КЭС 6х300 МВт (электрическая станция)

1. Введение Проектируемая станция является электрической станцией районного типа. Конденсационная станция будет сооружена в западной Сибири. В качестве основного топлива используется природный газ, в качестве резервного - мазут. Установленная мощность электростанции 1800 МВт. Станция предназначена для выдачи мощности в энергосистему на напряжение 500 кВ и обеспечение промышленных потребителей на напряжении 220 кВ. На напряжении 220 кВ связь с системой отсутствует.Связь с системой осуществляется по трем линиям длинной 220 км. Электроснабжение местного промышленного района осуществляется по четырем линиям.

Агрегаты работают по блочной схеме котел - турбина - генератор.Аннотация Темой данной расчетно-пояснительной записки является проект конденсационной электрической станции мощностью 1800 МВт. Записка содержит введение, в котором кратко формируются основные предпосылки к выполнению данного проекта,паспорт станции, расчет тепловой части и выбор основного и вспомогательного оборудования тепловой схемы, электротехническую часть, содержащую выбор основных электрических схем проектируемой станции и выбор электротехнического оборудования, выбор и описание релейной защиты блока генератор - трансформатор, раздел затрагивающий вопросы экологии и техники безопасности, расчет экономической эффективности инвестиций в проект, а также расчетное определение уровня электрического поля в открытом распределительном устройстве 220 кВ. 6. Безопасность и экологичность проекта Меры защиты населения от вредного воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередач 500 кВ 1. Возникновение электромагнитного поля в пространстве вблизи воздушных линий электропередач Воздушные линии электропередач ВЛ создают электромагнитные поля ЭМП так называемой промышленной частоты.

Для нашей страны она равна 50 Гц. На промышленной частоте электрическое и магнитное поля можно считать не связанными друг с другом, рассматривать их отдельно.

Можно считать, что электрическое поле возникает при напряжении на токоведуших частях, а магнитное - при прохождении тока по этим частям.

Электрическое поле ВЛ можно рассматривать в каждый данный момент как электростатическое поле, т.е. применять к нему законы электростатики. Это поле создается по крайней мере между двумя электродами телами , которые несут заряды разных знаков и на которых начинаются и оканчиваются силовые линии.Поле электроустановок неравномерное, т.е. напряженность его изменяется вдоль силовых линий.

Вместе с тем оно обычно несимметричное, поскольку возникает между электродами различной формы, например между токоведущей частью и землей или металлической заземленной конструкцией. Поле ВЛ можно считать, кроме того, плоскопаралельным, т.е. форма его одинакова в параллельных плоскостях, называемых плоскостями поля. В данном случае плоскости поля перпендикулярны оси линии. 2. Влияние электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля на человека Электромагнитные поля являются одним из производственных антропогенных факторов, который, так же как и многие другие, оказывает свое влияние на биологические объекты и, в частности на человека. В процессе эксплуатации электроэнергетических установок - открытых распределительных устройств и воздушных линий электропередачи сверхвысокого напряжения 330 кВ и выше было отмечено ухудшение состояния здоровья персонала, обслуживающего указанные установки.

Субъективно это выражалось в ухудшении самочувствия работающих, которые жаловались на повышенную утомляемость, вялость, головные боли, плохой сон, боли в сердце и.т.п. Специальные наблюдения и исследования подтвердили обоснованность этих жалоб и установили, что фактором, влияющим на здоровье обслуживающего персонала, является электромагнитное поле, возникающее в пространстве вокруг токоведуших частей действующих электроустановок.

Интенсивное электромагнитное поле промышленной частоты вызывает нарушение функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой системы.

При этом наблюдается повышенная утомляемость, снижение точности движений, изменение кровяного давления и пульса, возникновение болей в сердце, сопровождающихся сердцебиением и аритмией, и.т.п. В последние годы в России стихийно сложилась практика строительства дачных домов вблизи ВЛ, а иногда прямо под проводами линий, включая линии 500 кВ. При этом в зоне влияния электромагнитных полей оказываются дети и больные люди т.е. лица наиболее подверженные вредным воздействиям.

С учетом этих обстоятельств следует признать проблему воздействия электромагнитных полей весьма серьезной. 3. Факторы воздействия электрического поля 50 Гц на человека Механизм биологического действия электрического поля на организм человека изучен недостаточно.Предполагается, что нарушение регуляции физиологических функций организма обусловлено воздействием поля на различные отделы нервной системы.

При этом повышение возбудимости центральной нервной системы происходит вследствие рефлекторного действия поля, а тормозной эффект - результат прямого воздействия поля на структуры головного и спинного мозга.Считается, что кора головного мозга, а также промежуточный мозг особенно чувствительны к воздействию электрического поля. Предполагается также, что основным материальным фактором, вызывающим указанные изменения в организме, является индуцируемый в теле ток, а влияние самого электрического поля значительно меньше.

Наряду с биологическим действием электрическое поле обуславливает возникновение разрядов между человеком и металлическим предметом, имеющим иной, чем человек потенциал. Если человек стоит непосредственно на земле или на токопроводящем заземленном основании, то потенциал его тела практически равен нулю, а если он изолирован от земли, то тело оказывается под некоторым потенциалом, достигающим иногда несколько киловольт.Очевидно, что прикосновение человека, изолированного от земли, к заземленному металлическому предмету, равно как и человека, имеющего контакт с землей, к металлическому предмету, изолированному от земли, сопровождается прохождением через человека в землю разрядного тока, который может вызывать болезненные ощущения, особенно в первый момент.

Часто прикосновение сопровождается искровым разрядом.В случае прикосновения к изолированному от земли металлическому предмету большой протяженности трубопровод, проволочная ограда на деревянных стойках и.т.п. или большого размера крыша деревянного здания и пр. ток, проходящий через человека может достигать значений, опасных для жизни.

Итак в соответствии с 19 различают следующие виды вредного воздействия электрического поля вблизи ВЛ на человека -непосредственное воздействие, проявляющееся при пребывании в электрическом поле. Эффект этого воздействия усиливается с увеличением напряженности поля и времени пребывания в нем -воздействие электрических разрядов импульсного тока . Возникающего при прикосновении человека к изолированным от земли конструкциям, корпусам машин и механизмов на пневматическом ходу и протяженным проводникам или при прикосновении человека, изолированного от земли, к растениям, заземленным конструкциям и другим заземленным объектам -воздействие тока проходящего через человека, находящегося в контакте с изолированными от земли объектами - крупногабаритными предметами, машинами и механизмами, протяженными проводниками - тока стекания. 6.4. Электрическое поле как причина возможных воспламенений и взрывов горючих газов и паров горючих жидкостей Электрическое поле может стать причиной воспламенения или взрыва паров горючих материалов и смесей в результате возникновения электрических разрядов при соприкосновении предметов и людей с машинами и механизмами.

Электрические разряды возникают в результате разности потенциалов заземленных и не заземленных объектов находящихся в электрическом поле. Для предотвращения разрядов необходимо заземлять объекты находящиеся в данном электрическом поле. Более полно меры для предотвращения воспламенений и взрывов описаны ниже, в 6.6. 6.5. Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля внутри жилых зданий и на открытых территориях Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля внутри жилых зданий и на открытых территориях описаны в Санитарных нормах и правилах.

