Повышение эффективности работы систем электроснабжения

Рост потребления электроэнергии во всем мире непосредственно связан с развитием экономики. В последние 35 лет производство электроэнергии в мире увеличилось в 4 раза. В г.Алматы на сегодняшний день 70% трансформаторов работают с превышенным сроком эксплуатации, т.е. более 25 лет. В связи с этим возрастает количество отказов в работе систем электроснабжения, а так же возрастают потери при передаче электроэнергии за счет износа силовых трансформаторов.

Системы внешнего электроснабжения не обходятся без проводниковых устройств – электрических кабелей. На сегодня в большинстве развитых стран инженеры отказываютя от маслонаполненных кабелей и используют кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, так как они обладают рядом преимуществ:[1]

1.Более высокая пропускная способность по причине увеличения допустимой температуры жилы;

2.Высокий ток термической устойчивости при коротком замыкании, что особенно важно, когда сечение кабеля выбрано только на основании номинального тока короткого замыкания; 

3.Низкий вес, меньший диаметр и радиус изгиба, что обеспечивает легкость прокладки кабеля, как в кабельных сооружениях, так и в земле на сложных трассах;

4.Возможность вести прокладку кабеля при температуре до -20°С
без предварительного подогрева, благодаря использованию полимерных материалов для изоляции и оболочки;

5.Низкая удельная повреждаемость (практика применения кабеля
с СПЭ-изоляцией показывает, что она как минимум на 1-2 порядка ниже, чем у кабеля с бумажной изоляцией);

6.Отсутствие каких-либо жидких компонентов (масел), благодаря которому уменьшается время и снижается стоимость прокладки и монтажа;

7.Однофазная конструкция, позволяющая изготавливать кабель с жилой сечением до 1200 мм2, оптимальным для передачи большой мощности;

Принимая во внимание потери сложившиеся при передаче энергии, как в кабелях так и силовых трансформаторах, при реконструкции систем электроснабжения необходимо цчитывать опыт развитых стран и внедрять современные технологии, опираясь на Закон “Об энергосбережении и повышении энергоэффективности», который был принят 13.01.2012г.

Предлагаю рассмотреть эффективность внедрения современных траснформаторов и кабелей на конкретном предприятии, а точнее на Казахском национальном университете имени аль-Фараби.

Казахский национальный университет им.Аль-Фараби был построен в 1934 г. Общая территория более – 100 гектаров, площадь зданий и сооружений ― 335 928 кв. м, кроме того на террито­рии расположены:

1.Четырнадцать учебных корпусов.

2.Шестьнадцать студенческих общежитий.

3.Дворец студентов им. У.А.Джолдасбекова.

4.Научная библиотека.

5.Комбинат питания, Интернет центр.

6.Спорткомплекс и стадион.

7.Центр обслуживания студентов «Керемет».

Схема внешнего электроснабжения согласно технических условий: установленная мощность – 12МВт, точка подключения – ПС 157(2 фидера), учет электрической энергии расположен в ПС 157 на отходящих ячейках, общая протяженность КЛ-10кВ – 15 км

Трансформаторы 10/0,4кВ: 1. 1600кВА – 3 шт; 2. 1000кВА – 4 шт; 3. 630кВА – 6 шт; 4. 400кВА – 4 шт. Начало эксплуатации – 1950г..

Схема внешнего электроснабжения КазНУ им.Аль Фараби требует реконструкции, ввиду устаревшего оборудования и большого количества отказов кабельных линий.

При проведении комплексной реконструкции рассмотрим вариант с использованием энергоэффективных трансформатороа и кабелей с СПЭ изоляцией.

Потребление электроэнергии за 2014 год приведено в таблице 1.

Согласно проведенному энергоаудиту в том же 2014 году, потери в распределительных трансформаторах составили практически 5% от общей потребляем энергии.

На рынке сейчас существует множество различных производителей траснформаторов, рассмотрим капиталловложения по замене трансформаторов, сравнивая нескольких производителей, данные представлены в таблице 2.

Как было указано выше, в схему внешнего электроснабжения КазНУ им.аль-Фараби входят кабельные линий 10 кВ длинной 15 киллометров.

Согласно предоставленной статистике за 2014 год нормальная работа системы внешнего электроснабжения КазНУ им.Аль Фараби нарушалась 25 раз  по причине выхода кабелей из строя.

Потери при использовании энергосберегающих Белорусских трансформаторов сократятся до 2,7%.

Таблица 1 – Потребление электроэнергии КазНУ им.аль-Фараби за 2014г.

Таблица 2 – Капиталловложения и их срок окупаемости при замене трансформаторов

Средняя стоимость восстановления одного повреждения составляет 300 000 тенге.

Итого за 2014 год на повреждение кабелей было потрачено 7 500 000 тенге бюджетных средств.

Согласно проведенной экспертизы самыми распространенными причинами отказа являются:

1.Старение изоляции.

2.Стекание изоляции по кабелю и образование ненадлежащего изолирующего слоя из за перепада высот.

В связи с этим, можно сделать вывод о том, что кабельные линии находящиеся на балансе университета находятся в аварийном состоянии и требуют капитальной реконструкции.

Рисунок 1 – Изменение суммарных потерь в трансформаторах после их замены на энергосберегающие

Рассмотрим варианты реконструкции с маслонаполненными кабелями и с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена, данные расчета представлены в таблице 3.

Опыт эксплуатации маслонаполненных кабелей, говорит о том, что среднее количество повреждений за год составляет 7 (Семь), а кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена 3 (Три) повреждения в год. Стоимость восстановления КЛ-10кВ с СПЭ изоляцией составляет 500 000 тенге.

Вывод

Замена трансформаторов при реконструкции схемы внешнего электроснабжения КазНУ им.  Аль-Фараби на энергосберегающие очевидна.

Таблица 3 ― Капиталловложения и их срок окупаемости при реконструкции кабельных линий 10кВ

Рисунок 2 ― Изменение суммарных потерь в кабельных линиях после из замены на кабели с СПЭ изоляцией

Ведь пусть даже при больших первоначальных капитальных затратах, срок окупаемости этих вложений составляет всего 6 лет и 5 месяцев, с учетом того, что потребление электроэнергии и тариф на электроэнергию не изменятся.

Замена кабелей с бумажной изоляцией при реконструкции схемы внешнего электроснабжения КазНУ им.  Аль-Фараби на кабели с СПЭ изоляцией повысит эффективность ее работы:

1.Общее число отказов по причине выхода кабелей из строя снизится с 25 до 3(в сравнении с существующей схемой). В сравнении с реконструированной схемой, с использованием кабелей с бумажной изоляцией с 7 до 3.

2.Снизятся потери при передаче ЭЭ по кабелям с 2,5% до 1%, от общей потребляемой энергии.

Использование в реконструкции кабели с СПЭ изоляцией весьма выгодный проект, так как срок его окупаемости составляет 7 лет, при условии сохранения тарифа на электроэнергию.