Дипломная работа: Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий на основании технико-экономических расчетов

Дипломная работа: Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий на основании технико-экономических расчетов

Введение

Передача электроэнергии от источников к потребителям производится энергетическими системами, объединяющими несколько электростанций. Приемники электроэнергии промышленных предприятий получают питание от системы электроснабжения, которая является составной частью энергетической системы.

Электроэнергия на пути от источника питания до электроприемника на современных промышленных предприятиях (независимо от их энергоемкости и характера производства) как правило, трансформируется один или несколько раз: по напряжению и току, а потоки ее, по мере приближения к потребителям, дробятся на более мелкие и разветвленные каналы.

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которой приходится более 60% всей вырабатываемой в стране электроэнергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление производственным процессом и др. Сейчас существуют технологии (электрофизические и электрохимические способы обработки металлов и изделий), где электроэнергия является единственным энергоносителем.

При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий на основании технико-экономических расчетов решаются, например, следующие задачи: обоснование номинального напряжения сети, выбор схемы и конфигурации сети, средств компенсации реактивной мощности и их размещения, средств ограничения токов короткого замыкания, сечений проводов, числа и мощности трансформаторов и т.п.

Экономическая оценка рассматриваемого варианта заключается в определении капитальных вложений (К) и ежегодных эксплуатационных издержек (И). Обе эти величины определяются лишь для элементов системы электроснабжения, входящих в изменяющиеся части сравниваемых вариантов.

Передача, распределение и потребление электроэнергии на промышленных предприятиях должны производиться с высокой экономичностью и надежностью. Так, в системах цехового электроснабжения широко используются комплектные распределительные устройства (КРУ) и комплектные трансформаторные подстанции (КТП), а также комплектные осветительные и силовые токопроводы.

Все это создает гибкую и надежную систему распределения электроэнергии, экономящую большое количество проводов и кабелей. Значительно упростились схемы подстанций различных напряжений и назначений за счет отказа от сборных шин и выключателей на первичном напряжении и применения глухого присоединения трансформаторов подстанций к питающим линиям и т.д.

1. Описание технологического процесса

Аммиачно-холодильный цех №2510 предназначен для выработки холода параметров минус 12 °С, минус 30 °С, 0 °С, 5 °С и снабжением холодом этих параметров технологических цехов производств 2-ой промышленной зоны (завод СПС, завод ОЭ, завод «Олигомеры», СП «Петрокам», завод «Таиф-НК», завод «Эластик»).

В состав цеха входят:

1. Титул 643/1 – компрессорная

2. Титул 643/2 – насосная

3. Титул 643/3 – наружная установка

Для получения холода параметра минус 12 °С принята схема с охлаждением теплоносителя (ТНК) циркуляция которого производится по замкнутому контуру насосами поз. Н-37/1–3 через испарители поз. Т-12/3–7 при температуре кипения аммиака в межтрубной части минус 17 °С.

Подпитка контура охлажденного теплоносителя осуществляется из подземной емкости поз. Е-32 насосами поз. Н-32, Н-39 на всас насоса поз. Н-37/3.

Теплоноситель с температурой минус 8 °С из сети заводов СПС, ОЭ, Олигомеры, СП Петрокам, Таиф-НК поступает на всас насосов поз. Н-37/1–3 и подается в трубную часть испарителей поз. Т-12/3–7, где охлаждается кипящим аммиаком до температуры минус 12 °С.

Приборы контроля и управления, размещаемые в машинном зале, взрывобезопасного исполнения. На дистанционном щите расположена вся аппаратура управления турбокомпрессорным агрегатом, масляными наосами, задвижками, сигнальные лампы, измерительные приборы тока и мощности главного электродвигателя и давления всасывания и нагнетания компрессора.

Для получения холода параметра минус 30 °С принята схема с непосредственным испарением жидкого аммиака в технологических аппаратах производства СОП.

