Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности геологоразведочных работ на основе совершенствования электроснабжения в современных условиях

ВАК РФ 25.00.14, Технология и техника геологоразведочных работ

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности геологоразведочных работ на основе совершенствования электроснабжения в современных условиях"

На правах рукописи

КОСЬЯНОВ Вадим Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 25.00.14 - Технолог¡¡я и техника

геологоразведочных работ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2005

Работа выполнена в Московском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе.

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор, академик РАЕН

Лимитовский Александр Михайлович

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор, академик РАЕН

Калинин Анатолий Георгиевич

кандидат технических наук Петров Игорь Петрович

Ведущая организация. ОАО «ЦЕНТРГЕОЛОГИЯ»

Защита состоится « 16 » июня 2005 г. в 1430 часов ауд. 4-15a на заседании диссертационного совета Д 212.121.05 при Московском государственном геологоразведочном университете. Адрес: 117997, Москва, ул.Миклухо-Маклая, д. 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного геологоразведочного университета.

Автореферат разослан « » мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, советник РАЕН

Назаров А.П.

/40 Я 6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Экономически обоснованный выбор варианта системы электроснабжения геологоразведочных работ в каждом конкретном случае всегда являлся важной задачей, а сегодня в условиях разрыва произволе 1 венных связей, дефицита энергоресурсов, резкого роста цен на энергоносители, актуальность ее многократно возрастает.

На решение этой проблемы оказывает влияние два фактора:

- особенности электроснабжения геологоразведочных работ;

- переход от плановой модели экономики к рыночным отношениям

К первому фактору можно отнести общие особенности электроснабжения геологоразведочных работ, такие как удаленность объектов от государственной энергосистемы, разнообразие горно-геологических и технико-экономических условий, территориальную рассредоточенностъ потребителей, сложные транспортные и климатические условия, резкие изменения масштабов потребления энергии в связи со стадийностью и сезонностью работ.

Все эти особенности предопределяют:

- большое разнообразие возможных вариантов электроснабжения, сильно различающихся по своим затратам;

- необходимость в производстве энергии на местах;

- потребность в переходе от одной системы электроснабжения к другой, в зависимости от масштабов и стадийности проводимых работ.

Ко второму фактору можно отнести то, что финансируемые ранее из госбюджета геологоразведочные экспедиции преобразовались, где это возможно, в унитарные горно-геологические предприятия, переходящие на самостоятельное решение своих финансовых вопросов. В связи с этим одна из главных статей расходов - расходы на электроснабжение (около 30 % от общих затрат), должна обеспечиваться, практически, самостоятельно без внешней централизованной поддержки. А это означает, что меняется сама концепция подхода к вопросам электроснабжения.

Так, если при плановом ведении хозяйства система централизованного энергообеспечения от районной энергосистемы была наиболее предпочтительной, удобной, позволяющей решать, не считаясь особенно с затратами, вопросы электро-и теплоснабжения, то сейчас, когда за все платит само предприятие, на первое место выступают вопросы эффективности энергоснабжения и обеспечивающих его систем.

Исходя из вышеизложенного, главным моментом, позволяющим решить проблемы в совокупности, сегодня является изыскание путей наиболее эффективного использования энергоресурсов посредством применения экономически обоснованных технических решений. А это означает, в первую очередь, правильный выбор варианта электроснабжения и его элементов, и своевременный переход при необходимости к другому, более экономичному, применительно к изменяющимся условиям разведки.

Поэтому, проведение исследований с позиции комплексного подхода к

вопросам оптимизации

использования

имеющихся ресурсов, является актуальной задачей, решение ко юрой позволит повысить эффект ивность геологоразведочных работ.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности проведения геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые за счет обоснованного выбора оптимального варианта электроснабжения на основе совершенствования методики технико-экономического сравнения возможных вариантов и рационального обоснования элементов системы энергообеспечения.

Идея работы заключается в том, что при технико-экономическом обосновании и расчетах систем электроснабжения геологоразведочных работ необходимо учитывать современные рыночные отношения в экономике.

В рамках поставленной цели были сформулированы следующие задачи-

1. На основе возможностей технико-экономического анализа исследовать системы электроснабжения геологоразведочных работ и разработать, с учетом современных экономических условий, методику инженерного расчета для обоснования оптимального варианта энергообеспечения в конкретных условиях;

2. Разработать методику расчета сечения проводов распределительных линий электропередач по экономическому критерию на основе современного технико-экономического подхода, с проверкой получаемого результата по техническим условиям.

3. Разработать технические рекомендации по снижению уровня потерь напряжение в распределительных линиях электропередач напряжением до 1 ООО В и возможности использования их на генераторном напряжении на большие расстояния.

Методы исследований. Указанные задачи решались путем анализа экспериментальных и теоретических работ, проводимых в этой области, теоретических исследований с использованием современного экономического аппарата и методов математической статистики с последующей обработкой результатов исследований на ЭВМ с применением стандартных пакетов программ Excel, MathCAD.

Научное значение. Разработан комплекс теоретических полоА'ений и практических рекомендаций по повышению эффективности геологоразведочных работ посредством совершенствования вопросов электроснабжения.

Научная новизна выполненной работы:

1. Разработаны технико-экономические модели базовых систем электроснабжения геологоразведочных работ. В результате многофакторного анализа, отражающего влияние составляющих параметров, входящих в эти модели, получены расчетные зависимости, положенные в основу оптимизации энергообеспечения объектов отрасли в современных условиях;

2. Разработаны основы технико-экономического анализа и выбора

оптимального варианта электроснабжения применительно к любым условиям и ei адийности ведения геологоразведочных работ;

3 Получены зависимости сечения проводов распределительных линий электропередач от технико-экономических параметров системы электроснабжения геологоразведочных работ, позволившие разработать новый критерий оптимизации ее элементов;

4. Установлена зависимость уровня допустимых потерь напряжения от параметров системы электроснабжения, позволяющая увеличить расстояние передачи электроэнергии на генераторном напряжении без использования трансформации.

Практическая значимость:

1. Разработана методика инженерного расчета обоснования оптимального варианта электроснабжения для любых условий и стадийности ведения геологоразведочных работ, исходя из современных требований экономики;

2. На основе полученных расчетных зависимостей предложен метод технико-экономического расчета сечений проводов распределительных линий, обеспечивающий экономию проводникового материала;

3. Рекомендована методика регулирования напряжения в распределительных сетях потребителей геологоразведочных работ обеспечивающая расширение области применения систем электроснабжения на генераторном напряжении;

4. Даны методические разработки для использования полученньгх данных в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях энергетической комиссии РАЕН, проводимых в рамках научных конференций «Новые идеи в науках о Земле» (г.Москва, МГГА - МГГРУ, апрель, 2001 - 2005г.г.) с участием профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московского государственного геологоразведочного университета и Санкт-Петербургского горного университета, Академии Народного хозяйства при Правительстве Российской Федерации, представителей Министерства Природных ресурсов Российской Федерации, компании «Татнефть», РКК «Энергия».

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ, в которых раскрываются основные теоретические положения, практические рекомендации и результаты проведенных исследований.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста, списка литературы из 83 наименований, содержит 15 рисунков, 12 таблиц и 3 приложения

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, методы исследований, показана научная новизна.

В первой главе выполнен анализ систем энергообеспечения объектов геологоразведочных работ и разработаны основные теоретические методы, положенные в основу инженерного расчета выбора оптимального варианта электроснабжения в современных экономических условиях на разных этапах их проведения.

Во второй главе дано обоснование оптимального сечения проводов распределительных линий электропередач при проведении геологоразведочных работ различных стадий и рекомендуемый принцип их расчета, обеспечивающий оптимальный расход проводникового материала при выполнении необходимых технических требований.

В третьей главе проведены исследования по оптимизации уровней напряжения при проведении геологоразведочных работ, регулированию напряжения ) источника тока и потребителей, обоснованы рациональные области применения вольтодобавочных трансформаторов.

В четвертой главе произведено технико-экономическое обоснование практического использования полученных теоретических разработок по повышению эффективности электроснабжения геологоразведочных работ.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами, их практическое использование и ценность.