Данные нормы приведены в 19 . В качестве предельно допустимых уровней приняты следующие значения напряженности электрического поля -внутри жилых зданий - 0,5 кВ м -на территории зоны жилой застройки - 1кВ м -в населенной местности вне зоны жилой застройки земли городов в пределах городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа в пределах поселковой черты и сельских населенных пунктов в пределах черты этих пунктов , а также на территории огородов и садов - 5кВ м -на участках пересечениях ВЛ с автомобильными дорогами I-IV категорий - 10 кВ м в ненаселенной местности незастроенные местности, хотя бы и часто посещаемые людьми, доступные для транспорта, и сельскохозяйственные угодья - 15 кВ м -в труднодоступной местности недоступной для транспорта и сельскохозяйственных машин и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения - 20 кВ м. Предельные допустимые значения напряженности нормируются для электрического поля, не искаженного присутствием человека.

Напряженность электрического поля определяется на высоте 1,8 м от уровня земли, а для помещений - от уровня пола. 6.6. Основные меры защиты от воздействий электрического поля на население.

Санитарно-защитные зоны. Экранирование.

Заземление.

Предупредительные знаки.Выбор трассы линии, прокладка воздушной линии электропередач В целях защиты населения от воздействия электрического поля ВЛ устанавливаются санитарно-защитные зоны. Санитарно-защитной зоной является территория вдоль трассы ВЛ, в которой напряженность электрического поля превышает 1 кВ м. Если напряженность электрического поля превышает предельно допустимые уровни, приведенные в 19 , должны быть приняты меры по ее снижению.

В местах возможного пребывания человека напряженность электрического поля может быть уменьшена путем -удаления жилой застройки от ВЛ -применения экранирующих устройств и других средств снижения напряженности электрического поля. Машины и механизмы на пневматическом ходу, находящиеся в санитарно-защитных зонах ВЛ, должны быть заземлены.

В качестве заземлителя допускается использовать металическую цепь, соединенную с рамой или кузовом и касающуюся земли. В пределах санитарно-защитной зоны запрещается -размещать жилые и общественные здания и сооружения, площадки для остановки и стоянки всех видов транспорта, предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов -производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.Трассы проектируемых и вновь сооружаемых ВЛ должны выбираться таким образом, чтобы объекты, перечисленные выше, не оказались в пределах санитарно-защитных зон, или были вынесены за пределы этих зон. Допускается оставлять жилые здания и приусадебные участки в санитарно-защитных зонах действующих ВЛ 500 кВ при условии снижения напряженности электрического поля внутри жилых зданий и на открытой территории до значений, предусмотренных в 19 . Металические кровли зданий, оставляемых в санитарно-защитных зонах, должны быть заземлены не менее чем в двух местах.

Сопротивление заземления не нормируется.

Напряженность электрического поля в зданиях, оставляемых в санитарно-защитных зонах, и имеющих неметаллическую кровлю, может быть снижена путем установки заземленной металлической сетки на крыше этих зданий.Напряженность электрического поля на открытых территориях, расположенных в этих зонах, может быть снижена путем установки экранирующих перегородок железобетонных заборов, тросовых экранирующих устройств или посадкой деревьев и кустарника высотой не менее 2 метров.

Шпалерную проволоку для подвески винограда, хмеля и.т.п находящуюся в санитарно-защитных зонах ВЛ, рекомендуется располагать перпендикулярно к оси ВЛ. Каждый проводник должен быть заземлен не менее чем в трех точках. Сопротивление заземления не нормируется.При проведении строительно-монтажных работ в санитарно-защитных зонах ВЛ необходимо заземлять протяженные металлические объекты трубопроводы, кабели, провода линий связи и пр. не менее чем в двух точках, а также на месте производства работ.

Сопротивление заземления также не нормируется.В местах пересечения автодорог с ВЛ должны устанавливаться дорожные знаки запрещающие остановку транспорта в санитарно-защитных зонах этих ВЛ. В районах прохождения ВЛ персонал предприятия электрических сетей, обслуживающих эти ВЛ, должен проводить разъяснительную работу среди населения по пропаганде мер безопасности при работах и нахождении вблизи ВЛ. При подготовке и в процессе проведения сельскохозяйственных и других работ вблизи ВЛ лица, ответственные за проведение этих работ, должны проводить инструктаж работающих и обеспечивать выполнение мер защиты от воздействия электрического поля, регламентируемых Санитарными нормами и правилами. 7. Экономическая часть 7.1. Расчет экономической эффективности инвестиций в инвестиционный проект 7.1.1. Введение В экономической части проекта рассматривается экономическая и финансовая состоятельность предприятия.

Расчет проводится для расчетного периода, включающего период строительства, освоения и нормальной эксплуатации предприятия.

В качестве исходных данных для расчета необходимо иметь данные по капиталовложениям, издержкам производства, источникам финансирования. 7.1.2. Расчет технико-экономических показателей КЭС Число часов использования установленной мощности, ч 7.1 где -годовая выработка электроэнергии, определяемая из графика нагрузки генераторов -установленная мощность станции, кВт. 7.2 где количество летних и зимних дней, ч мощность ступени графика нагрузки, кВт длительность этой ступени, ч. По 7.2 с зачетом количества блоков Тогда по 7.1 ч Капиталовложения в строительство КЭС, млн.руб 7.3 где капиталовложения в первый блок, млн.руб. капиталовложения в последующие блоки, млн.руб. число блоков коэффициент, учитывающий вид топлива 7.4 где коэффициент, учитывающий район сооружения 0,57 и 0,43 - соответственно доля капиталовложений на строительно-монтажные работы и оборудование.

По 7.3 руб. По 7.4 руб. Удельные капиталовложения в КЭС составляют млн.руб. кВт Годовой расход топлива на КЭС рассчитывается по топливным характеристикам из 20 ,т.у.т. год , 7.5 где число часов работы агрегата в году ч количество агрегатов.

По 7.5 Годовой расход топлива на КЭС т.н.т. год где Удельный расход условного топлива без учета собственных нужд, кг кВт ч Удельный расход условного топлива с учетом собственных нужд расход на собственные нужды принят из электрической части проекта и равен 3,42 где КПД брутто станции КПД нетто станции Топливные издержки, млн.руб. год 7.6 где цена топлива на месте использования, тыс.руб. т.н.т. коэффициент потерь.

Тогда по 7.6 Годовые издержки на амортизацию определяются как доля от капиталовложений в КЭС. Средняя норма амортизации для КЭС принимаем как тогда Издержки на ремонт, млн.руб. год 7.7 где коэффициент, равный для четырех агрегатов типа К-300-240 -2,9 . Тогда, согласно 7.7 руб. год Издержки на заработную плату персонала станции, млн.руб. год 7.8 где удельная численность персонала КЭС для блока 300 МВт, работающего на газе при количестве блоков - 4 фонд заработной платы, млн.руб. год. По 7.8 руб. год Прочие годовые эксплуатационные расходы Суммарные годовые издержки по КЭС Себестоимость выработанной электроэнергии определяется как отношение годовых эксплуатационных издержек к годовой выработке электроэнергии руб. кВт ч Себестоимость отпущенной электроэнергии определяется с зачетом расхода на собственные нужды, то есть руб. кВт ч Результаты расчета сведены в табл. 7.1. Таблица 7.1. Технико-экономические показатели КЭС п п Показатель Значение 1 Установленная мощность Руст, МВт 1200 2 Число и тип агрегатов 6 х К-300-240 3 Число часов использования установленной мощности hу, ч 7140 4 Годовая выработка электроэнергии, кВт ч 5 Годовой отпуск электроэнергии, кВт ч 6 Годовой расход условного топлива Вг, т.у.т. 7 Удельный расход условного топлива брутто , Бр Bу , кг кВт ч 0,313 8 Удельный расход условного топлива нетто , Н Bу , кг кВт ч 0,324 9 КПД станции брутто , n бр 0,393 10 КПД станции нетто , n н 0,380 11 Расход электроэнергии на собственные нужды, 3,42 12 Капиталовложения в КЭС Ккэс, млн. руб. 3450000 13 Удельные капиталовложения в КЭС Ккэс, млн. руб. кВт 1,92 14 Численность эксплуатационного персонала, N пер, чел. 1720 15 Себестоимость выработанной электроэнергии, руб. кВт ч 111,163 16 Себестоимость отпущенной электроэнергии, руб. кВт ч 113,9 17 Цена топлива, Цт, тыс. руб. т.н.т. 340 7.3. Экономическая оценка эффективности инвестиций В условиях рыночной экономики решающим условием финансовой устойчивости предприятия является эффективность вложения капитала в тот или иной инвестиционный проект.

