2784.Электроснабжение предприятий Верхнекамского калийного месторождени
..pdfкоэффициентам несинусоидальности допустимого значения. Однако в последние годы наметилась тенденция применения мощных тиристорных приводов на стационарных установках. Так на БКЗ-4 эксплуатируется тиристорный привод суммарной мощностью 7000 кВт на вентиляторной установке главного проветривания, где ГОСТ на качество напряжения в данном узле нагрузки, как показали исследования, не соблюдается.
Коэффициент обратной последовательности напряжений К2и отношение напряжения обратной последовательности основной частоты к номинальному линейному напряжению:
^= 77^100,% , |
(1.15) |
^ нам |
|
где U2(i) |
действующее значение напряжения обратной |
последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В, кВ;
и„ом - номинальное значение междуфазного напряжения, В, кВ. Величину U2m допускается вычислять по приближенной формуле:
tf2O) = 0.62(^(1)- ^ (l)) , |
(1.16) |
где UH6(i), UHM(I>- наибольшее и наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений основной частоты В, кВ.
Коэффициент нулевой последовательности напряжения Кои это отношение напряжения нулевой последовательности основной частоты к номинальному фазному напряжению.
Значение коэффициента обратной последовательности напряжения в пределах до 2% длительно допустимо на зажимах любого трехфазного симметричного приемника электрической энергии.
К2и и Куц должны быть в нормальном режиме < 2%; в максимальном
< 4 %.
Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного (четного) порядка Кц(П) - отношение действующего значения п-й гармонической составляющей напряжения к номинальному напряжения:
100%, |
(1.17) |
допускается определять Кц<П) по формуле |
|
* « = 100им /и т , |
(1.18) |
где и (п) - действующее значение n-й гармонической составляющей напряжения В, кВ;
U(i) - действующее значение напряжения основной частоты В, кВ. Значения коэффициента К^П) не должны выходить за пределы
следующих максимальных величин четного (нечетного) порядка: в
электрической сети до 1 кВ - 6 (3) %; 6-20 кВ -5 (2,5) %; 35 кВ - 4 (2) %; 110 кВ и выше - 2 (1) %.
Значения показателей качества электрической энергии в нормальном режиме работы электрической сети не должны выходить за пределы максимальных значений, указанных в стандарте. При этом в течение не менее 95% времени каждых суток значения показателей качества электроэнергии не должны выходить за пределы нормальных [3].
1.6. Негативные последст вия при снижении качества электрической энергии
Повышение качества напряжения в узлах нагрузок калийных и дру гих предприятий является важной задачей, т.к. оно существенно влияет на нормальную работу электрооборудования, надёжность системы электро снабжения, технологический процесс производства и расход электроэнер гии.
Качество электрической энергии зависит как от энергоснабжающей организации, так и от потребителей этой энергии.
Выход показателей качества электроэнергии за допустимые пределы может приводить к убыткам на рудоуправлениях, которые вызываются сле дующими негативными последствиями.
При отклонении частоты питающего напряжения в сети электро снабжения увеличиваются потери мощности и напряжения.
Вслучае наличия в сети силовых фильтров для снижения уровня высших гармоник возможны резонансные явления. Так, например, в цепи защитный реактор и конденсаторная батарея возникает резонанс напряже ний. При снижении частоты цепь будет иметь ёмкостной характер для всех высших гармоник. Это может явиться причиной перегрузок конденсатор ной батареи по току, выходу её из строя, а также может привести к пере распределению высших гармоник в сети.
Всиловых трансформаторах при снижении частоты питающего на пряжения возрастают потери и увеличивается нагрев, сокращается срок службы изоляции. Аналогичные явления происходят и в асинхронных дви гателях. Кроме этого, асинхронные двигатели с моментом, зависящим от скорости во второй степени, значительно изменяют свою производитель ность при отклонениях частоты.