Диссертация является результатом производственных и научно-исследовательских работ, выполненных на кафедре Энергетики Московского государственного геологоразведочного университета в соответствии с планом НИР Министерства образования Российской Федерации номер государственной регистрации 01.2.00 3 09048.

Работа базируется на теоретических и практических исследованиях отечественных специалистов, а также разработках, выполненных лично автором.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю -доктору технических наук, профессору А.М.Лимитовскому за ориентацию, научное руководство и постоянную поддержку при выполнении настоящей диссертационной работы.

Автор благодарит коллектив кафедры Энергетики и лично кандидата технических наук М.В.Меркулова за ценную помощь и советы, оказанные на разных этапах работы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Научной основой для формулирования целей и задач являются работы в области повышения эффективности геологоразведочных работ, связанные с вопросами оптимизации и совершенствования их электроснабжения, снижением затрат энергии при проведении буровых работ на твердые полезные ископаемые, экономии топливно-энергетических ресурсов, таких авторов, как А.М.Лимитовского, Е.А.Козловского, Б.М.Ребрика, В.В.Алексеева, М.В.Меркулова, А.П.Жернакова, В.А.Пряхина, Ю.В.Тихонова, А.А.Гланца и др.

Применяемая методика выбора оптимального варианта электроснабжения в качестве общепринятого критерия экономичности того или иного варианта использует значение приведенных (расчетных) затрат (в рублях):

3 = еК + И, /1/

где- К - капитальные затраты:

е - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, принимаемый в энергетике равным 0,12;

И - годовые издержки производства, равные себестоимости продукции

Эта методика во многом несовершенна, т.к. коэффициент е является искусственным и не отражает в полной мере сущности экономического содержания. Она не учитывает фактора времени, налог на прибыль и ставку альтернативного вложения, не позволяет правильно оценить преимущества того или иного варианта электроснабжения в определенный период времени.

Проведенные исследования позволили сформулировать следующие защищаемые научные положения:

Первое защищаемое положение.

Выбор оптилишьной системы электроснабжения рекомендуется производить по полученным расчетным зависимостям, позволяющим учесть условия и стадийность проведения геологоразведочных работ.

Предлагаемая методика расчет позволяет оценить сегодняшнюю стоимость работ в увязке с временными их рамками, а также учесть инфляционные процессы происходящие в стране.

Основная формула затрат при эюм может быть представлена в следующем

виде:

3 = -К-К0-И+Д+Е + А, /2/

где К - начальные капиталовложения на покупку оборудования, его ремонт и фанспортировку.

К0- начальный оборотный капита I (можно принять стоимость запасов топлива на рассматриваемый период):

И - стоимость текущих затрат, приведенная к исходному моменту, другими словами -издержки производства.

/) - сумма остаточных капиталовложений, приведенных к исходному моменту, Е - экономия на налоге на прибьпь в связи с текущими за фатами, А - экономия на нало1с на прибы п> в связи с амортизационными отчислениями

Перед слагаемым К, К„ , И показывающими отток средств, стоит отрицательный знак, а перед слагаемыми Д, Е и А, несущими в себе экономию или приток средств - положительный.

Последнее объясняется тем, что, производя текущие затраты, сокращается прибыль, следовательно, и налог на прибыль.

Приведенные затраты 3 рассчитываются по каждому базовому варианту электроснабжения и при этом расчетное время функционирования энергосистемы может быть принято переменной величиной.

После подстановки значений слагаемых основная формула затрат /2/ принимает вид:

1 * 0+0" * ' I " ;

где С„ - ставка налога на прибыль, в настоящее время 0,35, в долях единицы; р - коэффициент амортизации оборудования можно принять в среднем 0,1, в долях единицы;

Ик - затраты за рассматриваемый период времени, рублей;

/ - ставка альтернативного вложения за рассматриваемый период времени, в долях единиц, п - количество временных интервалов, за которое проводится анализ, шт.

Эксплуатационные затраты за рассматриваемый отрезок времени слагаются из ряда издержек (в рублях):

Я*= #зл+ Иэ + Ип э+ ИРГ1+ ИТг+ ИПР,

где: Изп - издержки на зарплату персонала, обслуживающего энергоустановки, рублей, Иэ - издержки на электроэнергию или топливо в зависимости от рассматриваемого варианта, рублей;

Ипэ - издержки, связанные с потерей энергии в линиях энергопередач и трансформаторных подстанциях, рублей.

Ирл - затраты на распределительные электрические сети, амортизируемые в течение года, рублей;

Игр - затраты на текущий ремонт, рублей: Ипр - прочие затраты, рублей.

Затраты на текущий ремонт и прочие затраты с некоторым допущением можно принять:

Итг=0,2 Кр,

И„,Н),3-(ИтР+ИЗГг+Кр).

При введении обозначений А, и В„ которые принимаем равными 3 (1+/)" " /

в3=И-с.)

1-(1 + /Г

/5/

формула затрат приобретает иной, более компактный вид:

3 = К ■ А3 - И ■В3-Ка,

/6/

Ставка альтернативного капиталовложения напрямую связана со ставкой рефинансирования государства, за последние годы она снизилась с 0,04 до 0,03 (за квартал в долях единицы). Составим таблицу (таблица 1) зависимостей изменения новых переменных А3 и В3 /А, 5/ от числа рассматриваемых временных интервалов п при изменении ставки альтернативного капиталовложения / от 0,04 до 0,03:

Таблица 1

при / = 0.03 при / = 0.04

п Аз В3 » Аз В3

1 -0,09 0,63 1 -0,10 0,63

2 -0,18 1.24 2 -0,19 1,23

3 -0,26 1,84 3 -0,28 1,80

4 -0,34 2,42 4 -0,36 2,36

5 -0,41 2,98 5 -0,43 2,89

6 -0,48 3 52 6 -0,50 3,41

7 -0,54 4.05 7 -0,56 3,90

8 -0,60 4,56 8 -0,62 4,38

9 -0,65 5.06 9 -0,67 4,83

10 -0,70 5.54 10 -0,72 5,27

11 -0,75 6.01 и -0,76 5,69

12 -0.79 6.47 12 -0,80 6,10

13 -0.83 6 91 13 -0,83 6,49

14 -0,87 7.34 14 -0,86 6,87

15 -0,90 7.76 15 -0,89 7,23

16 -0,93 Х.16 16 -0,91 7.57

17 -0.96 8.56 17 -0,93 7,91

18 -0,99 8.94 18 -0,95 8,23

19 -1,01 9 31 19 -0,97 8,54

20 -1,03 V 67 20 -0,98 8,83

Исходя из базовых вариантои электроснабжения геологоразведочных работ (рисунок 1) и вышеприведенных исследований, были получены следующие расчетные зависимости (в рублях) для определения затрат на энергообеспечение.

Рисунок 1. Электроснабжение участка геологоразведочных работ и поселка от: а) индивидуальных передвижных дизельных электростанций; б) полу стационарных дизельных электростанций предусматривает групповое присоединение к ним буровых установок без трансформации электроэнергии; в) двух с1ационарных дизельных электростанции с трансформацией электроэнергии; 1) стационарной дизельной электростанции базового поселка с трансформацией электроэнергии; д) районной линии электропередач.

Условные обозначения I - трансформаторная подстанция, 2 - электростанция. 3 КТП, 4 - поселок ГРР, 5 - технологический потребитель; 6 - распределительный пункт, 7 - ЛЭП, 8 -дорога

Расчетная зависимость для определения затрат на электроснабжение от индивидуальных передвижных дизельных электростанций без трансформации энергии (рисунок 1, а):

3,= 350000jA3- (46184,6j Kr+32¡,6 Ра Ст +19600j)B3 - 321,6 Pez Ст, III

Расчетная зависимость для варианта электроснабжения от полустационарной дизельной электростанции при групповом присоединение к ней буровых установок

без трансформации электроэнергии в пределах радиуса допустимых потерь напряжения (рисунок 1, б):

3,= 600001) А,- (46184.58 КР+321.6 Рс1С„, + 21900 +13200/ + Рс2уСЛ В, - 321,6 /у, С,„ /8/

Расчетная зависимость для определения затрат на электроснабжение от районной линии электропередач (рисунок 1, Д):

3,= (4500011Э,7 + Ю0000)) А3-(30791ЛЭП + 8352,8у + 0,036РС12 1Лэп + 1634,8 Рс) В3 /91

Расчетная зависимость для определения затрат на электроснабжение от центральной дизельной электростанции с трансформацией электроэнергии (рисунок 1, в, г):

34= (800000 + 100000 ]) А3 - (35526,6Кр + 45918 + 6718 у + 0,007Р2С 1рСт-) + 33000)■ 1р +1608Ст + 321.6Сту + 321. бРа: -С„) В3 - 321.6Рс?Ст, /10/

где у - число рабенающих буровых станков, шт;

Ра - средняя мощность, потребляемая установками, кВт;

Рс - средняя мощность одной буровой установки, кВт,

Ст - стоимость дизельного топлива в районе проводимых работ, рублей/кг;

'лэя - расстояние до районной линии электропередач, км.

