Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Требования к системам электроснабжения и основные принципы их построения на примере РП-2 ОАО «НЛМК»



Введение

электроснабжение подстанция надежность

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которой приходится более 60% всей вырабатываемой в стране электроэнергии. С помощью электрической энергии не только обеспечиваются бытовые нужды человека, но и приводятся во вращение миллионы станков и механизмов, освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление производственными процессами.

В условиях ускорения научно-технического прогресса потребление электроэнергии значительно увеличивается благодаря созданию гибких роботизированных и автоматизированных производств.

Всё это приводит к тому, что к системам обеспечения электроэнергией предъявляются серьезные требования, выполнение которых гарантирует бесперебойное и надежное электроснабжение. При проектировании же новых объектов электроснабжения стоит уделять большое внимание к тому, какое место займет данный узел в электроэнергетической системе и выполняются ли основные принципы построения.



1. Системы электроснабжения. Основные требования и принципы построения

1.1 Понятие электроснабжения

С момента изобретения электричества человечество пришло к выводу, что большинство видов энергии, необходимых для своей жизнедеятельности, целесообразно получать из электрической энергии путем преобразования ее с помощью определенных физических устройств. Эта целесообразность была определена экономическими и экологическими факторами. Указанный процесс получения необходимых видов энергии из электрической получил название электрификации жизнедеятельности человека, а технологический процесс этой деятельности - электрифицированного технологического процесса.

В настоящее время электроэнергия проникла во все сферы жизни: быт, производство, транспорт, сырьевые и перерабатывающие отрасли и т.д. С развитием электрификации появились принципиально новые технологические процессы, определившие современное состояние научно-технического прогресса: электролиз, электрохимия, электротермия и т.п.

Под электроснабжением понимают процесс поставки электроэнергии для электрифицированной жизнедеятельности человека. При этом ее необходимо, как минимум, выработать, передать и распределить среди электроприемников. Электроснабжение помещений различного назначения является основополагающим фактором комфортной жизни и деятельности человека. Электроснабжение это не только явление, но и трудоемкий процесс, особая сфера энергетического комплекса страны, которая состоит из нескольких этапов производства и сбыта электрической энергии. Поэтому так важно следить за новыми технологиями, использовать новейшие разработки по улучшению электроснабжения потребителей [1].



1.2 Понятие системы электроснабжения

Отличительной особенностью электроэнергетики является неразрывность и практически полное совпадение во времени процессов производства, распределения и потребления электрической энергии. Производство электроэнергии возможно только в том случае, если предварительно обеспечено соединение генераторов энергии с ее приемниками в единую электрическую схему.

Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии.

В системе электроснабжения объектов можно выделить три вида электроустановок:

- по производству электрической энергии - электрические станции (на предприятиях со значительной тепловой нагрузкой);

- по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии - электрические сети и подстанции;

- по потреблению электрической энергии в производственных и бытовых нуждах - приемники электрической энергии.

В настоящее время производство электроэнергии целесообразно осуществлять на высокотехнологичных установках, работающих в общей электрической сети, соединяющих их между собой. Такое административно-техническое образование называется электроэнергетической системой, которую при электроснабжении потребителей называют централизованным источником электроэнергии. В электроэнергетической системе, обслуживающей большие территории электрифицированной жизнедеятельности человека, невозможно обойтись без преобразования электрической энергии на более высокие напряжения для ее передачи на относительно большие расстояния. Это позволяет повысить предел передаваемой мощности и снизить потери электроэнергии в линиях электропередачи.

Зачастую в этих условиях доведение электроэнергии до электроприемников возлагается на систему электроснабжения (СЭС), которая по определенным причинам находится в собственности потребителя.

Приведенная взаимосвязанная сфера жизнедеятельности человека, направленная на производство электроэнергии в больших количествах, ее преобразование, передачу и распределение среди электроприемников, называется электроэнергетикой, структурная схема которой представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема электроэнергетической системы

Таким образом, от электроэнергетической системы получают электроэнергию множество систем электроснабжения, преобразующих, передающих и распределяющих ее среди электроприемников разнообразных структур электрифицированной жизнедеятельности человека, таких как промышленные предприятия, сельское хозяйство, жилищно-коммунальное хозяйство, транспорт, нефтегазодобыча и т.д.

В такой структуре электроэнергетики на электроэнергетическую систему возлагается задача обеспечения потенциальной способности производства электроэнергии тогда, когда это условие создаст потребитель.

Следовательно, в рассмотренных условиях систему электроснабжения можно определить как совокупность электротехнических устройств (трансформаторов, линий электропередачи, электрических аппаратов, сборных шин), предназначенных для преобразования, передачи и распределения электроэнергии среди электроприемников электрифицированной жизнедеятельности человека.

Иногда совокупность электротехнических устройств, относящихся к системе электроснабжения потребителя, называют системой внутреннего электроснабжения, а часть сети энергосистемы, обеспечивающую передачу электроэнергии к центру электрического питания системы электроснабжения от точки присоединения к электроэнергетической системе, - системой внешнего электроснабжения.

Как говорилось выше, под системой электроснабжения понимается совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией. Рассмотрим элементы систем электроснабжения.