При изменении напряжения сети одновременно во всех трёх фазах по сравнению с номинальным значением в большую и меньшую стороны на 10 % у асинхронных двигателей пусковой и максимальный вращающий момент, соответственно, возрастает на 21 % и снижается на 19 %. Синхрон ная частота вращения при этом остаётся неизменной; скольжение, соответ
ственно, снижается на 17 % и увеличивается на 23 %; ток ротора при номи нальной нагрузке в обоих случаях возрастает на 11 и 14 %, а ток статора, соответственно, уменьшается на 7 % и увеличивается на 10 %.
Мощность на валу асинхронного двигателя остаётся практически по стоянной, однако изменяются потери мощности, которые оказываются та кого же порядка, что и потери в питающих сетях.
Значительное влияние оказывают отклонения напряжения от нормы на срок службы асинхронного двигателя. Он сокращается при понижении напряжения и большой загрузке двигателя. В этом случае увеличивается ток двигателя и происходит более интенсивное старение изоляции. Так, при отклонениях напряжения на зажимах на 10 % и номинальной загрузке дви гателя срок его службы сокращается вдвое. Повышение напряжения на за жимах двигателя приводит к увеличению потребляемой им реактивной мощности за счёт увеличения тока холостого хода. Частота вращения вала асинхронного двигателя меняется в зависимости от подведённого напряже ния, с его увеличением она возрастает на 1 % и при уменьшении - падает на 1,5 % (при номинальной нагрузке) [31 ].
При повышении напряжения сети сверх 10 % происходит увеличение нагрева силовых трансформаторов, возрастают потери и снижается к.п.д. и т.д.
Изменение напряжения существенно влияет на работу осветительных установок, которых на рудоуправлениях и непосредственно в рудниках множество. С отклонением напряжения связаны световой поток, освещён ность, срок службы и потребляемая мощность. В случае повышения напря жения на 1 % сверх номинального потребляемая мощность ламп накалива ния увеличивается примерно на 1,5 %, световой поток на 3,7 %, срок служ бы сокращается на 14 %. Увеличение напряжения на 3 % сокращает срок службы ламп накаливания на 30 %, а повышение напряжения на 5 % приво дит к сокращению этого срока в два раза. Весьма чувствительны к отклоне ниям напряжения и люминисцентные лампы, срок службы которых при по вышении напряжения на 10 % сокращается на 20-30 %. Понижение напря жения на 20 % и более приводит к тому, что зажигание газоразрядных и люминисцентных ламп становится невозможным. Кроме этого, у всех осве тительных ламп при понижении напряжения уменьшается световой поток, что отрицательно сказывается на освещённости, а следовательно, и на про изводительности труда.
Неблагоприятно сказывается отклонение напряжения на электриче ской сварке, ухудшая качество сварных швов.
По-разному, но чаще негативно, реагируют на отклонения напряже ния приёмники электроэнергии других видов.
Отклонения напряжения, вызывающие снижение производительно сти машин и рост потерь мощности в свою очередь приводят к увеличению удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции до
0,3 % на каждый процент отклонения напряжения. При положительных от клонениях напряжения удельный расход электроэнергии уменьшается до 0,2 % на каждый процент отклонения [43 ].
При несимметрии напряжений и токов трёхфазной системы, которая образуется в результате подключения к сети несимметричных нагрузок, ка чество электроэнергии резко снижается. Это сказывается на потребителях, подключенных к этой сети.
Особенно неблагоприятно несимметрия напряжения сказывается на работе и сроке службы асинхронных двигателей. Как известно, несиммет ричное напряжение математически раскладывается на ряд составляющих. Сопротивление асинхронных электродвигателей токам прямой последова тельности в 5-7 раз меньше сопротивления токам обратной последователь ности. При наличии даже небольшой по значению составляющей напряже ния обратной последовательности возникает значительный ток обратной последовательности. Этот ток накладывается на ток прямой последователь ности и вызывает дополнительный нагрев ротора и статора, что приводит к быстрому старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности дви гателя. Например, при несимметрии напряжений 4 % срок службы полно стью загруженного асинхронного двигателя сокращается в 2 раза, при не симметрии напряжений 5 % располагаемая мощность двигателей уменьша ется на 5-10 %, при несимметрии 10 % - на 20-25 % в зависимости от ис полнения двигателя [31 ].