В результате многофакторного анализа была произведена оценка значимости переменных величин входящих в расчетные зависимости /7, 8, 9, 10/ и сделаны следующие выводы: не вызывает сомнения значимость таких переменных, как полная средняя мощность потребителей и стоимость топлива; изменение районного коэффициента к заработной плате и социальным отчислением являются незначимыми, так как при этом изменение затрат не превышает 9% и, следовательно, он может быть заменен постоянной величиной равной его среднему значению. Так как, изменения данного коэффициента происходят исходя из района ведения работ от 1 до 2, для дальнейших инженерно-технических расчетов рекомендуется заменить переменную величину Кр на 1,5. В связи с очень малым влиянием на общий результат затрат (не более 2 %) переменных величин 0,036РС/ /дэ/7 и 0,036РС/ 1цэп - издержки на потери электроэнергии в магистральных линиях электропередач рекомендуется исключить их из расчетных зависимостей /9 и 10/.

Исходя из вышеизложенного, были проведены преобразования по результатам, которых проведение оперативных инженерно-технических расчетов рекомендуется производить по следующим зависимостям:

3,= 350000)А3- (88876,9у +321,6 РС1 С„,)В3 - 321,6 РСгСт. /11/

32= 600000А3- (321.6 Рсгс„ +91176,87 + 13200} + /УуСЛ В3 -321,6 РаСт, /12/

3,= (450001;и„ + 100000)) А;-(30791ЛЭП + 8352,8у + 1634,8 /у В3, /13/

3,= (800000 + 100000]) А3- (99207,9 + 6718 у + 33000] 1„ +1608Ст + 321.6Ст) + 321.6РС1 ■Ст)В,-321.6РсгСт, /14/

Полученные расчетные зависимости для определения затрат на электроснабжение /11, 12, 13, 14/ предложены для использования при проведении

инженерно-технических расчетов применительно к любым условиям и стадийности ведения геологоразведочных работ. Полученные затраты сравниваются между собой и по минимальному их значению выбирается оптимальный вариант для данных условий проведения геологоразведочных работ. Если затраты по оптимальному и какому-либо другому варианту имеют разницу между собой не более 10 %, то такие варианты считаются равнозначными и тогда выбор осуществляется исходя из рациональности его использования (стадийность проведения геологоразведочных работ, перспектива дальнейшего ведения работ в заданном районе и др )

Второе защищаемое положение.

Исходя из особенностей геологоразведочных работ, расчет сечения проводов распределительных линий электропередач должен производится по экономическому фактору по предложенным зависимостям с последующей проверкой по техническим условиям.

Расчет сечения проводов линий электропередач обычно ведется по нагреву и потерям напряжения с последующей проверкой по экономическому фактору и в тяжелых климатических условиях на механическую прочность. Но, исходя из того, что при проведении геологоразведочных работ передаются относительно невысокие нагрузки на большие расстояния, такой порядок расчета не может считаться объективным, поскольку по току (нагреву) приводит всегда к занижению сечений.

Производя расчет наиболее целесообразного сечения проводов используемых при строительстве распределительных линий следует иметь в виду, что чем меньше площадь сечения провода, тем меньше расход проводникового материала и меньше капитальные затраты на "сооружение линии. Но при этом, чем меньше принятая площадь сечения провода, тем больше потери энергии в линии при прохождении по ней тока, а, следовательно, и больше эксплуатационные расходы.

Формула затрат на сооружение линий электропередач и ее эксплуатацию за принятый период времени в увязке с сечением проводов имеет вид:

з-г^+и,, /15/

где X, - затраты на сооружение и демонтаж одного километра линий электропередач с проводами сечением 5, мм",

/ - длина линий электропередач, км,

И, - издержки, связанные с потерями электроэнергии, зависящими от сечения проводов за принятый период времени, рублей

На основе регрессионного анализа выявлена корреляционная зависимость позволяющая определить затраты на сооружение, эксплуатацию и демонтаж распределительных линий электропередач напряжением ниже 1 ООО В, в зависимости от сечения используемых проводов, которая имеет вид:

Р2 Т С I

3 = ¡(2,19я+ 2294.17 + 560т) КР + 68.36ь + 2396.9 + 7260т}1+ у. </16/

где Рс - полная средняя мощность, кВт,

Кр - районный коэффициент к заработной плате и социальным отчислениям

у — удельная проводимость используемо!о проводникового материала. м/Ом мм2,

Т число часов работы в квартал. 1340 часов,

Сэ - стоимость электроэнергии, рублей.

U- напряжение в распределительной линии, 0.4 кВ,

cos (р - коэффициент мощности.

Расчет сечения провода по экономическому критерию обычно определяют по расчетному току линии /р и экономической плотности тока у (А/мм2):

Использование данной методики расчета сечения проводов для линий электропередач напряжением ниже 1000 В в вышеизложенном виде в настоящее время не может быть рекомендовано к применению в связи с тем, что величина экономической плотности тока у не отражает в настоящее время экономического смысла, поскольку при этом не учитывается фактор времени, ставка альтернативного вложения, налогообложение. Поэтому должна быть получена новая уточненная расчетная зависимость для определения экономически целесообразного сечения проводов с учетом отмеченных моментов.

Математические методы оптимизации дали возможность получить такую расчетную зависимость сечение проводов по экономическому критерию.

Анализируя полученную зависимости можно сделать вывод, что на выбор сечения проводов распределительных линий электропередач напряжением ниже 1000 В помимо общеизвестных факторов, таких как средняя мощность потребителей и стоимость электроэнергии (Рс и С,), влияет районный коэффициент и проводимость используемого проводникового материала (КР и 7), и не влияет число опор на один километр линий электропередач /и, зависящее только от региона проводимых геологоразведочных работ.

Подобная методика расчета может быть рекомендована и для линий электропередач напряжением 6 и 10 кВ, которые являются основными магистральными и распределительными энергосетями при ведении геологоразведочных работ.

Рекомендованная методика расчета проводов обеспечивает сокращение издержек на эксплуатацию распределительных линий электропередач, а также снижение затрат на строительство и демонтаж энергосетей, связанное с экономией проводникового материала.

В распределительных линиях электропередач напряжением ниже 1000 В применяются провода, преимущественно изготовленные из алюминия, сечением 16, 25, 35, 50 мм2. Экономия средств от перехода на одну ступень с большего сечения, на меньшее составляет порядка 1000 рублей с одной фазы на один километр линии.

s - сечение используемых проводов мм

S,K =Ip/j.

/17/

/18/

Третье защищаемое положение.

При расчете и уточнении параметров системы электроснабжения геологоразведочных работ рекомендуется использовать полученные в результате исследований следующие расчетные зависимости:

определения предельных расстояний передачи электроэнергии исходя из допустимых потерь напряжения при разных системах электроснабжения;

расчета необходимого напряжения на шинах энергоисточника, который обеспечивает заданный уровень потерь у потребителя;

расчета расстояния передачи электроэнергии на генераторном напряжении, за пределами которого следует рассматривать вопрос о применении вольтодобавочных трансформаторов.

