Экономическая оценка рассчитанного трансформатора

 

При проектировании отдельного трансформатора входя того в уже известную серию, или при проектировании новой серии трансформаторов весьма существенной является правильная оценка всех рассматриваемых вариантов рас считанною трансформатора и выбор оптимального варианта важнейшим критерием для определения оптимального варианта в настоящее время считается экономическая эффективность вновь спроектированного трансформатора по сравнению с другими вариантами. При определении экономической эффективности трансформатора должны быть учтены как затраты, связанные с его изготовлением — заводская себестоимость или оптовая цена, так и затраты на эксплуатацию этого трансформатора в течение определенного промежутка времени его работы в сети. Из затрат на эксплуатацию наибольшее значение имеет стоимость потерь активной и реактивной энергии в трансформаторе потому, что эти затраты обычно различаются для различных вариантов трансформатора, в то время как, например, затраты на уход за маслом, содержание персонала подстанции и ряд других являются одинаковыми для всех вариантов каждого трансформатора.

При проектировании отдельного трансформатора, отвечающего в отношении номинальной мощности и напряжений обмоток, а так же характеристик холостого хода и короткого замыкания требованиям ГОСТ или технических условий па существующую серию, т. с. имеющего определенные потери холостого хода и короткого замыкания, а также требующего определенной реактивной мощности, экономическая оценка может быть произведена путем простого сравнения себестоимости или цен рассчитанного и существующего трансформаторов. Более экономичным будет трансформатор с меньшей себестоимостью или ценой.

Если рассчитанный трансформатор отличается по характеристикам холостого хода и короткого замыкания от серийного или ведется проектирование нескольких вариантой с различными характеристиками, например при проектировании серии, то приходится сравнивать трансформаторы неравноценные в эксплуатационном отношении. В этом случае добиваются получения не наиболее дешевого трансформатора, а наиболее дешевой трансформации, т, е. трансформатора, требующего минимальной суммы первоначальных капитальных вложений в трансформаторную установку с текущими затратами на эксплуатацию этой установки за определенный промежуток времени.

Одним из методов выбора оптимального н экономическом отношении варианта решения является метод срока окупаемости, который заключается в сопоставлении разности капитальных вложений двух вариантов К ₂ и К ₁ с экономией на ежегодных издержках И ₁- И ₂ Сроком окупаемости Т называется следующее выражение (если К ₂> К ₁ и И ₂< И ₁)

                        (10.1)

Вариант II с большими капитальными вложениями считается экономически выгодным, если дополнительные капитальные вложения К ₂- К ₁ окупаются экономией на ежегодных издержках И ₁— И ₂, в течение срока, меньшего, чем нормативный срок окупаемости, принимаемой а настоящее время для силовых трансформаторов Т _Н=6,7 лет. т.е. если Т   Т _Н

Более удобным для расчетов является определение и сравнение не сроков окупаемости, а расчетных годовых затрат З.

Расчетными затратами З, отнесенными к одному году называются выражения тина К ₁ р _н + И ₁; К₂р_н + И₂ и т. д., рассчитанные для каждого варианта. При этом р _н = 1/ Т _н; т.е. р _н= 1/6,7=0,15 называется нормативным коэффициентом эффективности капитальных вложений. Наиболее экономически выгодным будет вариант с наименьшим значением З.

Расчетные годовые затраты на трансформаторную установку могут быть подсчитаны по формуле

З= З _тр + З _а + З _х Р _х + k _к З _к Р _к +З_р Q _р руб/год,        (10.2)

где 3 _ТР – затраты, связанные с изготовлением трансформатора;

3 _а – затраты на амортизационные годовые отчисления;

3 _х и З_к – удельные годовые затраты, руб/квт·год, связанные с покрытием не зависящих от нагрузки потерь холостого хода (Р _х) и изменяющихся с нагрузкой потерь короткого замыкания (P _к).

З_р – удельные годовые затраты, руб/квар·год, на компенсацию реактивной мощности (Q_p) трансформатора

З_р может быть принято равным 1,1 руб/квар·год.

Q _p – реактивная мощность, определяется как сумма реактивных мощностей холостого хода и короткого замыкания, квар.

Q_p = , квар,        (10.3)

где S_н – номинальная мощность трансформатора, кВ ּА;

P _х и Р _к – потери холостого хода и короткого замыкания трансформатора, кВт;

 – коэффициент, учитывающий максималь­ную нагрузку трансформатора в последний год нормативного срока окупаемости S _м / S_н и коэффициент роста нагрузки k _р принимается по табл. 10.1.