Васинхронных двигателях несимметрия напряжений обусловливает противодействующий вращающий момент, который уменьшает полезный момент. Уменьшение вращающего момента зависит от квадрата коэффици ента несимметрии напряжений.
Подключение симметричной по ёмкости трёхфазной конденсаторной батареи к электрической сети с несимметричным напряжением может вы звать ещё большую несимметрию. Кроме того, при несимметрии напряже ний конденсаторные установки неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, изменяется их общая реактивная мощность.
Несимметрия напряжений не оказывает заметного влияния на работу кабельных и воздушных линий. У трансформаторов наблюдается значи тельное сокращение срока службы. При несимметрии токов трансформато ров нагрев будет несколько меньше, чем в случае симметричной нагрузки при токе фаз, равном току наиболее загруженной фазы [ 31] .
Втиристорных преобразователях постоянного тока (возбудителях электрических машин, якорных и т.д.) несимметрия питающего напряжения приводит к несимметрии выпрямленного напряжения, что негативно сказы вается на двигателе постоянного тока (возрастают потери, ухудшается ком мутация, увеличивается нагрев и т.д.). Кроме того, при амплитудной и фа зовой асимметрии напряжений возрастает потребление преобразователем из сети реактивной мощности, снижается коэффициент искажения сетевого
тока. Внутри самого преобразователя несимметрия приводит к неравномер ной загрузке тиристоров и возможному выходу их из строя, срывам режима инвертирования. Последнее особенно опасно в реверсивных преобразова телях с согласованным управлением выпрямительными мостами. Негативно сказывается несимметрия напряжений и на коэффициент искажения (сетевого) первичного тока преобразователей, который обычно снижается, т.к. нарушается симметрия токов. Возможно и изменение спектрального со става этих токов, т.е. появление вредных низкочастотных гармоник.
Аналогичная ситуация имеет место в тиристорных преобразователях частоты с непосредственной связью (ТПЧНС) с питающей сетью, но с ещё более негативными последствиями.
На тиристорные преобразователи частоты с неуправляемым звеном постоянного тока асимметрия напряжений питающей сети сказывается в меньшей степени, чем на ТПЧНС.
При искажении формы питающего напряжения и потребляемого из сети тока, которые вызваны применением нелинейных нагрузок в систе мах электроснабжения, возникает ряд проблем, которые достаточно под робно изложены в двенадцатой главе.
Взаключение отметим следующее:
1.Вопросы влияния различных показателей качества напряжения на работу приёмников электроэнергии, и наоборот, к настоящему времени изучены недостаточно полно.
2.Качество напряжения существенным образом влияет на расход электроэнергии, что особо важно учитывать при .создании энергосберегаю щих технологий.
3.Поддержание оптимальных показателей качества электроэнергии обеспечивает нормальную работу электрооборудования предприятий и по зволяет избегать непредвиденных расходов.
4.Наличие ГОСТа 13109-87 на качество электрической энергии, на
наш взгляд, не стимулирует предприятия к его соблюдению, т.к. при суще ствующей системе в конечном итоге всё определяет не ГОСТ, а те техниче ские условия и взаимные штрафные санкции, которые отражены в Договоре между энергоснабжающей организацией и конкретным предприятием.
5. Наличие рыночных отношений должно, на наш взгляд, заставить предприятия стремиться к поддержанию оптимальных показателей качест ва электроэнергии с целью повышения эффективности производства.
