Страница 2 из 30
1-3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СХЕМАМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ИХ ПОСТРОЕНИЕ
При построении схемы электроснабжения исходят из следующих общих принципиальных положений:
1. Источники высокого напряжения максимально приближаются к потребителям электроэнергии (электроприемникам). Это позволяет уменьшить число сетевых звеньев и ступеней трансформации и коммутации и тем самым удешевить систему и повысить ее надежность, что достигается применением глубоких вводов и дробления подстанций на всех ступенях электроснабжения.
- Все элементы системы электроснабжения постоянно находятся под нагрузкой. «Холодный» резерв в линиях и трансформаторах не применяется. Благодаря этому уменьшаются потери электроэнергии и повышается надежность, так как элемент «холодного» резерва может при его включении отказать в работе вследствие каких- либо неисправностей, образовавшихся в течение длительного его бездействия и оказавшихся незамеченными. Так называемый «скрытый» (или неявный) резерв предусматривается в самой схеме электроснабжения, которая в послеаварийном режиме должна быть в состоянии принять на себя нагрузку временно выбывшего элемента путем перераспределения ее между оставшимися в работе частями сети с использованием перегрузочной способности электрооборудования.
Восстановление питания потребителей производится автоматически с использованием простейшей автоматики на переменном оперативном токе. Применяется также автоматическое отключение неответственных потребителей на время послеаварийного режима, если каждая питающая линия или трансформатор даже с учетом перегрузки не рассчитаны на полное резервирование.
- Все элементы схемы (линии, трансформаторы) работают раздельно, потому что при параллельной работе увеличиваются токи короткого (к. з.) и усложняются устройства релейной защиты, что удорожает всю систему электроснабжения. В то же время надежность питания при раздельной работе благодаря применению автоматики, как правило, не уменьшается.
- Применяется секционирование всех звеньев системы электроснабжения от источника питания до сборных шин низкого напряжения ТП, а иногда и цеховых силовых распределительных пунктов. На секционных аппаратах предусматриваются простейшие схемы автоматического включения резерва (АВР). Это значительно повышает надежность питания.
5. Предусматриваются мероприятия для ограничения влияния ударных быстропеременных нагрузок, упомянутых в § 1-1,6, которые вызывают резкие и частые колебания напряжения (а иногда и частоты), недопустимые для присоединенных к этой сети электроприемников.
- Предусматривается экономичная работа сети в периоды малых нагрузок (в ночной период, выходные и праздничные дни) по возможности без больших затрат на дополнительные сетевые устройства. Это создает большую экономию за счет уменьшения потерь энергии и улучшения коэффициента мощности. Для этой цели нужно широко использовать связи на вторичном напряжении между ближайшими подстанциями и между хвостовыми участками сетей низкого напряжения, питаемых от разных трансформаторов. Наиболее экономично эта задача решается при однотрансформаторных подстанциях, между которыми обычно предусматриваются связи низкого напряжения для взаимного резервирования, рассчитанные на мощность до 15—30% мощности трансформатора. В отдельных случаях можно допустить применение переносных шланговых кабелей для временной передачи небольших мощностей.
Трансформаторный завод выражает опасение, что увеличение числа коммутационных операций связано с повышенным электродинамическим воздействием на обмотки и повышенным числом коммутационных перенапряжений, что может привести к повреждению трансформатора. Однако эти опасения, по-видимому, являются необоснованными, поскольку за десятилетия эксплуатации огромного количества трансформаторов не было ни одного повреждения по этой причине. Тем не менее при заказе трансформаторов, предназначенных для частых отключений и включений, все же необходимо оговаривать режим их работы. Особенно это важно для электропечных трансформаторов.
- На предприятиях с поточным производством параллельные технологические потоки присоединяются к разным подстанциям или распределительным пунктам (РП), или к разным секциям их или же к разным магистралям, чтобы при аварии не прекратилось питание обоих потоков. Наоборот, в пределах одного потока взаимосвязанные технологические агрегаты нужно присоединять к одному источнику (подстанции, РП, секции и т. п.), чтобы при прекращении питания потока все входящие в его состав электроприемники были одновременно обесточены, а при восстановлении питания все получили энергию.
Энергетическая часть проекта содержит проектные решения и разработки по многим вопросам. Электрохозяйство. Электроснабжение цеха осуществляют по следующей схеме: заводская высоковольтная сеть — цеховая понижающая трансформаторная подстанция — распределительные пункты — потребители переменного тока. Для потребителей постоянного тока в схеме электроснабжения дополнительно устанавливают преобразовательные подстанции или агрегаты (.после цеховой подстанции или распределительного пункта).
