XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экономическая эффективность замены масляных выключателей на вакуумные
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Электроэнергетическая отрасль России-это развивающийся в масштабах всей страны высокоавтоматизированный комплекс электростанций, электрических сетей и объектов электросетевого хозяйства, объединенных единым технологическим циклом и централизованным оперативно-диспетчерским управлением. Электроэнергетические системы представляют собой важнейшую часть инфраструктуры промышленности нашей страны, обеспечивающую ее энергетические нужды. Современные реалии диктуют новые подходы и принципы организации энергоснабжения потребителей в условиях рыночной экономики и продолжающегося реформирования энергосистемы России.
Эффективность функционирования основной части электрических систем определяется в первую очередь требованиями бесперебойности работы потребителей электроэнергии, то есть. надежностью электроснабжения. С ростом городов усложняются задачи, которые стоят перед энергетической отраслью. Постройка мощных промышленных объектов, жилых комплексов, развитие городской инфраструктуры-всё это требует стабильной и качественной электроэнергии.
Из-за растущих объемов потребления ПАО "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы", стратегия направлена на увеличение объема генерации электроэнергии. Кроме роста объемов выработки и потребления электрической энергии, большое значение имеет ее распределение. За это отвечают электрические подстанции на различные классы напряжения: 6, 10, 20 и 35 кВ. Но большая часть таких подстанций была введена в эксплуатацию более 30 лет назад. Современное состояние электрических сетей и подстанций в России требует замены устаревшего морально и физически оборудования. Техническое состояние российских сетей и трансформаторных подстанций напряжением 10 кВ и ниже вызывает серьезные опасения. Доля оборудования сетей 6-10 кВ, требующего ремонта и замены, достигает 60-70 процентов. Мировая тенденция развития электротехнического оборудования такова, что ранее распространенные масляные и маломасляные выключатели на напряжение 6-10 кВ повсеместно заменяются на вакуумные выключатели (ВВ).
Цель работы:Технико-экономическое обоснование замены масляных выключателей на вакуумные
Задачи работы:
-проанализировать решение причины замены оборудования;
-сделать соответствующие расчеты, в соответствии с которыми выбрать выключатели,
-провести оценку экономической эффективности замены масляных выключателей на вакуумные
1.Технико-экономическое обоснование замены масляных выключателей на вакуумные
В настоящее время в энергетике в эксплуатации находится много устаревшего морально и физически оборудования, выработавшего свой ресурс. В связи с недостаточностью средств замены всего оборудования на новое принимаются решение не полностью реконструировать подстанции, а частично, то есть установить новое оборудования на старое место, что менее затратно.
Главный элемент защиты цепей на любой электрической подстанции- силовые выключатели. Они используются повсеместно, поэтому должны отвечать строгим требованиям потребителей и надзорных органов. Как правило, к силовым выключателям предъявляют следующие требования:
-
соответствие параметрам электрической сети, например, по максимальному рабочему напряжению;
-
безопасность персонала в эксплуатационный период;
-
надежность;
-
компактность;
-
простота обслуживания;
-
энергоэффективность.
Все больше предприятий производит замену устаревших масляных и маломасляных выключателей напряжением от 6 до 35 кВ в КРУ (комплектных распределительных устройствах) на более надежные вакуумные. Такой выбор обусловлен долговечностью и безопасностью современного оборудования, а также его необслуживаемостью и существенным сокращением эксплуатационных издержек. Современное состояние электрических сетей и подстанций в России требует замены устаревшего морально и физически оборудования. Техническое состояние российских сетей и трансформаторных подстанций напряжением 10 кВ и ниже вызывает серьезные опасения.
Основная задача, стоящая перед выключателем − это отключение токов короткого замыкания. Помимо этого он должен выполнять следующие требования:
− отключение и включение цепи в любых режимах (при несинхронной работе, перегрузках);
− долговечность (не требующий обслуживания в течение всего срока эксплуатации);
− большой коммутационный и механический ресурс;
− взрыво- и пожаробезопасность.
Как показывает статистика, обновление коммутационного оборудования ― это общемировая тенденция. Дело в том, что выключатели представляют собой важнейший элемент оборудования распределительных систем подстанций. С их помощью осуществляется включение и отключение участков электросети под рабочим (номинальным) током. В случае возникновения аварийных ситуаций оборудование также должно отключить аварийные токи короткого замыкания.
