Электроснабжение машиностроительного предприятия. Реконструкция распредустройства

Электроснабжение машиностроительного предприятия. Реконструкция распредустройства

1.1 Характеристика потребителей. Расчет электрических нагрузок.

Введение

Около 70 % всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии потребляется промышленными предприятиями. Приемники электроэнергии промышленных предприятий делят на: приемники трехфазного тока напряжением до 1 кВ, частотой 50 Гц; приемники трехфазного тока напряжением выше 1 кВ, частотой 50 Гц; приемники однофазного тока напряжением до 1 кВ, частотой 50 Гц; приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, питаемые от преобразовательных подстанций и установок; приемники постоянного тока, питаемые от преобразовательных подстанций и установок.

Согласно ПУЭ электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяют на электроустановки напряжением до 1 кВ и электроустановки на-пряжением выше 1 кВ. Электроустановки в отношении мер электробезопасности разделяют на: электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю); электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю); электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью; электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

По частоте тока приемники электроэнергии делят на приемники промышленной частоты (50 Гц) и приемники с высокой (выше 10 кГц), повышенной (до 10 кГц) и пониженной (ниже 50 Гц) частотами. Большинство приемников использует электроэнергию нормальной промышленной частоты.

Приемники электроэнергии могут быть разделены на группы по сходству режимов работы, т. е. по сходству графиков нагрузки. Деление приемников электроэнергии на группы позволяет более точно находить среднюю и расчетную нагрузку узла системы электроснабжения, к которому присоединены группы различных по режиму работы приемников.

Различают три характерные группы приемников электроэнергии:

1) приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или маломеняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т. п.:

2) приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период останова машины или аппарата на-столько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами такой группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих, гидравлических затворов и т. п.;

3) приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжитель-ностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неогра-ниченное время, причем повышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т. п.

В отношении обеспечения надежности и бесперебойного питания приемники электроэнергии в соответствии с ПУЭ делят на три категории. Приемники электроэнергии I категории -- приемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный ущерб

народному хозяйству, связанный с повреждением дорогостоящего оборудования, массовым браком продукции, расстройством сложного технологического процесса промышленного предприятия, нарушением функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава приемников электроэнергии I категории выделяется особая группа приемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждений доро-гостоящего основного технологического оборудования. Приемники электроэнергии II категории -- приемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Все остальные при-емники электроэнергии, не подходящие под определения I и II категорий, относят к приемникам III категории.

В практике проектирования систем электроснабжения применяют различные методы определения электрических нагрузок, которые подразделяют на основные и вспомога-тельные. В первую группу входят методы расчета по:

· установленной мощности и коэффициенту спроса;

· средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней (статистический метод);

· средней мощности и коэффициенту формы графика на-грузок;

· средней мощности и коэффициенту максимума (метод упорядоченных диаграмм).

Вторая группа включает в себя методы расчета по:

ь удельному расходу электроэнергии на единицу продук-ции при заданном объеме выпуска продукции за определен-ный период времени;

ь удельной нагрузке на единицу производственной пло-щади.

Применение того или иного метода определяется допу-стимой погрешностью расчетов. При проведении укрупнен-ных расчетов (в частности, на стадии про-

ектного задания) пользуются методами, базирующимися на данных о суммарной установленной мощности отдельных групп приемников -- отделения, цеха, корпуса.

Анализируя задание на проектирование, приходим к выводу о целесообразности использования метода установленной мощности и коэффициента спроса.

Результаты расчета электрических нагрузок сведены в таблицу 1 (см. Приложение). Приемники электрической энергии, описанные в задании на проектирование (см. Приложение) можно отнести к потребителям II ,III категории. Действительно, обращаясь к определению категории потребителей, можно сделать вывод о том, что перерыв электроснабжения данных потребителей не приведет к появлению угрозы для жизни людей. Принимая во внимание небольшую суммарную мощность предприятия (порядка 7,5 МВ·А, предприятие относится к объекту средней мощности), предположим, что перерыв электроснабжения также не приведет к значительному ущербу народному хозяйству, а также нарушению функционирования важных элементов коммунального хозяйства. Таким образом, наиболее подходящим вариантом является отнесение приемников электрической энергии данного предприятия ко II ,III категориям. Эта особенность будет учитываться при выборе схемы электроснабжения машиностроительного предприятия.