Помимо силовой, проектируют осветительную систему электроснабжения, питаемую от распределительных пунктов. В современных электросталеплавильных цехах, помимо общецеховой системы электроснабжения, предусматривают отдельную систему снабжения электропечей, с тем чтобы избежать влияния сильного изменения потребляемой электропечами мощности на работу остального электрооборудования цеха; схема электроснабжения дуговых электропечей; заводская высоковольтная сеть — понижающая подстанция — печная подстанция.
Для цеха сооружают одну или несколько понижающих подстанций. Выбор числа и места расположения подстанций определяется числом и расположением в цехе мощных потребителей энергии и особенностями генплана завода. Обычно подстанции стремятся расположить вблизи крупных потребителей энергии. Выбор мощности трансформаторов понижающий подст.зддий и остальных элементов системы электроснабжение — сечение токопроводов, коммутационной аппаратуры и аппаратуры защиты производят на основании данных о среднесуточной потребляемой мощности и с учетом максимальной потребляемой мощности и ее длительности.
Сталеплавильные и доменные цехи работают непрерывно, и поэтому должно быть обеспечено бесперебойное снабжение их электроэнергией. Перерывы в подаче электроэнергии к основным производственным агрегатам и обслуживающему их оборудованию недопустимы, кроме того, и потому, что внезапное обесточивание может привести к авариям с тяжелыми последствиями.
Для обеспечения бесперебойности и надежности электроснабжения цеховые понижающие подстанции получают питание от двух отдельных источников (по двум линиям электропитания). В каждой цеховой подстанции устанавливают два (а иногда и более) трансформатора, каждый из которых может обеспечить потребность цеха в электроэнергии в случае выхода из строя другого.
При проектировании систем электроснабжения и электрооборудования сопоставляют и анализируют ряд вариантов, выбирая оптимальный вариант на основании сравнения технико-экономических показателей. К техническим показателям сравниваемых вариантов относятся надежность, долговечность, безопасность, удобство эксплуатации и проведения ремонтов, объем ремонтных работ, степень автоматизации и другие. Основными экономическими показателями являются срок окупаемости и приведенные затраты, учитывающие капитальные затраты и эксплуатационные расходы на содержание системы электроснабжения.
Электроснабжение ( поставки электрической энергии, энергоснабжения ) — это комплекс технических средств и организационных мероприятий для обеспечения потребителя электроэнергией лицам электрической энергии потребителю с помощью технических средств передачи и распределения электрической энергии на основании договора .
Электроснабжение принято разделять на внешнее и внутреннее .
Под внешним электроснабжением понимают комплекс сооружений , обеспечивающих передачу электроэнергии от пункта присоединения энергосистемы пункту присоединения потребителя.
Внутреннее электроснабжение — комплекс сетей и подстанций , расположенных на территории потребителя.
Поставщик электрической энергии (или енергопостачальник ) обязан заключить со своими потребителями договоры, разработанные по Типовому договору о пользовании электрической энергией.
Единицей учета электроэнергии является 1 киловатт-час (кВт * ч). Ежемесячная оплата услуг по электроснабжению определяется умножением тарифа на количество потребленных кВт * час.
Как правило, фактическое потребление электроэнергии рассчитывается по показаниям счетчика, снятие показаний которого ежемесячно осуществляет сам потребитель. Энергопоставщик имеет право контролировать правильность снятия показаний приборов а также самостоятельно снимать эти показания.
Надежность электроснабжения
Насчет надежности электроснабжения потребители электроэнергии делятся на три категории:
— Электропотребители I категории — перерыв электроснабжения которых может привести к опасности для жизни людей, значительные материальные потери, повреждения стоимостного оборудования, массовый брак продукции, сбой сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава I категории выделяют особую группу потребителей, бесперебойная работа которых необходима для предупреждения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров, повреждения драгоценных ме оборудования.
— Электропотребители II категории — перерыв электроснабжения которых приводит к массового недоотпуска продукции, массовым простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению жизнедеятельности значительного количества городских и сельских жителей.
— Электропотребители III категории — все остальные потребители электроэнергии, которые не подпадают под определение I и II категорий.
Энергопоставщики — участники оптового рынка электрической энергии, которые покупают электрическую энергию на этом рынке с целью продажи ее потребителям.
Электрическая подстанция ( рус. подстанция электрическая , англ. electric substation , нем. elektrische Unterstation f, Unterwerk n, Unterzentrale f ) — электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии. В зависимости от назначения могут быть трансформаторными (ТП) или преобразовательными (ЧП)
Концентрация крупных производств на сравнительно малой территории приводит к созданию крупных нагрузочных узлов. Многообразие конкретных условий, которые нужно учесть при проектировании электроснабжения предприятий разных отраслей, приводит к многообразию схем внешнего электроснабжения. Однако практика проектирования выявила для этих потребителей характерные особенности, определила общий подход и создала ряд характерных схем.
