Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf

на генплане но возможности смещенным от центра нагрузки бли ко к источнику питания и согласовывается с генеральным проектировщиком. Если по условиям среды нельзя сделать встроенное или пристроенное распредуст­ ройство, например из-за взрывоопасности, то сооружается отдельное здание РП.

Оптимальная мощность РП может изменяться в зави­ симости от количества ТП, которые питаются от разных РП, в то время как нагрузки двигателей и трансформа­ торов электропечей напряжением выше 1 000 В жестко привязаны к данному РП.

На выбор мощности РП влияют величина напряжения 6 или 10 кВ и схема питания (магистральная от токопро­ вода, или радиальная по кабельной сети). В источнике питания и на вводах РП устанавливаются выключатели на ток 1 000, 1 500, 2 000, 3 000 А. Соответственно полу­ чаются предельные мощности отходящих линий и РП при радиальной схеме: при 6 кВ 10, 15, 20, 30 МВ - А, при 10 кВ 17, 26, 35, 52 МВ - А. Обычно РП питаются по двум линиям, так что в нормальном режиме нагрузки будут в 2 раза меньше. Однако нельзя принимать в проектах указанные предельные мощности, так как энергопотребление дей­ ствующих предприятий и их нагрузки непрерывно возраста­ ют даже после достижения проектной мощности за счет повышения использования имеющегося технологического оборудования и добавления нового оборудования в пре­ делах существующих корпусов, не говоря уже о строитель­ стве новых цехов.

Коэффициент запаса на естественный прирост нагрузки на период срока окупаемости до 5—8 лет зависит от отрасли промышленности. Принимая в среднем удвоение нагрузок за 10 лет, получаем запас на срок окупаемости 8 лет 80% и тогда соответственно рекомендуемые мощности РП при 6 кВ 5, 6, 8, 11, 17 МВ - А, а при 10 кВ 10, 14, 19, 29 МВ -А. Если нагрузки узлов РП получаются меньше указанных, можно рекомендовать питание мелких РП «в цепочку» от общего выключателя на источнике питания, стремясь к максимальному использованию каждой ячейки РП. На самом РП обязательно предусматриваются резервные ячейки или места для их установки, для подключения дополнительных установок.

При составлении схем РП и питающих от них уста­ новок следует учитывать, что на предприятиях (химичес­ ких, нефтехимических, горнообогатительных комбинатах),

320

вкоторых имеются самостоятельные технологические по­ токи, схема электроснабжения каждого потока должна быть независимой для возможности одновременного вывода

времонт вместе с технологическим оборудованием.

При питании РП от ТЭЦ или ПІИ на напряжении б— 10 кВ возникают варианты схем: магистральной — с токо­ проводами — или радиальной. — с кабелями. Места РП целесообразно сместить ближе к источнику питания или приблизить к трассе токоироводов.

При питании предприятия достаточно большой мощ­ ности от энергосистемы сооружаются ГПП с высшим напря­ жением 35—110—154—220 кВ. При выборе мощности ГПП исходят из стандартной мощности трансформаторов, которых обычно устанавливается два (иногда ставят один или три). Двух- и однотрансформаторные ГПП (по типовым проектам Электропроекта) имеют мощности при напря­ жении питания 35 кВ — 1 х 10, 2 х 10 МВ-А; при 110 кВ - 1 X 16, 2 X 16, 1 X 25, 2 X 25, 2 х 40, 2 х 63 и 2 х х80 МВ - А. Дальнейшее увеличение мощности имеет место в особо энергоемких производствах. Например, в электро­ лизе алюминия типовая ГПП имеет моіцность 180 МВ-А (три однофазных трансформатора по 60JV1B - А) при напря­ жении питания 220 кВ.

Увеличение мощности трансформаторов связано с повы­ шением токов к. з. и лимитируется разрывной мощностью промышленных выключателей 6—10 кВ, которая до послед­ него времени находилась в пределах 200 МВ-А при 6 кВ. и 350 МВ-А при 10 кВ. В настоящее время выпускаются модернизированные усиленные выключатели с разрывной мощностью 500 МВ-А при 10 кВ.