Поскольку капиталовложения всегда ограничены финансовыми возможностями предприятия, а достижение результата отдалено во времени, возникает необходимость планирования инвестиционных решений и оценки экономической эффективности путем разработки инвестиционного проекта.

Инвестиционный проект - это комплексный план создания производства с целью получения экономической выгоды.

Экономическая оценка эффективности инвестиций проектируемых объектов заключается в сопоставлении капитальных затрат по всем источникам финансирования, эксплуатационных издержек и прочих затрат с поступлениями, которые будут иметь место при эксплуатации рассматриваемых объектов.

В качестве основных показателей и критериев финансово-экономической эффективности инвестиций в условиях рыночных отношений используются простые критерии -движение потоков наличности -чистая прибыль -рентабельность инвестиций -срок окупаемости капиталовложений -срок предельно возможного полного возврата банковских кредитов и процентов по ним. Интегральные критерии -чистая современная стоимость -внутренняя норма рентабельности -срок возврата капитала -суммарные или интегральные затраты.

Расчет по каждому из критериев проводится для расчетного периода, который охватывает инвестиционную и производственную стадии инвестиционного цикла.

Расчетный период срок жизни проекта -это период времени, в течении которого инвестор планирует отдачу от первоначального вложения капитала.

Его можно представить в виде временной оси, включающей периоды, отличающиеся характером затрат и доходов рис. 7.1. проектирование строительство освоение нормальная ликвидация эксплуатация инвестирование получение дохода расчетный период рис. 7.1. Расчетный период КЭС Расчетный период принимается обычно равным сроку службы наиболее важной части основного капитала. При этом стоимость тех частей основного капитала, которые имеют большой срок службы, определяется по их ликвидной стоимости.

Необходимо также учитывать замену тех частей основного капитала, срок службы которых меньше принятого расчетного периода.Непосредственным объектом экономического и финансово анализа являются потоки платежей, характеризующие процессы инвестирования и получения доходов в виде одной совмещенной последовательности.

Результирующий поток платежей формируется, как разность между чистыми доходами от реализации проекта и расходами в единицу времени.Под чистым доходом понимается доход, полученный в каждом временном интервале от производственной деятельности, за вычетом всех платежей, связанных с его получением издержками на оплату труда, сырье, налогами и другими .При этом начисление амортизации не относится к текущим затратам издержкам . Определение срока окупаемости капиталовложений производится последовательным суммированием величины чистого дохода в стабильных ценах без учета инфляции по годам расчетного периода до того момента, пока полученная сумма не сравняется со значением суммарных капиталовложений, то есть 7.9 где срок завершения инвестиций момент начала производства срок окупаемости искомая величина суммарные годовые издержки без амортизационных отчислений налог чистая прибыль.

В формуле 7.9 искомой является величина обеспечивающая равенство левой и правой частей формулы.

Значение нормы дисконтирования, при которой чистый доход становится равным нулю называется внутренней нормой доходности.Таким образом, внутренняя норма доходности объекта представляет собой коэффициент дисконтирования, при котором сумма дисконтирования притоков денежных средств без учета средств финансирования равна значению дисконтированных оттоков денежных средств за расчетный период, включающий в себя период строительства и достаточно длительный период эксплуатации объекта. Расчет показателей для финансово-экономического анализа был произведен с помощью программы, составленной в EXCEL EKON MK.xls. Строительство КЭС продолжается пять лет. Распределение капиталовложений по годам строительства и освоение мощности приведены в табл. 7.2. Реализация электроэнергии производится по цене руб. кВт ч Таблица 7.2. Распределение капиталовложений и освоение мощности по годам Годы строительства и эксплуатации Капиталовложения, Освоение мощности, 1 5 - 2 10 - 3 20 - 4 35 - 5 25 40 6 5 60 7 - 80 8 - 100 7.4. Составление бизнес-плана 7.4.1. Цели разработки проекта В данном разделе проекта содержатся сведения о технической и экономической осуществимости проекта новой электростанции с использованием в качестве основного топлива - природного газа. КЭС расположена в Западной Сибири.

Электростанция предназначена для электроснабжения крупного промышленного района.

Общая электрическая нагрузка потребителей в районе размещения составляет примерно 400 МВт. КЭС полностью обеспечивает местную нагрузку, а избыток мощности передает в систему.

Станция связана с системой по линии электропередачи напряжением 500 кВ. Промышленный район до строительства КЭС получал электроэнергию от соседних энергосистем. Для того, чтобы исключить зависимость от соседних энергосистем, создается Акционерное общество открытого типа, которое будет осуществлять строительство и эксплуатацию КЭС и продавать электроэнергию с шин электростанции в энергосистему.Последнее представляет собой АО, осуществляющее распределение электроэнергии и доведение ее до потребителей.

Целью создания АО КЭС является получение высокой прибыли на акционерную долю капитала и обеспечение надежного и экономичного энергоснабжения потребителей. 7.4.2. Анализ рынка сбыта В связи с выявленным дефицитом в энергоснабжении потребителей рассматриваемого района на новой КЭС намечается к установке шесть энергоблоков единичной мощностью 300 МВт каждый.Суммарная установленная мощность КЭС при полном развитии составляет 1800 МВт. Основное топливо для КЭС - природный газ. Число часов использования установленной мощности новой КЭС составляет 7140 часов.

Все финансово-экономические расчеты, связанные с реализацией энергетической продукции потребителям, выполнены в российских рублях, как в базовых ценах уровня 1997 года, так и с учетом некоторой условно принятой монотонной величиной темпа роста инфляции в расчетном периоде.Расчетный период включает в себя время строительства, период временной эксплуатации и годы с режимом нормальной эксплуатации до окончания физического срока службы основного энергетического оборудования КЭС. 7.4.3. Тарифы на электроэнергию Тариф на электроэнергию на шинах КЭС принят в размере 160 от себестоимости электроэнергии.

Величина системного тарифа на шинах акционерного предприятия, производящего электроэнергию, в основном расчетном варианте принята в размере 182,24 руб. кВт ч . 7.4.4. План производства Установленная мощность КЭС - 1800 МВт шесть энергоблоков по 300 МВт . Срок строительства в соответствии со строительными нормами равен пяти годам.

Пуск первого энергоблока планируется на двадцать пятом месяце с начала строительства. Шаг ввода последующих блоков - двенадцать месяцев. Расход электроэнергии на собственные нужды составляет 3,42 от номинальной мощности блоков.В соответствии с нормами освоения введенных энергомощностей была определена годовая программа отпуска электроэнергии с шин КЭС, приведенная в табл. 7.3. Энергоэкономические показатели при полном развитии КЭС в режиме нормальной эксплуатации приведены в табл. 7.4. Таблица 7.3. Программа отпуска электроэнергии на шинах КЭС Годы Освоение мощности, Годовая выработка ЭЭ, млрд. кВт ч Годовой отпуск ЭЭ, Млрд. кВт ч 1 2 3 4 5 40 5,16 4,984 6 60 7,74 7,476 7 80 10,32 9,968 8 и друг. 100 12,9 12,46 7.4.5. Организационный план Проектируемая КЭС в дальнейшей перспективе может быть расширена для покрытия возрастающих электрических нагрузок потребителей.