От качества и безотказности работы выключателей зависит бесперебойное электроснабжение конечных потребителей, а также сохранность дорогостоящих систем в случае возникновения аварийных ситуаций
Главным недостатком масляных выключателей является то, что дугогасительной средой в них является масло. Его уровень и качество необходимо постоянно контролировать, но даже в этом случае не идет речи о пожаробезопасности и высоком коммутационном ресурсе.
Масляные выключатели, которые находятся на ПС, отработали свой нормативный эксплуатационный ресурс (20-25 лет). Ремонт и эксплуатация приведенного выше оборудования, которое отслужило свой ресурс, экономически невыгодная по следующим причинам:
-запасные части к такому оборудованию в основном отсутствуют в связи с прекращением их выпуска заводами - производителями;
-технические характеристики такого оборудования технически несовершенные, что усложняет их ремонт и требует значительных затрат материалов и затрат времени на их ремонт, требует сокращения межремонтных сроков;
- такое оборудование практически не подвергается телемеханизации;
-трудности с подбором комплектующих при необходимости капитального ремонта, поскольку многие модели уже сняты с производства;
-техническая сложность, вследствие чего обслуживание и ремонт таких устройств требуют привлечения узкоспециализированных специалистов;
-экономическая нецелесообразность эксплуатации из-за риска появления технических сбоев и высоких расходов на обслуживание.
Целесообразно осуществлять замену такого оборудования на новое, современное – на вакуумные выключатели , в этих выключателях используются небольшие вакуумные камеры, а дугогасительной средой служит глубокий вакуум (давление в камере - 5x10-5 мм рт. ст.).
Благодаря особенностям конструкции у вакуумных выключателей много преимуществ:
-
высокая надежность;
-
меньшие затраты на обслуживание;
-
широкий температурный диапазон;
-
отсутствие вредных выбросов, экологичность;
-
малая мощность потребления в цепях оперативного тока;
-
универсальный монтаж в любом пространственном положении;
-
возможность установки во все типы камер сборных одностороннего обслуживания и комплектных распределительных устройств.
Вакуумные выключатели работают в большем диапазоне температур и сокращают затраты. Преимущества широкого температурного диапазона особенно заметны, когда устройство используется зимой. В холодное время года масло в выключателях предыдущих поколений густеет и замедляет расхождение контактов. Приходится подогревать его, а это дополнительные траты.
На сегодняшний день, в вакуумных выключателях сочетаются самые современные, надежные и экономичные характеристики среди существующих коммутационных аппаратов в сетях напряжением 6-10 кВ.
В качестве отличительных достоинств вакуумных выключателей, обеспечивающих им преимущества перед другими типами выключателей (будем их в дальнейшем называть “традиционные выключатели”) на средний класс напряжений, можно отметить следующее:
Высокая надежность. К показателям надежности элементов схем электрических соединений относят частоту отказов, время восстановления, частоту и длительность капитального и текущего ремонтов. При прочих равных условиях, то есть, если даже принять в расчет, что частота отказов и время восстановления после аварии равны для вакуумных и традиционных выключателей, то частота и длительность ремонта последних несомненно выше. Например, для маломасляного выключателя ВК-10, масло необходимо заменить после 10 операций отключения тока 20 кВ. После совершения выключателем 2000 циклов операций включения и отключения, необходимо проводить техническое обслуживание привода. После совершения выключателем 3000 циклов операций включения-отключения (ВО) необходимо проводить капитальный ремонт. А средний ремонт выключателя должен производиться не реже одного раза в 4 года.
