Четверг, 19.09.2024, 20:03
Электронный каталог

Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта
Главная » 2014 » Август » 4 » Скачать Повышение устойчивости технологических процессов непрерывных производств при кратковременных нарушениях электроснабжения. бесплатно
05:40
Скачать Повышение устойчивости технологических процессов непрерывных производств при кратковременных нарушениях электроснабжения. бесплатно
Повышение устойчивости технологических процессов непрерывных производств при кратковременных нарушениях электроснабжения

Диссертация

Автор: Тиджиев, Марат Олегович

Название: Повышение устойчивости технологических процессов непрерывных производств при кратковременных нарушениях электроснабжения

Справка: Тиджиев, Марат Олегович. Повышение устойчивости технологических процессов непрерывных производств при кратковременных нарушениях электроснабжения : диссертация кандидата технических наук : 05.09.03 Москва, 2005 194 c. : 61 05-5/4158

Объем: 194 стр.

Информация: Москва, 2005


Содержание:

Введение
В1 Обзор научно-технической литературы по вопросам возникновения кратковременных нарушений электроснабжения и их влияния на электрооборудование предприятий с непрерывным технологическим процессом
В2 Характеристика предприятий с непрерывным технологическим процессом, требования потребителей по бесперебойности электроснабжения и анализ схем электроснабжения
ВЗ Выбор и обоснование темы и общая характеристика диссертационной работы
Глава 1 Разработка методики расчетов режимов в системах электроснабжения, содержащих замкнутые контуры
11 Обзор методов расчета режимов электрических сетей
12 Моделирование системы электроснабжения и её режимов
121 Особенности моделирования режима трехфазного КЗ
122 Особенности моделирования режима несимметричных КЗ
13 Модернизация комплекса программ для расчета режимов систем электроснабжения, содержащих замкнутые контуры
14Выводы по главе
Глава 2 Исследование динамической устойчивости систем электроснабжения при внешних трехфазных КЗ в электрических сетях высокого напряжения
21 Выбор и обоснование расчетной схемы системы электроснабжения для исследования устойчивости непрерывных технологических процессов при кратковременных нарушениях электроснабжения
22 Выбор основных факторов, определяющих границы области динамической устойчивости СЭС
23 Исследование влияния характера промышленной нагрузки на динамическую устойчивость СЭС
24 Исследование влияния электромеханических постоянных времени на динамическую устойчивость СЭС
25 Исследование влияния коэффициентов загрузки двигателей на динамическую устойчивость СЭС
26 Исследование влияния типа приводного механизма на динамическую устойчивость СЭС
27 Исследование влияния удаленности места КЗ на динамическую устойчивость СЭС
28 Исследование влияния параметров питающей сети на динамическую устойчивость СЭС
29 Исследование влияния коэффициента мощности СД на динамическую устойчивость СЭС
210 Выводы по главе
Глава 3 Исследование динамической устойчивости систем электроснабжения при внешних трехфазных КЗ в электрических сетях среднего напряжения
31 Исследование влияния характера промышленной нагрузки на динамическую устойчивость СЭС
32 Исследование влияния параметров электропривода на динамическую устойчивость СЭС
33 Исследование влияния удаленности места КЗ на динамическую устойчивость СЭС
34 Исследование влияния параметров питающей сети на динамическую устойчивость СЭС
35 Исследование динамической устойчивости систем электроснабжения 128 при КЗ в сетях до 1кВ
36 Выводы по главе
Глава 4 Исследование динамической устойчивости систем электроснабжения при внешних несимметричных КЗ
41 Исследование динамической устойчивости СЭС при КЗ на землю в сетях высокого напряжения
42 Исследование динамической устойчивости СЭС при междуфазных КЗ
43 Выводы по главе
Глава 5 Вопросы оптимизации и устойчивости системы электроснабжения ОАО «Аммофос» при расширении заводской электростанции
51 Описание объекта исследования
52 Исследование вариантов электроснабжения ОАО "Аммофос" после планируемой реконструкции
53 Оценка устойчивости принятой системы электроснабжения ОАО "Аммофос" после планируемой реконструкции

Введение:

 Важной задачей развития электроэнергетики является повышение надежности электроснабжения промышленных предприятий, основными потребителями которых являются электрические двигатели переменного тока. В настоящее время во всех отраслях происходит техническое перевооружение производства, создается новое оборудование, позволяющее получить большую производительность, широко внедряются непрерывные технологические процессы, большее внимание уделяется вопросам экономии энергетических и материальных ресурсов. Все технологические комплексы требуют надежного электроснабжения, обеспечивающего необходимые качественные показатели электрической энергии. Естественно, при отсутствии качественного и бесперебойного электроснабжения электрической энергией даже самое современное технологическое оборудование не сможет выполнять свои функции.
В.1. Обзор научно-технической литературы по вопросам возникновения кратковременных нарушений электроснабжения и их влияния на электрооборудование предприятий с непрерывным технологическим процессом
Непрерывностью технологических процессов характеризуются предприятия химической, нефти(газо)химической, металлургической промышленности, транспорта нефти и газа, производства электроэнергии. Одной из особенностей таких производств является то, что при кратковременных нарушениях нормального электроснабжения длительностью до десятых долей секунды может произойти нарушение непрерывности технологических процессов, сопровождаемое остановом производств. При этом возникают убытки вследствие недоотпуска продукции, частичной или полной порчи технологического оборудования, а в ряде случаев - пожары и взрывы.