Для этого часть свободных средств нераспределенной прибыли, амортизационных отчислений, резервов от эксплуатации энергетического объекта может быть направлена на строительство либо последующих очередей КЭС, либо самостоятельных энергетических объектов.

Организационная структура управления производством - цеховая численность персонала определена на основании Типовых организационных структур управления тепловых электростанций и опыта эксплуатации и ремонта КЭС. К установке на КЭС принято современное, высокоавтоматизированное оборудование, что обеспечивает высокий уровень надежности энергоснабжения.

Ремонт части оборудования, арматуры и трубопроводов выполняется силами персонала КЭС, включаемого в штатное расписание. Особо сложные работы выполняются с привлечением персонала специализированных ремонтных организаций.Средняя годовая заработная плата промышленно-производственного персонала по отчету 1997 года без фонда материального поощрения составила 24 млн. руб. на человека. 7.4.6. Юридический план Для осуществления строительства и эксплуатации новой КЭС создается акционерная компания с привлечением средств за счет выпуска акций и заемного капитала потенциальных инвесторов кредитов банков и поставщиков оборудования, государственных займов, иностранного капитала и так далее . В основном варианте настоящего бизнес-плана принято распределение капиталовложений в проектируемую КЭС между акционерным и заемным капиталом в наиболее приемлемой пропорции 70 акционерного и 30 заемного с льготной, сугубо условной реальной процентной ставкой в 8 годовых. 7.4.7. Экологическая информация Существующая экологическая ситуация в районе размещения площадки КЭС находится в пределах установленных санитарных норм. Применение современного оборудования паротурбинных энергоблоков при сжигании в качестве основного топлива природного газа обеспечивает низкие выбросы загрязняющих веществ.

В связи с этим их максимальная разовая приземная концентрация после ввода в эксплуатацию новой КЭС не превышает 0.5 ПДК. 7.4.8. Социальная реакция на строительство КЭС До разработки ТЭО КЭС проведен заблаговременный и объективный опрос общественности и населения о размещении в районе новой КЭС. Изложена суть предлагаемого технического решения с объективным отражением всех отрицательных и положительных сторон проекта.

Преимуществом сооружения новой КЭС является поступление дополнительной прибыли в бюджет района и увеличение занятости населения.

К отрицательным качествам можно отнести нарушение ландшафта.

Получено согласие местного населения о создании акционерного общества открытого типа с продажей части акций как отдельным инвесторам, так и населению, проживающему в районе строительства. Достигнута договоренность о выплате дивидендов в размере 6 годовых от суммы акционерного капитала.Кроме того, в стоимость строительства проектируемой КЭС. по согласованию с местными органами включены объекты культуры, бытового и прочего назначения поликлиника, детский сад, школа, жилые дома . 7.4.9. Финансовый план Сроки строительства, годы начала освоения и периода эксплуатации в настоящем примере бизнес-плана приводится без относительной привязки к календарным годам.

На основании принятого режима работы электростанции определяется годовой отпуск электроэнергии по годам расчетного периода табл. 7.3. и объём реализации при тарифе в 182,24 руб. кВт ч на шинах КЭС. Производство побочной и сопутствующей продукции на КЭС отсутствует.

Основные технико-экономические показатели КЭС представлены в табл. 7.4. 7.4.10. Отчет о прибылях В П2 по годам расчетного периода приведен отчет о прибылях. 7.4.11. Отчет о движении наличности Отчет о движении денежных средств характеризует притоки и оттоки наличности по годам расчетного периода и представляет собой информацию об образовании и использовании источников финансовых ресурсов П2 . 7.4.12. Баланс На основании исходных данных, приведенных в предыдущих таблицах, составляется перспективный баланс по годам расчетного периода и даются показатели оценки работы энергообъекта П2 . 7.4.13. Показатели оценки работы КЭС Показатели оценки работы КЭС по годам расчетного периода составляются на основании баланса акционерного предприятия и характеризуют финансовую устойчивость и платежеспособность предприятия.

В число рассматриваемых показателей работы КЭС в настоящем бизнес-плане проектируемого объекта включены - коэффициент автономии - отношение суммы собственного капитала к итогу баланса - оборот основного капитала - отношение выручки от реализации к среднегодовой стоимости основного капитала - уровень балансовой прибыли - отношение балансовой прибыли к выручке от реализации - уровень чистой прибыли - отношение чистой прибыли к выручке от реализации - рентабельность текущих активов - отношение чистой прибыли к сумме денежной наличности нарастающим итогом - рентабельность суммарных капиталовложений - отношение свободных денежных средств чистой прибыли, амортизационных и финансовых издержек к сумме инвестиций - рентабельность акционерного капитала - отношение чистой прибыли и амортизационных отчислений к сумме вложенного акционерного капитала - точка безубыточности - минимальное число часов использования установленной мощности КЭС, при котором сумма реализации продукта равна производственным издержкам. 7.4.14. Основные выводы Ввод новой генерирующей мощности КЭС обусловлен намечающимся дефицитом энергии в рассматриваемом районе. КЭС характеризуется следующими основными технико-экономическими показателями - установленная мощность 1800 МВт - основное топливо - природный газ - годовой отпуск электроэнергии - кВт ч - капиталовложения - 3450000 млн. руб. в ценах 1997 года - удельные капиталовложения -1,92 млн. Руб. кВт - себестоимость отпущенной электроэнергии - 113,9 руб. кВт ч . Поток наличности по всем годам расчетного периода имеет положительное сальдо. Анализ приведенных фнамансово-экономических показателей свидетельствует о высокой эффективности инвестиций в рассматриваемый проект.