Вакуумные выключатели являются практически необслуживаемыми. Осмотр и периодические проверки ВВ рекомендуется проводить один раз в 3-5 лет. Во время этих проверок необходимо провести высоковольтные испытания вакуумной дугогасительной камеры и изоляции выключателя, а также проверить переходное сопротивление контактов.Низкие эксплуатационные затраты определяются отсутствием необходимости содержания масляного и компрессорного хозяйств, кроме того вакуумная дугогасительная камера (ВДК) не требует пополнения дугогасящей среды. Высокая коммутационная износостойкость позволяет значительно сократить расходы по обслуживанию ВВ, а также перерывы в электроснабжении, связанные с выполнением регламентных работ.ы ресурс
иДля вакуумных выключателей характерны малая энергия привода, малые динамические нагрузки и отсутствие выброса газов, масла. Масса и габариты ВВ значительно ниже массы и габаритов традиционных выключателей при одинаковых номинальных параметрах тока и напряжения. Все это обеспечивает бесшумность работы и предотвращает загрязнение окружающей среды. Герметичное исполнение ВДК и отсутствие среды, поддерживающей горение, обеспечивает высокую пожаро- и взрывобезопасность и возможность работы в агрессивных средах.
Благодаря своим преимуществам вакуумные выключатели все шире применяются как при строительстве новых комплектных распределительных устройств, так и для замены морально и физически устаревших традиционных выключателей при реконструкции комплектных распределительных устройств, находящихся в эксплуатации.
Если брать в рассмотрение более высокую стоимость вакуумных выключателей, то в настоящее время психология заказчиков постепенно меняется. Многие начинают понимать, что пусть дорогое, но качественное оборудование в конце концов себя окупит.
По стоимости и надежности, сейчас можно выделить три основные позиции в коммутационном оборудовании 6-10 кВ:
-дешевые и ненадежные традиционные отечественные выключатели;
-дорогие и надежные вакуумные и элегазовые импортные выключатели;
-надежные отечественные вакуумные выключатели, по стоимости превосходящие традиционные, но уступающие в цене западным образцам;
Выбор оборудования в этой ситуации зависит от заказчика, от его требований к надежности снабжения, от его финансовых возможностей.
Необходимо отметить и следующие преимущества вакуумных выключателей
Простая конструкция. Надежность устройства объясняется фактическим отсутствием элементов, которые требуют регулярной замены. В случае с масляными выключателями не обойтись без замены масла.
Быстрый ремонт. При неисправности дугогасительной камеры вакуумного коммутационного аппарата ее можно сразу же заменить на новую. Для этого не требуется сложных и дорогостоящих электромонтажных работ.
Безопасная эксплуатация. Вакуумные коммутационные аппараты практически не подвержены аварийным ситуациям. Это надежное взрыво- и пожаробезопасное оборудование, которое к тому же можно назвать и экологичным.
Компактность. Вакуумные высоковольтные выключатели занимают значительно меньше места по сравнению с масляными. Их можно монтировать как в вертикальном, так и в горизонтальном положении.
Длительный срок эксплуатации. Вакуумные выключатели отличаются высоким коммутационным ресурсом. Многие производители гарантируют бесперебойную службу оборудования до 30 лет.
Несмотря на все преимущества коммутационных аппаратов нового поколения, есть у них и слабые стороны:
-
существует большая, по сравнению с маломасляными и элегазовыми моделями, вероятность появления коммутационных перенапряжений;
-
вакуумные выключатели и их комплектующие стоят дороже по сравнению с масляными.
Гарантированный срок эксплуатации вакуумных выключателей составляет 25―30 лет, в то время как для масляных он несоизмеримо ниже. Даже если возникает необходимость в ремонте, преимущество все равно у современных коммутационных аппаратов:
дугогасительная и контактная часть вакуумных выключателей не обслуживается до истечения коммутационного ресурса;
масляным аппаратам требуется капитальный ремонт каждые 7 отключений токов короткого замыкания.
В сетях средних классов напряжений (до 35 кВ) вакуумные выключатели являются наиболее перспективным направлением развития коммутационных аппаратов (особенно для условий частых коммутаций).
Это обусловлено целым рядом достоинств вакуумных коммутационных аппаратов. Отсутствие необходимости в замене и пополнении дугогасящей среды для работы вакуумных дугогасительных камер. Весьма высокая износостойкость вакуумных дугогасительных камер и их контактов при коммутации номинальных токов отключения. Число отключений номинальных токов, допускаемое без ремонта вакуумных дугогасительных камер выключателя, достигает 10- 50 тыс. Число отключений номинального тока отключения - до 200 раз в зависимости от материала контактов и значения силы тока. Для сравнения укажем число отключений других выключателей, допустимое без ревизий камер: для маломасляных выключателей 500 — 1000 отключений номинальных токов и 3-10 отключений номинальных токов отключения; для воздушных 1000-2500 и 6-15 отключений соответственно.