Время на восстановление технологического процесса может достигать нескольких часов [34,36,52].
Под кратковременными нарушениями электроснабжения понимается любое нарушение с последующим восстановлением нормального электроснабжения. Одним из самых распространенных кратковременных, нарушений электроснабжения являются провалы напряжения [78].
В соответствии с ГОСТИ 109-97 провалом напряжения называется внезапное значительное понижение напряжения ниже 0,9 UH0M в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких секунд.
Провалы напряжения характеризуют глубиной, длительностью и частостью. Причем, длительность провала напряжения Atn, определяемую как интервал времени между началом провала и моментом восстановления напряжения, относят к основным показателям качества электроэнергии. Глубину же провалов напряжения SUn (разность между номинальным и минимальным действующими значениями напряжения в течение провала, выраженную в относительных единицах или в процентах) и частость появления провалов напряжения Fn (число провалов напряжения определенной глубины и длительности за определенный промежуток времени по отношению к общему числу провалов за этот же промежуток времени) относят к вспомогательным параметрам электроэнергии.
Следует отметить, что в ГОСТе приведены справочные статистические данные по провалам напряжения, относящиеся в основном к отечественным крупным городским электрическим сетям 6-10 кВ. Анализируя данные, можно заметить, что в отечественных кабельных и кабельно-воздушных сетях преобладают провалы напряжения глубиной от 35 до 99% и продолжительностью 1,5-3,0 с. Причем, каждый потребитель, получающий электроэнергию от кабельных сетей, испытывает до 10 провалов в год, а от кабельно-воздушных - до 25-30.
Наиболее представительными являются статистические данные по провалам напряжения, собранные в странах ЕС с 1987 года в рамках комплексной программы исследования провалов напряжения в системах электроснабжения. Измерения производились на 85 системах электроснабжения при общем сроке измерения в размере 81 измерительного года. Электрические сети, в которых производилось исследование в 33 СЭС, являлись чисто кабельными, в 52 СЭС - смешанными воздушно-кабельными (с головным участком, выполненным воздушной ЛЭП).
По статистическим данным ЕС распределение по длительности провалов напряжения составляет:
Для СЭС с кабельными ЛЭП: до 0,1 с - 40,5%; от 0,1 до 0,5 с - 44,5%; от 0,5 до 1 с - 7,5%.
Для СЭС со смешанными ЛЭП: до 0,1 с - 29%; от 0,1 до 0,5 с - 35%; от 0,5 до 1 с - 26%.
Распределение провалов напряжения по глубине составляет:
Для СЭС с кабельными ЛЭП: до 0,3 {/ном - 58%; от 0,3 до 0,6 ?/„ом - 21%; от 0,6 до 0,95 - 14%; до 1UH0M - 7%.
Для СЭС со смешанными ЛЭП: до 0,3 UH0M - 41,5%; от 0,3 до 0,6 Umu -21,5%; от 0,6 до 0,95 - 7,5%; до 1 ?/ном. - 29,5%.
Максимум количества провалов напряжения приходится на летние и осенние месяцы, что свидетельствует о возрастании числа КЗ, вызванных атмосферными воздействиями на воздушные участки ЛЭП СЭС. Число провалов напряжения, пропорциональное времени измерения, для СЭС со смешанными (воздушно-кабельными) электрическими сетями в два и более раз больше, чем для СЭС с чисто кабельными сетями.
Приведенные статистические данные не могут быть напрямую перенесены на промышленные предприятия без определенных поправок. На современных промышленных предприятиях широко применяются схемы глубокого ввода высокого напряжения в центр нагрузок, при этом плотность нагрузки на промышленных предприятиях гораздо выше, чем в городах. Это обуславливает относительно меньшую протяженность кабельной сети 6—10 кВ на промпредприятиях против протяженности в городских кабельных сетях. Этим же объясняется большее влияние на потребителей промпредприятий процессов, происходящих в сетях высокого напряжения, т.е. 110(220) кВ.
Основной причиной возникновения провалов напряжения являются короткие замыкания. Короткое замыкание на одном из участков системы электроснабжения часто вызывает снижение напряжения в радиусе нескольких десятков километров. Любые неисправности на одном из элементов системы электроснабжения могут вызвать нарушение технологических процессов и привести к потерям продукции на предприятиях, оказавшихся в зоне возникновения провалов напряжения.
Кратковременные нарушения нормального электроснабжения (КНЭ) можно разделить на следующие группы.
1. Внешние (не находящиеся в цепи питания объекта) короткие замыкания (КЗ) любых видов. Такие КЗ отключаются релейной защитой за десятые доли секунды, и электроснабжение объекта возобновляется. Однако при КЗ возникают провалы напряжений, которые могут служить причиной аварийного останова технологических процессов.
2. КЗ любых видов в цепи питания объекта. При отключении таких КЗ электроснабжение не восстанавливается и требуется работа системы автоматического ввода резерва с последующим самозапуском электродвигательной нагрузки, подключенной к потерявшему питание вводу.
3. Несанкционированные отключения в цепи питания объекта. Причиной таких отключений могут быть: человеческий фактор (ошибка дежурного персонала), отключения выключателей от технологических защит (например, от понижения уровня масла) и ряд других.