1.7.Категории электроприёмннков по надежности электроснабжения
В отношении требуемой надежности электроснабжения ПУЭ разделяют электроприёмники промышленных предприятий на следующие
три категории [1]:
1 категория электроприёмники, нарушение электроснабжения
которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса. В горной промышленности к этой категории относят: противопожарные насосные установки; вентиляторы главного проветривания опасных по газу рудников и угольных шахт; вспомогательные реверсивные вентиляторы (на шурфах) газовых шахт III категории и сверхкатегорных; калориферные установки для районов страны с тяжелыми климатическими условиями (города Воркута, Инта Норильск, Караганда и др.); подъёмные установки, обслуживающие спуск-подъём людей; центральные подземные подстанции; флотационные и агломерационные машины; пульпоподающие насосы и др.;
II категория электроприёмники, нарушение электроснабжения которых связано с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта. В горной промышленности к этой категории относят: скиповые подъемные установки, калориферные установки для районов страны без тяжелых климатических условий, вентияляторы на рудниках и шахтах, не опасных по газу и пыли, измельчительные и классификационные механизмы и др.;
III категория - все остальные электроприёмники, не подходящие под определение 1 и II категорий (элсктроприёмники цехов несерийного производства, вспомогательных цехов, небольшие поселки и др.). В горной промышленности к этой категории относят: все 'виды транспорта породы, механические мастерские, склады, административный и бытовой комбинаты, внутреннее освещение зданий, наружное освещение промышленной площадки и др.
Из числа приёмников I категории должна быть выделена особая группа электроприёмников, требующая повышенной надежности питания. К особой группе относят приёмники, обеспечивающие безаварийную остановку производства, перерыв в электроснабжении которого угрожает жизни и здоровью людей, взрывом, пожаром, порчей основного технологического оборудования.
В соответствии с требованиями 11УЭ допускаются перерывы в электроснабжении
а) электроприёмников I категории - на время автоматического ввода резервного питания при условии обеспечения их электроэнергией от двух независимых источников питания;
б) электроприёмников II категории на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой;
в) электроприёмников III категории - на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более одних суток.
Таким образом, отнесение потребителей к той или иной категории определяет степень резервирования, что, естественно, влияет на капитальные затраты. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо при отнесении потребителей к той или иной категории и определении степени резервирования тщательно взвесить все возможные последствия нарушений электроснабжения.
Правила устройства электроустановок регламентируют только порядок продолжительности перерыва электроснабжения и не ограничивают число перерывов. Между тем, надежность электроснабжения, безусловно, характеризуется двумя указанными факторами.
Повышения надежности электроснабжения можно можно добиться проведением следующих мероприятий:
а) снижением удельной повреждаемости, т.е. повышением надежности отдельных элементов системы электроснабжения, в том числе путем применения электрооборудования, соответствующего условиям работы данной электроустановки, систематического проведения планово предупредительных и профилактических испытаний, ремонтом электроустановок и их электрооборудования, а ‘также систематического обучения обслуживающего персонала;
б) сокращением числа элементов в схемах электроснабжения путем упрощения схем;
в) сокращением длительности аварийного перерыва в электроснабжении при каждом повреждении путем повышения качества обслуживания, резервирования и внедрения средств защиты и автоматики.
2.Электроснабжение поверхностного производственного комплекса
2.1. Схемы электроснабжения рудоуправлений
Схема внешнего электроснабжения калийного предприятия по своей сути является схемой присоединения его главных понизительных подстан ций (/7777) к электросистеме.
Калийные предприятия Верхнекамского месторождения присоединя ются к энергосистеме по следующим основным схемам (рис. 2.1):
-глухие ответвления («отпайки») от проходящих вблизи предприятия
ВЛ 110 кВ районной энергосистемы (рис. 2.1, а);
-глубокий ввод 110 кВ от подстанций глубокого ввода (ПГВ) и рай онных понизительных подстанций (РПП) при помощи воздушных ЛЭП (рис. 2.1, б);
непосредственное присоединение распределительных и трансфор маторных подстанций предприятия к генераторным шинам близлежащей ТЭЦ, связанной с энергосистемой или к шинам РПП при помощи кабель ных линий (ЮТ) (рис. 2.1, в, г). Схемы присоединения могут быть и сме шанными.
Наиболее характерные схемы присоединения ГПП калийных пред приятий к энергосистеме приведены ниже.
Всхемах приняты следующие обозначения: PH, РЛ - разъединитель; ЗОН - заземляющий нож; КЗ - короткозамыкатель; ОД - отделитель; РБА реактор; МВ масляный выключатель; СМВ - секционный масляный вы ключатель; РВ - разрядник.