Для отсоса паров аммиака из технологических аппаратов производства СОП в цехе установлены 2 поршневых компрессора. Пары аммиака из технологических аппаратов цеха 2506 с температурой до минус 30 °С и давлением 0,018 МПа (0,18 кгс/см²) поступает в отделитель жидкости поз. 0–50, в котором происходит отделение паров аммиака от капель жидкости за счет изменения скорости и направления потока.

Жидкий аммиак из нижней части отделителя поз. 0–50 стекает в дренажный ресивер поз. Е-51, откуда периодически, при достижении максимально допустимого уровня, передавливается парами высокого давления в один из ресиверов поз. Е-9, или в один из испарителей поз. Т-12, или в отпарные емкости поз. Е-33, Е-63.

Освобожденные от капель пары аммиака после отделителя жидкости поз. 0–50 поступают в общий коллектор всасывания ступени низкого давления поршневых компрессоров поз. М-53/1,2.

Технологической схемой предусмотрено регулирование холодопроизводительности установки получения холода минус 30 °С при помощи перепускного клапана поз. 811, а также через перемычку между всасывающими коллекторами холода минус 30 °С и минус 12 °С при помощи задвижки №1133.

Для получения холода параметра 5 °С принята схема с охлаждением промежуточного холодоносителя (охлажденная речная вода), циркуляция которой осуществляется по замкнутому контуру насосами поз. Н-38/1–3 через испарители поз. Т-12/1–2 и Т-13/1–3 при температуре кипения аммиака в межтрубной части аппарата 2 °С. Подпитка и заполнение контура охлажденной воды осуществляется из сети осветленной воды в трубопровод обратной охлажденной воды в Тит. 643/2–3 перед всасом насоса поз. Н-38/1–3.

Для получения холода параметра 0 °С принята схема с непосредственным испарением жидкости аммиака в технологических аппаратах цехов 2505, 2506, 2509.

Холодильная установка цеха №2510 относится к I категории надежности электроснабжения. Первая категория – электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, причинить значительный ущерб народному хозяйству, вызвать повреждение оборудования, массовый брак продукции, нарушение нормальной деятельности особо важных элементов промышленного предприятия.

На холодильной установке цеха №2510 имеются электроприемники трехфазного тока напряжением до 1000 В частотой 50 Гц, и приемники трехфазного тока напряжением выше 1000 В частотой 50 Гц.

2. Характеристика окружающей среды производственных помещений

В современном обществе резко возросли роль и задачи экологии. На основе оценки степени вреда, приносимого природе индустриализацией производства, совершенствуются инженерно-технические средства защиты окружающей среды, всемирно развиваются замкнутые безотходные технологические производства.

В большинстве отраслей промышленности научно-технический прогресс сопровождается улучшением условий труда, ликвидацией на многих производствах тяжелого ручного труда, широким внедрением новых эффективных средств обеспечения безопасности.

На современном этапе развития общества любое техническое решение должно приниматься с учетом не только технологических и экономических требований, но и экологических аспектов.

Таблица 2.1 Взрывопожарная и пожарная опасность производственных зданий, помещений и наружных установок

3. Выбор рационального напряжения питающей сети

Основным источником электроснабжения промышленных предприятий являются энергосистемы. Для повышения эффективности систем электроснабжения и экономии электроэнергии при ее проектировании следует стремиться к сокращению числа ступеней трансформации, повышению напряжения питающей сети, внедрению подстанций без выключателей с минимальным количеством оборудования, применению магистральных линий и токопроводов. Если при взаимном расположении производств и потребляемой ими мощности оптимальное число понизительных подстанций 35…220/6…10 кВ оказывается больше единицы, то по территории предприятия следует проложить воздушную линию (ВЛ) или кабельную вставку с ответвлениями к подстанциям глубокого ввода (ПГВ), которые располагают в центрах нагрузок групп цехов, территориально обособленных на данном предприятии. При этом распределительные устройства напряжением 6…10 кВ ПГВ используют в качестве распределительных пунктов (РП) цехов.