Обычно, при проверке площади сечения проводников линий электропередач на потери напряжения, в качестве допустимых принимаются потери, равные 5 %. Исходя из энергетических параметров некоторых буровых агрегатов и проводимости используемого проводникового материала (провода марки АС), получены примерные предельные расстояния (в километрах) передачи электроэнергии от генерирующей электричество установки до потребителя без трансформации при допустимом уровне падения напряжения (таблица 2):

Таблица 2

УКБ-3 с обогр. УКБ-4 с обор?. У К Б-5 с обогр. УКБ-3 УКБ-4 УКБ-5

16 мм1 0,157 0,108 0,085 0,296 0,208 0,126

25 мм2 0,230 0,155 0,124 0,424 0,298 0,179

35 мм 0,302 0,200 0,162 0,545 0,384 0,229

50 мм2 0,394 0,258 0,210 0,692 0,489 0,288

70 мм2 0,494 0,317 0,262 0,845 0,598 0,348

95 мм2 0,704 0,374 0.313 1,005 0,703 0,409

Превышения полученных расстояний при электроснабжении на генераторном напряжении рассматриваемых буровых установок ведет к увеличению уровня потерь напряжения, а это недопустимо, следовательно, приведенные выше расстояния являются критическими. Но поскольку уровень падения напряжения у потребителей определяется не только потерями напряжения в линии электропередач, но и элементами системы электроснабжения, данные расстояния могут быть существенно увеличены без потери качества передаваемой энергии ГОСТ 13109-97. К числу таких элементов относятся генераторы, трансформаторы, конденсаторы.

Принимая во внимание, что перечисленные элементы системы электроснабжения значительно влияют на величину отклонения напряжения у потребителя, уровень допустимых потерь напряжения в линиях электропередач нельзя считать постоянным. Для каждой системы электроснабжения этот уровень должен быть определен отдельно.

Если обозначать надбавки напряжения в элементах системы электроснабжения через 6 (в %), а потери - через е (в %), то отклонение

напряжения от номинального у потребителя может быть определено как разность Л = д-е(в%).

Взяв за основу это равенство и имея в виду нормативы отклонения напряжения на зажимах потребителя (ед01„ д доп), можно определить предельные значения потерь или увеличения напряжения в подводящих линиях.

При электроснабжении потребителей непосредственно от электростанции без трансформации напряжения (рисунок 2) надбавка напряжения может быть получена только за счет регулирования возбуждения генератора дг:

- в режиме постоянного напряжения <5', = 5 %;

- в режиме встречного регулирования <5", =10 % .

Допустимые потери напряжения в линии е'л (знак «+») до максимально удаленного потребителя в режиме постоянного напряжения:

£'л = ^,г-£'лоп=5-(-5)=10%;

в режиме встречного регулирования напряжения:

£ "л~ "г- £дон= Ю - (- 5 ) = 15 % ;

е-

источник электроэнергии

потребитель

+10%

потери

-5%

Рисунок 2. Допустимый уровень потерь напряжения в распределительных линиях электропередач для варианта электроснабжении от ДЭС бет трансформации энергии.

Приведенный расчет свидетельствует о том, что при электроснабжении непосредственно от ДЭС потери напряжения в линии до наиболее удаленного потребителя могут достигать 15% (рисунок 2), в зависимости от режима регулирования генератора. Это означает, что радиус группового присоединения увеличивается, а удельный вес систем полустационарного электроснабжения на генераторном напряжении без применения трансформации возрастает.

Исходя из вышеизложенного, получены уточненные предельные расстояния (в километрах) передачи электроэнергии от генерирующей электричество установки до потребителя (таблица 3):

Таблица 3

5 УКБ-3 с обо.-р. УКБ-4 с вбогр Л АЪ-5 с опогр УКБ-3 УКБ-4 УКБ-5

16 ММ 0,199 0.135 0.101 0,332 0,255 0,157

25 мм2 0,311 0,210 0.158 0.518 0,399 0,245

35 мм' 0.436 0,294 0.221 0,726 0,558 0,343

50 мм2 0,622 0,420 0,316 1,037 0,798 0,490

70 мм2 0,871 0.589 0.442 1,452 1,117 0,686

95 мм1 0,933 0,631 0.474 1,555 1,196 0,735

При электроснабжении потребителей от шин районной понижающей подстанции (рисунок 3) в режиме постоянного напряжения потери напряжения в линии могут быть 10%, в режиме регулирования — 20%.

И

источник электроэнергии

потребитель

+10%

ин

потери

-10%

Рисунок 3. Допустимый уровень потерь напряжения в распределительных линиях электропередач для варианта электроснабжении от шин районной понижающей подстанции.

При варианте электроснабжения от центральной дизельной электростанции с трансформацией напряжения (рисунок 4) в режиме постоянного напряжения потери напряжения в линии могут быть 10%, в режиме регулирования — 20%.

источник электроэнергии

потребитель

+10%

ин

потери

-10%

Рисунок 4. Допустимый уровень потерь напряжения в распределительных линиях электропередач для варианта электроснабжении объектов геологоразведочных работ от ДЭС с трансформацией энергии.

Таким образом, для каждого из типовых вариантов электроснабжения геологоразведочных работ характерен свой уровень допустимых потерь напряжения в линиях и соответствующий режим регулирования.

Для распределительных линий электропередач относительные потери напряжения, без учета индуктивной составляющей, так как она незначительна, равны:

Р1 Ш

е =

и2-уз или ~ и,

ист

Исходя из вышесказанного и учитывая, что стандартное допустимое значение напряжения должно находиться в пределах ± 5 % от номинала (380 В), максимально допустимые превышения в распределительных линиях электропередач равны:

е _А и^ст-итДоп_А Ц%п = Р1„

тач и и и гттт 2 „ с' /|9/

ист ист ист и д()[] * У ' о

где 1]ист - напряжение на шинах энергоисточника электроэнергии, В,

иж„тт - допустимое минимальное напряжение у приемника, В;

Р - мощности приемника (буровой установки или другой техники), кВт,

'»иг - максимальное расстояние передачи электроэнергии без трансформации, км;

у — удельная проводимость используемого проводникового материала, м/Ом мм2

$ - сечение используемых проводов, мм2

Отсюда максимальное расстояние передачи электроэнергии (рисунок 6), исходя из допустимых потерь напряжения, составляет:

£ ПМП 2-У5

, ^тах^ ДОП / л

тах =-^-. /20/

Рисунок 6. Границы зоны возможного обеспечения электроэнергией группы потребителей на генераторном напряжении.

При нахождении потребителя за границами рассчитанной зоны необходимо решать вопрос о применении вольтодобавочных трансформаторов, либо других энергетических установок способных, в возможных для этого случаях, компенсировать падение напряжения до стандартного значения у потребителя, что обеспечивает увеличения зоны передачи электроэнергии без трансформации на значительное расстояние (рисунок 7).

Рисунок 7. Вариант возможного увеличения 1раниц зоны обеспечения электроэнергией группы потребителей на генераторном напряжении за счет применения вольтодобавочных трансформаторов.

Рисунок 8. Вариант возможного увеличения границ зоны обеспечения электроэнергией группы потребителей на генераторном напряжении за счет регулирования напряжения у энергоисточиика и применения вольтодобавочных трансформаторов.

В результате выполненных исследований разработаны рекомендации по увеличению зоны передачи электроэнергии без трансформации за счет регулирования напряжения у энергоисточника (1-тах увелО и путем применения вольтодобавочных трансформаторов (1-та)< увел 2) в возможных для этого случаях (рисунок 8).

В результате проведенных исследований и выполненных преобразований для энергопотребителей мощностью Р\ и Р2, находящихся на расстоянии /] и /2 от энергоисточника, с линиями сечением проводов «1 и 52 соответственно, была получена система уравнений позволяющая произвести расчёт необходимого напряжения на шинах энергоисточника, при обеспечении стандартного (± 5%) уровня напряжения на обоих потребителях электроэнергии. Относительные потери напряжения в линиях электропередач, которые связывают источник энергии с данными потребителями, не равны.

Р •/ V

тг _т гтах 12 12 Л1 и2 ДОП ' р 1

и =— ^

Р./ -с

тутах > Т]тт

и ДОП - и2 ~ и ДОП

где и„ст - напряжение на шинах энергоисточника электроэнергии, В; итт - допустимое максимальное напряжение у приемника, В; 1/л011т1" - допустимое минимальное напряжение у приемника, В; V2 -напряжение у второго приемника, мощностью Р2, В,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертации приведены разработанные автором теоретические и практические положения, которые в совокупности можно квалифицировать как решение научно-технической задачи по повышению эффективности геологоразведочных работ за счет оптимизации систем электроснабжения в современных условиях.