Электроустановками называется совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии

Электроприемник, как составляющая часть электрического хозяйства предприятия, организации, любого электрифицированного объекта представляет собой аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии, например, электродвигатель, электрический источник света, нагревательный элемент.

Электроприемник или группу электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории, например, станок, цех, предприятие, называют потребителем электрической энергии.

Электрическая станция - это установка или группа установок для производства электроэнергии или электрической и тепловой энергии.

Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, состоящая из подстанций, линий электропередачи, токопроводов, аппаратуры присоединения, защиты и управления.

Подстанция - это электроустановка для приема, преобразования и распределения электроэнергии.

Под линией электропередачи понимается устройство, предназначенное для передачи и распределения или только для передачи электроэнергии на расстояние.

По способу использования системы электроснабжения относятся к непрерывно работающим. Это сложные динамичные системы, характеризующиеся многообразием внешних и внутренних связей.

Режимы производства, передачи и распределения электроэнергии в системах электроснабжения неразрывно связаны с режимами питающих энергосистем. Потребители задают режим нагрузок и формируют график нагрузки питающей энергосистемы. Энергосистема оказывает влияние на систему электроснабжения изменением располагаемой мощности источников питания, уровнями напряжения и частоты, величинами токов короткого замыкания, требованиями устойчивости и надежности.

Техническое и ремонтное обслуживание систем электроснабжения представляет комплекс работ, направленных на поддержание исправности или работоспособности оборудования и линий электропередачи. Оно в значительной степени определяет уровень эксплуатационной надежности электроснабжения [2].



1.3 Требования к системам электроснабжения

Система электроснабжения должна строиться так, чтобы она обеспечивала надежность, удобство и безопасность в обслуживании, а также позволяла поддерживать необходимое качество электроэнергии и бесперебойность энергоснабжения в режиме нормальной работы и в послеаварийном режиме. Одновременно система электроснабжения должна характеризоваться экономичностью в плане затрат, ежегодных ежемесячных и ежегодных расходов, потерь энергии и расхода материалов и комплектующих.

К системам электроснабжения предъявляют нижеизложенные требования:

- безопасность. Системы электроснабжения и все без исключения их элементы (включая электроприемники) должны быть построены и выполнены таким образом, чтобы они не создавали какой-либо опасности для жизни и здоровья людей (рабочих в цехах промпредприятий, жителей городов и сел, работников животноводческих ферм и др.).

- экологичность. В различных режимах (нормальных, аварийных) и при проведении различных работ (строительных, монтажных, ремонтно-восстановительных) СЭС и их оборудование не должны вызывать загрязнение окружающей среды.

- надежность. Наиболее высоки требования к надежности СЭС в промышленности. На некоторых предприятиях имеются такие электроприемники, внезапный перерыв электропитания которых может приводить к возникновению опасности для жизни и здоровья людей, (например, к взрывам, пожарам и пр.). Здесь требования к надежности максимальны. На большинстве предприятий требования к надежности ниже. Но в любом случае необходимый уровень надежности СЭС определяется требуемым уровнем надежности электропитания электроприемников. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) все электроприемники подразделяются на три категории. Для каждой категории свои требования к надежности.

- экономичность. Для заданного уровня безопасности, надежности и экологичности система электроснабжения должна иметь минимальные затраты на сооружение, монтаж и эксплуатацию.

- обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС). Все элементы системы электроснабжения и электроприемники электрифицированного технологического процесса не должны оказывать друг на друга мешающих воздействий, которые могли бы привести к нарушению их функционирования или к значительному ухудшению их технико-экономических показателей. Например, качество напряжения на зажимах электроприемников в значительной степени определяет эффективность процесса преобразования энергии в электроприемниках, т.е. эффективность работы технологических агрегатов в целом.

- возможность развития во времени. Например, в цехах промышленных предприятий в связи с реконструкцией технологического процесса возможна перестановка технологического оборудования, что не должно вызывать серьезных перестроек СЭС.

- удобство эксплуатации и управления. Все необходимые свойства СЭС (безопасность, надежность, экономичность и др.) поддерживаются в процессе эксплуатации за счет управления в широком смысле: ремонта, обслуживания, модернизации и др. Системы электроснабжения должны быть приспособлены для проведения таких работ.

- эстетичность. При проектировании и построении систем электроснабжения необходимо учитывать «вписываемость» элементов СЭС в архитектурный облик зданий и сооружений, во внутренний интерьер производственных и других помещений.

Систему электроснабжения следует строить таким образом, чтобы она в послеаварийном режиме обеспечивала функционирование основных производств предприятия после необходимых переключений [3].

1.4 Категории надежности электроснабжения

Выбор системы электроснабжения должен осуществляться на основе технико-экономического сравнения нескольких вариантов. При создании системы электроснабжения необходимо учитывать категорию приемников электроэнергии. При определении категории следует руководствоваться требованиями ПУЭ. При этом надо избегать необоснованного отнесения электроприемников к более высокой категории. Электроприемники и отделения цехов разной категории рассматриваются как объекты с разными условиями резервирования.

Рассмотрим категории надежности как основное требование, предъявляемое к системам электроснабжения согласно [4].