Таблица 7.4 Технико-экономические показатели КЭС п п Показатель Значение 1 Установленная мощность, МВт 1800 2 Число часов использования установленной мощности, ч 7140 3 Годовой отпуск электроэнергии, млрд. кВт ч 12,46 4 Срок службы объекта, лет 30 5 Срок строительства КЭС, лет 6 6 Расчетный период, лет 32 7 Год пуска первого энергоблока 5 8 Год выхода на режим нормальной эксплуатации 7 9 Годовой расход условного топлива, млн. т. у. Т 4,04 10 Цена топлива, тыс. руб. т. н. т. 340 11 Теплотворная способность топлива, кДж кг 39430 12 Капиталовложения в КЭС, млн. руб. 3450000 13 Численность эксплуатационного персонала, чел 1720 14 Среднегодовая зарплата одного работающего, млн. руб. 24 15 Средняя норма амортизационных отчислений, от капиталовложений 3.5 16 Средняя норма отчислении на ремонтное обслуживание, от капиталовложений 4.18 17 Годовой объем электроэнергии поступающей на местный рынок, 100 18 Тариф на электроэнергию, приведенный к шинам КЭС. руб. кВт ч 183,744 19 Доля акционерного капитала, 70 20 Доля заемного капитала, 30 21 Годовая процентная ставка за кредит, 8 22 Продолжительность выплаты кредита, лет 3 23 Налог на прибыль, 35 24 Дивиденды от акционерного капитала, 6 Оглавление 1. Введение 2. Паспорт станции 3. Тепловая часть 3.1. Принципиальная тепловая схема электрической станции и ее расчет 3.1.1. Процесс расширения пара в турбине с промежуточным перегревом 3.1.2. Расчет турбопривода 3.1.3 Расчет подогревателей 3.1.4. Материальный баланс потоков тепловой схемы 3.1.4.1. Введение 3.1.4.2. Расчет пара на подогреватели 3.1.4.3. Проверка правильности расчета материального баланса потоков тепловой схемы 3.1.5. Определение расхода пара 3.1.5.1. Определение расхода пара на турбину 3.1.5.2. Определение расхода пара на все потребители 3.1.6. Определение энергопоказателей блока 3.1.6.1. Расход теплоты на турбину 3.1.6.2. Коэффициент полезного действия турбоустановки 3.1.6.3. Коэффициент полезного действия блока и удельные расходы топлива 3.2. Выбор оборудования 3.2.1. Выбор котлоагрегата 3.2.2. Выбор вспомогательного оборудования 4. Электротехническая часть 4.1. Выбор структурной схемы КЭС 4.2. Выбор схем распределительных устройств 4.2.1. Введение 4.2.2. Выбор схемы распределительного устройства 220 кВ 4.2.3. Выбор схемы распределительного устройства 500 кВ 4.3. Выбор схемы питания собственных нужд 4.3.1. Общие положения 4.3.2. Описание схемы питания собственных нужд 4.3.3. Выбор рабочих и резервного трансформаторов собственных нужд 4.4. Расчет токов короткого замыкания и выбор коммутационных аппаратов 4.4.1. Введение 4.4.2. Условия выбора коммутационных аппаратов 4.4.3. Выбор выключателей и разъединителей 5. Релейная защита блока турбогенератора ТГВ-300-2У3 5.1. Общие положения 5.2. Основные защиты турбогенератора 5.3. Резервные защиты турбогенератора 5.4. Основные защиты трансформатора 5.5. Резервные защиты трансформатора 5.6. Расчет уставок защит 5.6.1. Продольная дифференциальная токовая защита генератора 5.6.2. Защита напряжения и третьей гармоники без зоны нечуствительности ЗЗГ-1 5.6.3. Одноступенчатая дистанционная защита с независимой выдержкой времени 5.6.4. Токовая защита обратной последовательности с интегрально-зависимой характеристикой 5.6.5. Максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени 5.6.6. Токовая защита с двумя ступенями интегрально-зависимой выдержки времени 5.6.7. Максимальная защита напряжения с независимой выдержкой времени 5.6.8. Поперечная дифференциальная защита 5.6.9. Защита от потери возбуждения 5.6.10. Продольная дифференциальная защита трансформатора 5.6.11. Газовая защита 5.6.12. Токовая защита нулевой последовательности с независимой выдержкой времени 6. Меры защиты населения от вредного воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередач 500 кВ 6.1. Возникновение электромагнитного поля в пространстве вблизи воздушных линий электропередач 6.2. Влияние электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля на человека 6.3. Факторы воздействия электрического поля 50 Гц на человека 6.4. Электрического поля как причина возможных воспламенений и взрывов горючих газов и паров горючих жидкостей 6.5. Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля внутри жилых зданий и на открытых территориях 6.6. Основные меры защиты от воздействий электрического поля на население.

Санитарно-защитные зоны. Экранирование.

Заземление.

Предупредительные знаки.

Выбор трассы линии, прокладка воздушной линии электропередач 7. Экономическая часть 7.1. Расчет экономической эффективности инвестиций в инвестиционный проект 7.1.1. Введение 7.1.2.Расчет технико-экономических показателей КЭС 7.3. Экономическая оценка эффективности инвестиций 7.4. Составление бизнес-плана 7.4.1. Цели разработки проекта 7.4.2. Анализ рынка сбыта 7.4.3. Тарифы на электроэнергию 7.4.4. План производства 7.4.5. Организационный план 7.4.6. Юридический план 7.4.7. Экологическая информация 7.4.8. Социальная реакция на строительство КЭС 7.4.9. Финансовый план 7.4.10. Отчет о прибылях 7.4.11. Отчет о движении наличности 7.4.12. Баланс 7.4.13. Показатели оценки работы КЭС 7.4.14. Основные выводы 8. Расчетное определение уровня электрических и магнитных полей промыш ленной частоты вблизи электроэнергетических объектов 8.1. Введение 8.2. Математическая модель расчета электромагнитных полей промышленной частоты на энергообъектах 8.3. Существующие численные методы и программные средства для расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты вблизи электроэнергетических объектов 8.4. Разработка методик расчета электрических полей промышленной частоты 8.5. Программа FIELD для расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты вблизи электроэнергетических объектов 8.6 Расчет электрического поля ячейки открытого распределительного устройства 220 кВ 9. Заключение 2. Паспорт станции Общие данные. 1. Проектируемая конденсационная электрическая станция предназначена для выдачи мощности в энергосистему на 500 кВ и обеспечение электроэнергией промышленных потребителей на 220 кВ . 2. Станция расположена в Западной Сибири. 3. Тип станции - конденсационная. 4. Установленная мощность 1800 МВт. 5. Основное топливо - природный газ, резервное - мазут. 6. Техническое водоснабжение производится от реки. Котельная. 1. На проектируемой КЭС будет установлено шесть котлов типа Пп-1000-25-545-ГМ производительностью 1000 т ч. 2. Технический минимум производительности котлов на основном топливе составляет 30 . Машинный зал. 1. На КЭС будет установлено шесть турбин типа К-300-240-3 ПОТ ЛМЗ номинальной мощностью Рном 300 МВт. 2. Расход пара на турбину 259,906 кг с. Параметры пара р 24,5 МПа, t 545 oC. Параметры перегретого пара р 4 МПа, t 545 oC. 3. Расчетное давление в конденсаторе р 0,0036 МПа. 4. На КЭС будет установлено шесть насосов типа СВПТ-350-1350 и шесть резервных питательных насосов типа СВПЭ-320-550. Основное электротехническое оборудование. 1. Шесть турбогенераторов типа ТГВ-300-2У3 с Рном 300 МВт. 2. Четыре трансформатора типа ТДЦ-40 500 с Sном 400 МВА два трансформатора типа ТДЦ-40 220 с Sном 400 МВА четыре автотрансформатор связи типа АОДЦТН-167000 500 220 с Sном 500 МВА. 3. Число, тип, мощность и напряжение трансформаторов собственных нужд 7хТРДНС-25000 35 с Sном 25 МВА, 20 6,3-6,3 1хТРНД-25000 220 с Sном 25 МВА, 220 6,3-6,3. Распределительные устройства. 1. Выдача электроэнергии в энергосистему производится на напряжении 500 кВ, обеспечение электроэнергией промышленных потребителей производится на напряжении 220 кВ. 2. Распределительные устройства 500 и 220 кВ - открытые распределительные устройства ОРУ . 3. ОРУ 500 кВ выполнено по схеме три присоединения на четыре выключателя с выключателями типа ВНВ-500Б-40 3150У1 , от него отходят три воздушных линии ВЛ 500 кВ, связывающие КЭС и энергосистему.

ОРУ 220 кВ выполнено по схеме одна секционнированая система сборных шин с обходной системой шин с выключателями типа ВВБ-220Б-31,5 2000У1, от него отходят четыре ВЛ 220 кВ, питающих потребителей. 4. Распределительные устройства собственных нужд 6 и 0.4 кВ выполнены по схеме с одной системой сборных шин. Технико-экономические показатели проектируемой КЭС. 1. Годовая выработка электроэнергии ГВтч год 2. Расход электроэнергии на собственные нужды 3. Удельный расход условного топлива - на производство 1 кВт ч электроэнергии г.у.т. кВтч - на отпуск электроэнергии г.у.т. кВтч 4. Капитальные вложения в КЭС 5. Себестоимость производства электроэнергии руб кВтч 6. Число часов использования установленной мощности ч год 7. КПД станции по отпуску электроэнергии Рис. 8.2. Распределение напряженности электрического поля в ячейке трансформатора ОРУ 220 кВ 8. Расчетное определение уровня электрических и магнитных полей промышленной частоты вблизи электроэнергетических объектов 8.1. Введение Промышленные инфраструктуры могут оказывать значительное влияние на окружающую среду.