Таблица 10.1

Мощность, кВА	ВН. к В	Место установки	время вклю-чения в,	время потерь Т п.ч	kM	kk=(kpSM/S н) 2	Зх руб/квт год	Зк, руб/квт
25—630	6—35	Распределительная сеть	8500	2000	0,8	0.8	85	31
1000— 80000	10—35	Распределительная и	8700	3500	0,85	0,8	86	44
2 500— 80 000	110 и 220	основная сеть, понижающие	8760	4000	0,9	0,65	80	35
40 000— 400 000	110 и 220	Станции, повышающие	8000	6000	1,0	0,9	65	50
63 000— 1000 000	330 и 500	Станции и основная сеть	8 100	6000	0,95	0,9	70	45

Удельные годовые расчетные затраты 3х и Зк, руб/квт год на 1 кВт постоянных или переменных потерь.

 

В выражении (10.2) З _тр+ З _А может быть заменено формулой

З_тр+З_а =К_тр(р_н+р_а), руб/год,                 (10.4)

где К _тр – себестоимость или оптоваяцена трансформатора, руб.;

р _н= 0,15 – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

р _а = 0,063 – нормативные амортизационные годовые отчисления.

Таким образом,

З _тр+ З _а =0,213 К _тр руб/год.                 (10.5)

Себестоимость или оптовая цена трансформатора К _тр может быть определена одним из способов, описанных при дальнейшем изложении этого параграфа. Во избежание существенных ошибок рекомендуется при сравнении двух н более различных вариантов пользоваться для определения К _тр одним и тем же методом для всех вариантов.

При сравнении различных вариантов могут не подсчитываться и не включаться в расчет капитальные затраты или годовые издержки, заведомо одинаковые для всех сравниваемых вариантов. Поэтому в формуле для расчета затрат не учтены затраты на транспорт доставки трансформатора к месту установки, установку, монтаж и некоторые др. Для сухих трансформаторов можно ограничиться расчетом стоимости активной части—остова с обмотками, не включая стоимости защитного кожуха и других детален, и для всех трансформаторов масляных и сухих включать в годовые издержки только стоимость потерь активной и реактивной энергии. не учитывая других эксплуатационных расходов, остающихся одинаковыми для всех рассматриваемых вариантов.

Определение удельных годовых затрат на покрытие 1 кет годовых потерь холостого хода и короткого замыкания З _х и З _к производится по себестоимости электрической энергии в энергосистеме с учетом необходимых капиталовложений в электростанции и сети, добычу и транспорт топлива. При определении З _х, и Зк должны также учитываться: место трансформатора в сети — число ступеней трансформации напряжения от станции до трансформатора и потерн на этих ступенях; приведенное число часов потерь в год— Т _п, зависящее от места установки трансформатора, его назначения и характера графика нагрузки; коэффициент k _м. учитывающий попадание переменных потерь в максимум нагрузки системы, а также степень нарастания нагрузки но годам, определяемая коэффициентом k _р.

При определении годовых затрат З по формуле (10.2) можно пользоваться табл. 10.1 (где для трансформаторов разных мощностей, разных классов напряжения и различного назначения приведены рассчитанные по методике проф. П. Г. Грудинского значения З _х, и З к с учетом числа часов включения Т _В для постоянных потерь (Р_Х) и часов потерь Т _П для переменных потерь (Р.). В этой таблице приведены так же коэффициенты k_М и k_К.

Потери холостого хода Р _х, (кВт), короткого замыкания Р _к (кВт) подставляются в формулу затрат из расчета трансформатора.

После определения затрат для всех сравниваемых вариантов полученные значения З сравниваются, наиболее экономичным считается вариант с наименьшими годовыми затратами. При расчете отдельного трансформатора и при проектировании новой серии для каждого варианта расчета необходимо определять себестоимость или оптовую цену трансформатора. При этом в различных случаях приходится пользоваться различными более точными или в той или иной степени приближенными методиками расчета себестоимости и цены.

В условиях завода себестоимость трансформатора определяется после выполнения рабочих чертежей и разработки технологии его изготовления путем точной калькуляции всех прямых и косвенных затрат (на материалы, заработную плату, различные отчисления) и всех других расходов. Такие калькуляции служат обычно основанием для расчета и утверждения оптовой цены трансформатора.

Заводская калькуляция себестоимости трансформатора выполняется на основании рабочих чертежей, спецификации на материалы и полуфабрикаты, технологической доку метании и существующих нормативов на затраты материалов, топлива, энергии и труда на изготовление данного вида продукции.