Приведем некоторые соображения по поводу выбора напряжения приемников. Выбор напряжения сопряжен с выбором мощности тех или иных приемников, так как именно мощность зачастую оказывается решающим фактором, определяющим напряжение потребителей. Так как не указано точное количество приемников по отдельным корпусам и участкам, выбор мощности и напряжения потребителей проведем условно.

Корпус 1. Участки корпуса содержат приемники небольшой мощности. Приемники питаются от сети 380 В. Например, термический участок может содержать различные шкафы управления электронагревательными элементами в функции температуры. Потребители обычно 3-х фазные, напряжение силовых цепей 380 В, цепей управления -- 220 В.

Сварочный участок может содержать оборудование для различных типов сварки. Например, ультразвуковые машины для шовной сварки мягких термопластичных материалов типа УЗСМ1-0,4/44(УЗОР), применяемые в различных отраслях промышленности (в том числе и машиностроительной), питаются от сети 380 В.

Шлифовальный, заточный, станочный участки могут содержать станки, в приводах которых могут использоваться различные асинхронные двигатели, напряжение которых 220/380 В (двигатели асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ротором серии RА71 и А71, АИР71, АИС80, АИРМ63, АИСМ71 и т.д. и т.п.).

Вентиляционный участок также может содержать вентиляторы, осевые и радиальные, с различными сериями асинхронных двигателей (4А132S4, 4А180М2, АИР100S4, АИР112МА6), которые также питаются от 3-х фазной сети 380 В.

Корпус 2. Выбор оборудования проводится аналогично. Основным напряжением будем считать также 380 В.

В качестве осветительной нагрузки примем люминесцентные лампы, напряжение которых должно быть не выше 220 В. Электроснабжение рабочего освещения выполняется самостоятельными линиями от щитов подстанции. При этом электроэнергия от подстанции передается питающими линиями на осветительные магистральные пункты или щитки, а от них -- групповым осветительным щиткам.

Вспомогательные и сторонние. Ввиду небольшой мощности приемников примем за основное напряжение 380 В.

Таким образом, основным напряжением данного машиностроительного предприятия будет считаться напряжение 0,4 кВ. Соответственно для преобразования высокого напряжения 6 кВ потребуются трансформаторные подстанции.

Характерной особенностью предприятия является отсутствие приемников с резкими ударными нагрузками.

Режимы работы (ПР, ДР, ПКР) указаны в задании на проектирование.

1.2 Выбор питающих напряжений

Выбор напряжения пи-тающих и распределительных сетей зависит от мощности, потребляемой предприятием, его удаленности от источника питания, напряжения источника питания (особенно для небольших и средних предприятий), количества и единичной мощности электро-приемников (электродвигатели, электропечи, преобразователи и др.).

напряжение 35 кВ имеет экономи-ческие преимущества при передаваемой мощ-ности не более 10 МВ * А. Его применение целесообразно, например, для удаленных на-сосных станций водозаборных сооружений промышленных предприятий. Это же напря-жение может применяться и для распреде-ления электроэнергии на предприятиях ука-занной мощности при помощи глубоких вводов в виде магистралей, к которым при-соединяются трансформаторы 35/0,4-0,66 или 35/6 - 10 кВ, а также для питания мощ-ных электроприемников (сталеплавильные электропечи) на предприятиях большей мощ-ности;

напряжение 110 кВ целесообраз-но применять при потребляемой промыш-ленным предприятием мощности 10-150 МВ * А даже при необходимости соот-ветствующей трансформации на РПС.

Значение первичного напряжения су-щественно не влияет на экономические показатели, важнее значение напряжения, на которое производится трансформация.