Основные научные выводы и практические рекомендации, полученные в результате проведенных исследований, заключаются в следующем:

1. Разработаны технико-экономические модели расчета затрат по базовым вариантам электроснабжения геологоразведочных работ с учетом современных условий развития общества и отрасли в частности.

2. Получены результаты многофакторного анализа отражающего влияние составляющих параметров, входящих в технико-экономические модели, на конечные результаты расчетов, что позволило существенно упростить расчетные зависимости.

3. Разработана методика оперативного инженерного обоснования оптимального варианта электроснабжения применительно к любым условиям и стадийности ведения геологоразведочных работ

4. Исходя из особенностей геологоразведочных работ, для выполнения расчетов сечения проводов линий электропередач, получены зависимости и предложен метод расчета по экономическому критерию с последующей проверкой по техническим условиям, обеспечивающий оптимальный расход проводникового материала при выполнении необходимых технических требований.

5. Получены расчетные зависимости для определения предельных расстояний передачи электроэнергии на генераторном напряжении к типовым буровым установкам, что предопределило необходимость изыскания технических и организационных решений по увеличению этих расстояний с целью исключения трансформации энергии (при электроснабжении от ДЭС) и приобретения в этой связи дополнительного дорогостоящего оборудования.

2. В случае электроснабжения от государственной энергетической системы, принимая во внимание невысокие предельные расстояния передачи электроэнергии к буровым установкам на генераторном напряжении, следует ориентироваться на глубокий ввод с использованием по возможности группового присоединения к понижающим трансформаторным подстанциям в зоне обоснованного предельного радиуса.

3. Одним из главных организационных мероприятий в этом направлении рекомендуется переход по возможности . на системы полустационарного электроснабжения, когда разведуется площадь в пределах допустимого радиуса электроснабжения на генераторном напряжении с последующим перебазированием энерг оисточника на новую позицию.

4. При ведении геологоразведочных работ уровень допустимых потерь напряжения в распределительных сетях не является величиной постоянной, он зависит от применяемой системы электроснабжения и изменяется в широких пределах, что должно учитываться при выборе последней и обосновании

экономичности варианта энер! ообеспечения

5 В отдаленных районах, где взята ориентация в основном на

местные энергоисточники, в современных условиях производства геологоразведочных работ, обоснованный повышенный уровень потерь напряжения в распределительных линиях электропередач с успехом может использоваться для преимущественного применения систем электроснабжения с групповым присоединением потребителей к источникам.

6. В результате проведенных аналитических исследований были

разработаны методические рекомендации, позволяющие рассчитывать и обосновывать:

• оптимальный вариант электроснабжения геологоразведочных работ для любых условий и стадийности их производства;

• предельные расстояния передачи электроэнергии исходя из допустимых потерь напряжения при разных системах электроснабжения;

• необходимый уровень генераторного напряжения на шинах энергоисточника, обеспечивающий допустимый уровень напряжения, как у ближайшего потребителя электроэнергии, так и у наиболее удаленного;

• расстояния, за пределами которых, рекомендуется рассмотреть вопрос о целесообразности применения вольтодобавочных трансформаторов.

Г

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Косьянов В А. Особенности технико-экономического обоснования системы энергообеспечения геологоразведочных работ в современных условиях Тезисы докладов V Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» Часть 3. М.: МГГА, 2001.

2. Косьянов В.А. Основные направления оптимизации энергоснабжения при проведении горных выработок. Тезисы докладов конференции Факультета техники разведки и разработки месторождений полезных ископаемых МГГРУ "Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемым в начале XXI века». Часть 2. М.: МГГРУ, 2002.

3. Косьянов В. А. Обоснование методики выбора проводов линий электропередач по экономическому критерию. Тезисы докладов VI Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Часть 2. М.: МГГРУ, 2003.

4. Косьянов В.А. Совершенствование методики технико-экономического сравнения вариантов электроснабжения геологоразведочных работ. Тезисы докладов конференции Факультета техники разведки и разработки месторождений полезных ископаемых МГГРУ "Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемым». Часть 2. М.: МГГРУ, 2004.

5. Косьянов В.А. Обоснование предельных расстояний размещения приемников от энергоисточника по условиям обеспечения необходимого уровня напряжения. Тезисы докладов VII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Часть 2. М.: МГГРУ, 2005.

6. Лимитовский A.M., Косьянов В.А. Электрооборудование и электроснабжение геологоразведочных работ. Методические указания и контрольные задания. М.: МГГРУ, 2005.

Подписано в печать 1-1.0 5 .2005 г. Объем 1.0 п.л. Тираж ЮО экз. Зак. № 4 5

Редакционно-издательский отдел МГГРУ Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23

Р-8776

РНБ Русский фонд

2006-4 14086

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Косьянов, Вадим Александрович

Введение

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ И ПРИНЦИПЫ ОБОСНОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА В СОВРЕМЕННЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

§ 1. Системы электроснабжения объектов геологоразведочных работ

1.1. Классификация систем электроснабжения на геологоразведочных работах.

1.2. Типовые варианты электроснабжения технологических потребителей при проведении геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые

§ 2. Основы технико-экономических расчетов исходя из современных экономических условий

2.1. Теоретические основы экономических расчетов

2.2. Структура затрат по базовым вариантам систем электроснабжения технологических потребителей.

2.2.1. Электроснабжение от индивидуальных передвижных дизельных электростанций без трансформации энергии.

2.2.2. Электроснабжение от полу стационарной дизельной электростанции при групповом присоединение к ней буровых установок без трансформации электроэнергии, в пределах радиуса допустимых потерь напряжения.

2.2.3. Централизованное электроснабжение от районной линии электропередач.

2.2.4. Электроснабжение от центральной дизельной электростанции с трансформацией электроэнергии.

§ 3. Оценка значимости переменных величин входящих в формулы затрат по базовым вариантов электроснабжения

3.1. Методика оценки значимости переменных величин, входящих в формулы затрат по базовым вариантам электроснабжения

3.2. Оценка значимости переменных величин, входящих в формулы затрат по базовым вариантам электроснабжения и получение расчетных зависимостей для выбора оптимального варианта.

§ 4. Методические рекомендации для оперативного инженерно-технического расчета при выборе оптимального варианта электроснабжения по минимуму затрат

Выводы по Главе

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 ВОЛЬТ И РЕКОМЕНДУЕМОГО ПОРЯДКА ИХ РАСЧЕТА

§ 1. Получение расчетной зависимости позволяющей определить затраты на строительство, эксплуатацию и демонтаж распределительных линий напряжением ниже 1000 В

§ 2. Получение расчетной зависимости для определения экономически целесообразного сечения проводов линий электропередач напряжением ниже 1000 В

2.1. Основные методы расчета сечения проводов

2.2. Получение расчетной зависимости для определения экономически целесообразного сечения проводов в современных экономических условиях

§ 3. Расчет предельного расстояния передачи электроэнергии на генераторном напряжении для наиболее часто используемых при проведении геологоразведочных работ буровых установок

§ 4. Рекомендуемый порядок расчета сечения проводов распределительных линий электропередач напряжением ниже 1000 В применительно к буровым работам

Выводы по Главе

ГЛАВА 3. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ОПТИМИЗАЦИИ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

§ 1. Исследование уровней потерь напряжения и их регулирование в линиях электропередач при ведении геологоразведочных работ

1.1. Электроснабжение потребителей непосредственно от электростанции на месте работ без трансформации напряжения

1.2. Электроснабжение от районной линии электропередач

1.3. Электроснабжение от центральной дизельной электростанции с трансформацией напряжения

§ 2. Обоснование предельных расстояний размещения приемников от энергоисточника по условиям обеспечения необходимого уровня напряжения

§ 3. Методика расчета напряжения источника электроэнергии для группы энергопотребителей при различных схемах их подключения

3.1. Расчет напряжения на шинах энергоисточника при магистральном подключении потребителей

3.2. Расчет напряжения на шинах энергоисточника при радиальном подключении потребителей

3.3. Расчет напряжения на шинах энергоисточника для группы одинаковых по своим энергетическим характеристикам потребителей

Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК И ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

§ 1. Обоснование применения систем энергоснабжения с индивидульным и групповым присоединением потребителей к энергоисточникам

§ 2. Анализ затрат и рекомендации по возможному переходу с напряжения 6 кВ на 10 кВ в эксплуатируемых и проектируемых линиях электропередач

§ 3. Анализ затрат и рекомендации по возможному переходу с напряжения 380 В на 660 В в эксплуатируемых и проектируемых распределительных линиях электропередач

Выводы по Главе

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение эффективности геологоразведочных работ на основе совершенствования электроснабжения в современных условиях"

Современные условия развития экономики предопределяют новый подход к вопросам оценки эффективности геологоразведочных работ, одним из главных составляющих которой являются используемые системы энергообеспечения.