Электроприемники первой категории

Электроприемники первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. В соответствии с ПУЭ для электроприемников первой категории должны предусматриваться два независимых взаимно резервируемых источника питания.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Для них предусматривается третий независимый источник питания. В качестве третьего источника питания для особой группы и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы собственные электростанции или электростанции энергосистемы (в частности, шины генераторного напряжения), агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п. Назначение третьего независимого источника питания - обеспечение безаварийного останова производства. Завышение мощности третьего источника в целях использования его для продолжения работы производства при отключении двух основных независимых источников питания может быть допущено только при выполнении в проекте технико-экономического обоснования.

Схема электроснабжения электроприемников особой группы первой категории должна обеспечивать:

- постоянную готовность третьего независимого источника к включению и автоматическое его включение при исчезновении напряжения на обоих основных источниках питания;

- перевод независимого источника питания в режим горячего резерва при выходе из строя одного из двух основных источников питания (в обоснованных случаях может быть допущено ручное включение третьего независимого источника питания).

Электроприемники второй категории

Электроприемники второй категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для них при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады, но не более двух часов.

При определении резервных элементов в системе электроснабжения электроприемников второй категории учитывают допустимость их питания по ВЛ напряжением 0,4 - 20 кВ, если обесценена возможность проведения аварийного ремонта линии за время не более одних суток.

Допускают питание электроприемников второй категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к общему аппарату. Питание электроприемников второй категории, как правило, предусматривают от однотрансформаторных ТП при условии организации централизованного резерва трансформаторов и при обеспечении возможности замены поврежденного трансформатора за время не более одних суток.

Для электроприемников второй категории допускается резервирование в послеаварийном режиме путем устройства временных связей напряжением 0,4 кВ шланговым проводом.

Электроприемники третьей категории

Электроприемники третьей категории - все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий. Для них электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают одних суток.

В большинстве случаев к данной категории относятся электроприемники, расположенные в сельской местности или на удаленном расстоянии от городских подстанций и распределительных узлов.

1.5 Принципы построения систем электроснабжения

В общем случае проектирование систем электроснабжения базируется на следующих принципах их построения [5]:

- питание от электроэнергетических систем как централизованных источников энергии, что обеспечивает более высокую надежность электроснабжения, лучшее качество электроэнергии и меньшие затраты в сравнении с автономными системами электроснабжения.

- электроснабжение нескольких потребителей (различной ведомственной принадлежности и различных форм собственности), что приводит к формированию так называемых субабонентов и к появлению дополнительных границ раздела балансовой принадлежности электрических сетей.

- взаимное резервирование элементов системы электроснабжения, что обеспечивает повышение надежности электроснабжения.

- автоматическая защита всех без исключения элементов СЭС, что обеспечивает необходимый уровень безопасности и надежности электроснабжения.

- применение закрытого и защищенного от случайного или несанкционированного доступа электрооборудования, которое обеспечивает повышение безопасности и надежности электроснабжения.

- повсеместное применение комплектного электрооборудования (КРУ, КСО, КТП, ШМА, ШРА и т.п.), что повышает безопасность, надежность и экономичность СЭС.

- централизация управления и его автоматизация, приводящие к более высокой эффективности функционирования системы электроснабжения.

Структуры систем электроснабжения имеют некоторое разнообразие, которое определяется характером потребителя и источника электроэнергии, а также степенью удаленности их друг от друга. Тем не менее возможно представить некую обобщенную структуру СЭС, показанную на рисунке 2.



Рисунок 2. Обобщенная структура СЭС

Центром электрического питания (ЦЭП) может быть главная понизительная подстанция (ГПП), если электроэнергия от электроэнергетической системы передается на напряжении 35, 110, 220 кВ, или центральный распределительный пункт (ЦРП), если электроэнергия передается на напряжении 10 кВ. Главная понизительная подстанция выполняет две функции: преобразует электроэнергию на напряжение 10 кВ и распределяет электроэнергию в высоковольтную распределительную сеть. Центральный распределительный пункт выполняет только одну функцию - распределение электроэнергии.

Высоковольтная распределительная сеть (ВВРС) выполняет функцию передачи и распределения электроэнергии от центра электрического питания к подстанциям 10/0,4 кВ и высоковольтным электроприемникам, если таковые имеются у потребителя.

Трансформаторные подстанции (ТП) 10/0,4 кВ преобразуют электроэнергию, полученную от высоковольтной распределительной сети, на напряжение 0,4 кВ и распределяют ее в низковольтную распределительную сеть. Низковольтная распределительная сеть (НВРС) выполняет функцию передачи и распределения электроэнергии среди наибольшего количества электроприемников у потребителя на напряжение 380/220 В.

Из электроэнергетической системы как централизованного источника питания система электроснабжения потребителя может получать электроэнергию по нескольким вариантам. Это может быть линия электропередачи 10, 35, 110 или 220 кВ, приходящая от трансформаторной подстанции районной энергосистемы, или отпайка от проходящей мимо потребителя воздушной линии электропередачи 110, 220 кВ, соединяющей между собой подстанции энергосистемы, или линия электропередачи, приходящая с распределительного устройства генераторного напряжения электрической станции. При этом в договоре между электроэнергетической системой как энергоснабжающей организацией и потребителем указывается точка электрической сети, разделяющая собственность, - граница раздела балансовой принадлежности сетей.