При мощностях, превышающих 120 - 150 МВ * А, для электроснабжения промыш-ленных предприятий возможно применение напряжения 220 кВ при наличии свободной мощности на РПС на этом напряжении;

напряжения 10 и 6 кВ применя-ются в питающих и распределительных сетях небольших и средних предприятий и на второй и последующих ступенях распре-делительных сетей крупных предприятий при применении глубоких вводов

Задание на проектирование включает в себя реконструкцию существующего распределительного устройства. Напряжение КСО - 272 6 кВ, кроме этого предприятие получает питание от собственной подстанции 6 кВ. Следовательно, номинальным напряжением будет являться 6 кВ. При отсутсвии этих условий целесообразным был бы переход на напряжение 10 кВ. Таблица 1.1 включает в себя характеристику приемников.

Таблица 1

Итак, потребители данного машиностроительного предприятия относятся к 3,2 категориям, напряжение 380/220 В.

Расчет нагрузок, приведенный в приложении, таким образом, носит ориентировочный характер. Нагрузка, рассчитанная методом коэффициента спроса, относится к 3 уровню, то есть она определена для шин НН цеховых ТП.

Учтем тот факт, что при расчете нагрузки на 3 уровне не вводится коэффициент разновременности максимумов. Следовательно, расчетные нагрузки будут равны:

Pрасч = 6088,36 кВт; Qрасч = 4501,161 кВАр; Smax = 7551,99 кВА.

Следует отметить то, что реактивная мощность (и полная мощность) дана без учета компенсации реактивной мощности.

В теории выбор мощности цеховых трансформаторов производится по средней мощности за наиболее загруженную смену на 3 уровне. Лишь в исключительных случаях выбор осуществляется по максимальной нагрузке. Будем считать наш случай исключительным, так как расчет производился не методом упорядоченных диаграмм.

1.3 Выбор мощности и числа цеховых трансформаторов

При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.

Суммарную расчетную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения, устанавливаемых в цеховой сети, определяют расчетами по минимуму приведенных затрат в два этапа:

1. Выбирают экономически оптимальное число цеховых трансформаторов;

2. Определяют дополнительную мощность НБК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6-10 кВ.

По условию предприятие получает питание от двух подстанций. Исходя из наличия на предприятии потребителей второй и третьей категории, принимаем за основную схему - радиальную, ввод от одной подстанций на одну секцию РУ.

Коэффициент мощности на границе балансовой принадлежности должен быть равен 0,967 (по условию).

Исходя из типа предприятия, принимаем плотность нагрузки при напряжении 380 В - 0,25 кВА/м 2. Принимаем трансформаторы мощностью 1600 кВА с коэффициентом загрузки 0,75 (преобладают потребители второй категории).

Проведем выбор числа и мощности цеховых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности.

, где

Экономически оптимальное число трансформаторов определяется:

, m - дополнительно установленные трансформаторы

m определяем по таблице стр.106 (1) m = 0.

Находим наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ:

Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1 кВ составит:

Дополнительная мощность НБК в целях снижения потерь:

Следует отметить, что при расчете были приняты некоторые допущения, в частности за расчетную нагрузку была взята максимальная мощность, а не средняя максимальная за наиболее загруженную смену (причина указана выше). Ввиду этих допущений данный расчет нельзя считать окончательным.

Определим число трансформаторных подстанций. Предприятие получает питание от двух подстанций, причем расчетная их нагрузка неизвестна, поэтому количество цеховых ТП и их мощность будем выбирать исходя из равномерности нагрузки шин НН (при 2-х трансформаторных подстанциях).

Исходя из указанной плотности нагрузки 0,25 кВА/м 2 за основную мощность трансформаторов выбираем 1600 кВА.(1 , 2)

Распределим нагрузки следующим образом:

1 ТП: Корпус 1, Корпус 2, Корпус 3, склад ГСМ, вентиляция, станочное отделение.

2 ТП: Корпус 5, Корпус 6, сторонние.

3 ТП: Корпус 4, КНС, очистные, компрессорная, гараж.