4. Излишние отключения, вызванные действием технологических защит из-за недопустимого изменения какого-либо параметра, например давления, напора и др., а также отключения, происходящие в результате неправильного выбора уставок защиты минимального напряжения которые должны быть согласованы с уставками АВР и АПВ.
КНЭ первой группы составляют преобладающую долю от общего их количества. Их длительность при КЗ на линиях 110-330 кВ составляет 0,2-0,5 с [4,5]. При этом полного перерыва питания обычно не. происходит, но возмущение распространяется на значительное число предприятий. Такие КНЭ сопровождаются глубоким снижением напряжения в сетях среднего, низкого напряжений [23].
Статистические данные аварийных режимов работы компрессорных станций показывают, что по причине нарушений в работе системы внешнего электроснабжения, которые проявляются в снижении напряжения в узлах нагрузки 6(10) кВ, происходит 40-55% аварийных остановов компрессорных цехов и газоперекачивающих агрегатов КС ОАО «Газпром». В среднем 25 остановов цехов, от 1 до 6 остановов одного цеха в год. На ряде предприятий в результате проведенных научно-исследовательских и инженерных работ удалось уменьшить число аварийных остановов. Так, если на Астраханском ГПЗ в первые годы эксплуатации наблюдалось 30 отключении узлов нагрузки в год, то в последние годы наблюдается 3-4 отключения узлов нагрузки, связанных с КНЭ. Однако проблема нарушения технологических процессов вследствие КНЭ по-прежнему остро стоит для многих предприятий.
В 2002 г. зарегистрировано 87 КЗ в сетях высокого напряжения, питающих ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» с успешным срабатыванием релейной защиты, в том числе 22 - на линиях региональной энергосистемы, в 80% случаев была внеплановая остановка как минимум одного цеха. Итоговая недовыработка продукции основного производства комбината в подразделениях только за счет двух крупных аварий в системе электроснабжения составила - 1567 т агломерата, 2824 т чугуна, 3243 т проката [68].
Анализ схем электроснабжения крупных химических предприятий показывает, что КНЭ, вызывающие остановку всего производства, наблюдаются до 10-11 раз в год.
При КНЭ в распределительных сетях среднего напряжения возмущение затрагивает меньшее число потребителей, но при этом из-за действия устройств АПВ и АВР, как правило, возникает перерыв питания.
Полное время перерыва питания при работе АВР определяется следующим образом: пер t0B+tB+ /вв, где /фП - время фиксации перерыва пусковым органом АВР; tB - выдержка времени действия АВР; овЛв - соответственно времена отключения выключателя поврежденного ввода и включения секционного выключателя.
Применительно к системе внутризаводского электроснабжения /пер имеет длительность *п=0,4. .2,4 с [64].
Это обусловлено следующими обстоятельствами:
• устаревшим парком средств релейной защиты, основу которого до настоящего времени составляют электромеханические реле, обладающие существенной электромеханической инерцией. Среднее время срабатывания такого реле можно оценить временем *ср=0,05. ОД с;
• основным видом защиты кабельных ЛЭП и токопроводов в СЭС являются максимально-токовые защиты, имеющие выдержки времени по селективности ?вв=0,5 - 1,5 с;
• устаревшим парком выключателей, основу которого до настоящего времени составляют маломасляные выключатели типа ВМП, имеющие полное время отключения *Ов=0,1 с и время включения /вв=0,3 с.
Несанкционированные отключения в цепи питания объекта являются наиболее тяжелым случаем нарушения электроснабжения. При этом длительность нарушения обуславливается ожиданием снижения напряжения на отключенной секции РУ до безопасного уровня. На этом этапе необходимо гашение поля синхронных двигателей, причем в зависимости от способа гашения поля длительность нарушения может составить до 5 с [21].
Излишние отключения узлов нагрузки при КНЭ могут происходить при неправильном выборе защиты минимального напряжения. На ряде предприятии уставка и время срабатывания защиты минимального напряжения принимаются согласно нормативным документам, значение которых имеет априорный характер. Это ведет к неполному использованию запаса устойчивости системы электроснабжения. Происходит отключение синхронных и асинхронных двигателей, хотя их самозапуск возможен [28,29,54,66,69].
Интенсивность (X) ложных и излишних срабатываний РЗиА, по статистическим данным составляет от 1,4*10"3 до 10*10"3 ложных срабатываний в год и от 0,93*10 до 27*10" излишних срабатываний в год [33].
Потребителей электрической энергии технологических процессов по способам обеспечения требуемой надежности электроснабжения можно разделить на следующие группы:
1. Высоковольтные (UH0M=6( 10) кВ) электрические двигатели. Для них главная проблема - обеспечение успешного самозапуска после кратковременного нарушения электроснабжения.
2. Низковольтные (до 1кВ) электрические двигатели. В большинстве случаев это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, для которых особых проблем с самозапуском нет. Однако эти двигатели подключаются к электрической сети контакторами или магнитными пускателями, которые удерживаются во включенном состоянии напряжением сети. При кратковременных нарушениях электроснабжения возникают провалы напряжения длительностью десятые доли секунды, но этого времени оказывается достаточно для массового отключения тех контакторов, которые затронуты провалом напряжения. Остановки низковольтных двигателей могут вызвать остановку технологических процессов.