Если при трансформаторах мощностью 25 МВ-А и вы­ ше требуется ограничивать ток к. з., то это достигается (рищ 9-9): 1) установкой реакторов (одинарных или сдво­ енных); 2) применением трансформаторов с расщепленными обмотками и 3) применением трансформаторов с повышен­ ным значением ик.

Трансформаторы с повышенным значением ик не явля­ ются серийными, их производство недостаточно освоено, а повышение ик создает затруднения с регулированием напряжения, так что следует ориентироваться на приме­ нение расщепленных обмоток. Последние обеспечивают необходимый уровень токов к. з. на напряжении 10 кВ при мощностях трансформаторов до 80 МВ - А. Для напря­ жения 6 кВ при трансформаторах 63 и 80 МВ-А, кроме

расщепления обмоток, необходимо еще установить сдвоен­ ные реакторы на каждую обмотку, в результате чего полу­ чаются восемь секций вместо четырех (рис. 9-9, д). Такая

Рис. 9-9. Принципиальные схемы ограниче­ ния токов к. з. в схемах ГПП.

а — реактивным сопротивлением трансформаторов; б — обычными реакторами; в — сдвоенными реакто­ рами; г — расщепленными обмотками; д — расщеп­ ленными обмотками и сдвоенными реакторами.

схема затрудняет распределение нагрузок по секциям, удорожает установку и усложняет эксплуатацию.

В некоторых случаях может оказаться целесообраз­ ным, особенно при напряжении двигателей 660 В, вместо

322

двухобмоточных трансформаторов с расщепленной вторич­ ной обмоткой 10,5/10,5 или 10,5/6,3 кВ установить трех­

При наличии резко переменных нагрузок (дуговые печи, прокатка) для пуска и самозапуска мощных двигателей может быть рекомендована схема со сдвоенными реактора­ ми (рис. 9-9, в).

При трансформаторах 63 и 80 МВ - А отходящие линии рекомендуется выполнять токопроводами, которые допу­ скают повышенные значения токов к. з. По сравнению с кабельными линиями реактирования токопроводов, как правило, не требуется. Сам токопровод имеет высокую устойчивость к токам к. з.; в то же время его индуктивное сопротивление снижает токи к. з. на отдаленных участках. Установка реакторов может потребоваться только на ответвлениях к РП, находящихся на начальном участке токопровода.

Выбор мощности трансформаторов ГПП производится в зависимости от расчетной нагрузки, характера суточного графика нагрузки и категорий потребителей. В аварийных режимах при отключении одного трансформатора остав­ шийся в работе должен обеспечить необходимую мощность с учетом допустимой перегрузки.

Важным моментом при проектировании ГПП является учет темпа прироста нагрузки после достижения проектной мощности, при увеличении плотности нагрузки на площа­ ди, обслуживаемой ГПП. Дальнейшее увеличение мощно­ сти ГПП может быть выполнено заменой трансформаторов на более мощные с переходом на следующую ступень по мощности или установкой третьего трансформатора той же мощности и сооружением третьей ВЛ ПО кВ. В последнем случае получается так называемая трехлучевая схема в отличие от обычной двухлучевой схемы при двух тран­ сформаторах и двух ВЛ 110 кВ. Возможна также установка третьего трансформатора при сохранении питания по двум ВЛ 110 кВ; эту схему назовем трехлучевой двухли­ нейной. При двухлучевой и трехлучевой двухлинейной схемах необходимо предусматривать запас в пропускной способности ВЛ НО кВ.

В строительной части при двухлучевой схеме необ­ ходимо предусматривать дополнительные места для уста­ новки реакторов, увеличения числа секций РУ 6—10 кВ и др. При трехлучевой схеме предусматривается место для

третьего трансформатора, новых секций РУ 6—10 кВ и для третьей ВЛ 110 кВ. При кабельном варианте питания трансформаторов ГПП место для третьей ВЛ НО кВ может быть предусмотрено в туннеле.

При сравнении вариантов двух- и трехлучевых схем необходимо учитывать ущерб (см. § 10-9) от ограничения нагрузки предприятия на время работы одного тран­ сформатора при замене другого. Ущерб зависит от отрасли промышленности; в некоторых случаях он может обусловить неприемлемость развития по двухлучевой схеме.