Это справедливо и для объектов электроэнергетики.

Они расположены во всех регионах России.

Воздушные линии электропередачи ВЛ имеют огромную протяженность, проходя через регионы с различной экологической обстановкой.

Персонал подстанций и население, проживающее вблизи ВЛ, испытывают экологическую нагрузку, обусловленную как токсикогенами воздушной и водной сред, загрязняемых различными промышленными и сельскохозяйственными предприятиями, так и электрическими и магнитными полями энергообъектов.

Поэтому экологическая экспертиза электросетевых объектов должна включать в себя оценку широкого спектра вредных факторов от специфических электрических и магнитных полей промышленных частот до токсических, радиационных и даже гелиофизических факторов.

Вопрос о негативном влиянии на человека низкочастотных электрических и магнитных полей, создаваемых электроэнергетическими и электротехническими установками на производстве и в быту, в настоящее время широко обсуждается в ведущих международных электротехнических и медицинских организациях с целью конкретизации реальной опасности и выработки соответствующих нормативных документов по защите как населения, так и специалистов, работающих в этой сфере.

В России действуют некоторые нормативные документы.

Однако оценка реально действующих уровней напряженности электрических и магнитных полей вблизи электроэнергетических объектов с учетом сложности электрических соединений и строительных конструкций пока остается сложной проблемой.

Из сказанного вытекает необходимость разработки средств для исследования уровней напряженности электрического и магнитного полей промышленной частоты от электросетевых объектов.

Одним из таких средств является программное обеспечение, позволяющее создавать расчетные модели существующих или только еще проектируемых объектов, выполнять расчет полей, при необходимости предлагать меры по уменьшению их интенсивности и тут же проверять эффективность этих мер. Данная работа посвящена разработанным группой авторов А.Ф. Дьяковым, О.А. Никитиным, Б.К. Максимовым, А.А. Белогловским и В.Н. Винокуровым 17 численным методикам расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты и созданию на их основе программы, получившей название FIELD для расчета этих полей вблизи электросетевых объектов линий электропередачи и подстанций с учетом искажений, вносимых расположенными в их окрестностях зданиями, транспортными средствами, биологическими объектами и т.д. 8.2. Математическая модель расчета электромагнитных полей промышленной частоты на энергообъектах Длина волны электромагнитного поля промышленной частоты м где м с - скорость света в вакууме Гц - промышленная частота намного превышает характерные размеры энергообъектов.

Это позволяет рассматривать электрические и магнитные поля промышленной частоты как квазистатические.

В такой постановке электрические и магнитные поля могут рассматриваться и вычисляться раздельно через значения потенциалов и токов проводов.

При этом распределение электрического поля в данной системе подчиняется уравнению Лапласа , 8.1 а распределение магнитного поля - закону полного тока rot, 8.2 где - потенциал электрического поля H - напряженность магнитного поля - плотность токов, протекающих в проводниках системы.

Система, в которой формируются электрические и магнитные поля энергообъектов, представляет собой большое количество отрезков проводов ошиновок , сложным образом ориентированных в пространстве, а также ряд различных наземных объектов.

Кроме того, на формирование полей оказывает влияние грунт, на котором расположен энергообъект.

Необходимо решить вопрос записи граничных условий на поверхности тел данной системы.

Как показано в 17 , при расчете электрических полей тело может считаться проводником, если , 8.3 где - проводимость тела - его диэлектрическая проницаемость 0 - диэлектрическая постоянная - круговая частота.

Для металлических тел выполнение условия 8.3 не вызывает сомнений.

Для бетона 10-6 См м 10 и , для грунта 1,110-5 310-2 См м 3 30 и 3,6106. Таким образом, условие 8.3 даже для неметаллических тел, составляющих полеобразующую систему, выполняется.

С учетом этого для тел полеобразующей системы на границе раздела проводящее тело - воздух граничное условие записывается в следующем виде касательная к поверхности тела составляющая вектора напряженности электрического поля E 0, 8.4 что соответствует эквипотенциальности поверхности тел поверхн. const. 8.5 Согласно 17 , при расчете распределения магнитного поля вид граничных условий для решения уравнения 8.2 определяется характером проникновения магнитного поля в среду.

Рассмотрим типичные случаи.

Интерес представляют три возможные ситуации.

Первая.

Взаимодействие поля со стальными конструкциями. Согласно 17 для характерных значений проводимости 107 См м и относительной магнитной проницаемости 5000 толщина скин-слоя составляет 0,32 мм. При этом поле ослабляется примерно в 6,6106 раз на расстоянии 5 мм. Это означает, что магнитное поле в стали практически отсутствует, а на поверхности конструкции справедливо следующее граничное условие 17 нормальная к поверхности тела составляющая вектора напряженности магнитного поля Hn равна нулю Hn 0. 8.6 Вторая.

Взаимодействие поля с медными или алюминиевыми токоведущими частями.

При характерных значениях 5,8107 См м и 1 толщина скин-слоя составляет 10 мм, что соответствует ослаблению поля в 1,7 раза на глубине 5 мм. Это означает, что поле существенно ослабляется на расстоянии, сопоставимом с размерами токоведущих частей электросетевого оборудования.

В то же время искажение магнитного поля данными конструкциями при отсутствии в них тока, определяемого режимом работы энергооборудования происходит в сравнительно локальном объеме.С точки зрения экологического воздействия магнитных полей промышленной частоты такие искажения магнитного поля можно не учитывать.

Поэтому в данной ситуации допустимо пренебречь размерами токоведущих частей, считая определяемые режимом работы энергооборудования токи сосредоточенными на их осях. Эти токи учитываются в правой части уравнения 8.2 . Токами, индуцированными в токоведущих частях внешними магнитными полями, можно пренебречь. Третья. Взаимодействие поля с неметаллическими частями и грунтом.Здесь из-за низкой проводимости грунта при магнитной проницаемости, равной единице, толщина скин-слоя составляет десятки сантиметров или единицы метров, то есть поле проникает в грунт почти без ослабления.

Поэтому при расчете магнитных полей наличием грунта предлагается пренебречь. Итак, распределение магнитного поля в пространстве между телами полеобразующей системы находится из уравнения 8.2 . На поверхностях стальных конструкций требуется выполнение граничного условия 8.6 . Токоведущие части провода и ошиновки выступают только в роли источников поля и определяют правую часть уравнения 8.2 . Наличие неметаллических объектов и грунта при расчете магнитного поля не учитывается. 8.3. Существующие численные методы и программные средства для расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты вблизи электроэнергетических объектов Особенности расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты вблизи электроэнергетических объектов Расчет электрических и магнитных полей промышленной частоты при анализе экологической обстановки на электроэнергетических объектах имеет ряд отличительных черт по сравнению с расчетом полей в других устройствах высокого напряжения трехмерный характер поля сложность полеобразующей системы, в которую могут входить многие десятки и даже сотни тел разнообразная форма тел, составляющих полеобразующую систему, в которую могут входить и тонкие проводники, один из геометрических размеров которых на порядок и более превышает остальные фазные провода, молниезащитные тросы, ошиновки подстанций, элементы конструкций опор ВЛ и порталов подстанций и т.д и объемные тела, у которых все размеры сопоставимы здания вблизи ВЛ и на территории подстанций, транспортные средства и т.д. существенный вклад в формирование общей картины поля вносят не только находящиеся под напряжением и заземленные элементы конструкций ВЛ и подстанций, но и расположенные вблизи них жилые здания и другие сооружения, а также проезжающие мимо транспортные средства существующими санитарными нормами 17 ограничиваются уровни напряженности поля от поверхности земли на высоте 1,8 м, то есть на значительном удалении от частей оборудования, находящихся под напряжением в то же время значительный интерес представляют распределения полей в непосредственной близости от заземленных частей оборудования, зданий и сооружений, вблизи которых могут находиться люди в этой связи используемые для расчета численные методы и программное обеспечение должны обеспечивать заданную точность расчета вблизи заземленных компонентов полеобразующей системы и в межэлектродном пространстве.