При определении стоимости материалов трансформатора учитываются все материалы и полуфабрикаты, затрачиваемые на изготовление всех его узлов и деталей, а также готовые узлы или устройства (например, переключатели, вводы, защитные реле и т.д.), если эти узлы и устройства получаются в комплектном виде с других предприятий. Фактически расход какого-либо материала определяется как сумма чистых вecoв вcеx деталей, изготовленных из этого материала, и веса отходов нормированного для каждого материала применительно к действующей на заводе технологии. Если какая-либо часть отходов материала реализуется затем на стороне, например, сдается в виде лома, то из общей стоимости материалов исключается сумма, полученная при такой реализации.

Стоимость всех материалов рассчитывается на основе оптовых цен, которые определяются по официально утвержденным прейскурантам с учетом расходов на тару, упаковку и транспортировку материалов на завод.

Расходы на заработную плату производственным рабочим определяются для изготовления каждой детали и для каждой операции технологического процесса сборки, сутки, пропитки, окраски и т. д. по действующим на заводе нормам и расценкам и затем суммируются по цехам и по всему заводу.

Косвенные затраты состоят из цеховых и общезаводских расходов. К цеховым относятся расходы па содержание аппарата управления цеха, на оплату электроэнергии и технологической тепловой энергии, инструмента, вспомогательных материалов и др. Общезаводские расходы включают оплату общезаводского аппарата управления, подготовки производства, содержания и отопления зданий, связи, охраны и т. д. В заводской калькуляции цеховые и общезаводские расходы обычно учитываются определенным процентом по отношению к заработной плате производственных рабочих.

Для получения полной себестоимости трансформатора к перечисленным выше расходам добавляются некоторые внепроизводственные расходы (обычно 2—3%, иногда до 5-6% от их общей суммы) и для перехода к оптовой цене накопления (от 9 до 11%).

При учебном проектировании рабочие чертежи узлов и деталей трансформатора обычно не разрабатываются, количество и стоимость затрачиваемых материалов могут быть рассчитаны с некоторым приближением, а затраты на заработную плату производственных рабочих и другие расходы могут быть определены лишь по аналогии с соответствующими расходами одного из трансформаторных заводов. В этом случае себестоимость или оптовая цена трансформатора может быть определена на основании упрощенной калькуляции с учетом действительного расхода основной массы материалов и приближенного расчета производственной заработной платы и других расходов.

При учебном проектировании расчет ориентировочной цены трансформатора производится по сумме стоимостей основных материалов с приближенным определением расхода прочих материалов, производственной заработной платы, цеховых и общезаводских расходов и других начислений. Расчет количества всех материалов ведется по расчетной записке и чертежам проекта: чертежам остова и установки обмоток, сборочному чертежу трансформатора.

К основным материалам масляного трансформатора, стоимость которых определяется при учебном проектировании, относятся следующие материалы:

остов – сталь электротехническая с учетом стоимости оклейки или лакировки и отжига, металл ярмовых балок, прессующих колец, стяжных шпилек ярма и остова и подъемных шпилек; дерево или электрокартон уравнительной изоляции;

обмотки – обмоточный провод; бакелитовые или картонные цилиндры; весь электрокартон – рейки, междувитковые и междукатушечные прокладки, шайбы, ярмовая изоляция, опорные кольца и др.; пропиточный лак;

отводы – металл или провод отводов; дерево крепления отводов;

бак и расширитель – металл стенок, дна и крышки бака; металл стенки и дна расширителя; охлаждающие трубы (без труб радиаторов); тележка (без катков; верхняя рама бака; ребра жесткости;

трансформаторное масло.

Кроме стоимости основных материалов, при учебном проектировании следует также подсчитать стоимость комплектующих изделий и готовых узлов – радиаторов, кранов радиаторных, кранов для заливки и слива масла, комплектных проходных изоляторов, переключателей ответвлений обмоток, приводов к переключателям, термометров, термосигнализаторов, газовых реле, предохранителей от перенапряжения. Для комплектующих изделий и готовых узлов следует принимать цены, по которым их отпускают потребителям трансформаторные заводы.

При расчете трансформаторов с естественным воздушным охлаждением номенклатура основных материалов остается принципиально той же, но металл бака и его частей заменяется металлом кожуха, а также отпадает ряд комплектующих изделий, предназначенных для ухода за маслом и защиты масляных трансформаторов (расширитель, краны, газовые реле, термометры и др.).

При расчете стоимости основных материалов трансформаторов, имеющих токоограничивающие или другие реакторы, учитывается также и стоимость основных материалов остова и обмоток реактора.

