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

энергоемких цехов. В этом случае напряжение 110 кВ является отчасти распределительным в пределах предприя­ тия и облегчает распределение электроэнергии при на­ пряжении 10 кВ. Однако ввод напряжения 110 кВ в про­ изводственные корпуса, как правило, допускается только для печных подстанций.

Напряжение 154 кВ применяется для питания транс­ форматоров ГПП при наличии такого напряжения в энер­ госистеме. Это же напряжение было удачно применено для непосредственного питания группы ферросплавных печей мощностью по 63 МВ-А на заводе черной металлургии.

Напряжение 220 кВ применяется для питания транс­ форматоров ГПП энергоемких предприятий (алюминиевые заводы, горнообогатительные комбинаты).

При проектировании нового предприятия или рекон­ струкции действующего составляются варианты схем электроснабжения, включающие различные напряжения питания и распределения электроэнергии по предприятию, число и мощность ГПП, РП и ТП. Исходными данными для составления вариантов схем служат: напряжение источ­ ника питания; удаленность его от предприятия; величина токов к. з. на нем; нагрузка предприятия в мегавольтамперах и картограмма нагрузок на генплане предприя­ тия; данные об оптимальном напряжении электроприем­ ников; наличие резкопеременных нагрузок; требования к уровням напряжения; категории бесперебойности потре­ бителей; условия среды — допустимость применения воз­ душных линий и агрессивность почвы и другие специаль­ ные требования к электроснабжению.

Наиболее часто приходится решать вопрос о вы­ боре напряжения электродвигателей и напряжения для распределения электроэнергии внутри предприятия. После составления вариантов схем производится расчет всех элементов — выключателей, трансформаторов, кабелей, воздушных линий и т. д. Определяются капитальные затраты на те элементы, которые изменяются в вариан­ тах, определяются стоимость потерь энергии и другие по­ казатели. После этого производится технико-экономиче­ ский расчет (ТЭР) по выбору вариантов по известной ме­ тодике на минимум приведенных затрат с учетом вероят­ ного ущерба от нарушений электроснабжения. При равен­ стве приведенных затрат или небольшом (до 10% ) преиму­ ществе низшего напряжения следует принимать более высокое напряжение как более перспективное.

374

Г Л А В А Д Е С Я Т А Я

НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ, УЩЕРБЫ И РЕЗЕРВИРОВАНИЕ

ные функции, сохраняя свои эксплуатационные показа­ тели в условиях, оговоренных в нормативных документах.

Под р а б о т о с п о с о б н о с т ь ю подразумевается состояние системы электроснабжения, при котором она способна выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями нормативных документов.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособ­ ности, называется о т к а з е м. Отказы возникают при работе отдельных элементов системы электроснабжения — трансформаторов, выключателей, разъединителей, воз­ душных и кабельных линий и т. д. Отказы отдельных эле­ ментов могут вызывать или не вызывать отказы системы электроснабжения в целом в зависимости от конкретной схемы электроснабжения.

Элементы систем электроснабжения не могут быть вы­ полнены «безотказными», поскольку вообще не существует абсолютно безотказных изделий. Однако они обладают свойством ремонтопригодности, благодаря чему их отказы имеют временный характер, и после восстановления рабо­ тоспособности они могут выполнять свои функции до следующего отказа.

Существуют три типа схем при анализе надежности: нерезервированная схема; схема с ограниченным резер­ вированием и схема с полным резервированием. В пер­ вом случае отказ каждого элемента приводит к пере­ рыву электроснабжения, наступающему с некоторой ве­ роятностью. Отказ элемента во втором случае может при­ вести к ограничению потребляемой мощности, наступаю­ щему с некоторой вероятностью, и к полному погашению при наложении отказа в резервной цепи во время восста­ новления или профилактического ремонта рабочей цепи. Для третьего случая полное погашение наступает лишь при наложении отказов или наложении отказа в одной цепи на ремонт другой. Во всех трех случаях методика расчетов надежности будет различной.

375

Ниже излагается упрощенная модель явлений отказов, не учитывающая вероятности развития отказа, зависимо­ сти повреждаемости выключателей от вероятности отказа в присоединенной линии, влияние погодных и сезонных условий и т. д.

Для потребителей I категории надежность электроснаб­ жения обеспечивается питанием от трех независимых ис­ точников, вероятность одновременного отказа которых нич­ тожно мала, но в принципе может быть. Ниже рассматри­ ваются потребители II категории, для которых задача расчета надежности состоит в определении уровня надежно­ сти, оптимального с экономической точки зрения. Необос­ нованные требования завышенного уровня надежности приводят к неоправданным высоким затратам на резерви­ рование элементов системы путем сооружения нескольких линий, установки нескольких трансформаторов и т. д.