Минимум обслуживания. Обслуживание вакуумных выключателей сводится к смазке механизма привода и проверке износа контактов по меткам или шаблону один раз в 5-10 лет или через 5000 -10 000 циклов ВО. Замена вакуумных дугогасительных камер производится через 20-25 лет.
Снижение эксплуатационных затрат. Замена масляного выключателя на вакуумный в сетях электроснабжения крупных городских объектов позволяет снизить затраты на обслуживание и существенно уменьшить ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителю.
Полная взрыво- и пожаробезопасность вакуумных дугогасительных камер, а также возможность работы в агрессивных средах обеспечивается герметичным исполнением камер и отсутствием оксидирования контактов.
Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата.
Бесшумность, удобство обслуживания, отсутствие вредных воздействий на обслуживающий персонал. Не загрязняет окружающую среду. Весьма малая масса и габаритные размеры (особенно высота) и небольшие динамические нагрузки на конструкцию и фундамент как следствие малых хода и массы подвижных частей. Высокое быстродействие вакуумных дугогасительных камер.Возможность организации высокоавтоматизированного производства.
Следствием перечисленных достоинств является высокая надежность вакуумных аппаратов, безопасность эксплуатации, сокращение времени на монтаж и обслуживание.
Факторами, затрудняющими развитие вакуумной коммутационной аппаратуры, являются:
-трудности разработки и производства вакуумных дугогасительных камер, связанные с необходимостью получения особо чистых контактных материалов, сложностью технологии изготовления камер, склонностью металлов к сварке в вакууме;
-большие капиталовложения, необходимые для производства вакуумных дугогасительных камер, вследствие чего осуществить серийный выпуск вакуумных дугогасительных камер могут лишь достаточно мощные электротехнические фирмы.
По этим причинам первоначальная себестоимость вакуумных аппаратов больше, чем масляных и электромагнитных. Однако при достаточно большом объеме производства вакуумные выключатели лишь на 5 — 15 % дороже маломасляных, и не дороже электромагнитных. Учитывая, что расходы на монтаж и обслуживание вакуумных коммутационных аппаратов в несколько раз меньше, чем для масляных выключателей и электромагнитных контакторов, применение вакуумных выключателей и контакторов дает высокий экономический эффект. Благодаря тому, что габариты вакуумных аппаратов значительно меньше, чем габариты аппаратов других видов
2.Расчет экономической эффективности при замене масляных выключателей на вакуумные
Приводим расчеты экономии затрат электроэнергии на обогрев и технологические нужды выключателей и их приводов при замене масляных выключателей на вакуумные.
Затраты электрической энергии на работу масляных выключателей.
1.По данным Гидрометцентра среднесуточная температура воздуха ниже +5 0С в Республике Татарстан наблюдается с 10 октября по 02 апреля и составляет 210 дней на год. При температуре +5 0С и ниже должны включать обогрев ячеек масляных выключателей и их приводов.
1.1.1. Число часов работы
Т = 210·24 = 5040 часов.
2. Потребление электроэнергии на обогрев масляного выключателя и его привода.
2.1. Для выключателей 10 кВ мощность обогревателя со стороны привода - 0,7 кВт.
При времени работы обогревателя Т=5040 использование электроэнергии на обогрев выключателя составит:
W1 = 0,7·5040 = 3528 кВт/ч
3. Использование электроэнергии на работу вакуумного выключателя.
Применение обогрева для вакуумных выключателей 6-10 кВ не требуется, то есть
W2 = 0 кВт/ч.
Итак, годовая экономия электроэнергии при замене 1 масляного выключателя на вакуумный выключатель составит:
ДW = W = 3528 кВт/ч.
При тарифе 42,8 коп. за кВт/ ч:
Е1 = 3,528·0,428 = 1,510 тыс. руб
2. Затраты на ремонт.
Капитальный ремонт каждого выключателя выполняется 1 раз в 6 лет, а текущий ремонт - каждый год согласно периодичности.