При проектировании и эксплуатации СЭС как электроэнергетических объектов также необходимо учитывать и их особенности, заключающиеся в следующем:

1) В непосредственной близости от низковольтного электротехнического оборудования находится большое количество людей, не имеющих специального образования (не относящихся к электротехническому персоналу). Это многочисленные рабочие в цехах промышленных предприятий, жители городов и поселков и др. Эта особенность определяет главное требование к СЭС - обеспечение безопасности не только обслуживающего персонала, но и людей, которые подчас недостаточно полно осознают опасность близости элементов электрических сетей и электроустановок.

2) Основная часть электроэнергии потребляется на низком напряжении, поэтому наибольшее количество проводникового материала (медь, алюминий) сосредоточено в низковольтной распределительной сети и низковольтном электрооборудовании.

3) По характеру преобразования электроэнергии, принципам работы, потребляемой мощности, влиянию на работу электрической сети электроприемники отличаются большим разнообразием. Поэтому для обеспечения эффективной работы всей совокупности электроприемников и элементов СЭС, представляющих единое целое в процессе преобразования, передачи, распределения и потребления электроэнергии, специалистам в области систем электроснабжения необходимо также глубокое и всестороннее изучение этих электроприемников, включая их ненормальные и аварийные режимы.

4) Из-за специфических особенностей работы технологического оборудования среда внутри производственных помещений может быть весьма разнообразной (нормальной, пожаро- или взрывоопасной, опасной по условию коррозии). Поэтому часто возникают проблемы обеспечения совместимости электротехнического оборудования со средой, в которой они размещаются. Среда в производственном помещении не должна оказывать мешающего влияния на работу электротехнического оборудования (порчу изоляции, сокращение срока службы и т.д.), и, наоборот, работа электротехнического оборудования не должна вызывать вредные и опасные явления в окружающей среде (пожары, взрывы и др.).

5) Плотность нагрузок различных потребителей электроэнергии сильно различается, что приводит к большому разнообразию схемно-конструктивных решений и видов используемого электротехнического оборудования в СЭС.

Указанные особенности систем электроснабжения и принципы их построения придают конкретной СЭС те или иные характерные черты проектных решений и виды конструктивного исполнения. Например, в низковольтных распределительных сетях систем электроснабжения промышленных предприятий широко применяются шинопроводы, в электрических сетях сельскохозяйственных районов - воздушные линии электропередачи, в городских - кабельные и др. По этим причинам из всего имеющегося многообразия СЭС принято выделять три характерные разновидности: электроснабжение промышленных предприятий, электроснабжение городов и электроснабжение сельскохозяйственных районов.

Система электроснабжения определяется также технологией электрифицированного процесса потребителя, его планировкой и строительной частью, ростом технологических мощностей и расширением.

Исходя из вышеприведенных факторов система электроснабжения может быть выполнена в нескольких вариантах, из которых выбирается оптимальный по условиям технико-экономических критериев, учитывающих надежность электроснабжения, качество доводимой до электроприемников энергии, экономичность функционирования, удобство и безопасность эксплуатации, возможность применения прогрессивных методов электромонтажных работ.



2. Анализ системы электроснабжения на примере РП-2 ОАО «НЛМК»

2.1 Общие сведения о РП-2 ОАО «НЛМК»

Все необходимые сведения получены из инструкции [6].

Распределительная подстанция РП-110 кВ №2 (РП-2) построена в 1985 году. Основным назначением РП-2 является питание производства горячего проката (ПГП) и производства динамной стали (ПДС) Новолипецкого металлургического комбината (НЛМК).

Потребителями электрической энергии, питающимися от РП-2, являются главные понизительные подстанции (ГПП) №2, 8, 12, 20, 21 - двенадцать трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения мощностью 63 МВА.

Подстанция РП-2 расположена на территории ОАО «НЛМК» в районе железнодорожной станции УЖДТ «Прокат» на проспекте Железнодорожников. Подстанция конструктивно выполнена в виде отдельностоящего здания и совмещена с главной понизительной подстанцией ГПП-12.

В состав РП-2 входят:

- открытое распределительное устройство 110 кВ №1 (ОРУ №1-110 кВ), служащее вводной частью подстанции, здесь размещено оборудование высоковольтных вводов 110 кВ: порталы, ВЧ - заградители, конденсаторы связи, разрядники, шкафы отбора напряжения и проходные ввода в ЗРУЭ-110 кВ;

- открытое распределительное устройство 110 кВ №2 (ОРУ №2-110 кВ), выполняющее нужды ГПП-12. На ОРУ №2-110 кВ размещены два силовых трансформатора ТРДЦНК-63000/110/10,5/10,5, четыре токоограничивающих реактора РБГД-100-2500-0,351 и шкафы управления обдувом трансформаторов;

- закрытое распределительное устройство элегазовое 110 кВ (ЗРУЭ-110 кВ) служит для распределения электроэнергии по крупным потребителям прокатных производств, состоит из модульного пофазного РУ-110 кВ в комплекте из 28 ячеек ЯЭ-110;

- комплектное распределительное устройство 10 кВ (КРУ-10 кВ), выполняющее нужды ГПП-12, служит для распределения электроэнергии по мелким потребителям вспомогательных производств, состоит из 46 ячеек ШВМЭ-10 с выкатными элементами ТН и МВ;