Появление отказов, нарушающих электроснабжение, является случайным событием, поэтому в расчетах надеж­ ности пользуются математическим аппаратом теории ве­ роятностей и математической статистики. Принято счи­ тать, что отказы образуют поток случайных событий, характеризующийся параметром потока отказов о (t), равным среднему количеству отказов в единицу времени, и параметром потока восстановления, равным единице, деленной на среднее время восстановления 1//Е.

Нарушение электроснабжения вызывает ущерб на предприятии, величина которого имеет вероятностный характер и может быть только оценена с определенной ве­ роятностью. Рассматривая различные варианты систем электроснабжения, необходимо рассчитать и вероятный ущерб из-за отказов отдельных элементов данного ва­ рианта системы.

Технико-экономическая оптимальность варианта схемы электроснабжения определяется по минимальному значе­ нию приведенных годовых затрат с учетом среднего вероят­ ного ущерба от нарушений электроснабжения за один год:

3 = РаК + С + У,

где рн = 0,12 — нормативный коэффициент эффективно­ сти; К — единовременные капиталовложения по варианту схемы электроснабжения, включая резервирование; С — составляющая, зависящая от схемы электроснабжения, себестоимости годовой продукции:

С = Ср-\- Ср сф- См -\-Сэ,

376

Cp = Pa. pК — отчисления на реновацию; ра.р — амор­ тизационные отчисления на реновацию, отн. ед.; Ср с — стоимость рабочей силы для обслуживания и текущего ремонта системы электроснабжения; См — стоимость ма­

териалов; Сэ — стоимость потерь энергии; У — средний вероятный ущерб от нарушения электроснабжения за год.

Уровень надежности может быть повышен установкой более дорогого оборудования с запасом по напряжению или рабочему току, которое будет работать более надежно, если увеличение капитальных затрат будет сопровождаться снижением ожидаемого ущерба с таким расчетом, чтобы это снижение обеспечило общее снижение приведенных затрат 3.

10-2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЩЕРБА ОТ НАРУШЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Методика определения ущерба от нарушения электро­ снабжения является сложной проблемой, по которой ве­ дутся работы в СССР и за рубежом; многие положения в этой области остаются дискуссионными, нет общеприня­ тых понятий и обозначений различных величин, фигури­ рующих в расчетах.

Общепринятым является разделение годового ущерба У на прямой Уп и дополнительный Уд, учитываемый по раз­ ному. П р я м о й у щ е р б Р п включает простой рабо­ чей силы, брак продукции, порчу сырья и материалов, повреждение основного оборудования, затраты на восста­ новление сложного технологического процесса (выход на

пуском продукции, вызванным нарушениями электро­ снабжения.

Плановые перерывы электроснабжения для профилак­ тического ремонта электрооборудования обычно совме­ щаются с ремонтами технологического оборудования и ущерба не вызывают, а расходы, связанные с ними, входят в полные издержки С. В тех случаях, когда такое совме­ щение не удается, можно считать, что ущерб от плановых перерывов питания энергией значительно меньше, чем при внезапных отключениях, поскольку персонал к ним гото­ вится заранее.

377

Время перерыва технологического процесса при нару­ шении электроснабжения, ч.

І-П ~ t-Э "Ь ^ТХН'

где t3 — длительность нарушения электроснабжения на один отказ; tTXn — длительность наладки технологиче­ ского процесса после восстановления электроснабжения на один отказ.

На рис. 10-1 приведены различные принципиально возможные зависимости t„ от ta для разных отраслей про­

тельный промежуток, кривая 4 соответствует отсутствию такого срыва. Имеют место и более сложные зависимости tn от t3.

Прямой ущерб от нарушения электроснабжения

У * = У ш + У * (^э) “Ь Уп (^тхн)і

где Ут — часть прямого ущерба, не зависящая от дли­ тельности перерыва технологического процесса и вызывае­ мая самим фактом внезапного нарушения электроснаб­ жения, например поломка инструмента на металлорежу­ щих станках; Уп (t3) — часть прямого ущерба, зависящая от длительности нарушения электроснабжения, например зарплата за простой рабочих; Уп (£тх„) — часть прямого ущерба, учитывающая затраты на восстановление тех­ нологического процесса, например расходы на очистку трубопроводов в производстве искусственного волокна, которые засоряются затвердевшим полуфабрикатом.

Дополнительный ущерб связан с недовыпуском продук­ ции АВ за год:

ВВ = В - В Ф,

378