3. Устройства управления технологическим процессом. Современные устройства управления базируются на компьютерах, микроконтроллерах, микросхемах и поэтому особо чувствительны к провалам напряжения. Предельная допустимая длительность провалов напряжения, после которой возникает сбой в программах управления, составляет пр=0,01 с. Реальная длительность провалов напряжения - десятые доли секунды. Сбой в программах управления технологическими процессами неизбежно ведет к аварийным остановам производства.
Электрические двигатели переменного тока предприятий с непрерывным технологическим процессом служат приводом насосов, вентиляторов, компрессоров, газо- и воздуходувок, подъемно-транспортных и других механизмов. При этом доля асинхронных и синхронных двигателей колеблется в широких пределах.
При кратковременном нарушении электроснабжения и глубоком снижении напряжения до 0,4 - 0,5 UH0M возникает возможность нарушения устойчивости системы. Вследствие КЗ на смежном участке СЭС синхронный двигатель переходит в генераторный режим и начинает тормозиться под воздействием приводного механизма и возникающего в двигателе генераторного момента, обусловленного током возбуждения двигателя. Угол нагрузки 8 синхронного двигателя, представляющий собой угол между результирующим вектором напряжения сети и поперечной осью двигателя, вырастает до критического значения, и двигатель выпадает из синхронизма, переходя в асинхронный режим [66].
Поведение асинхронного двигателя при КНЭ принципиально отличается от синхронного двигателя отсутствием обмотки возбуждения, но приводит к тем же последствиям.
После отключения КЗ двигатели находятся в разгонном режиме, в обмотках двигателей протекают повышенные токи, мощность, потребляемая из сети, возрастает в несколько раз по сравнению с мощностью, потребляемой в нормальном режиме. В результате чего система не может выйти на исходный рабочий режим [9].
В случае возникновения таких режимов секции с двигателями должны отключаться, иначе по истечении дополнительного времени сработают индивидуальные защиты двигателей, что приведет к еще большим повреждениям оборудования и затянет процесс восстановления работы системы. За время, требуемое для пуска двигателей и намного превышающее длительность нарушения электроснабжения, технологический параметр (такой как давление или производительность) может выйти за установленные для производства нормы, что приведёт к выпуску бракованной продукции, порче сырья, материалов, а в ряде случаев может возникнуть опасность, связанная с гибелью людей.
В случае применения для низковольтных электродвигателей магнитных пускателей обычного исполнения, которые отключаются при провале напряжения глубиной к20-40%, может произойти остановка высоковольтных синхронных и асинхронных электродвигателей из-за самоотключения низковольтных насосов принудительной смазки подшипников, насосов охлаждающей воды, вентиляторов (для взрывоопасных сред) и т.п.
Особенно чувствительными к кратковременным нарушениям электроснабжения являются частотно-регулируемый электропривод, станки с числовым программным управлением, вентильно-преобразовательные установки, микропроцессорные системы управления технологическими процессами, питающиеся от цеховых электрических сетей 0,38 кВ и др.
Так, например, агрегаты и линии непрерывного производства металлокорда аварийно останавливаются при глубине провалов 8Un более 15% и длительности Atn более 25мс.
В.2. Характеристика предприятий с непрерывным технологическим процессом, требования потребителей по бесперебойности электроснабжения и анализ схем электроснабжения
В последние 10-20 лет развитие промышленности России осуществляется в основном за счет строительства и модернизации предприятий с непрерывными технологическими процессами.
Электрическое хозяйство промпредприятий можно описать с помощью следующих электрических показателей: получасового максимума нагрузки Рш МВт; коэффициента спроса Кс; годового числа часов использования максимума нагрузки Тм; количества установленных двигателей Д и их средней мощности Рср; электровооруженности труда Aj - годового потребления электроэнергии, отнесенного к численности работающих Чу, МВт.ч/чел.; производительности труда электротехнического персонала Аэ - годового потребления электроэнергии, отнесенного к численности электриков Чэ,
МВт.ч/чел. (электротехнический персонал предприятия в целом).
Таблица В.1
Электрические показатели предприятий с непрерывным технологическим процессом
Предприятие Рм» МВт Кс, о.е. Тм,час Д,шт Рср> кВт Ах, МВт.ч /чел Аэ, МВт.ч/ чел
Химический комбинат 89 0,18 8640 14529 28,3 67 960
Металлургический комбинат 336 0,19 7949 53014 30,6 99 830
Нефтеперерабатывающий завод 64,3 0,28 7596 4231 53,9 242,3 3462
Завод искусственного волокна 44,9 0,21 7869 12347 11 51,3 893
Газоперерабатывающий завод 116 0,51 7321 3125 56 233 5110
Магистральный нефтепровод 55,6 0,29 5700 1483 115,7 352 3605
Анализируя значения электрических показателей можно сделать следующие выводы:
• по величине получасового максимума нагрузки предприятия с непрерывным технологическим процессом относятся к крупным электропотребителям;
• коэффициент спроса варьируется в широких пределах, достигая наибольшего значения для газоперерабатывающих предприятий. При этом число часов использования максимума нагрузки колеблется от 6 до 8 тыс.часов в год, что характеризует высокое электропотребление, ровный график нагрузки с относительно высоким коэффициентом заполнения;
• парк электрических двигателей значителен и достигает наибольших значений для предприятий металлургической промышленности. В отдельном случае для крупного металлургического комбината это значение составляет 105 - 10б штук;
• электровооруженность Ат и производительность труда электротехнического персонала Аэ колеблются в 10 и более раз. При этом следует учесть то, что чем современнее предприятие, тем выше эти I показатели. >
В целом предприятия с непрерывным технологическим процессом характеризуются ответственностью нагрузок, перерыв электроснабжения которых связан со значительным невосполнимым ущербом; большим количеством электродвигателей высокого напряжения, схемы электроснабжения которых построены с высокой степенью надежности: наличием «скрытого» резерва в оборудовании для возможности бесперебойного питания при аварии в электрической цепи.