В учебном проекте не подсчитывается стоимость прочих материалов, не отнесенных к основным, а именно: крепежных деталей – мелких болтов и шпилек, гаек. шайб; различных мелких деталей – пробок, подъемных крюков и колец, катков и т. д.; некоторых изоляционных материалов – кабельной и других бумаг, лакоткани, киперной и другой ленты, изоляционных трубок; уплотнений; эмали для окраски бака и т. д. Стоимость этих материалов оценивается примерно как 5% от стоимости основных.

Фактический расход пли заготовительный вес основных материалов рассчитывается как чистый вес соответствующих деталей с последующим умножением на коэффициент, учитывающий нормативные отходы данного материала – k _отх (k _отх > 1.0).

Стоимость каждого материала определяется как произведение заготовительного веса на оптовую цену этого материала, которая может быть найдена по официальным прейскурантам. Поскольку оптовые цены па большинство материалов установлены в прейскурантах — «франко-вагон станция отправления» (местонахождение завода-изготовителя). и не включают стоимость перевозки от железнодорожной станции завода-изготовителя до завода-получателя, а в ряде случаев не включают и стоимость тары, к общей стоимости материалов прибавляются заготовительные расходы, которые могут быть оценены примерно в 4%от полной стоимости материалов.

Расход производственной заработной платы на изготовление трансформатора зависит от степени сложности конструкции, от того. выпускается ли данный тип трансформатора большими партиями или отдельными единицами, является ли он новым типом или освоенным и от других причин. Анализ калькуляций показывает, что все силовые трансформаторы могут быть подразделены на небольшое число групп, для которых расход производственной заработной платы может быть приближенно найден как определенная часть стоимости материалов.

Обозначая отношение суммы производственной заработной платы к стоимости материалов через /г, можно принять следующие значения:

для нормальных силовых масляных трансформаторов мощностью 10 – 63000 ква без регулирования напряжения под нагрузкой k ≈0,055;

для сухих силовых трансформаторов мощностью 100 – 1600 ква k ≈ 0.08.

Цеховые и общезаводские расходы при калькуляции цены начисляются определенным процентом по отношению к заработной плате производственных рабочих и являются различными для разных производств, а иногда и для разных заводов. Для трансформаторного производства эти расходы в среднем могут быть приняты; цеховые – 200% и общезаводские – 100% от производственной заработной платы.

Можно рекомендовать следующий порядок приближенного определения расчетной цены трансформатора:

по расчетной записке и чертежам проекта подсчитывается стоимость основных материалов С _осн и учитывается стоимость прочих материалов: С _пр ≈0,05 С _осн

учитываются заготовительные расходы (упаковка, транспорт и др.): С _заг ≈ 0,04 С _осн;

определяется стоимость всех материалов для завода: С_м≈1,09С_осн

подсчитывается стоимость всех комплектующих изделий и готовых узлов С _компл;

приближенно определяется стоимость трудовых затрат

С_тр≈ k С_м;

приближенно определяется заводская себестоимость трансформатора: С ≈(1 + 4 k) С _м+ С _компл;

определяется условная оптовая цена трансформатора:

Ц= 1,025·1,10 .·С,                    (10.6)

где 1,025 – коэффициент, учитывающий внепроизводственные расходы;

1,10 – коэффициент, учитывающий нормативные накопления.

Стоимость реализуемых отходов при производстве силовых трансформаторов (стальной лом) обычно составляет не более 0,25 – 0,3% от стоимости всех материалов и в приближенном расчете может не учитываться.

При проектировании новой серии трансформаторов приходится сравнивать большое число вариантов расчета каждого типа трансформатора. Для ускорения этой работы предварительный расчет всех вариантов обычно ведется по одному из существующих методов приближенного расчета, дающему возможность определить характеристики холостого хода и короткого замыкания, а также веса активных материалов трансформаторов. Именно на этом этапе проектирования необходимо произвести экономическое. сравнение различных вариантов и выбрать для дальнейшей более полной разработки те из них, которые являются наиболее экономичными. Таким же образом может производиться выбор оптимального варианта при расчете отдельного трансформатора, если для него не заданы потери холостого хода и короткого замыкания.

Поскольку на стадии предварительного расчета определяются значения веса только активных материалов и основные размеры трансформатора, а значения веса других материалов - изоляции, металла бака и крепления остова, масла, дерева и т. д., остаются еще неизвестными, в этом случае не может быть применена даже упрощенная калькуляция себестоимости или цены трансформатора на основании учета реальных затрат материалов и заработной платы и должен быть применен другой метод приближенного расчета этих величин.