Большинство предприятий народного хозяйства имеет централизованное электроснабжение от государственной сети, поэтому вопросы обоснования оптимального варианта сводятся главным образом к правильному выбору составляющих его элементов и их соотношениям при известной уже системе электроснабжения. На геологоразведочных работах цель технико-экономических расчетов электроснабжения — в первую очередь выбор самой системы, то есть экономически целесообразного варианта, отвечающего техническим требованиям и ограничениям по безопасности, что является немаловажным условием, так как процент износа парка мобильного электрооборудования подходит к критическому рубежу, средств на его модернизацию нет, а мелкие и крупные аварии, связанные с выходом из строя и неисправностью энергосистемы — это в наше время норма.

Вопросы детального обоснования отдельных элементов (площадь сечения проводов, месторасположение и число подстанций и др.) в условиях передвижного характера работ и небольших нагрузок не играют первостепенной роли и принимаются на основе технических расчетов и текущих требований [11-13, 16, 22, 23, 31, 35, 38, 40, 45, 63, 72-74, 77, 78].

Экономически обоснованный выбор варианта системы электроснабжения геологоразведочных работ в каждом конкретном случае всегда являлось важной задачей, а сегодня в условиях разрыва производственных связей, дефицита энергоресурсов, резкого роста цен на энергоносители, актуальность ее многократно возрастает.

Решение этой проблемы должно базироваться в первую очередь на учете особенностей энергообеспечения геологоразведочных работ, как общих, отраслевых, так и связанных с переходом нашего государства от социалистической (плановой) модели экономики к рыночным отношениям.

Общие особенности электроснабжения геологоразведочных работ характеризуются удаленностью объектов от государственной энергосистемы, разнообразием горно-геологических и технико-экономических условий, территориальной рассредоточенностъю потребителей, сложными транспортными и климатическими условиями, резкими изменениями масштабов потребления энергии в связи со стадийностью и сезонностью работ [18, 40, 43,47, 56].

Все эти особенности предопределяют:

- большое разнообразие возможных вариантов электроснабжения, сильно различающихся по своим затратам;

- необходимость в производстве энергии на местах;

- потребность в переходе от одной системы электроснабжения, к другой в зависимости от масштабов и стадийности проводимых работ.

С переходом на рыночные отношения появились характерные для них особенности, существенно осложняющие и без того непростые вопросы электроснабжения предприятий отрасли. Нарушились во многом элементы связей с «Единой энергетической системой», как гарантом централизованного энергоснабжения. Отмена системы планового финансирования отрасли, не дающей конкретного непосредственного дохода, исключила централизованное финансирование энергетики не только самих работ, но и связанной с ними инфраструктуры объектов. Резко возросли в цене энергоносители, и повысился их дефицит. Становление рыночных отношений обусловило новый подход к производству геологоразведочных работ в целом.

Финансируемые ранее из госбюджета геологоразведочные экспедиции преобразовались, где это возможно, в унитарные горно-геологические предприятия, переходящие на самоокупаемость. В связи с этим одна из главных статей расходов - расходы на электроснабжение (около 30 % от общих расходов), должна обеспечиваться, практически, самостоятельно без внешней централизованной поддержки. А это означает, что меняется сама концепция подхода к вопросам электроснабжение.

Так, если при плановом ведении хозяйства система централизованного энергообеспечения от районной энергосистемы была наиболее предпочтительной, удобной, позволяющей решать, не считаясь особенно с затратами, вопросы электро- и теплоснабжения, то сейчас, когда за все платит само предприятие, на первое место выступают вопросы эффективности энергоснабжения и обеспечивающих его систем.

Главным моментом сегодня является изыскание путей наиболее эффективного использования энергоресурсов посредством применения экономически обоснованных технических решений. А это означает, в первую очередь, правильный выбор системы энергообеспечения и своевременный переход, при необходимости, к другой, более экономичной, применительно к изменяющимся условиям разведки [40, 43].

Поэтому, проведение исследований с позиции комплексного подхода к вопросам оптимизации энергообеспечения геологоразведочных работ и рационального использования имеющихся ресурсов, является актуальной задачей, решению которой посвящены исследования, выполненные автором в рамках данной диссертации.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности проведения геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые за счет обоснованного выбора оптимального варианта электроснабжения на основе совершенствования методики технико-экономического сравнения возможных вариантов и рационального обоснования элементов системы энергообеспечения.

Совершенствование методики технико-экономического сравнения вариантов электроснабжения геологоразведочных работ - это важная задача решение которой даст возможность не только быстро и точно выбирать необходимый вариант энергоснабжения, эффективно использовать энергоресурсы, путем применения экономически обоснованных технических мероприятий, целесообразных с экологической и социальной точек зрения, но и своевременно в процессе работ перейти при необходимости на другой, более рациональный в увязке с методикой разведки и разработки месторождения. Для решения этой задачи нужно произвести анализ влияния каждого из параметров на конечный результат затрат, оценив их значимость и упростив расчетные зависимости, разработать метод инженерного расчета для обоснования оптимального варианта электроснабжения по минимуму затрат в конкретных условиях.

Вторая важная технико-эконимическая задача, требующая своего решения, обосновывается особенностью геологоразведочных работ, связанной с территориальной рассредоточенностью объектов и необходимостью иметь большое количество распределительных линий, а, следовательно, и большими затратами на их содержание и значительным расходом проводов. Поэтому в условиях дефицита алюминия расчет и выбор правильного сечения проводов приобретает приоритетное значение. В условиях больших расстояний передачи относительно невысоких нагрузок, что характерно для геологоразведочных работ, основной расчет, проводимый по нагреву, является непригодным, ибо дает крайне заниженные значения сечений, не удовлетворяющие по потерям напряжения. Главным методом расчета должен быть расчет по экономическим критериям на основе современных технико-экономических подходов, с проверкой результата на потери напряжения. Разработка этого метода и ставиться в качестве второй задачи исследований.

Удаленность технологических потребителей на значительные расстояния друг от друга предопределяет зачастую необходимость использовать в распределительных сетях напряжение выше тысячи вольт, что связано с необходимостью иметь большой парк передвижных трансформаторных подстанций, а если нет поблизости государственных энергосетей, то передвижных дизельной электростанции (ДЭС). С целью централизации и сокращения числа энергоисточников важным вопросом является снижение уровня потерь напряжение в распределительных линиях, а отсюда и возможность использовать эти линии на генераторном напряжении на большие расстояния. Исследования в этом направлении является третьей важной задачей поставленной в данной работе.

Указанные задачи решались путем анализа экспериментальных и теоретических работ, проводимых в этой области, теоретических исследований с использованием современного экономического аппарата и методов математической статистики с последующей обработкой результатов исследований на ЭВМ с применением стандартных пакетов программ Excel, MathCAD [25].

Научная новизна выполненной работы:

1. Разработаны технико-экономические модели базовых систем электроснабжения геологоразведочных работ. В результате многофакторного анализа, отражающего влияние составляющих параметров, входящих в эти модели, получены расчетные зависимости, положенные в основу оптимизации энергообеспечения объектов отрасли в современных условиях;

2. Разработаны основы технико-экономического анализа и выбора оптимального варианта электроснабжения применительно к любым условиям и стадийности ведения геологоразведочных работ;

3. Получены зависимости сечения проводов распределительных линий электропередач от технико-экономических параметров системы электроснабжения геологоразведочных работ, позволившие разработать новый критерий оптимизации ее элементов;

4. Установлена зависимость уровня допустимых потерь напряжения от параметров системы электроснабжения, позволяющая увеличить расстояние передачи электроэнергии на генераторном напряжении без использования трансформации.