Согласно нормативным документам электроснабжение потребителей или отдельных электроприемников, обеспечивающих непрерывный технологический процесс, должно осуществляться не менее чем от двух независимых источников 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 электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.
В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения).
Согласно п. 1.2.10. ПУЭ, независимыми называются такие источники, нарушение электроснабжения на одном из которых не оказывает существенного влияния на работу другого. Данное определение независимых источников питания не учитывает конструктивные и территориальные признаки.
Основными источниками питания предприятий с непрерывным технологическим процессом являются источники внешнего электроснабжения - вводы от энергосистемы на напряжение 110 или 220 реже 35 кВ [67]. Крупные промышленные предприятия во многих случаях получают питание по линиям 110 кВ от двух, реже трех подстанций энергосистемы. Эти подстанции связаны между собой и соседними районными подстанциями линиями 110-220 кВ. КЗ в сети 110 кВ любой из подстанций может вызвать одновременно глубокое снижение напряжения у всех потребителей, получающих питание и от других подстанции. В результате происходят неоправданные нарушения технологического процесса. В этом случае две подстанции 110 кВ, питающие промышленное предприятие, не могут рассматриваться как два независимых источника питания.
Число КНЭ в конечном итоге зависит от структуры электрической сети энергосистемы, питающей предприятие.
Иногда питание главной понижающей подстанции (Г1111) предприятия осуществляется от двух независимых источников питания по одной двухцепной BJI, что приводит к снижению степени независимости источников. Как правило, для электроснабжения предприятий с одной ГПП при преобладании ответственных потребителей применяются две одноцепные питающие BJ1 110 кВ. Крупные предприятия имеют две и более ГПП. Их питание осуществляется от двух источников по двум двухцепным BJI. Такая схема обеспечивает питание обеих ГПП при выходе из строя одной BJI. а) б) в) г)
Рис. В. 1. Электроснабжение главных понизительных подстанции предприятий от подстанций энергосистемы (РП): а - по двухцепной воздушной линии; б - по двум одноцепным BJI; в - двух ГПП по двум двухцепным BJI; г - то же, но со взаимным резервированием источников
В настоящее время самым ненадежным видом внешнего электроснабжения являются магистральные схемы 110 кВ с большим количеством присоединений, упрощенные схемы с короткозамыкателями и отделителями [38,48].
Для потребителей, предъявляющих высокие требования к надежности электроснабжения, радиальные схемы являются основным видом схем питания ГПП.
Схема внешнего электроснабжения предприятия и источники питания оказывают решающее влияние на устойчивость узлов нагрузки напряжением 6(10) и 0,4 кВ.
На современном этапе развития энергетики стала осознаваться целесообразность строительства на предприятиях электростанций малой мощности. Тенденция отказа от заводских электростанции для предприятий с непрерывными технологическими процессами была характерна для развития электроэнергетики на протяжении длительного периода времени. Исторически развитие энергетики шло по пути строительства мощных тепловых и атомных электростанции и создания Единой энергетической системы для решения таких глобальных задач, как связь между отдельными регионами страны с целью более рационального использования генерирующих мощностей, сокращения их резерва, экономии органического топлива, повышения надежности электроснабжения отдельных регионов. Электроснабжение предприятий переводилось на питание через сети 110-330 кВ от мощных электростанций [55]. В этот период электростанции малой мощности были неконкурентоспособны с электростанциями энергосистемы. Основными причинами такого положения являлась высокая стоимость турбоагрегатов малой мощности, низкая стоимость органического топлива и тарифов на электрическую энергию.
Характерной особенностью современного этапа энергоиспользования на предприятиях является рост тарифов на электрическую и тепловую энергию.
При этом рост тарифов существенно превышает рост цен на продукцию промышленности.
Согласно «Энергетической стратегии России до 2020 г.» на первом плане будет иметь место рост цен энергоносителей на 15-20% в год (без учета инфляции). Так, тариф к 2010 г. возрастет в 3-3,5 раза. Это приведет к увеличению энергетической составляющей в энергоемких отраслях промышленности в пределах 6-8% (химия, черная и цветная металлургия, тяжелое машиностроение и др.).
Предприятия с непрерывным технологическим процессом являются крупнейшими потребителями топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) (табл.В.2.).
Таблица В.2.
Доля затрат по отраслям, %
Отрасль Энергия Топливо
Черная металлургия 9,8 9,6
Цветная металлургия 13,0 9,0
Химия и нефтехимия 16,8 4,5
Машиностроение и металлообработка 8,2 3,3
Промышленность, всего 11,3 9,5
Все это определяет высокую долю затрат в себестоимости продукции. За период с 1992 по 1996 г.г. доля энергозатрат в себестоимости выпускаемой продукции выросла в химической и нефтехимической промышленности в 2,82 раза. Доля ТЭР в себестоимости продукции черной металлургии внастоящее время составляет 25-30% (включая кокс), в алюминиевой - 35 - 42%. Удельные расходы электроэнергии на тонну проката изменяются от 36,9 до 2538 кВт><ч/т при среднеотраслевой удельной норме 112,6 кВтхч/т.
