных ТП, а также улучшено качество напряжения у потребителей.

Разность приведенных затрат 3' - 3 будет равна

(Ец + р„г) <К'И - Кга + Кт - К'т) + (Е„ + Рал) (ко.зи (Г» 38 - 1„ 38) ^ +ки (1'ш- lio )) - E,,tC3 + ß ((ÄW'o.M ) +(AW'io - AWio) +

+(ÄW'r -AWT)) ¿0 , (4)

где AW'T - A WT - потери энергии за год в силовых траисформашрах подземных ТП и одной надземной ТП.

Здесь оказалось, что принятие решения о дроблении мощности подземной трансформаторной подстанции на несколько менее мощных, с целью приближения их к центрам нагрузок, зависит, в первую очередь, от соотношения стоимостей надземных и подземных вариантов сооружения трансформаторных подстанций н возможности обеспечения необходимого уровня снижения протяженности линий напряжением 0,38 кВ.

1.25

КгУКгл

Рис.2 I. Зависимость показателя А = к Г /КП|(К'т/'К„, -I) от влияющих факторов для одногрансформаторных подстанций мощностью 100 - 400 кВА: . 1,2,3,4,-кю =100,200,500 иЮОО; дол./м2;

5- А-1,69 - 1,86; 6- к К) = 1000 дол./м2мощносгь трансформаторной подстанции 630 кВ А

Аналогичные результаты получены нами также при рассмотрен!:« возможности дробления подземной трансформаторной подегапци" мотноаью 400 кВ Л на две менее мощные (160 и 250 кВ-Л).

Теоретически представляет интерес рассмотрение более глубокого дробления мощности подземной ТП, например, на три подстанции. Проведенные нами расчеты показали, чго целесообразность сооружения, например, трех подстанций подземного типа мощностью по 250 кВ-Л вместо одной мощностью 630 кВ А моле! быть доказана в условиях, когда стоимость строительной части подземных ТП составляет 0,57 от стоимости строи тельн'гл части надземной ТП, т.е. будет меньше г» 1,75 раза,

В третьей глапе сформулирована задача, разработаны общий алюрнтм и программа па персональную ЭВМ выбора копструетивного исполнения трансформаторных подстанций городской электрической сети на ос но не метода многоцелевой оптимизации, отличающегося возможностью учета ках количественных, так и качественных показателей. Далее было рассмотрено влияние качественных показателен на выбор конструктивного исполнения 171 (надежность и качество электроснабжения noipcCiiгелей, уровень зафязнения окружающей среды промышленным шумом,устойчивость здания ТП в чрезвычайных енгуациах). Для этого использован метод Многоцелевой оптимизации. Задача в терминах меюда многоцелевой оптимизации сформулирована так:

необходимо выбрать наиболее целесообразный иариатгг конструктивного устройства трансформаторных подстанций городской электрической ceni, обеспечивающий:

— минимум приведенных затрат (цель №1 );

—' максимум надежности и качество электроснабжения потребителей (цель №2);

— минимум загрязнения окружающей среды промышленным шумом (цель №3);

— максимум устойчивости здания трансформаторных подстанций в чрезвычайных ситуациях (цель №4).

Уровень надежности электроснабжения потребителей, характеризующийся параметром потока отказов и продолжительностью восстановления отказавших элементов в зависимости от соотношения длин линий напряжением 10 и 0,38 кВ в варианте сооружения подземных трансформаторных подстанций может быть как выше, так и ниже соответствующего уровня при надземных трансформаторных иодеганциях. Так, параметр потока отказов системы электроснабжения потребителей, подключенных к линии напряжением 0,38 кВ, как н следовало ожидать,

п

снижается с увеличением длины линии 10 кВ и сокращением дпины линии 0,38 кВ, и это синжч-нис имеет место з 1,17 раза

Однако если рассмафивать показатель надежности как комплексный кршерхт, характеризующийся параметром потока откаюв и продолжительностью восстановления отказавших элементов, то среднее значение параметра потока отказов, приводящее к отключению потребителей, вопреки ожиданиям, возрастает с увеличением длины линии 10 ¡<В и сокращением длины линии 0,38 кВ, н .»гот рост оценивается значением 1,07.