Стоимость капремонта одного масляного выключателя
Скап = 2,928 тыс. руб
Стоимость текущего ремонта одного выключателя
Стек = 0,420 тыс. руб.
Стоимость капремонта 1 выключателя за 6 лет составляет:
Скап = 2,928 тыс. руб
Стоимость текущего ремонта 1 выключателя за 5 лет составляет:
Стек = 0,420·5 = 2,1 тыс. руб
Общая стоимость текущих и капитальных ремонтов за шесть лет составляет:
Срем = 2,928 + 2,1 = 5,028 тыс. руб.
Материалы полученные от демонтажа одного масляного выключателя составляют-1200рублей.
Вакуумные выключатели не нуждаются в проведении капитального ремонта (лишь эксплуатационное обслуживание и контроль переходного сопротивления при приближении к предельной цифре отключений).
Экономия за год при ремонтах составит:
Е2= 5,028/6 = 0,838 тыс. руб /год.
Общая экономия при замене одного масляного выключателя на вакуумный с учетом обогрева и материалов, полученных от демонтажа составит:
Еобщ = Е1+ Е2 = 1,510 + 0,838 + 1,2 = 3,548 тыс. руб
При приобретении 12 шт. вакуумных выключателей 10 кВ.
Общая сумма экономии по инвестиции составит - 3,55·12 = 42,6 тыс. руб
Капитальные вложения по замене МВ 10 кВ рассчитанные на год без учета приобретения схем защиты представляют - 369,6 тыс. руб
Экономический эффект капитальных вложений в замену масляных выключателей 6-10 кВ на вакуумные в нашем случае составляется из экономии электроэнергии вследствие установки вакуумных выключателей, экономии средств на эксплуатацию вакуумных выключателей в сравнении с масляными, и амортизационных отчислений.
Заключение
Как показывает статистика, обновление коммутационного оборудования- это общемировая тенденция. Дело в том, что выключатели представляют собой важнейший элемент оборудования распределительных систем подстанций. С их помощью осуществляется включение и отключение участков электросети под рабочим (номинальным) током. В случае возникновения аварийных ситуаций оборудование также должно отключить аварийные токи короткого замыкания.
От качества и безотказности работы выключателей зависит бесперебойное электроснабжение конечных потребителей, а также сохранность дорогостоящих систем в случае возникновения аварийных ситуаций. Гарантированный срок эксплуатации вакуумных выключателей составляет 25―30 лет, в то время как для масляных он несоизмеримо ниже.
По этой причине для многих предприятий решение вопроса замены устаревшего оборудования связано с убедительным обоснованием экономической выгоды. Вакуум является идеальной изоляционной средой. Поэтому в последнее десятилетие в области создания высоковольтной коммутационной аппаратуры успешно развивается новое направление на замену масляным выключателям-вакуумные выключатели.
Замена масляного выключателя на вакуумный в сетях электроснабжения крупных городских объектов позволяет снизить затраты на обслуживание и существенно уменьшить ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителю. Экономический эффект капитальных вложений в замену масляных выключателей 6-10 кВ на вакуумные в нашем случае составляется из экономии электроэнергии вследствие установки вакуумных выключателей, экономии средств на эксплуатацию вакуумных выключателей в сравнении с масляными, и амортизационных отчислений.
Список использованных источников и литературы
1. Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования [Электронный ресурс]: учеб. пособие / Н.В. Грунтович. – Электрон. текстовые данные. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 2017. — 271 с. : ил. (Высшее образование:Бакалавриат).-Режим доступа:http://znanium.com/catalog.php?bookinfo
2. Организация и управление деятельностью электросетевых предприятий [Электронный ресурс]: Уч.пос./В.Я.Хорольский, М.А.Таранов, В.Г.Жданов. – Электрон. текстовые данные. - М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 144 с. - (ВО: Бакалавриат). – Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo
3. Технико-экономические расчеты распределительных электрических цепей [Электронный ресурс]: Учебное пособие/Хорольский В. Я., Таранов М. А., Петров Д. В. – Электрон. текстовые данные. - М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2015. Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo
Интернет-ресурсы
4. ЭБС IPRbooks
5. http://znanium.com
6. http://urait.ru
7. http://grad-energokomplekt.ru