Таким образом, для многих промышленных предприятий целесообразно в качестве независимого источника электроснабжения электроприемников, обеспечивающего непрерывность технологического процесса, использовать заводские электростанции. Причем, экономически эффективнее оказывается использование электростанции типа ТЭЦ. Если сопоставить комбинированное производство электрической и тепловой энергии на ТЭЦ с раздельным производством электрической энергии на КЭС и тепловой энергии на котельной, то можно показать, что комбинированный цикл дает экономию топлива около 30%. Повышению конкурентоспособности заводской ТЭЦ способствует наличие замкнутой системы выработки-потребления энергии. Опыт работы таких энергоисточников показал, что стоимость произведенной на них электрической и тепловой энергии в 2-3 раза ниже покупных в энергосистеме.
В настоящее время в России сформировался рынок газотурбинных электростанции (ГТЭС). ГТЭС может строиться как самостоятельный объект или использоваться при реконструкции и расширении действующих тепловых электростанций.
На рис.В.2 показана обычно применяемая схема подключения крупных и средних ТЭЦ и схема электроснабжения потребителей с распределением мощности на генераторном напряжении. Секции РУ 6(10) кВ и генераторы, как правило, работают параллельно. В фидерах, отходящих от РУ 6(10) кВ к потребителям, установлены реакторы.
Однако использование такой схемы для мини-ТЭЦ ни с технической, ни с экономической точек зрения не оправдано. При выборе схемы подключения мини-ТЭЦ чаще всего приходится считаться с уже существующей схемой электроснабжения предприятия, в которой источником питания является либо собственная, либо районная подстанция 110(220)/6(10) кВ, а электрооборудование рассчитано на отключение тока КЗ в 20 (реже — 31) кА.
С учетом сказанного более целесообразно применение схем на рис. В.З, а и б, имеющих свои преимущества и недостатки. Так, в схеме на рис. В.З, а (на первый взгляд, наиболее простой) возникают сложности в случаях ограничения токов КЗ, обеспечения селективности действия релейных защит, обеспечения динамической устойчивости генераторов при КЗ в распределительной сети 6(10) кВ.
Сеть 110(220) кВ
К потребителям К потребителям
Рис.В.2 Схема подключения ТЭЦ большой и средней мощности
В этом отношении схема на рис.В.З,б более предпочтительна, однако при ее применении требуется некоторая реконструкция ГПП 110(220)/6(10) кВ и сложнее реализовать автономный режим работы генераторов на выделенную нагрузку.
Во всех случаях при наличии питания от энергосистемы возможны два режима работы генераторов малых ТЭЦ: параллельный с энергосистемой и автономный — на специально выделенную нагрузку. Каждый из этих режимов имеет свои достоинства и недостатки. При параллельном режиме работы значительно легче решаются вопросы обеспечения качества электроэнергии. В первую очередь, это относится к таким показателям, как частота, уровни и колебания напряжения, симметрия напряжения и токов по фазам статора генератора. В автономном же режиме поддержание требуемых параметров качества электроэнергии часто весьма затруднено. Таким образом, с точки зрения возможности обеспечения требуемого качества электроэнергии параллельный режим работы является предпочтительным. Кроме того, в данном режиме возможна продажа избыточной электроэнергии другим потребителям, если это экономически выгодно.
Сеть 110(220) кВ
Сеть 110(220) кВ
Т2 i f ш 4
К потребителям mn
РУ 6(10) KB I I гтшшп
К потребителям
К потребителям П Л ©
К потребителям ш
К потребителям
ТЭЦ РУ6(10)кВ
1 ? Ш о
Г1 Г2 I J Ф Ф
К потребителям
К потребителям а) б)
Рис.В.З Схема подключения ТЭЦ малой мощности: а) и б) - первый и второй варианты
Вместе с тем параллельный с энергосистемой режим работы генераторов характеризуется большими токами КЗ на шинах РУ 6(10) кВ, что требует дорогостоящей реконструкции сети 6(10) кВ. Существенную роль при решении этого вопроса играют и технические условия энергосистемы, касающиеся, как правило, параллельного режима работы (в частности, требуется реконструкция релейных защит). Для их реализации также необходимы дополнительные капитальные затраты. С этой точки зрения более целесообразной можно считать работу генераторов мини-ТЭЦ на выделенную нагрузку в автономном режиме. На практике довольно часто приходится предусматривать возможность работы в обоих режимах.
В каждом случае выбирается своя схема подключения заводской ТЭЦ, при этом приходится учитывать возможности существующей схемы электроснабжения и определять, какие из требований являются главными [70].
Распределение электроэнергии на предприятиях осуществляется на напряжении 6-10 кВ. Распределительные пункты (РП) этого напряжения имеют два раздельно работающих ввода с устройством АВР между ними, которое позволяет восстановить питание путем включения резервных источников питания взамен
6(10) кВ в) поврежденных или ошибочно отключенных. Однако, применение на подстанциях и распределительных пунктах АВР с традиционным алгоритмом функционирования пускового органа затрудняет обеспечение бесперебойной работы технологического оборудования при кратковременном перерыве электроснабжения.