С учетом этих особенностей рассмотрим существующие методы расчета электрических и магнитных полей и разработанные на их основе программные средства.

Обзор существующих численных методов и программных средств Поскольку, как отмечено выше, электрические и магнитные поля электроэнергетических объектов являются трехмерными и имеют весьма сложную конфигурацию, интерес в данной ситуации методы и программы, позволяющие анализировать именно такие поля. Электрические поля. В подавляющем большинстве работы для расчета электрических полей сложной конфигурации применялись методы интегральных уравнений и эквивалентных зарядов 17 . Это связано с их сравнительно умеренными требованиями к используемой вычислительной технике по сравнению, например, с методами конечных разностей или конечных элементов.

При расчете электрического поля методом эквивалентных зарядов непрерывное распределение заряда по поверхности проводника замещается совокупностью фиктивных эквивалентных дискретных зарядов, которые располагаются внутри проводника.

Значения этих первоначально неизвестных зарядов определяются из условия эквипотенциальности поверхности проводника 8.5 . В отличие от метода эквивалентных зарядов метод интегральных уравнений не использует дискретные заряды.

Вместо этого он оперирует кусочно-постоянными или кусочно-линейными распределениями заряда по поверхности, аппроксимируя таким образом реальное распределение заряда по поверхности.

В принципе это делает данный метод более точным по сравнению с методом эквивалентных зарядов при расчете поля вблизи поверхностей электродов.

Преимуществом метода эквивалентных зарядов является более высокое быстродействие основанных на нем программ, обусловленное следующим.

Поля дискретных эквивалентных зарядов вычисляются, как правило, по сравнительно компактным выражениям.В методе интегральных уравнений для определения параметров поля распределенных зарядов приходится прибегать к численному интегрированию, что требует больших затрат машинного времени.

Упомянутые особенности методов привели к следующему разделению областей их применения. Метод интегральных уравнений используется для расчета двухмерных плоско-параллельных и аксиально-симметричных электрических полей относительно несложной конфигурации. Он также успешно используется для расчета трехмерных полей ограниченной сложности.Метод эквивалентных зарядов, подобно методу интегральных уравнений, с успехом используется для расчета плоскопараллельных и аксиально-симметричных электрических полей. Он исключительно удобен для расчета сложных трехмерных полей конструкций, образованных тонкими проводниками.

Метод эквивалентных зарядов успешно применялся также для исследования трехмерных полей в электротехнологических установках с игольчатыми коронирующими электродами.Вместе с тем использование как метода интегральных уравнений, так и метода эквивалентных зарядов для расчетов полей электроэнергетических объектов, полеобразующая система которых включает в себя и тонкие проводники, и объемные тела, затруднено.

Это обусловлено следующим. Метод интегральных уравнений в этом случае затрачивает недопустимо много машинного времени на интегрирование зарядов, распределенных по поверхностям тонких проводников. Для расчета систем тонких проводников наиболее удобен метод эквивалентных зарядов.Однако он, в свою очередь, встречает трудности при анализе полей объемных тел, поскольку замещение их заряда дискретными эквивалентными зарядами оказывается весьма сложной задачей.

Поэтому представляется целесообразной разработка такой модификации метода эквивалентных зарядов, которая позволяла бы рассчитывать как поля тонких проводников, так и поля объемных тел. Магнитные поля. При расчете магнитных полей промышленной частоты наиболее широкое распространение нашли методы конечных элементов и интегральных уравнений. К сожалению, все сказанное о проблемах, возникающих при расчете электрических полей методом интегральных уравнений, в полной мере относится к расчету магнитных полей методами конечных элементов и интегральных уравнений.

Основанные на них программы, дают в руки исследователю мощный инструмент для исследования трехмерных магнитных полей. Однако в характерных для электроэнергетических объектов задачах, полеобразующая система которых включает в себя и тонкие проводники, и объемные тела, их требования к быстродействию вычислительной машины могут оказаться чрезвычайно высокими.Причиной этого является основное положение, лежащее в основе метода интегральных уравнений для расчета магнитных полей и заключающееся в следующем.

Реальное распределение тока по поверхности проводника аппроксимируется лежащими на поверхности токовыми элементами с кусочно-постоянным или кусочно-линейным распределением тока. Значения токов в этих элементах вычисляются исходя из граничного условия 8.6 . Параметры магнитного поля каждого такого элемента определяются при помощи численного интегрирования, что требует значительных затрат машинного времени.

Поэтому при расчете магнитных полей, создаваемых такими сложными полеобразующими системами, какими являются электросетевые объекты, более целесообразным представляется подход, аналогичный подходу, применяемому в методе эквивалентных зарядов при расчете электрических полей. Реальное распределение тока по поверхности проводника должно быть замещено системой дискретных эквивалентных токов, расположенных внутри проводника.Их значения можно определить исходя из граничного условия 8.6 . Параметры поля каждого такого эквивалентного тока определяются сравнительно простыми аналитическими выражениями, что позволяет избежать затрат времени на численное интегрирование.

Авторы 17 предлагают вариант реализации такого подхода. Постановка задачи Учитывая упомянутые выше особенности расчета электрических и магнитных полей вблизи электроэнергетических объектов трехмерный характер и сложность конфигурации поля, разнообразие форм составляющих полеобразующую систему объектов, необходимость расчета поля на значительном удалении от токоведущих элементов конструкции, но в непосредственной близости от заземленных элементов и т.д. и принимая во внимание описанные выше свойства существующих численных методов и расчетных программ, можно придти к следующим выводам.

Для расчета электрических полей промышленной частоты вблизи электроэнергетических объектов представляется целесообразным принять за основу метод эквивалентных зарядов.

При этом необходимо разработать модификацию метода, позволяющую исследовать поля в полеобразующих системах, включающих в себя и тонкие проводники фазные провода, молниезащитные тросы, ошиновки подстанций, элементы конструкций опор ВЛ и порталов подстанций и т.д. и объемные тела здания вблизи ВЛ и на территории подстанций, транспортные средства и т.д. при приемлемом времени вычислений.Для расчета магнитных полей следует разработать метод, в котором реальное распределение тока по поверхности проводника замещалось бы совокупностью дискретных эквивалентных токов, размещенных внутри проводника.

Значения этих токов вычислялись бы исходя из граничного условия 8.6 . Далее излагаются результаты этой работы в соответствии с 17 . 8.4. Разработка методик расчета электрических полей промышленной частоты При расчете электрического поля методом эквивалентных зарядов непрерывное распределение заряда по поверхности проводника замещается дискретными фиктивными эквивалентными зарядами ЭЗ , которые располагаются внутри проводника.

Предположим, что число таких зарядов N. Значение этих первоначально неизвестных зарядов может быть определено в соответствии с уравнением 8.1 исходя из требования выполнения граничного условия 8.5 в N контурных точках, лежащих на поверхности проводника.Требуется, чтобы в любой контурной точке потенциал, являющийся суперпозицией потенциалов отдельных эквивалентных зарядов, был равен потенциалу проводника , 8.7 где qi - эквивалентные заряды Vj - предварительно заданные потенциалы проводников в контурных точках pi,j - потенциальные коэффициенты.