Практическая значимость:

1. Разработана методика инженерного расчета обоснования оптимального варианта электроснабжения для любых условий и стадийности ведения геологоразведочных работ, исходя из современных требований экономики;

2. На основе полученных расчетных зависимостей предложен метод технико-экономического расчета сечений проводов распределительных линий, обеспечивающий экономию проводникового материала;

3. Рекомендована методика регулирования напряжения в распределительных сетях потребителей геологоразведочных работ обеспечивающая расширение области применения систем электроснабжения на генераторном напряжении;

4. Даны методические разработки для использования полученных данных в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях энергетической комиссии РАЕН, проводимых в рамках научных конференций «Новые идеи в науках о Земле» (г.Москва, МГГА - МГГРУ, апрель, 2001 - 2005г.г.) с участием профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московского государственного геологоразведочного университета и Санкт-Петербургского горного университета, Академии Народного хозяйства при Правительстве Российской Федерации, представителей Министерства Природных ресурсов Российской Федерации, компании «Татнефть», РКК «Энергия».

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ, в которых раскрываются основные теоретические положения, практические рекомендации и результаты проведенных исследований.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста,

Заключение Диссертация по теме "Технология и техника геологоразведочных работ", Косьянов, Вадим Александрович

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Косьянов В.А. Особенности технико-экономического обоснования системы энергообеспечения геологоразведочных работ в современных условиях. Тезисы докладов V Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Часть 3. М.: МГГА, 2001.

2. Косьянов В.А. Основные направления оптимизации энергоснабжения при проведении горных выработок. Тезисы докладов конференции Факультета техники разведки и разработки месторождений полезных ископаемых МГГРУ "Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемым в начале XXI века». Часть 2. М.: МГГРУ, 2002.

3. Косьянов В.А. Обоснование методики выбора проводов линий электропередач по экономическому критерию. Тезисы докладов VI Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Часть 2. М.: МГГРУ, 2003.

4. Косьянов В.А. Совершенствование методики технико-экономического сравнения вариантов электроснабжения геологоразведочных работ. Тезисы докладов конференции Факультета техники разведки и разработки месторождений полезных ископаемых МГГРУ "Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемым». Часть 2. М.: МГГРУ, 2004.

5. Косьянов В.А. Обоснование придельных расстояний размещения приемников от энергоисточника по условиям обеспечения необходимого уровня напряжения. Тезисы докладов VII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Часть 2. М.: МГГРУ, 2005.

6. Лимитовский A.M., Косьянов В.А. Электрооборудование и электроснабжение геологоразведочных работ. Методические указания и контрольные задания. М.: МГГРУ, 2005.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертации приведены разработанные автором теоретические и практические положения, которые в совокупности можно квалифицировать как решение научно-технической задачи по повышению эффективности геологоразведочных работ за счет оптимизации систем электроснабжения в современных условиях.

Основные научные выводы и практические рекомендации, полученные в результате проведенных исследований, заключаются в следующем:

1. Разработаны технико-экономические модели расчета затрат по базовым вариантам электроснабжения геологоразведочных работ с учетом современных условий развития общества и отрасли в частности.

2. Получены результаты многофакторного анализа отражающего влияние составляющих параметров, входящих в технико-экономические модели, на конечные результаты расчетов, что позволило существенно упростить расчетные зависимости.

3. Разработана методика оперативного инженерного обоснования оптимального варианта электроснабжения применительно к любым условиям и стадийности ведения геологоразведочных работ.

4. Исходя из особенностей геологоразведочных работ, для выполнения расчетов сечения проводов линий электропередач, получены зависимости и предложен метод расчета по экономическому критерию с последующей проверкой по техническим условиям, обеспечивающий оптимальный расход проводникового материала при выполнении необходимых технических требований.

5. Получены расчетные зависимости для определения предельных расстояний передачи электроэнергии на генераторном напряжении к типовым буровым установкам, что предопределило необходимость изыскания технических и организационных решений по увеличению этих расстояний с целью исключения трансформации энергии (при электроснабжении от ДЭС) и приобретения в этой связи дополнительного дорогостоящего оборудования.

6. В случае электроснабжения от государственной энергетической системы, принимая во внимание невысокие предельные расстояния передачи электроэнергии к буровым установкам на генераторном напряжении, следует ориентироваться на глубокий ввод с использованием по возможности группового присоединения к понижающим трансформаторным подстанциям в зоне обоснованного предельного радиуса.

7. Одним из главных организационных мероприятий в этом направлении рекомендуется переход по возможности на системы полустационарного электроснабжения, когда разведуется площадь в пределах допустимого радиуса электроснабжения на генераторном напряжении с последующим перебазированием энергоисточника на новую позицию.

8. При ведении геологоразведочных работ уровень допустимых потерь напряжения в распределительных сетях не является величиной постоянной, он зависит от применяемой системы электроснабжения и изменяется в широких пределах, что должно учитываться при выборе последней и обосновании экономичности варианта энергообеспечения.

9. В отдаленных районах, где взята ориентация в основном на местные энергоисточники, в современных условиях производства геологоразведочных работ, обоснованный повышенный уровень потерь напряжения в распределительных линиях электропередач с успехом может использоваться для преимущественного применения систем электроснабжения с групповым присоединением потребителей к источникам.

10. В результате проведенных аналитических исследований были разработаны методические рекомендации, позволяющие рассчитывать и обосновывать:

• оптимальный вариант электроснабжения геологоразведочных работ для любых условий и стадийности их производства;

• предельные расстояния передачи электроэнергии исходя из допустимых потерь напряжения при разных системах электроснабжения;

• необходимый уровень генераторного напряжения на шинах энергоисточника, обеспечивающий допустимый уровень напряжения, как у ближайшего потребителя электроэнергии, так и у наиболее удаленного;

• расстояния, за пределами которых, рекомендуется рассмотреть вопрос о целесообразности применения вольтодобавочных трансформаторов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Косьянов, Вадим Александрович, Москва

1. Авдеева A.A., Белосельский Б.С., Краснов М.Н. Контроль топлива на электростанциях. М.: Энергия, 1973.

2. Алексеев В.В., Акимов В.Д., Пинчук Н.П. Двигатели внутреннего сгорания для производства геологоразведочных работ и основ технической термодинамики. -М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2002.

3. Алексеев В.В., Гланц A.A. Экономия топливно энергетических ресурсов в геологоразведочных организациях. М.: Недра, 1986.

4. Алексеев В.В., Гланц A.A., Чайкин A.C. Эксплуатация передвижных и стационарных электростанций в геологоразведочных организациях. М.: Недра, 1984.

5. Анализ технико экономических показателей геологоразведочного бурения в организациях Министерство природных ресурсов Российской Федерации. Санкт - Петербург: ФГУП «ВНИИ методики и техники разведки», 1999.

6. Багдасаров Ш.Б., Верчеба А.О., Пальмов И.И. Справочник горного инженера геологоразведочных партий. М.: Недра, 1986.

7. Башкатов Д.Н. Планирование эксперимента в разведочном бурении. М.: Недра, 1985.

8. Безруких П.П. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. Санкт-Петербург: «Наука», 2002.

9. Белых Б.П., Заславец Б.Н. Распределительные электрические сети рудных карьеров. М.: Недра, 1978.

10. Ю.Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1986.

11. П.Будзко И. А., Гессен В.Б., Левин М.С. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов. М.: Колос,1975.

12. Будзко И.А., Гессен В.Ю. Электроснабжение сельского хозяйства. М.: Колос, 1979.

13. Бухгольц В.П., Скрипка B.JI. Электрооборудование и электроснабжение буровых и горных работ. М.: Недра, 1987.

14. Воздвиженский Б.И., Голубинцев О.Н., Новожилов A.A. Разведочное бурение. М.: Недра, 1979.

15. Ганджумян P.A. Практические расчёты в разведочном бурении. М.: Недра, 1986.

16. Гладилин JI.B. Основы электроснабжения горных предприятий. М.: Недра, 1980.

17. Гокоев Т.М. Исследование методов и разработка алгоритмов автономного проектирования автономных систем энергообеспечения. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Владикавказ: 2003.