Технико-экономическое сравнение двух- и трехлучевых схем при начальной мощности трансформаторов 25—40 МВ-А напряжением 110/6 кВ и 25—40—63—80 МВ-А 110/10 кВ с питанием по ВЛ 110 кВ показало, что трехлу­ чевая схема (если требуется дополнительная оплата отчуж­ даемой территории для третьей ВЛ 110 кВ) получается дорогой и ее следует считать неприемлемой. Двухлучевая схема имеет преимущество лишь при малых значениях ущерба на время замены трансформаторов и при начальной их мощности 25 МВ • А. При начальной мощности транс­ форматора 40 МВ • А и выше более эффективна трех­ лучевая схема. Последняя также имеет более высокую степень надежности по сравнению с двухлучевой и

шими величинами ущерба при нарушении электроснаб­ жения.

Применение трехлучевых схем имеет место в практике зарубежных предприятий, в автомобильной, металлурги­ ческой и других отраслях промышленности.

Все сказанное относится к предприятиям с высокими темпами прироста нагрузок после достижения проектной мощности, например в машиностроении, где удвоение нагрузок наблюдается за 10 лет. При более низких темпах прироста нагрузок (например, в нефтеперерабатывающей промышленности) мощность трансформаторов ГПП доста­ точно определять по проектной нагрузке без учета пер­ спектив роста. Если расширение предприятия сопровож­ дается сооружением новых корпусов и производств, то для них сооружается новая ГПП, тем более при производствах с непрерывным технологическим процессом.

324

9-3. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

При проектировании схемы электроснабжения про­ мышленного предприятия необходимо учитывать задачи комплексного электроснабжения от общего центра питания всех потребителей данного района — других предприятий, жилищных массивов, электрифицированного тран­ спорта и сельского хозяйства. Задачи оптимизации вели­ чины напряжений сети, размещение линий электропереда­ чи и подстанций, выбор числа и мощности трансформато­ ров, определение оптимального уровня резервирования и т. д. должны решаться в интересах всего народного хо­ зяйства.

Общая тенденция построения современных схем элек­ троснабжения мощных комбинатов — глубокий ввод нап­ ряжения источника питания к месту потребления — вы­ ражается в применении напряжений 35—НО—154 кВ для трансформаторов электропечей и преобразовательных агрегатов; в применении напряжений 35—110 кВ для отдаленных участков комбинатов, имеющих собственную ТЭЦ; в распределении электроэнергии в пределах промпредприятий и внутри производственных корпусов при напряжении 35 кВ; в расположении ТГІ и РП 6—10—35 кВ в производственных корпусах.

Црименение глубоких вводов дает значительную эко­ номию цветных металлов и потерь электроэнергии. Глу­ бокие вводы напряжений 110—220 до 500 кВ повышают роль систем электроснабжения промпредприятий, как важного элемента, Нходящего в энергетическую систему страны.

Принятая схема электроснабжения определяет на дол­ гое время возможности развития предприятия, и к состав­ лению ее необходимо подойти тщательно. Схемы распре­ деления энергии развивались в направлении упрощения ранее применявшихся схем, без снижения надежности электроснабжения. К таким упрощениям ■относятся — отказ от крупных центральных распределительных пунктов (ЦРП), через которые проходило питание всего пред­ приятия; отказ от двойной системы шин, отказ от выклю­ чателей на стороне 110 кВ и др.

В большинстве случаев источником энергии промпредприятия является энергосистема. Вопрос о сооружении

325

ТЭЦ решается в зависимости от баланса потребления тепла (в виде пара или горячей воды) на технологические нужды и отопление и получения отбросной энергии при тепловых процессах (доменный газ и др.). В современных условиях при сравнении с мощными и экономичными конденсацион­ ными тепловыми и гидростанциями сооружение ТЭЦ становится рентабельным, начиная с мощностей 100—150 МВт и выше. Такие ТЭЦ получаются рентабельными для крупных химических, нефтехимических, машинострои­ тельных, бумажно-целлюлозных и других комбинатов. На комбинатах черной металлургии с полным металлур­ гическим циклом ТЭЦ работает на доменном газе и мощ­

На нефтеперерабатывающих заводах ТЭЦ, наоборот, имеет избыток электрической мощности, выдаваемый в энерго­ систему. Во всех случаях, кроме предприятий удаленных районов, ТЭЦ связана с сетью энергосистемы при напря­ жении 110 кВ и выше. Для особо крупных нефтехимичес­ ких комбинатов сооружаются две ТЭЦ и более.