Электроснабжение энергорайона СКПРУ-1 осуществляется от ГПП «Карналлит» и РПП «Соликамск». ГПП присоединена к энергосистеме глу хими отпайками от проходящей двухцепной ЛЭП 110 кВ «ТитанРезвухино» (рис. 2.2).
На ГПП установлены два силовых трансформатора типа ТРДН мощ ностью 40 и 32 MBA с расщеплённой обмоткой низшего напряжения 6 кВ с регулированием напряжения под нагрузкой. Это редкий случай установки на 777/7 трансформаторов различной мощности.
777/7 СКПРУ-1 присоединена к энергосистеме по схеме «блок-ЛЭП- силовой трансформатор» с использованием системы «отделителькороткозамыкатель» {ОД-КЗ) на стороне ВН трансформатора. Такая схема применяется достаточно широко, считается экономичной и не менее на дёжной, чем схема подключения трансформаторов с применением масля ных (МВ) или воздушных выключателей (ВВ).
Система «отделитель-короткозамыкатель» {ОД-КЗ) на вводе силовых трансформаторов обеспечивает экстренное отключение силового транс форматора и действует следующим образом. При возникновении аварии в
п/с |
п/с |
6 к В |
7аи> |
трансформаторе под воздействием релейной защиты последнего срабатыва ет КЗ на вводе повреждённого трансформатора, что приводит к отключе нию выключателя в начале магистральной ВЛ, снабжённой устройствами АПВ линий.
С помощью вспомогательных контактов КЗ при срабатывании замы кает цепь питания привода отделителя ОД, который отключает повреждён ный трансформатор во время бестоковой паузы, обеспечиваемой действием АПВ. После отключения ОД повреждённого трансформатора устройство: АПВ выключателей в начале линии с необходимой выдержкой времени ав томатически включает отключенную ВЛ, восстанавливая питание присое динённых к ней потребителей. Между трансформаторами на стороне 110 кВ установлена ремонтная перемычка с отделителем ОД, который играет роль секционного выключателя при переводе питания обоих трансформа торов в случае аварии на одной из ВЛ на другую ВЛ.
Приведённая схема отличается определённой загромождённостью различными устройствами.
ВЛ оборудованы аппаратурой высокочастотной связи - конденсато рами связи, заградителями, фильтрами. Закрытое распредустройство ЗРУ-6 кВ имеет секционированную систему шин. Каждая секция шин оборудована ячейками КРУ-2-6-9 с выключателями ВМП-10 К, измерительными транс форматорами НТМИ-6 и разрядниками РВО-6 или РВРД-6.
Другая зона энергетического района СКПРУ-1 питается непосредст венно от шин 6 кВ РПП «Соликамск» через систему головных РП I-IV (рис. 2.3). Каждая секция шин РПП I, II и IV запитана сдвоенными ка бельными линиями (ААШВУ 3x185) длиной 800-850 м. Ввиду большого сечения КЛ и сравнительно небольшой длины в начале линий установлены токоограничивающие реакторы РБ-6. Секции шин РПП I, II и IV обору дованы выключателями РВГ-133, BB/TEL, ВМГ-133, измерительными трансформаторами НТМИ-6, разрядниками РВ-6 и батареями статических конденсаторов (БСК).
Электроснабжение рудоуправления СКПРУ-2 осуществляется от двух главных поверхностных подстанций ГПП-1 и /77/7-2, которые при соединены к энергосистеме глухими отпайками от проходящих двухцеп
ных ЛЭП 110 кВ «Титан-Соликамск» |
и «Титан-Резвухино» по схеме |
|
«блок-ЛЭ/7- силовой трансформатор» |
с использованием |
системы |
«ОД-КЗ» (рис. 2.4 и 2.5). |
|
|
Принцип работы этой системы аналогичен изложенному выше для
СКПРУ-1.
На ГПП-1 «Минерал» и 777/7-2 «Рудник» установлены по два сило вых трансформатора типа ТРДН-110/6 мощностью 32 MBA и 25 MBA соот ветственно с расщеплёнными обмотками низшего напряжения. Использо вание таких трансформаторов обеспечивает дробление кабельной сети предприятия на электрически развязанные участки, что уменьшает токи од-