В главе выяснено, что сооружение пристроенных к зданиям подстанций, а также подземных подстанций связано с сокращением расхода проводникового .материала до 4,5 раз Однако будем считать, что стоимость проволниквого металла учтена в составе приведенных за фат, и поэтому ее от де; :;о учитывать не следует.

Показано, что уровень затрязнения окружающей среды промышленными шумами от подземных трансформаторных подстанций в 6 раз ниже, чем от отдельно стоящих, в условиях, когда звук во всех направлениях распространяется одинаково и когда не учнтииается звукоизолирующая способность грунта над перекрытием ТП,

Из литературных данных известно, что значения избыточных давлений, вызывающие сильные разрушения (когда ремонт здания нецелесообразен) отдельно стоящих трансформаторных подстанций, составляют от 40 до 60 кПа. Такие же разрушения шм земных сетевых сооружений происходят при избыточных давлениях, превышающих указанные для отдельно стоящих ТП в 16,6—37,5 раза или в среднем и 25 раз ,

Данный фактор представляется наиболее лмчнмым из всех других рассмотренных в данном параграфе положительных эффектов от применения ппд земных трансформаторных подстанций

Методом м нот опеле вой оитимкзании рассчитаны значения критерия оптимизации !: (см табл )

Результаты расчета приведенных затрат на сооружение подземных ТГ1 не вызывают сомнений при принятии решения о строительстве последних:.

Аналотичный вывод получается и при учете вероятного снпжряич надежности электроснабжения потребителей от подземных ТП л 1:07 пазд

В этом случае значение критерия оптимизации Г. для варианта подземных ТП превышает аналогичное значение критерия оптимизации для яариантз с отдельно стоящими ТП более чем в 1,5 рата.

Значения критерия оптимизации Е

Форма критерия Варианты конструкции ТП

оптимизации отдельно стоящие пристроенный к зданию подземные

0,56 0,59 1

Среднеарифметическая 0,58 0,61 0,91

0,58 0,61 0,89

0,16 0,16 1

Сре дисгармоническая 0,16 0,16 0,89

0,16 0,16 0,86

Таким образом, влияние рассмотренных качественных показателей на выбор рационального конструктивного устройства трансформаторных подстанций городской электрической сети весьма существенно.

Представляет интерес получение тех значений показателя цели №1, при которых сооружение подземных и надземных ТП равноценно. Результаты расчета зависимости критерия оптимизаци» Е от увеличения приведенных затрат на сооружение подземных ТП приведены на рис.3. Из рис.3 видно, что равноценность вариантов досгигеется при возможности увеличения приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию подземных ТП в 10 раз и более по сравнению с надземными отдельно стоящими или пристроенными к зданиям ТП.

0Тг1

ед

0,3

■08

0.7

0.6

\

\

4

.Л

. 5

отнед 10

3/3

Рнс.З. Зависимость критерия оптимизации Е от соотношения приведенных затрат 3/31- подземные 711; 2- отдельно стоящие и пристроенные к знаниям ТП

0.6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью и задачами исследования в диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Показано, что при проектировании трансформаторных подстанций городской электрической сети следует рассматривать не только традиционные отдельно стоящие варианты подстанций (со значительными объемами строительной части, сложных по конфигурации, дорогих в эксплуатации, требующих отчуждения больших площадей, неустойчивых в чрезвычайных ситуациях, загрязняющих окружающую среду промышленными шумами), но и варианты сооружения подземных трансформаторных подстанций, свободных от некоторых из указанных недостатков[1].

2. Составлена математическая модель, позволяющая выполнить оценку технико-экономических условий целесообразности строительства подземных трансформаторных подстанций в городской электрической сети, отличающаяся учетом стоимости отчуждаемой территории для сооружения трансформаторных подстанций [2].