- помещения с маслоподпитывающим оборудованием для отходящих кабелей 110 кВ;

- кабельный подвал, галереи и тоннели 10 кВ и 110 кВ;

- компрессорная станция, состоящая из пяти компрессоров, обеспечивающих периодическую подачу сжатого воздуха в систему воздухоприготовления для операций коммутаций элегазовыми выключателями;

- главный щит управления, состоящий из рабочего места оперативного персонала, щита управления РП-2 (15 панелей), панелей РЗ и А (72 панелей), щита постоянного тока (6 панелей), щита собственных нужд (7 панелей), щита аварийного пожаротушения (4 панели) и трех выпрямительных подзарядных агрегатов типа ВАЗП - 220/380 - 40/80;

- аккумуляторная батарея, состоящая из 128 свинцово-кислотных стационарных аккумуляторов типа СК-14 открытого исполнения в стеклянных банках.

2.2 Оценка оптимального места расположения подстанции

При проектировании систем электроснабжения крупных промышленных предприятий разрабатывается генеральный план проектируемого объекта, на который наносятся все главные потребители.

На генеральном плане указываются расчетные мощности будущих потребителей. Размещение подстанции должно соответствовать наиболее рациональному сочетанию капитальных затрат на сооружение системы электроснабжения и эксплуатационных расходов. Для определения оптимального местоположения подстанции при проектировании системы электроснабжения на генеральный план цеха наносится картограмма нагрузок.

Картограмма нагрузок цеха представляет собой размещенные по генеральному плану окружности, а площади, ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам. Для каждой нагрузки наносится своя окружность. Математически вычисляется географический центр электрических нагрузок (ЦЭН). Главную понизительную подстанцию следует располагать максимально близко к расчетному центру нагрузок. Данные мероприятия позволяют приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и значительно сократить протяженность цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала и снизить потери электрической энергии.

Картограммы следует наносить на генеральный план промышленного предприятия отдельно для активной и реактивной нагрузок. Причиной этого является то обстоятельство, что питание активных и реактивных нагрузок производится от разных источников. Питание активных нагрузок обеспечивается или от собственных электростанций промышленного предприятия, или от подстанций энергосистемы. Питание реактивных нагрузок осуществляется от конденсаторных батарей, располагаемых в местах потребления реактивной мощности (индуктивного характера), от перевозбужденных синхронных двигателей или синхронных компенсаторов, которые, как правило, располагаются вблизи мест потребления реактивной мощности.

Рекомендации [7] советуют при проектировании распределительной высоковольтной подстанции располагать по возможности как можно ближе к зоне рассеяния ЦЭН. Однако существующая РП-2 расположена в третьей зоне рассеяния ЦЭН.

Очевидно, что решения о существующем расположении подстанции и ее реализации в виде ЗРУЭ при проектировании были обоснованы по следующим причинам:

- задуманные генпланом развития НЛМЗ и не реализованные решения по широкостороннему развитию прокатного производства (в том числе и строительство горячего стана - 2500), в этом случае проектный ЦЭН располагался бы намного ближе к подстанции;

- маленькая занимаемая площадь ЗРУЭ-110 кВ (50х30 м) позволила расположить подстанцию в сильно застроенном районе довольно близко к потребителям, что было вполне целесообразно при расширении производства;

- проектное исполнение подстанции позволяло заложить большой резерв мощностей для будущего развития производства в целом;

- возможность применения относительно коротких дорогих кабельных сетей 110 кВ и снижение стоимости сетей низшего напряжения 10 кВ из-за расположения РП-2 довольно близко к ЦЭН;

- малое время строительства и монтажа (модульная сборка).

Данное проектное решение имело только один минус: высокая стоимость ЗРУЭ-110 кВ. Однако, при принятии проектного решения рассматривались разные экономические варианты и существующее местоположение подстанции и ее типоисполнение оказалось самым выгодным. На основании анализа можно сделать следующие выводы:

- распределение координат ЦЭН для РП подчиняется нормальному закону распределения;

- координаты ЦЭН испытывают рассеяние, которое будет различным для разных режимов работы отходящих ГПП и исходных условий на РП-2;

- зона рассеяния ЦЭН в общем случае представляет собой круг, соотношение радиусов круга может быть различным в зависимости от режимов работы подстанций и перспективного развития предприятия.

2.3 Выбор главной схемы подстанции

Проектирование схем электроснабжения осуществляется с учетом требований Стандарта отраслевого СО 153-34.20.164-2003 [8]. Типовые схемы подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ. Данный документ рекомендует при проектировании схем электроснабжения и выборе главных схем распределительных пунктов обеспечивать надежное и качественное электроснабжение потребителей, использовать передовые проектные решения, высокий уровень качества строительных и монтажных работ, соблюдение требований экологической безопасности и охраны окружающей среды, обеспечивать высокую ремонтопригодность применяемого оборудования и конструкций и предусматривать передовые методы эксплуатации, безопасные и удобные условия труда эксплуатационного персонала.