Напряжение каждого звена системы нужно выбирать с учетом напряжений смежных звеньев.

Выбор напряжения питающей сети проводят на основании технико-экономического сравнения вариантов в случаях когда:

– имеется возможность получения энергии от источника питания при двух и более напряжениях;

– предприятие с большой потребляемой мощностью нуждается в сооружении или значительном расширении существующих районных подстанций, электростанций или сооружения собственной электростанции;

– имеется связь электростанций предприятий с районными сетями.

Предпочтение отдают варианту с более высоким напряжением, даже при экономических преимуществах варианта с низким из сравниваемых напряжений в пределах до 5–10% по приведенным затратам.

На первых ступенях распределения энергии для питания больших предприятий применяют напряжения 110, 220 и 330 кВ.

Напряжение 35 кВ применяют для частичного внутризаводского распределения энергии при:

– наличии крупных электроприемников на напряжении 35 кВ;

– наличии удаленных нагрузок и других условий требующих для питания потребителей повышенного напряжения;

– схеме глубокого ввода для питания группы подстанций 35/0.4…0.66 кВ малой и средней мощности.

Так как на холодильной установке цеха №2510 имеются электроприемники напряжением 6 кВ и электроприемники напряжением 0,4 кВ, а к ГПП – 2 подходит ВЛ – 110 кВ, то принимаем напряжение питающей сети 110/6/0,4 кВ.

4. Определение электрических нагрузок по группам приемников электроэнергии

При разработке проекта электроснабжения промышленного предприятия необходимо определить максимальную электрическую мощность, передачу которой требуется обеспечить для нормальной работы объекта. В зависимости от этого значения, называемого расчетной нагрузкой, выбираются источник электроснабжения и все оборудование электрической сети, обеспечивающее передачу требуемой мощности: линии, трансформаторы распределительные устройства. Неточность определения расчетной нагрузки влечет за собой или перерасход проводникового материала во всей электросети, или ненадежность электроснабжения.

Метод коэффициента максимума – это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Рм, Qм, Sм) расчетных нагрузок группы электроприемников. Максимальная нагрузка заданной продолжительности представляет собой наибольшее ее значение из всех значений за заданный промежуток времени.

Рм = Км ·Рсм; Qм = К¹м ·Qсм; ,

где Рм – максимальная активная нагрузка, кВт;

Qм – максимальная реактивная нагрузка, кВар;

Sм – максимальная полная нагрузка, кВА;

Км – коэффициент максимума активной нагрузки;

К¹м – коэффициент максимума реактивной нагрузки.

Так как холодильная установка цеха №2510 является потребителем

I категории электроснабжения, то трансформаторная подстанция (ТП) – двухтрансформаторная, а между секциями шин устанавливаются устройства АВР (автоматическое включение резерва).

Так как трансформаторы должны быть одинаковые, нагрузка распределяется по секциям примерно одинаково, все электроприемники заносим в «Сводную ведомость нагрузок» и начинаем расчет.

– мощности 3-фазных электроприемников приводится к длительному режиму:

 – для электроприемников ПКР;                               (4.1)

 – для электроприемников ДР                                           (4.2)

 – для сварочных трансформаторов ПКР (4.3)

 – для трансформаторов ДР                                     (4.4)

где  приведенная и паспортная активная мощность, кВт;

 – полная паспортная мощность, кВА;

ПВ – продолжительность включения, отн. ед.

Например, для мостового крана:

 кВт

– определяем среднюю активную мощность за наиболее загруженную смену:

Рсм = Ки · Рн                                                                                 (4.5)

где Ки – коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации по [15.25];

Рн – номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников, кВт.

Qсм = Рсм ·tgφ (4.6)

где Qсм – средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену, кВар;

tgφ – коэффициент реактивной мощности.

                                                                              (4.7)

где  – полная мощность за смену, кВА

Результаты расчетов заносим в таблицу «Сводная ведомость нагрузок».