Схемы с параллельной работой вводов (рис.В.4.б) при соответствующем усложнении
Рис.В.4. Схемы включения шин распределительных пунктов 6-10 кВ а - с раздельной работой вводов; б - с параллельной работой вводов; „ а релейной защиты обеспечивают в - с параллельной работой вводов через v реактор непрерывное питание обеих секций подстанции в случае отключения одного из вводов.
Существуют схемы с двумя секционными выключателями (рис.В.4.в), один из которых соединяет секции через реактор при нормальной работе, а второй шунтирует реакторную цепь при выходе из строя одного из вводов. Это схема в некоторых случаях обеспечивает повышение надежности электроснабжения, облегчая самозапуск электродвигателей, а иногда позволяет сохранить бесперебойность работы оборудования и без самозапуска.
Однако, в настоящее время последние две схемы применяются редко из-за увеличения токов КЗ, усложнения и удорожания релейной защиты и др.
Помимо перечисленных, известны устройства, осуществляющие различные виды АВР, такие как синфазное быстродействующее опережающее АВР (БОАВР) и быстродействующее АВР (БАВР) на тиристорном секционном выключателе [1,3,15,16,65,66].
В связи с широким внедрением вакуумных выключателей с высоким быстродействием и специальных устройств управления их приводами проблема создания БАВР по традиционной схеме (рис.В.4.а) представляется разрешимой [2,11,17,25,58,59].
Внутренние схемы электроснабжения промышленных предприятий строятся по принципу блочности (агрегатности) электроснабжения и предусматривают питание всех электроприемников одной технологической линии от одной подстанции, что существенно повышает надежность электроснабжения. К каждой цеховой подстанции подключаются электроприемники только одного производства, а к каждой секции — только одной технологической линии. В идеальном случае от одной ячейки ГПП питается одна технологическая линия какого-либо производства.
Для каждого производства с непрерывным технологическим процессом существует минимальное время перерыва питания, в течение которого технологические параметры не успевают выйти за допустимые пределы, и технологический процесс не нарушается (таблица В.З) [6,28].
Таблица В.З.
Электропотребители непрерывных производств и допустимое время нарушения электроснабжения
Потребитель Допустимое время, с
Коксохимическое производство
Гравитационное, сушильное и флотационное отделения обогатительной фабрики. Дробильные и смесительные машины, отделения предварительного дробления. Насос подачи оборотной воды на охлаждение первичных холодильников и подачи надсмольной воды на орошение газосборников и в аммиачное отделение. 1-2 1-2 1-2
Эксгаустер. Цех ретификации бензола. 1-2 1-2
Окускование
Корпус дробления и измельчения кокса, известняка. 1
Конвейеры подачи агломерата в бункер доменного цеха и готовых окатышей. 1
Обогатительное производство
Дробилки. 1
Прокатное производство
Непрерывные прокатные станы. до 1
Химическая и нефтехимическая промышленность
Аммиачные и другие мощные поршневые компрессоры. Другие потребители аммиачных производств. Завод синтетического спирта. Каталитический крекинг. Каталитический реформинг. Установка деасфальтизации. Атмосферно - вакуумная трубчатка. 0,13-0,2 1-2 0,2 3-5 3 1,5-3 2-3
Завод синтетического каучука
Цех газораспределения. Цех выделения каучука. Цех полимеризации и экстрактивной дистилляции. Цех дегидрирования бутилена. Цех дегидрирования бутана. 1 1-2 2-3 3 5-8
Энергетические установки
Водонасосные, кислородные и компрессорные (для сжатого воздуха) станции, турбогазодувки, эксгаустеры. 1-3
Вытяжные вентиляторы ядовитых веществ. 0,1-1
Определение величины t0 имеет решающее значение для выбора времени действия релейных защит и автоматики, а также для последующего расчета самозапуска электродвигателей.
Величина tQ зависит от множества факторов: технологических, механических и электрических переходных процессов, и точное ее определение представляет значительные трудности. Наиболее правильное значение может дать эксперимент, проведенный по заранее разработанной программе.
Однако, в большинстве случаев устойчивость технологического процесса, как правило, определяется не требованиями технологических агрегатов, а устойчивостью двигательной нагрузки.
Помимо требований бесперебойности электроснабжения основных технологических агрегатов, необходимо учитывать также требования вспомогательных механизмов: маслонасов системы смазки подшипников, цилиндров, насосов водоохлаждения, вентиляторов воздушного охлаждения и т.п.
Из всего сказанного можно сделать следующий вывод: предприятия с непрерывным технологическим процессом имеют электроприемники, чувствительные к нарушениям электроснабжения, причем устранить все КНЭ практически невозможно. Основной причиной возникновения КНЭ являются КЗ в системах электроснабжения, которые могут приводить к нарушениям технологических процессов. КЗ в электрических сетях неизбежны, причем с развитием энергосистемы число КЗ увеличивается, что вызывает необходимость разработки действенных средств и методов их прогнозирования и защиты о них.
В.З. Выбор и обоснование темы и общая характеристика диссертационной работы
Проблема, связанная с воздействием КНЭ на работу промышленного предприятия, известна давно, но продолжает существовать, становясь более острой из-за усложнения технологических процессов, укрупнения промышленного производства.
Переход энергетической отрасли России в сферу рыночных отношений вызывает пересмотр промышленными предприятиями сложившейся структуры централизованного электроснабжения в сторону развития источников электроэнергии, не зависящих от режимов работы энергосистемы и вырабатывающих более дешевую электрическую энергию. В результате многие предприятия, располагающие вторичными энергоресурсами, расширяют свою энергетическую базу.