Главная схема подстанции выбирается из следующих соображений:

- обеспечение надежного питания потребителей в нормальном, послеаварийном и ремонтном режимах в соответствии с категориями потребителей и наличием резервных источников питания;

- схема должна быть простой, наглядной, экономичной и обеспечивать автоматическое восстановление питания;

- схема должна допускать поэтапное развитие распределительного устройства без значительных работ по реконструкции и перерывов питания потребителей;

- число одновременно отключаемых защитами выключателей не должно превышать двух для одной линии и четырех для одного трансформатора.

Определяющими факторами при выборе типовой схемы подстанции являются уровни напряжений и необходимое количество отходящих присоединений.

При сооружении на промышленном предприятии крупной РП, предназначенной для электроснабжения энергоемкого производства, передачу электроэнергии от РП целесообразно осуществлять на наиболее высоком из возможных напряжений, а от него к потребителям на более низком напряжении, учитывая большую протяженность линий от РП и малую - от ГПП к потребителям. При увеличении расстояний транспортировки более половины общей суммы приведенных затрат приходится на линии электропередачи.

По пропускной способности и приемлемой дальности электропередачи рассматриваются ближайшие стандартные варианты напряжений. В данном случае при дальности ВЛ до 80 км и средней мощности передачи ВЛ - 30 МВт целесообразно применение напряжения 110 кВ.

Для питания РП-2-110 кВ выбрано напряжение 110 кВ. Напряжение данного класса является основным для питания цеховых подстанций комбината. Главным аргументом для применения напряжения 110 кВ является возможность реализации полного ближнего резервирования использованием электроэнергии ТЭЦ-2 и энергосистемы от подстанции «Металлургическая». При использовании напряжения 220 кВ надежность электроснабжения снижается из-за меньшего количества питающих источников и предъявляются более высокие требования к изоляции сетей и оборудованию подстанций. Данный уровень напряжения, используется на комбинате, но не является основным.

Плотная застройка района прокатных производств и ограниченность свободного места диктуют свои условия по выбору главной схемы. Исходя из этих условий оптимальным решением является применение закрытого РУ с элегазовой изоляцией - типовой схемы №110-18 «двойная секционированная система шин 110 кВ с фиксированным присоединением элементов».

2.4 Описание принципиальной электрической схемы подстанции

Силовая схема РП-2 - двойная секционированная система шин с фиксированным присоединением элементов. Подстанция питается по двум двухцепным воздушным линиям электропередачи (четыре ввода 110кВ), находящимся на балансе ОАО «НЛМК». Для ввода ВЛ-110кВ в подстанцию выполнено открытое распределительное устройство ОРУ - №1-110кВ.

Питание потребителей осуществляется по кабельным линиям электропередачи. Потребители электроэнергии РП-2 - двенадцать трансформаторов главных понизительных подстанций цехов комбината типа ТРДЦНК-110/10/10-63МВА. В нормальном режиме нагрузка трансформаторов не превышает 40%. Это продиктовано необходимостью наличия резерва мощности для обеспечения ремонтных режимов питаемых подстанций. Характер нагрузки - индуктивный, средний коэффициент мощности - 0,85. Принципиальная однолинейная схема подстанции приведена на рисунке 3.

Каждое присоединение (отходящее или питающее) подключается к системам шин через один из шинных разъединителей (ШР1 или ШР2), элегазовый выключатель и линейный разъединитель (ЛР). В целях обеспечения избирательности (селективности) защиты шин каждое присоединение зафиксировано за «своей» системой шин. Наличие двух разъединителей позволяет выводить в ремонт систему шин без отключения присоединений. Для осуществления ремонтных переключений служат шиносоединительные выключатели (ШСВ1 и ШСВ2) - в данных режимах нарушается фиксация присоединений и избирательность защиты шин. Каждая система шин разделена на две секции. Секции связаны между собой через шинные разъединители и секционные элегазовые выключатели (СВ1 и СВ2). Каждая секция системы шин оборудована трансформатором напряжения, подключаемым через шинный разъединитель. Для безопасного производства ремонтных работ все присоединения (в том числе и системы шин) оборудованы заземляющими ножами с ручным приводом. Устройства заземления и кинематическая схема выключателей и разъединителей связаны между собой схемой оперативной электромагнитной блокировки, препятствующей ошибочным действиям оперативного персонала.

Питание ЗРУЭ-110кВ осуществляется по четырем ВЛ-110кВ:

- «РП-2-Правая»: ТЭЦ-2 (яч. 20) - РП-2-110кВ (яч. 28);

- «РП-2-Левая»: ТЭЦ -2 (яч. 19) - РП-2-110кВ (яч. 18);

- «Прокат - правая»: п/ст «Металлургическая» (яч. 9) - РП-2-110кВ (яч. 15);

- «Прокат - левая»: «Металлургическая» (яч. 10) - РП-2 (яч. 29).

Отходящие кабельные линии 110кВ:

- РП-2 - ГПП-8: 1Т (яч. 11); 2Т (яч. 12); 3Т (яч. 13); 4Т (яч. 20);

- РП-2 - ГПП-2: 1Т (яч. 5); 2Т (яч. 4);

- РП-2 - ГПП-12: 1Т (яч. 23); 2Т (яч. 24);

- РП-2 - ГПП-20: 1Т (яч. 21); 2Т (яч. 22);

- РП-2 - ГПП-21: 1Т (яч. 27); 2Т (яч. 26);

- Проектируемые линии РП-2 - ГПП-18: 1 с.ш. (яч. 3); 2 с.ш. (яч. 6);

- Резервная линия (яч. 7).