3. Установлено, что сооружение подземных трансформаторных подстанций с таким же самым оборудованием, что и в надземных, может быть допущено, если стоимость их строительной части не превысит стоимости строительной части надземных подстаиций в (1,43—1,87) раза соответственно

. при стоимости одного квадратного метра отчуждаемой территории, равной 100 и 200 долларов США. При применении в подземных подстанциях малогабаритных вакуумных выключателей и распределительных устройств с твердой изоляцией их стоимость может превосходить стоимость аналогичного электрооборудования надземных подстанций в (1,6—3,5) раза в условиях, когда стоимость строительной части подземных подстанций равна стоимости строительной части таких же самых надземных подстанций [2].

4. Аналитически доказано, что принятие решения о дроблении мощности (250 кВА и выше) подземной трансформаторной подстанции на несколько менее мощных с целью приближения их к центрам нагрузок зависит от соотношения стоимостей подземных и надземных вариантов сооружения трансформаторных подстанций и возможности обеспечения необходимого уровня снижения протяженности линий напряжением 0,38 кВ.

5. Сформулирована задача, разработан общий алгоритм и программа на персональную ЭВМ выбора конструктивного исполнения трансформаторных

подстанций городской электрической сети иг основе метода многоцелевой оптимизации, отличающегося возможностью учета как количественных, так н качественных показателен (надежность и качество электроснабжения, уровень загрязнения окружающей среды промышленными шумами, устойчивость здания подстанции к воздействию ударно,'1 взрывной волны). Установлено, что влияние обмеченных качественных показателей на выбор рационального конструктивного исполнения трансформаторных подстанций городской электрической сети не только весьма существенное, но и в большинстве случаев определяющее. Здесь равноценность вариантов сооружения подземных и надземных трансформаторных подстанций достигается в условиях, когда приведенные (дисконтированные) затраты на создание н эксплуатацию подземных подстанций могут превышать такие же затрат- ; по надземным подстанциям в 10 раз и более [3].

Список опубликованных автором работ по теме диссертации

1. Махмуд Мохамад, Короткевнч М. А. Технико-экономическое обоснование совершенствования конструкций трансформаторных подстанций городской электрической сети // Состояние и преспектнаы развития науки и подготовки инженеров высокой квалификации в Белорусской государственной политехнической академии: Тез. докл. междунар. 51-й науч. 1Схн.конф. БГПА / Бел. гос. политехи, акад.- Минск: 1995.4.1.-С. 11.

2. Короткеонч М. А., Махмуд М. Технико-экономическое обоснование целесообразности сооружения подземных трансформаторных подстанций в городской электрической сети // Изв вузов и энергетич объединений СНГ. Энергетика-1997-№ 3- 4.-С. 17-22.

3. Короткевнч М. А., Махмуд М. Эффективность сооружения трансформаторных подстанций подземного типа в городской электрической ■ сети // Технические вузы- Республике: Тез.док. междунар 52-й Науч зегх.конф. БГПА / Бел.roc политех акад - Минск, 1997.Ч I.- С. 56

18

РЕЗЮМЕ

Махмуд Мохамад

Выбор конструктивного исполнения трансформаторных подстанций городской электрической сети

Го[юдекач электрическая сеть, отдельно стоящие, пристроенные к зданиям, подземные трансформаторные подстанции, конструктивное исполнение.

Объект и предмет исследования - городская электрическая сеть, трансформаторные подстанции напряжением (5-10 кВ.

Цель работы - снижение стоимости распределения электроэнергии в городской электрической сети за счет выбора рациональной конструкции трансформаторных подстанций и снижения на этой основе капитальных заграт и годовых эксплуатационных издержек, а также повышение надежности и качества электроснабжения потребителей.

Метод исследования и аппаратура - применялись методы приведенных заграт, многоцелевой оптимизации, метод наименьших квадратов и математического моделирования на ПЭВМ.

Впервые построены области целесообразного применения в городской электрической сети подстанций различного конструктивного исполнения, отличающихся учетом стоимости отчуждаемой территории (земли), возможности их приближения к центрам нагрузок и оснащения современным специализированным оборудованием.

Обеспечено дальнейшее развитие метода многоцелевой оптимизации применительно к выбору рационального конструктивного исполнения трансформаторных ' подстанций городской электрической сети, заключающееся в разработке методики формирования количественных значений качественным влияющим фактором.

