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

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 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.

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:

) 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.

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

) 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.

) 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.).

) 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»

.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.