Выбор схемы и напряжения сети внешнего электроснабжения производится на основе технико-экономического сравнения возможных вариантов с учетом перспективы развития предприятия, чтобы осуществление первой очереди не приводило к большим затратам, связанным с последующим развитием.
При проектировании схемы электроснабжения промышленного предприятия следует учитывать потребность в электроэнергии всех потребителей района — городов и поселков, сельского хозяйства. Схема должна оптимизироваться с учетом интересов всех рассматриваемых потребителей.
Основным источником электроснабжения, как правило, являются энергетические системы. Исключение составляют предприятия с большим теплопотреблением, для которых основным источником может являться ТЭЦ. При этом обязательно предусматривать связь ТЭЦ с энергосистемой, как правило, на напряжении 110 кВ и выше.
Общей тенденцией построения современных схем электроснабжения промышленных предприятий является применение глубоких вводов — максимальное приближение источников питания к электроустановкам предприятий, сведение к минимуму количества сетевых звеньев и ступеней трансформации, дробление ПС ВН при размещении предприятий на значительной территории.
Применяемые для внешнего электроснабжения промпредприятий напряжения зависят от напряжения электрических сетей энергосистемы в районе размещения предприятий и от их нагрузки.
Для электроснабжения предприятий с небольшой нагрузкой используются сети 10 кВ с питанием их от ближайших ПС 110 кВ энергосистемы; для электроснабжения средних и крупных предприятий, как правило, применяются сети 110 кВ, в отдельных случаях — 220-500 кВ.
Используются следующие основные схемы распределения электроэнергии:
главная понижающая ПС (ГПП) предприятия 220-500/110 кВ для распределения электроэнергии между ПС глубоких вводов (ПГВ) 110/10(6) кВ; ГПП в отдельных случаях целесообразно совмещать с ПС энергосистемы, предназначенной для электроснабжения района;
ряд ПС 110/10(6) кВ, присоединяемых к сети 110 кВ системы;
ПГВ 220/10(6) кВ — для крупных предприятий с сосредоточенной нагрузкой.
Подавляющее большинство крупных промышленных предприятий имеет потребителей 1-й и 2-й категорий, поэтому их внешнее электроснабжение осуществляется не менее чем подиум линиям. Предпочтительной является схема, при которой линии выполняются на отдельных опорах и идут по разным трассам (или каждая ПС питается по двум цепям, подвешенным на опорах разных двухцепных ВЛ). Выбор пропускной способности питающих линий производится таким образом, чтобы при выходе из работы одной из них оставшиеся обеспечивали питание приемников электроэнергии 1-й и 2-й категорий, необходимых для функционирования основных производств.
ПГВ выполняются, как правило, по простейшим схемам с минимальным количеством оборудования на напряжении ВН.
На рис. 1.12-1.16 приведены примеры схем внешнего электроснабжения крупных промышленных предприятий. 
Рис 1.12. Схема внешнего электроснабжения химкомбината с нагрузкой 300 МВт: а — схема сети: 6 — схема подстанции
Для обеспечения потребноcти в тепле химкомбината (рис. 1.12) предусмотрена ТЭЦ мощностью 200 МВт. Недостающая мощность подастся из системы по сети 220 кВ. Для приема этой мощности предусмотрена ГПП 220/110/10 кВ, которая служит для питания нагрузок электролиза на 10 кВ. для распределения электроэнергии по территории комбината к ПГВ 110/6 кВ и приема мощности от ТЭЦ на напряжении 110 кВ. 
Рис 1.13. Схема внешнего электроснабжения завода минеральных удобрений с нагрузкой 150 МВт: а — схема сети; С — схема подстанций
Сравнительно небольшое потребление тепла заводом минеральных удобрений (рис. 1.13) удовлетворяется от котельной; 90 % электрической нагрузки приходится на потребителей 1-й категории. В связи с этим три ПГВ 110/6 кВ выполняют по схеме двух блоков линия — трансформатор с возможностью покрытия всей нагрузки от одного блока.
Потребность в тепле нефтехимкомбината (рис. 1.14) удовлетворяется от ТЭЦ мощностью 150 МВт, дефицит электрической мощности — от районной ПС 330/110 кВ. Мощность распределяется как от шин 6 кВ ТЭЦ, так и от пяти ПГВ 110/6 кВ. 