Когда записаны уравнения 8.7 для всех j 1 N контурных точек, полученная система уравнений решается относительно неизвестных значений qi методом Гаусса.После этого поле в произвольной точке межэлектродного промежутка определяется как суперпозиция полей ЭЗ. При расчете полей тонких проводников авторы 17 сочли целесообразным использовать для решения этой задачи методику заключающуюся в следующем.

Предполагается, что весь заряд тонкого проводника сосредоточен на его оси. Распределение заряда по оси проводника принимается кусочно-линейным.Значения плотности заряда на оси проводника в узловых точках находятся из системы линейных уравнений 8.7 . При расчете поля объемных проводников возможны два варианта либо в качестве эквивалентных зарядов используются точечные заряды, либо под поверхностью проводника создается непрерывная сеть из прямолинейных заряженных отрезков.

Проведенный анализ показал, что число неизвестных в системе уравнений 8.7 в первом случае оказывается в 3 - 4 раза больше, чем во втором. Поэтому для расчета поля объемных проводников использовали непрерывную сеть с прямоугольными ячейками из эквивалентных зарядов рис. 8.1 . Последние представляли собой прямолинейные заряженные отрезки с линейным распределением заряда по длине.Все сходящиеся в i-м узле заряженные отрезки имеют плотность заряда i в данном узле и нулевую плотность заряда на противоположных концах. Аналогично, в i 1-м узле эквивалентные заряды имеют плотность i 1 и нулевую на остальных концах.

В результате наложения таких эквивалентных зарядов распределение заряда между i-м и i 1-м узлами имеет линейный характер, а плотность заряда меняется от i до i 1. Аналогичная ситуация имеет место для остальных узлов сети. Таким образом, вся система эквивалентных зарядов полностью определяется значениями линейной плотности заряда в узлах.Описанная методика размещения эквивалентных зарядов легко обобщается как на случай тонких проводников когда эквивалентные заряды располагаются на их осях и сеть узлов оказывается одномерной , так и на случаи сети большей размерности, трех- и четырехугольные ячейки.

Рис. 8.1. Размещение эквивалентных зарядов и контурных точек при расчете электрического поля трехмерного тела методом эквивалентных зарядов виды в плоскости, перпендикулярной к поверхности тела и в стереометрии о - эквивалентные заряды - контурные точки Поле каждого ЭЗ в форме прямолинейного заряженного отрезка с линейным распределением заряда по длине вычисляется в декартовой системе координат.

Поле для каждого узла сети рис. 8.1. вычисляется как суперпозиция полей эквивалентных зарядов. Это дает возможность записать для узлов систему уравнений 8.7 , решить ее относительно значений плотности заряда в узлах и, зная эти значения рассчитать электрическое поле в любой точке межэлектродного промежутка.Преимущества предложенного варианта расчета следуют из того, насколько он удовлетворяет требованиям к выбору типа эквивалентных зарядов.

Структура зарядов должна быть достаточно простой, а их поле должно иметь аналитическое описание. Система зарядов должна обеспечивать гладкое распределение напряженности поля по поверхности проводника. Количество зарядов, необходимое для моделирования трехмерных тел, не должно быть слишком большим.Прямолинейные отрезки с линейным распределением заряда лучше других удовлетворяют этим требованиям.

Они занимают промежуточное положение между точечными зарядами и двухмерными поверхностными распределениями. Но в первом случае необходимое число зарядов очень велико, а в последнем проявляются все сложности метода интегральных уравнений.То, что все сходящиеся в данный узел отрезки имеют одинаковую плотность заряда в узле и нулевую на противоположных концах, упрощает запись системы уравнений 8.7 . Важное значение имеет выбор расстояния между контурными точками L и глубины расположения зарядов под поверхностью тела т.е. расстояния между j-й контурной точкой и ближайшим к ней i-м узлом зарядов H в зависимости от минимального радиуса кривизны поверхности в данной точке Rm j . Это определяется тем, что распределение плотности заряда по поверхности проводящего тела зависит от радиуса кривизны поверхности и его изменения вдоль поверхности. На длине, равной радиусу кривизны поверхности, должно размещаться не менее двух - трех контурных точек, а радиус кривизны в двух соседних контурных точках должен изменяться менее чем в 2 раза. В результате большого числа тестовых расчетов были выработаны следующие рекомендации по размещению контурных точек и эквивалентных зарядов L Rm j 0,5 1,0 H L 1,5 8.8 Rm j 1 Rm j 2. Соблюдение этих рекомендаций позволяет добиться точности расчетов с погрешностью менее 5 . Контурные точки размещаются на поверхности тела непосредственно над узлами зарядов.

Существует еще один прием, способствующий рациональной организации расчетов.

Если объемные тела имеют плоские поверхности или поверхности с очень большим радиусом кривизны, то для их правильного моделирования рекомендуется размещать заряды чаще, чем это следует из соотношений 8.8 . Однако при этом значения плотности заряда от узла к узлу изменяются мало. Это позволяет контурные точки располагать только над базовыми узлами, а заряды в промежуточных узлах между базовыми определять как функционально зависящие например, линейно от базовых зарядов.

Это позволяет существенно уменьшить порядок системы 8.7 и улучшить ее обусловленность.

На основе изложенной методики группой авторов была разработана программа FIELD-E для расчета двух- и трехмерных электрических полей 17 . 8.5. Программа FIELD для расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты вблизи электроэнергетических объектов На основе изложенных выше методик расчета трехмерных электрических и магнитных полей промышленной частоты группой авторов была разработана программа FIELD для расчета полей вблизи электроэнергетических объектов 17 . В состав программы в текущей версии FIELD 3.0 входят упомянутый выше модуль FIELD-Е для расчета электрических полей и модуль FIELD-М для расчета магнитных полей, а также ряд вспомогательных модулей, обеспечивающих расчет полей тел различной конфигурации.

В текущей версии программы это тонкие проводники позволяющие моделировать фазные провода, молниезащитные тросы, ошиновки, опоры ВЛ и порталы подстанций , прямоугольные параллелепипеды и тела, обладающие аксиальной симметрией позволяющие моделировать различные здания, трансформаторы, транспортные средства и т.д Такой набор тел дает возможность моделировать практически все оборудование электросетевых объектов.

Кроме того, в нее включены средства, обеспечивающие ввод расчетной модели исследуемого электроэнергетического объекта, графическое отображение исходных данных и результатов расчета, база данных, позволяющая сохранять и затем повторно использовать введенные расчетные модели объектов.

Все компоненты программы FIELD объединены общей графической оболочкой, обеспечивающей их совместное функционирование. Программа FIELD 3.0 позволяет вычислить для любой точки пространства действующие значения напряженностей электрического и магнитного полей промышленной частоты по заданным действующим линейным значениям напряжений на проводниках и действующим значениям токов в токоведущих частях.Ввод данных в программе FIELD 3.0 выполняется при помощи шаблонов, определяющих порядок ввода параметров тел, составляющих полеобразующую систему.

Cразу после ввода параметров очередного тела представляется возможность увидеть на экране как его собственное положение, так и положения ранее заданных тел. Пользователю дается возможность выбора координатной плоскости, в проекции на которую представляется изображение полеобразующей системы. Одновременно выводится число имеющихся на текущий момент эквивалентных зарядов.Закончив ввод расчетной модели какой-либо конструкции, пользователь может как сохранить ее в виде отдельной задачи для выполнения расчетов, так и ввести в базу данных для использования в дальнейшем вместе с другими расчетными моделями.

Расчет электрического и магнитного полей выполняется вдоль задаваемых в пространстве отрезков. Результаты расчета представляются в виде графиков распределения напряжен.