Определим коэффициенты загрузки трансформаторов:

для КТП 1 -

для КТП 2-

для КТП 3 -

Итоги удовлетворительны, однако данные коэффициенты загрузки даны без учета компенсации.

Расчет, приведенный выше, показал целесообразным установить в сети до 1 кВ конденсаторные батареи, суммарная мощность которых составляет 1458 кВАр.Проверим перегрузочную способность трансформаторов:

Согласно ГОСТ 14209 - 69 общая перегрузка не должна превышать 30% сверх номинальной мощности трансформатора, ГОСТ 14209-85 допускает максимальное значение систематической перегрузки 1,5. Однако, для расчета систематических перегрузок необходимы графики нагрузок. Систематическая перегрузка трансформаторов, установленных в помещении не должна превышать 20 % сверх номинальной мощности и 30% для трансформаторов, установленных открыто, причем среднегодовая температура не должна превышать 5 градусов. Расчетная мощность трансформаторов выбирается с учетом систематической перегрузки с помощью коэффициентов кратности, определяемых временем перегрузки и коэффициентом заполнения графика. В нашем случае определение таких коэффициентов невозможно, поэтому выбор был осуществлен по максимальной нагрузке.

Таким образом, проверка сведется к перегрузочной способности в аварийном режиме.

Для ТП 1: кВА где коэффициент 0,8 взят при условии отключения потребителей 3 категории, количество которых можно условно принять 20% от общего числа потребителей, получаемых питание от данной КТП.

Для КТП 2: 2240 > кВА

Для КТП 3: 2240 > 1963 кВА

Таким образом, все трансформаторы ТП удовлетворяют условиям аварийной перегрузки.

Определим коэффициент мощности на 5 уровне системы электроснабжения.

Для этого вводится коэффициент разновременности максимумов: примем

.

Тогда расчетная нагрузка на шинах РП Sрасч = 6814,61 кВА.

Коэффициент мощности: ;

По условию задачи

Таким образом, необходимо принять меры по обеспечению повышения коэффициента мощности.

Предварительный расчет показал целесообразным установить ККУ Суммарной мощностью 1458 кВАр.

Однако данные расчеты производились без учета потерь в трансформаторах. Поэтому примем к рассмотрению потери активной и реактивной мощности в трансформаторах. На трансформаторных подстанциях установлены трансформаторы типа ТМЗ-1600/6.

1.4. Компенсация реактивной мощности

Данные трансформаторов: Потери ?Pхх =2650 Вт, ?Pкз = 16500 Вт, Uкз = 6%, Iхх = 1%.

Определим потери в трансформаторах:

Активные потери:

Потери реактивные

Аналогично, для других комплектных трансформаторных подстанций:

Таким образом, суммарная нагрузка на шинах РУ-6 кВ:

Pрасч = 6088 + 77,9 = 6166 кВт;

Qрасч = 4501,54 + 456,628 = 4958 кВАр.

С учетом коэффициента разновременности:

Pрасч = 5549 кВт; Qрасч = 4462 кВАр.

Определяем коэффициент мощности предприятия:

Определяем расчетную мощность КУ:

Выбираем компенсирующую установку 4gУКМ58-0,4-402-67-У3 с 6 ступенями регулирования по 67 кВАр и 2gУКМ58-0,4-536-67-У3 с 8 ступенями регулирования по 67 кВАр (промышленный каталог «Информэлектро» 04.10.03 - 00 взамен 04.10.03 - 94).

Тогда фактическое значение

Предварительно примем вариант подключения к шинам ТП:

2gУКМ58-0,4-402-67-У3 к ТП 1;

2gУКМ58-0,4-402-67-У3 к ТП 3;

2gУКМ58-0,4-536-67-У3 к ТП 2.

Определим коэффициенты загрузки трансформаторов после компенсации:

- для КТП 1;

- для КТП 2;

- для КТП 3.

.  Результаты удовлетворительны. Все трансформаторы удвлетворяют условиям аварийной перегрузки.

Таким образом, был произведен выбор экономически оптимального числа цеховых трансформаторов. Действительно, значения коэффициентов загрузки после компенсации реактивной мощности приблизились к значениям 0,7.