При расчете стоимости трансформатора с целью экономического сравнения ряда рассчитанных вариантов, как уже было сказано ранее, достаточно учесть стоимость лишь тех его частей и узлов, размеры, количество и стоимость которых могут изменяться от одного варианта к другому. В масляном и сухом трансформаторах, как правило, при расчете различных вариантов изменяются размеры и вес магнитной системы и обмоток вместе с весом изоляции обмоток. Если и масляном трансформаторе при этом изменяются потери, то должны также изменяться вес и стоимость системы охлаждения. Ряд деталей и узлов масляного трансформатора – отводы, вводы, переключатели, расширитель, арматура, крепежные детали, кожух в сухом трансформаторе и т. д. остаются неизменными при переходе от одного варианта к другому и могут не учитываться при расчете стоимости.

Стоимость активной части трансформатора, т. е. остова с обмотками для масляного и сухого трансформаторов, может быть рассчитана по формуле

С _а,ч≈ k _о с ₀ G _пр+ k _ст k _отх с _ст G _ст                       (10.7)

где k _о – коэффициент, учитывающий стоимость изоляционных материалов (электрокартон, бумажно-бакелитовые цилиндры, пропиточный лак и т. д.), стоимость изготовления обмотки, цеховые, общезаводские расходы и плановым накопления.

Для меди k _м≈1,75; для алюминия k _а≈2,60, с₀ – цена провода обмоток. Для меди с _м=1,09 руб·кг, для алюминия с _а=0,96 pуб/кг. Для трансформаторов мощностью от 25 до 630 ква с_м =1,17 руб/кг; с _а = 1,06 pуб/кг (провод марок ПБ и АПБ);

G _пр – вес провода обмотки;

k_ст – коэффициент учитывающий стоимость изготовления остова трансформатора, включая стоимость крепежных и других материалов, заработную плату, начисления н нормативные накопления. Для марок стали Э41, Э42 и Э310 – k_ст = 1,40; для марок Э320 и Э330 k_ст = 1,35; для марки ЭЗЗОА – k_ст =1,30;

k _отх – коэффициент, учитывающий отходы стали при раскрое (при мощности трансформатора до 10000 ква и листовой стали k _отх = 1,15; более 10 000 к в a – k _отх = 1,20; для рулонной стали – k _отх = 1,05);

с _ст – цена стали сердечника (для стали ЭЗЗОА – 0,35 мм – с _ст = 0,456 ру /б/кг; для других марок – с учетом коэффициента из табл. 4.15);

G _ст – вес стали по расчету.

Стоимость охладительной системы бака с трубами для трансформаторов мощностью до 1 600 кв a или бака с навесными трубчатыми охладителями (радиаторами) для трансформатора мощностью 2 500 - 80000 КВА (от 10 000 ква и выше – с дутьем), изменяется вместе с изменением суммы потерь Р_х+Р_к – удельная стоимость охладительной систем, отнесенная к 1 квт  потерь К _охл (руб /квт) может быть найденаиз табл. 10.2.

 

Таблица 10.2

Стоимость охладительной системы, отнесенная к 1 кВт потерь К_охл (pyб/квm), для превышения температуры верхних слоев масла 55 и 50° С.

Трансформаторы мощнотью, ква	Тип бака	Без дутья		С дутьем
		550С	50° С	550С	500 С
25—1 600	С трубами	13,8	16.4	—	—
2 500—6 300	С трубчатыми охладителям	12,3	14.7	—	—
10000—80000	То же	12,9	15,4	9,70	11,6

 

Тогда стоимость охладительной системы трансформатора

С _охл= К _охл(Р _х+ Р _к). руб.             (10.8)

Стоимость трансформатора К _тр в формуле (10.5) для экономического сравнения вариантов расчета может быть найдена из

К _тр = С _а,ч+ С _охл, руб               (10.9)

или

К _тр= k _ос₀G_пр+ k _ст k _отх с _ст G _ст+ К _охл(Р _х+ Р _к) руб.     (10.10)

Найденное значение может быть подставлено в выражение (10.4) или (10.5) для экономического сравнения вариантов, но оно не равнозначно условной оптовой цене трансформатора, определяемой из выражения (10.6) поскольку не включает стоимость ряда узлов и некоторых материалов, стоимость которых не изменяется при переходе одного варианта к другому (проходные изоляторы, переключающие устройства, арматура бака, крепежные материалы и др.). условная оптовая цена трансформатора Ц из выражения (10.6) также.может быть использована при расчете по (10.5) и (10.4), однако при экономическом сравнении нескольких вариантов для всех вариантов стоимость К _тр должна быть рассчитана по одному методу.