Наличие потребителей I категории приводит к необхо­ димости электроснабжения не менее чем от двух незави­ симых источников питания. К последним относятся раз­ ные секции шин двух генераторов ТЭЦ или секции шин двух трансформаторов подстанции энергосистемы, имею­ щей два источника питания. Две питающие линии должны снабжаться устройством автоматического включения ре­ зерва при отключении одной линии. Для потребителей II категории резервное питание может включаться вручную,

причем сооружение этого питания должно быть экономи­ чески обосновано.

Вследствие небольшой мощности потребителей, особенно чувствительных даже к кратковременным перерывам электроснабжения, экономичное решение может быть полу­ чено путем установки агрегатов резервного питания (АРП)

или так называемого третьего источника питания (см § 10-5).

Важное требование, предъявляемое к схемам электро­ снабжения, состоит в гибкости при развитии и изменении производства; схема должна допускать сооружение по частям, для облегчения финансирования.

Для мелких промышленных предприятий, располо­ женных в городской черте и имеющих одну или несколько маломощных ТП, последние включаются в кольцо город­

326

ской сети. Дальнейший рост нагрузок может покрываться за счет смены трансформатора на более мощный и путем сооружения новой ТП. Ячейка с разъединителями про­ ходного ввода в такой ТП обслуживается персоналом городской кабельной сети, а остальная часть ТП — пер­ соналом предприятия.

Более крупное предприятие имеет отдельные питающие линии от подстанции энергосистемы, обычно не менее двух (рис. 9-10). Питание от системы подается на две

Рис. 9-10. Схема питания предприятия от энергоси­ стемы.

секции РП, и от последнего питаются трансформаторѣ цеховых ТП по перекрестной схеме. Распределительный пункт имеет две секции и секционный выключатель со схемой АВР, нормально разомкнутый. В ТП шины вто­

6—10 кВ отдельные РП питаются по радиальной схеме двумя линиями. При малой мощности этих РП они пита­ ются «в цепочку» кабельными линиями. При больших

327

мощностях РП и при радиальной схеме с кабелями приме­ няется устройство трех или четырех секций с тремя или четырьмя питающими линиями (рис, 9-11). Трехсекционное РП создает затруднения с распределением нагрузок и при­ меняется, если необходимо выделить крупный электроприемник, например прокатный двигатель, на отдельную секцию.

Трехсекционный РП (трехлучевая схема) обладает повышенной надежностью при нарушении электроснаб­ жения и рекомендуется для непрерывных производств с повышенной категорийностью. При решении вопроса, как при росте нагрузок увеличивать мощность РП по двухили трехлучевым схемам, решающую роль играет величина

а)

Рис, 9-11. Схемы питания РП.

а — трехсекционного; С — четырехсекционного.

ущерба при нарушениях электроснабжения, а также воз­ можность дополнительной прокладки питающих кабелей по имеющейся эстакаде или по новым трассам с дополни­ тельными затратами на их сооружение.

Применявшееся ранее кольцевое резервирование нес­ кольких РП признано нерациональным, так как кольцо обычно не несет нагрузки и получается неэкономичным, а схема резервирования в эксплуатации встречает затруд­ нения.

При токопроводах 6-10-35 кВ более экономичными полу­ чаются магистральные схемы с питанием РП отпайками от токопроводов (рис. 9-12). Магистральная схема дает зна­ чительную экономию в ячейках РУ на источнике питания.

При питании РП от ГПП все описанные схемы сохра­ няются и питающие РП линии 6—10 кВ берутся с разных секций ГПП.

Питание потребителей с резко переменной нагрузкой следует выделять в отдельные участки схемы, присоединяя их возможно ближе к источнику питания в целях сниже­ ния колебаний напряжения. Приведенные в § VI1-5-15 ПУЭ данные о допустимости присоединения без расчетов

328