Таким образом, выбор экономически оптимального числа и мощности цеховых трансформаторов показал, что необходимо установить 6 трансформаторов, мощность каждого из которых составляет 1600 кВА с учетом компенсации.

Итогом становится принятие трех 2-х трансформаторных комплектных подстанций с трансформаторами ТМЗ-1600/6 (г.Чирчик, Узбекистан).

Учитывая достаточно большую мощность компенсирующих устройств

(402 кВАр и 536 кВАр) оптимальным вариантом станет подключение этих КУ к шинам подстанций. При этом необходимо предусмотреть симметричность установки, КУ 536 кВАр установлены на КТП 2 ввиду относительно большого коэффициента мощности. Принимаем тип УКМ58-0,4-402-67-У3 и УКМ58-0,4-536-67-У3 (г. Серпухов, Россия, АО «Электроинтер»). Суммарная мощность конденсаторных установок составила 2680 кВАр (причем половина этой мощности была найдена как экономически целесообразная).

1.5. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов питающей подстанции

Наиболее часто ГПП (ПГВ) промышленных предприя-тий выполняют двухтрансформаторными. Однотрансформаторные ГПП допустимы только при наличии централизо-ванного резерва трансформаторов и при поэтапном строи-тельстве ГПП. Установка более двух трансформаторов возможна в исключительных случаях: когда требуется вы-делить резкопеременные нагрузки и питать их от отдельно-го трансформатора, при реконструкции ГПП, если установ-ка третьего трансформатора экономически целесообразна.

Выбор мощности трансформаторов ГПП производится на основании расчетной нагрузки предприятия в нормаль-ном режиме работы с учетом режима энергоснабжающей организации по реактивной мощности. В послеаварийном режиме (при отключении одного трансформатора) для на-дежного электроснабжения потребителей предусматривает-ся их питание от оставшегося в работе трансформатора. При этом часть неответственных потребителей с целью сниже-ния нагрузки трансформатора может быть отключена.

В нашем случае питание производится от 2-х подстанций, причем нет точных данных о подстанции №1. Поэтому первоначально выбор силовых трансформаторов будем производить на подстанции №2.

Для этого необходимо определить нагрузки на пятом уровне т.е. на шинах НН подстации.

В задании указан рост нагрузки 8500 кВт. Следовательно,

Причем необходимо учитывать нагрузку, которая была на подстанции до подключения нашего предприятия и роста нагрузки.

Так как на подстанции установлены два трансформатора, то общая нагрузка может быть найдена:

;

Таким образом, общая нагрузка подстанции с учетом предприятия и роста нагрузок:

Учтем тот факт, что эта нагрузка дана для аварийного режима, когда отключен ввод №1, и вся нагрузка приходится на ПС №2.

В нормальном режиме при условии равномерного распределения нагрузки на шинах РУ - 6 кВ (см. схему):

Тогда мощность трансформатора:

- нормальный режим

Очевидно, что приходится переходить на следующую ступень мощности, так как трансформатор мощностью 25 МВА не проходит условия аварийной перегрузки 25·1,4(35000)< 47730·0,8(38000). При этом принимаем количество потребителей 3 категории 20%.

Шаг 1,6, следовательно, трансформатор следующей мощности будет 40 МВА.

В настоящее время, трансформаторы мощностью 32000 кВА практически не применяются. Следовательно, уже на данном этапе можно сделать выбор трансформатора подстанции в сторону 40000 кВА, однако в силу учебного характера проекта примем к рассмотрению два варианта 40 МВА и 32 МВА, (трансформатор мощностью 63 МВА будет иметь низкий коэффициент загрузки).

Находим коэффициенты загрузки:

- 1-ый вариант;

- 2-ой вариант;

- 3-ий вариант;

3-ий вариант неудовлетворителен

Принимаем к рассмотрению трансформаторы

ТДН - 32000/110 и ТДН -40000/110, сведем данные трансформаторов в таблицу 2:

Таблица 2

Страницы: 1, 2, 3, 4