Сооружение новых заводских электростанций и расширение старых приводит к усложнению энергохозяйства предприятий. Используется параллельный режим работы генераторов, система внутризаводского электроснабжения усложняется, и в ней возникают замкнутые контуры. Изменяются условия работы электрических сетей, релейной защиты и автоматики:
Для того чтобы не происходило излишних отключений, необходимо определить границы области динамической устойчивости, расчеты которой традиционно базируются на компьютерном моделировании.
Приведенные выше статистические данные по нарушениям технологических процессов непрерывных производств при КНЭ показал актуальность тематики данной диссертационной работы.
Цель диссертационной работы Основной целью диссертационной работы является повышение устойчивости систем электроснабжения предприятий с непрерывным технологическим процессом к кратковременным нарушениям электроснабжения, вызванных внешними КЗ в электрических сетях высокого и среднего напряжений, за счет определения области значений параметров электротехнической системы, в пределах которой обеспечивается устойчивость электродвигательной нагрузки.
Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие задачи.
1. Модернизация комплекса программ для расчета устойчивости электротехнических систем с электродвигательной нагрузкой, содержащих замкнутые контура.
2. Оценка и ранжирование параметров электротехнической системы, влияющих на критическое время динамической устойчивости.
3. Определение области параметров электротехнической системы, в пределах которой сохраняется динамическая устойчивость при КНЭ, вызванных трехфазными КЗ.
4. Определение области параметров электротехнической системы, в пределах которой сохраняется динамическая устойчивость при КНЭ, вызванных несимметричными КЗ.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являются системы электроснабжения промышленных предприятий с главной понизительной подстанцией, питающиеся от подстанции электрической системы. Исследования, проведенные в диссертационной работе, выполнены с использованием теории электрических цепей, численных методов решения систем нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений, теории функции комплексных переменных, теории устойчивости и методов математического моделирования электротехнических систем. Положения, выносимые на защиту:
1. Комплекс программ для расчётно-экспериментальных исследований устойчивости систем электроснабжения произвольной конфигурации, структуры и состояния, содержащих замкнутые электрически сети, при кратковременных нарушениях электроснабжения произвольного характера в любом месте системы электроснабжения.
2. Классификация и упорядочение по степени влияния на динамическую устойчивость системы электроснабжения параметров электротехнической системы.
3. Результаты теоретических и расчетно-экспериментальных исследований динамической устойчивости системы электроснабжения с электродвигательной нагрузкой.
Научная новизна может быть сформулирована следующим образом:
1. Разработан новый алгоритм расчета систем электроснабжения, имеющих в электрических сетях замкнутые контуры, основанный на использовании уравнений узловых напряжений, выраженных через узловые сопротивления относительно узлов нагрузки NC. Все известные методы основаны на использовании узловых сопротивлений относительно общего числа узлов схемы замещения п, число которых в несколько раз больше узлов нагрузки. За счет такого подхода достигается экономия оперативной памяти и времени расчета в размере (n/NCf .
2. Определены количественные показатели влияния параметров электротехнической системы на критическое время динамической устойчивости системы электроснабжения.
3. Установлена область параметров электротехнической системы, в пределах которой сохраняется устойчивость электродвигательной нагрузки при любых внешних КЗ в электрических сетях высокого и среднего напряжения.
Обоснованность и достоверность
Достоверность результатов исследований подтверждается следующим: корректностью исходных посылок; корректным использованием апробированных математических моделей элементов СЭС; хорошим совпадением результатов расчетно-экспериментальных исследований с данными наблюдений; корректным объяснением результатов расчетно-экспериментальных исследований физикой переходных процессов.
Основные практические результаты:
1. Комплексы программ могут быть рекомендованы для автоматизированных расчетно-экспериментальных исследовании устойчивости в системах промышленного электроснабжения (СПЭ) предприятий с электродвигательной нагрузкой, имеющих замкнутую конфигурацию, при возникновении кратковременных возмущающих воздействий произвольного характера (КЗ, отключения) в любом месте системы электроснабжения.
2. Результаты исследований режимов, возникающих в СЭС промышленных предприятий при КНЭ, могут быть использованы для правильной настройки параметров релейной защиты, разработки мероприятий по повышению устойчивости системы электроснабжения при внешних и внутренних возмущающих воздействиях.
3. Результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены на Череповецком ОАО «Аммофос» при решении задачи выбора главной схемы утилизационной ТЭЦ, введенной в эксплуатацию в 2004-2005 г.г. Получен акт внедрения результатов работы.
Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на:
• Десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 2004 г.);
• Всероссийской конференции «Информационные технологии в электроэнергетике нефтяной и газовой промышленности» (Москва, 2004 г.);
• Одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 2005 г.);
• на научно-технических семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Общий объем составляет 194 страниц машинописного текста, 79 рисунков, 8 таблиц, список использованной литературы из 81 наименования на 8 страницах.

Скачивание файла!Для скачивания файла вам нужно ввести
E-Mail: 1277
Пароль: 1277
Скачать файл.
Просмотров: 319 | Добавил: Анна44 | Рейтинг: 0.0/0
Форма входа
Поиск
Календарь
«  Август 2014  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031
Архив записей
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
    		•
    Copyright MyCorp © 2024Бесплатный хостинг uCoz