18. Гольдман Е.Л., Назарова З.М., Маутина A.A. и др. Экономика геологоразведочных работ. М.: Изд.дом «Руда и металлы», 2000.

19. Гордиевский И.Г., Лордкипанидзе В. Д. Оптимизация параметров электрических сетей. М.: Энергия, 1978.

20. ГОСТ 13.109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1998.

21. ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе: Структура и правила оформления. Введ. 2002-07-01. -М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001.

22. Грейсух М.В., Лазарев С.С. Расчеты по электроснабжению промышленных предприятий. М.: Энергия, 1977.

23. Давидовский Г.А., Росляков В.П., Фомин В.А. Электроэнергетика западно-сибирского нефтегазового комплекса. М.: Энергоатомиздат, 1989.

24. Дегтярёв B.B. Нормирование топливно энергетических ресурсов и регулирование режимов электропотребления. Сборник инструкций. М.: Недра, 1983.

25. Дьяконов В.П. Справочник по MathCAD PLUS 7.0 PRO. М.: CK Пресс, 1998.

26. Егорин П.Г., Маутина A.A. Экономический анализ деятельности геологоразведочных организаций. М.: Недра, 1988.

27. Жежеленко И.В., Рабинович M.JL, Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. Киев: Техшка, 1981.

28. Жернаков А.П., Акимов В.Д., Алексеев В.В. Экономия топливно -энергетических ресурсов при геологоразведочных работах. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2000.

29. Калинин А.Г., Ошкордин О.В., Питерский В.М., Соловьев Н.В. Разведочное бурение. М.: Недра, 2000.

30. Керного В.В., Поспелов Г.Е., Федин В.Т. Местные электрические сети. Минск: Высшая школа, 1972.31 .Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Высшая школа, 1979.

31. Козловский Е.А. Оптимизация процессов разведочного бурения. М.: Недра, 1975.

32. Корн Г. и Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1977.

33. Лимитовский A.M. О системах электроснабжения геологоразведочных предприятий. М.: «Геология и разведка», №11, 1978.

34. Лимитовский A.M. Определение протяжённости распределительныхэлектрических сетей при разведке месторождений. М.: «Геология и разведка», №2, 1979.

35. Лимитовский A.M. Основные вопросы совершенствования электрификации геологоразведочных работ Научный сборник МГРИ, вып.1, 1977.

36. Лимитовский A.M. Расчёт электроснабжения геологоразведочных работ. М.: МГРИ, 1988.

37. Лимитовский A.M. Технико-экономические предпосылки применения напряжения 660 В на геологоразведочных работах. М.: «Геология и разведка», №7, 1980.

38. Лимитовский A.M. Электрооборудование и электроснабжение геологоразведочных работ. М.: А и Б, 1998.

39. Лимитовский A.M. Электрооборудование и электроснабжение геологоразведочных работ. М.: МГГА. 2000.

40. Лимитовский A.M., Гланц A.A. Оптимизация и совершенствование электроснабжения геологоразведочных работ. М.: «Недра» 1983.

41. Лимитовский A.M., Лимитовская Е.В. Энергообеспечение геологоразведочных работ и его оптимизация. М.: «Геология и разведка», №4, 1997.

42. Лимитовский A.M., Лимитовский М.А. Экономическое обоснование сечения проводов в линиях электропередач. М.: «Геология и разведка», №3, 1999.

43. Лимитовский A.M., Марков Ю.А., Меркулов М.В. Справочное пособие «Электро- и теплоснабжение геологоразведочных работ», М.: «Недра», 1988.

44. Лимитовский A.M., Марков Ю.А., Пряхин В.А. Анализ производства и себестоимости электроэнергии. М.: «Разведка и охрана недр», №7, 1979.

45. Лимитовский М.А. Инвестиции на развивающихся рынках. М.: Изд. «ДеКА», 2002.

46. Маврицын A.M., Петров O.A. Электроснабжение угольных разрезов. М.: Недра, 1972.

47. Меньшов Б.Г. Электротехнические устройства буровых установок. М.: Высшая школа, 1986.

48. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М.: Недра, 2000.

49. Меркулов М.В. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук «Улучшение условий труда и повышение эффективности буровых работ за счёт использования вторичных энергоресурсов», М.: МГРИ, 1989.

50. Меркулов М.В., Косьянов В. А. Теплотехника и теплоснабжение геологоразведочных работ. Учебное пособие. Часть 1. М.: МГГА, 2001.

51. Меркулов М.В., Косьянов В. А. Теплотехника и теплоснабжение геологоразведочных работ. Учебное пособие. Часть 2. М.: МГГА, 2001.

52. Михалин Г.И. Эксплуатация дизельных электрических станций. М.: Энергия, 1968.

53. Моцохейн И.Б. Электротехнические комплексы буровых установок. М.: Недра, 1991.

54. Назарова З.М., Гольдман Е.Л., Комащенко В.И. и др. Управление, организация и планирование геологоразведочных работ. М.: Высшая школа, 2004.

55. Оптимизация режимов энергетических систем. Под редакцией

56. В.М.Синькова. Киев: Высшая школа, 1978.

57. Орлов В.И. Минерально-сырьевая база России и мира: взгляд в XXI век. Минеральные ресурсы России. М.: «Экономика и управление», №3, 1999.

58. Парфенов Б.М. Современное и перспективное электрооборудование для буровых установок производства ОАО «ВЗБТ». Состояние и перспективы отечественного нефтегазового машиностроения. М., 1999.

59. Поспелов Г.Е. Местные электрические сети. Минск: Вышэйшая школа, 1972.

60. Поспелов Г.Е., Федин В.Т. Проектирование электрических сетей и систем. Л.: Высшая школа, 1978.

61. Правила пожарной безопасности для геологоразведочных организациях и предприятий. М.: 1980.

62. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. М.: Энергия, 1971.

63. Правила устройства электроустановок. М.: Атомиздат, 1976.

64. Ребрик Б.М., Некоз С.Ю., Меркулов М.В., Смирнов Д.А. Особенности затрат энергии, времени и оценка технической эффективности процесса бурения скважин. М.: «Геология и разведка», №3, 2003.

65. Ребрик Б.М., Некоз С.Ю., Курин М.В., Смирнов Д.А. Анализ затрат энергии при бурении скважин. М.: «Геология и разведка», №1, 2002.

66. Сборник норм основных расходов на геологоразведочные работы. Выпуск 11. Строительство зданий и сооружений. Часть 2. Строительство зданий и сооружений в местах производства геологоразведочных работ. М.: ВИЭМС, 1992.

67. Синьков В.М., Пересылкин С.И. Математические задачи сельской электрификации. М.: Высшая школа, 1978.

68. Справочник по математике. Под общей редакцией Г.Корн, Т.Корн. М.: Наука, 1978.

69. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Под общей редакцией А.А.Федорова, Г.В.Сербинского. М.: Энергия, 1973.

70. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Под общей редакцией А.А.Федорова, Г.В.Сербинского. М.: Энергоиздат, 1981.

71. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. М.: Энергоиздат, 1980.

72. Тайц A.A., Грейсук E.H., Приклонский E.H. Применение напряжения 660 В на промышленных предприятиях. М.: Энергия, 1979.

73. Тонкошкур А.Г. Разработка и оптимизация схем и рабочих параметров ГТУ для автономного энергообеспечения производства нефтехимии. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Саратов: 1997.

74. Фёдоров A.A. Ристхейн Э.М. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергия, 1981.

75. Фёдоров A.A., Каменев В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1979.

76. Фуад Хадж Али. Энергообеспечение автономных потребителей на основе комбинированного использования возобновляемых источников энергии. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: 2001.

77. Хохлов В.Х., Саркасов М.А., Зимин E.H. Экономика строительства и эксплуатации электрических сетей. М.: Высшая школа, 1976.

78. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях. Сост. В.В.Ежков, Г.К.Зарудский, Э.Н.Зуев и др. М.: Высшая школа, 1999.

79. Энергоустановка на основе фосфорнокислых элементов, работающая на природном газе и воздухе. М.: РКК «Энергия», 1995.

80. Энциклопедический справочник «Горное дело», T.l М.: Углетехиздат, 1957.