Результаты научных исследований диссертации использованы в учебном процессе кафедры "Электрические системы" Белорусской государственной политехнической академии и могут быть использованы при совершенствовании проектирования городских электрических сетей.

Область применения результатов диссертации - электроэнергетика и, в частности, городские электрические сети

РЭЗЮМЕ Махмуд Махамад

Ныбар канструккыннага выканання траисфарматарныж падсганцый гарадско»1 злек Iрычиай сетм

( арадская электрычная се!ка, асобна стаячыя, нрыбудаваныя да будынкау, падземныя трансфгрмагарныя иадсгапцш, канструкиыйнае выкананне

Аб'ект 1 прадмет даеледавання - гаралская электрычная ссзка, трансфарматарныя падст-анцьп напружаинем 610 кВ

Мэта ирацы - зшжэнне коипу размеркавання злектразнергп у зарадской электричкам еешы за кош г выбару рашлянальнай канструкцьн фансфарматарных нале ганиый I шшяшнэння на гэтан аснове канмальных укладанняу 1 (адавых эксплуатацыниых выдагкау, а таксам а павышэнне надзейнасш1 якасш элекпразабеснячэння карыегалынкау

Мегад даеледавання 1 апаратура; выкарыстаны мевды прыведзеных затрат, шматмэтаван аптыммацьп, мегад ндйменшых квадрата^ | магзмагычнага мадыираваиня на ПЭВМ.

Упершыню вызначаии галшы м л а л одна! а нрынянення р гарадской элекфычнай сеты падезашшй рознага каныруккыйнага выканання, ямя адрозшваюцца утнкам коизту адчужэння тэрыторгп (зямл1), магчымасщ ¡х набл|жзння да иэнтрах нагрузак 1 аснашчэннем сучасным сненыя;йзаваным абсзаляваннем.

Забясиечана далейшае развйшё ме!аду шма1мэтавай ашымыаць» з улжам выбару рацыяналыш! а кансфукныйнага выканання трансфарматарных падстанкый гарадской электрычнай сеш, якая заключаецца раснрацоуцы методык! фармфавания колькасных значзнняу якасным унлывальным фаюарам

ВынЫ наиуковых даследаванняу дысерташп выкарысганы у вурбным нранзсе ка<|>едры "Элекфычныя асгэмы" Неларускай дзяржаунай нолпэхшчнай акадэмн I могуиь нрымянянна при упскаиапенш праектавання гаралсмх электрычных сетак.

Галшы нрымяпення выш'кау дысер1аньм электра знергетмка I. у прыватнасш, гарадсмя элекфычныя сеш

SUMMARY

Mahmoud Mohamad

Choice of a design transformer Substations of a urban electrical network

Urban electrical network separately worth, attached to buildings, underground transformer substations, design.

Oject 'and subject of research a urban electrical network, transformer osubstations by a prcssure(voltage) 6-10 kV.

The purpose of work - decrease(reduction) of cost of distribution of the electric power in a urban electrical network at the expense of a choice of a rational design of transformer substations and decrease(reduction) on this basis of capital expenses and annual operational costs, and alio increase of reliability and quality orelcctrosupply of Ihe consumers.

Method of research and equipment - the methods of the given expenses, multipurpose optimizalion, method of the least squares and mathematical modeling on PC were applied.

Areas of expedient application in a urban electrical network of substations of a various design distinguished by the account of cost of alienated territory (ground), opportunity of their spproach(approximation) to the centres of loadings and equipment by the modem specialized equipment for the first time are constmcted.

The Further development of a method of multi-purpose optimiration with reference to a choice of a rational design of transformer substations of a urban electrical network consisting in development of a technique of formation of quantitative meanings(importance) to the qualitative influencing factors is supplied.

Hie results of scientific researches of the dissertation are used in educational process of faculty " Electrical systems " of the Byelorussian state polytechnical academy and can be used at perfection of designing of urban electrical networks Area of application of results of the dissertation - electric power industry, and in particular urban electrical networks.

' -V .V.''*