Рис. 1.14. Схема внешнего электроснабжения нефтехимического комбината с нагрузкой 300 МВт 
Рис. 1.16. Схема электроснабжения крупных металлургических заводов:
а — схема для существующих расширяемых заводов; б — схема для новых заводов; УРП — B распределительные пункты 110 кВ; ПГВ — подстанции глубокого ввода 110/10(6) кВ
Схема электроснабжения алюминиевого завода, показанная на рис. 1.15, осуществляется с помощью трансформаторов 220/10 кВ с расщепленной обмоткой 10 кВ мощностью по 180 МВ-А. От каждого трансформатора питаются две серии последовательно соединенных панн. На каждые четыре рабочих трансформатора устанавливается один резервный, подключенный к трансферной системе шин, который может заменить любой из рабочих переключением на стороне 10 кВ (в нормальном режиме он отключен со стороны 10 кВ). Рабочие трансформаторы подключены блоками с ВЛ 220 кВ от источника (в рассматриваемом случае — крупная ГЭС). При ремонте одного из рабочих трансформаторов питающая его ВЛ присоединяется к трансферной системе и питает резервный; при аварии одной из ВЛ она отключается вместе со споим трансформатором, а одна из оставшихся в работе присоединяется к трансферной системе и временно питает два трансформатора — рабочий и резервный, Кратковременный перерыв в электроснабжении, необходимый для производства переключений, допустим за счет тепловой инерции ванн.
Электроснабжение металлургических заводов (рис. 1,16, а) осуществляется от районных ПС 220-500/110 кВ и ТЭЦ по двухцепным ВЛ 110 кВ, к каждой из которых присоединяется ряд двухтрансформаторных ПГВ 110/10(6) кВ, выполняемых но типовой схеме 110-4Н. В отдельных случаях при большом количестве ВЛ и ПГВ сооружаются также узловые распределительные пункты (УРП) 110 кВ. Такие схемы используются для расширяемых существующих заводов.
Рост нагрузок и их плотности, повышение требований к надежности электроснабжения привели к появлению схем, приведенных на рис. 1.16, б. К кольцевой сети 110 кВ, питаемой от районных ПС и ТЭЦ, присоединяется ряд УРП; ПГВ питаются от УРП по КЛ 110 кВ; ПГВ выполняются по схеме блок — КЛ — трансформатор с установкой от одного до четырех трансформаторов. Такие схемы находят применение и последнее время для вновь сооружаемых заводов.
При использовании на заводах дуговых сталеплавильных печей необходимо проверить их влияние на системы электроснабжения. При необходимости повышения мощности КЗ в общих ЦП печей и других потребителей могут применяться следующие мероприятия:
питание дуговых сталеплавильных печей через отдельные трансформаторы;
уменьшение индуктивного сопротивления питающих линий (например, продольная компенсация на ВЛ соединяющих ЦП с источниками);
включение на параллельную работу двух питающих дуговую печь линий и трансформаторов на стороне ВН и НН.
Крупномасштабное освоение нефтяных месторождений и переработки попутного газа в Западной Сибири, характеризующихся сложными климатическими условиями и высокими требованиями к надежности электроснабжения, вызвало появление особых требований к построению схем электроснабжения. На основании проектов технологической части, обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации систем электроснабжения этих объектов установлены категории отдельных электроприемников по надежности электроснабжения. Принято, что электроснабжение объектов нефтедобычи и переработки попутного газа должно обеспечиваться без ограничений как в нормальных, так и в послеаварийных режимах при отключении любого элемента электрической сети. Принято положение о проектировании схем электроснабжения нефтяных месторождений и переработки попутного газа в Западной Сибири, которое устанавливает следующие требования и рекомендации:
электроснабжение вновь вводимых нефтяных месторождений, как правило, осуществляется на напряжении 110 кВ, а при наличии обоснований — на 220 кВ;
на нефтяных месторождениях с объемом добычи нефти до 2 млн. т в год допускается предусматривать сооружение одной ПС, более 2 млн. т в год — не менее двух ПС; в первом случае рекомендуется присоединение ПС в транзит ВЛ с двусторонним питанием или двумя одноцепными тупиковыми ВЛ (допускается двухцепная ВЛ на стальных опорах — при наличии обоснований), во втором случае ПС должны питаться от независимых источников не менее чем по двум ВЛ, прокладываемым по разным трассам;
для электроснабжения компрессорных станций (КС) газлифта, водозаборов, газоперерабатывающих заводов и головных КС при каждом объекте сооружается ПС 110-220 кВ, подключаемая к независимым источникам питания не менее чем по двум одноцепным ВЛ или заходом одной цепи ВЛ с двусторонним питанием;
размещение ПС принимается с максимально возможным приближением к технологическим объектам;
на ПС предусматривается установка двух трансформаторов из условий резервирования 100 % нагрузки;
для ВЛ 110 кВ в качестве рационального типового сечения провода рекомендуется АС 120-150 (при наличии обоснований — до АС-240), для ВЛ 220 кВ — АС-240-300.