Расстановка фиксации присоединений элементов по системам шин выполнена следующим образом:

1 секция I система шин (яч. 13, 15, 23, 27);

1 секция II система шин (яч. 3, 5, 11, 21, 29);

2 секция I система шин (яч. 6, 20, 26, 28);

2 секция II система шин (яч. 4, 12, 18, 22, 24).

Для объединения систем шин первых секций служит 1ШСВ (яч. 9), для - систем шин вторых секций - 2ШСВ (яч. 10). Секционирование осуществляется через 1СВ (яч. 1) и 2СВ (яч. 1).

Трансформаторы напряжений первых секций (яч. 1) и вторых секций (яч. 8) служат для контроля напряжения, защит линий и измерений.



Рисунок 3. Однолинейная схема РП-2 110 кВ

Главная понизительная подстанция ГПП-12 географически совмещена с подстанцией РП-2. Часть оборудования ГПП-12 (ЩСН, ЩПТ, ГЩУ, САУКЭ, РЗиА вводов и СМВ и цифровой осциллограф) совмещено с оборудованием РП-2. Мнемоническая схема ГПП-12 выполнена также на общем щите управления. Из-за совмещенного расположения ГПП-12 входит в зону полного ближнего резервирования и ДЗШТ РП-2-110кВ, что существенно упрощает защиты и автоматику ГПП-12. Облуживание ГПП-12 осуществляется оперативным персоналом подстанции РП-2 (бригада из 2-х электромонтеров).

Ячейка ЯЭ-110кВ состоит из 3-х одинаковых полюсов. В состав ячейки входят унифицированные элементы: сборные шины, полюсы выключателей, блоки разъединителей и заземлителей; промежуточные и соединительные элементы; трансформаторы тока и напряжения; полюсные шкафы (ШП), шкафы контроля давления (ШКД), распределительные шкафы и шкафы трансформаторов напряжения. Линейные ячейки выполнены с контактными соединениями (КС) для присоединения кабельных линий 110кВ отходящих фидеров и с элегазовыми токопроводами для присоединений питающих линий. Элегазовые токопроводы питающих линий выполнены из секций типа СТЭЛ и СТЭУ (секции токопроводов элегазовые линейные и угловые).

Все внутренние механизмы и токоведущие части элементов ячеек заключены в газонепроницаемые алюминиевые корпуса, полости которых заполнены элегазом. Между корпусами отдельных элементов установлены газонепроницаемые изоляторы из эпоксидной смолы. Изоляторы служат опорой для токоведущих частей и механизмов элементов ячеек и вместе с газом обеспечивают изоляцию частей, находящихся под напряжением, от корпуса. Для удобства демонтажа и оперирования при эксплуатации, а также для локализации поврежденных участков, элементы ячеек и токопроводов разделены на герметичные изолированные друг от друга полости.

2.5 Обеспечение требований, предъявляемых к системам электроснабжения

Рассмотренная выше распределительная подстанция РП-2 110 кВ является одним из ведущих узлов системы электроснабжения комбината. Все перечисленные особенности проектирования, расположения, а также принципиальная электрическая схема обеспечивают основные требования, которые предъявляются к системам электроснабжения.

Обобщим полученные сведения и поговорим об обеспечении требований конкретно.

1. Безопасность. Для защиты элементов системы электроснабжения, таких как трансформаторы, отходящие кабельные линии, выключатели используется релейная защита на базе электромеханических реле, а также для защиты воздушных линий применена микропроцессорная защита. Установлены шкафы защит фирм «Экра» и «Siemens». Эти меры обеспечивают защиту от аварийных (короткое замыкание) и ненормальных (перегрузка, качания в системе) режимов электрооборудование. Для защиты обслуживающего персонала используются заземляющие ножи с ручным приводом, общее заземление по подстанции, а также молниезащита.

2. Экологичность. Все помещения подстанции (ЗРУЭ, ОРУ, КРУ) отвечают климатическим и охранно-природным требованиям эксплуатации электроустановок. Они имеют соответствующий класс по пожаробезопасности, взрывоопасности и общей строительной категории.

3. Надежность. Режимы работы ЗРУЭ - 110 кВ выбираются из конкретных условий работы, с учетом состояния оборудования, состояния схемы электроснабжения комбината, производственной необходимости, руководствуясь режимными схемами и отдельными указаниями вышестоящего оперативного персонала. При любых режимах работы не должны быть нарушены номинальные параметры оборудования и снижена надежность электроснабжения потребителей. Распределительная подстанция РП-2 и питающиеся от нее ГПП являются электроприемниками 1-й категории. Они имеют два независимых источника питания (ТЭЦ-2 и подстанция «Металлургическая»). Для быстрого ввода резервного источника питания имеется связь между секциями шин через секционные выключатели, которые по сигналу АВР замыкаются, тем самым сводя к минимуму перерыв в электроснабжении при аварийных режимах.

4. Экономичность. Как говорилось выше, при проектировании подстанции был произведен расчет предполагаемой будущей нагрузки и определено расположение центра электрических нагрузок. Тем самым затраты на монтаж, оборудование и эксплуатацию сведены к минимуму.

5. Обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС). Оборудование подстанции не оказывает электромагнитного влияния на другие объекты системы вследствие рассчитанного заранее правильного расположения относительно друг друга помещений распределительных устройств.

6. Возможность развития во времени. Оборудование РП-2 эксплуатируется около тридцати лет и устарело физически и морально. Установленные ячейки ЯЭ-110 требуют дорогостоящего капитального ремонта, превышенный нормативный срок эксплуатации электромеханических реле и вторичных цепей значительно снижает надежность электроснабжения. Возможная модернизация может осуществляться в следующих целях:

- обеспечение надежного и бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергией за счет автоматизации подстанции;

- снижение потерь при передаче электроэнергии;

- повышение качества электроэнергии;

- применение многофункциональных современных РЗиА, позволяющих повысить экономические показатели оборудования;

- снижение вероятности возникновения инцидентов на подстанции.

Требуется рассмотрение режимов работы оборудования РП-2 в ближайшей перспективе развития прилегающей энергосистемы, выбор нового высоковольтного оборудования подстанции и электрооборудования, реализующего функции управления, измерения и защиты, а также построение системы автоматизированного управления подстанции.

7. Удобство эксплуатации и управления. Все оборудование подстанции находится в круглосуточном контроле и поддерживается в работоспособном состоянии. На РП-2 имеется следующий персонал:

- электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования РП-110кВ №2 (далее электромонтер) района №3 службы подстанций ЦЭлС - осуществляет оперативное обслуживание и ремонт;

- электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования подстанций (далее электромонтер) района №3 службы подстанций ЦЭлС - осуществляет оперативное обслуживание и ремонт;

- электрослесарь по ремонту электрооборудования района №3 (далее электрослесарь) осуществляет ремонт оборудования;

- начальник смены (сменный диспетчер) оперативно-производственного участка ЦЭлС (ОПУ) - осуществляет оперативное управление;

- персонал службы подстанций ЦЭлС, службы электротехнических лабораторий, группы вторичной коммутации, подрядных организаций - осуществляет техническое обслуживание, ремонт, наладку и испытание оборудования.

Для возможности проведения ремонтных работ имеются специальные помещения (мастерские), в которых находится все необходимое оборудование. Служба РЗиА проводит технический осмотр, техническую эксплуатацию устройств релейной защиты, измерения и наладки вторичных цепей, настройка всевозможных защит. Введение системы 6С помогло сделать рабочее место на подстанции удобней и высокопроизводительным, что отражается на качестве и времени ремонтных операций.

8. Эстетичность. РП-2 построена в благоприятном районе для обеспечения электроэнергией важных производственных участков комбината, такие как прокатные цеха. Компактность, рациональность и правильные технические решения при строительстве подстанции позволили сэкономить место земельного участка и «вписать» объект в умеренно застроенную территорию. Подстанция удобно расположена как со стороны приема электроэнергии от вышестоящих источников питания, так и для передачи её на нижестоящие понизительные подстанции. Также удобство объясняется наличием таких важных социальных объектов рядом, как столовая, автобусная остановка, проходные.

Стоит отметить, что все вышеперечисленные принципы построения систем электроснабжения также соблюдены ещё на стадии проектирования подстанции.



Заключение

Как было сказано выше, к системам электроснабжения предъявляют серьезные требования. От качества выполнений этих требований зависит не только согласованная правильная работа многих механизмов и производства в целом, но и жизнь работающих людей.

Подстанция РП-2 отвечает всем поставленным требованиям. Она играет очень важную роль в снабжении комбината, так как по сути является первым звеном в системе обеспечении электроэнергией к примеру прокатных цехов.



Список источников

1. Рожкова, Л.Д. Электрооборудование станций и подстанций [Текст] / Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. 3-е изд., доп. - М: Энергия, 1987. - 161 с.

2. Коновалова, Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок [Текст]: Учебное пособие для техникумов / Л.Л. Коновалова, Рожкова Л.Д. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 528 с.

3. Липкин, Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок [Текст]: Учебное пособие / Б.Ю. Липкин - М.: Высшая школа, 1990. - 200 с.

4. Правила устройства электроустановок [Текст]: утв. приказом Минэнерго России от 07.07.2002 №204 // 7 изд, доп. и перераб., 2010 г. 330 с.

5. Ершевич, В.В. Справочник по проектированию электроэнергетиче - ских систем [Текст] / В.В. Ершевич, Г.А. Илларионов. М: Энергоатомиздат, 1985. -345 с.

6. Инструкция по эксплуатации распределительной подстанции 110кВ №2.

7. Стандарт отраслевой СО 153-34.20.187-2003. Рекомендации по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ [Электронный текст]. - Введ. 2003 - 06 - 06. - М.: Минэнерго России. - НТИ ЗАО «Энергетика». сор. 2007. - 45 с.

8. Стандарт отраслевой СО 153-34.20.164-2003. Типовые схемы подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ [Электронный текст]. - Введ. 2003 - 06 - 06. - М.: Минэнерго России. - НТИ ЗАО «Энергетика». сор. 2007. - 121 с.

9. Стандарт организации. Студенческие работы. Общие требования к оформлению: методические указания для студентов №2929. Липецк: ЛГТУ, 2011. - 32 с.

Размещено на Allbest.ru