Приближенным методом расчета осветительной нагрузки является расчет по удельным мощностям. Удельная мощность определяется в зависимости от нормы освещенности, типа источника света, коэффициента запаса, площади помещения, расчета высоты подвеса светильников, коэффициента отражения стен и потолка и т.д.

– определяем методом удельной мощности нагрузку осветительных устройств

по формуле:

                                                                     (4.8)

где  – удельная нагрузка осветительных приемников, Вт/м²; находим по таблице [7.140], принимаем равный 17;

 – коэффициент спроса осветительной нагрузки, согласно методическим указаниям по проектированию принимается равным 0,85 [6.122]

F – площадь освещаемого помещения, м².

Так как холодильная установка цеха 2510 состоит из компрессорной, наружной установки, операторной, то будет выбрано 9 щитков освещения и 5 щитков аварийного освещения машинного зала, лестничных переходов и запасных выходов.

 кВт

 кВт

 кВт

 кВт

Расчетную мощность увеличим на 10 – 30%, так как учитываем аварийное освещение, тогда:

                                                                      (4.9)

 кВт

Распределяем нагрузку по секциям.

– определяем средней коэффициент использования группы электроприемников

Ки.ср = РсмΣ / РнΣ                                                                        (4.10)

где РсмΣ, РнΣ – суммы активных мощностей за смену и номинальных в группе электроприемников, кВт.

Ки.ср = 13198 / 16497 = 0,7

tgφ = Qсм /Рсм                                                                               (4.11)

где tgφ – коэффициент реактивной мощности;

tgφ = 9898,7 / 13198 = 0,75

– определяем эффективное число электроприемников

 – может быть определено по упрощенным вариантам [15.25], n – фактическое число электроприемников в группе;

m – показатель силовой сборки в группе.

– определяем Км = F (Ки, n э) по таблицам (графикам) [15.26].

Км = F (0,7; 13)

– определяем максимальную активную, реактивную и полную нагрузки:

Рм = Км ·Рсм; Qм = К¹м ·Qсм;                              (4.12)

Рм = 1,14 · 13198 = 15045,7 кВт

Qм = 1 · 9898,7 = 9898,7 кВар

 кВА

– определяем ток на РУ, результат заносится в таблицу:

                                                                               (4.13)

 А – по 0,4 кВ

 А – по 6 кВ

– определяем потери в трансформаторе, результат заносится в таблицу:

ΔРт = 0,02 · Sм = 0,02 · 18009 = 360,18 кВт – по ВН

ΔQт = 0,1 · Sм =0,1·18009 = 1800,9 кВар

 кВА;

ΔРт = 0,02 · Sм = 0,02 · 1225,4 = 24,5 кВт – по НН

ΔQт = 0,1 · Sм =0,1· 1225,4 = 122,5 кВар

 кВА

Все расчетные данные заносим в таблицу 4.1

5. Построение картограммы определения центра электрических нагрузок и места расположения питающих подстанций

Предъявляемые к системе электроснабжения требования и ее параметры зависят от мощности и категории надежности потребителей.

Картограмма нагрузок – это изображение распределения нагрузок по территории предприятия кругами, площади которых в выбранном масштабе m равны расчетным нагрузкам цехов.

Места расположения подстанций для питания приемников выбирают в центре их нагрузок. Преобладающим типом являются комплектные трансформаторные подстанции.

Разукрупнение ТП обеспечивает значительную экономию цветных металлов затрачиваемых на кабельные и воздушные линии вторичного напряжения и снижает потери электроэнергии за время их эксплуатации.

Определяем площадь круга по расчетной нагрузки цеха:

 (5.1)

где радиус окружности цеха, км;

 мощность этого цеха (кВт);

 масштаб нагрузки, ;

Отсюда находим радиус круга:

 (5.2)

При построении картограммы нужны реактивные, полные активные и осветительные нагрузки цехов которые берем из «Сводной ведомости нагрузок»

Для определения места ТП – 31 и РП – 3 находим центр электрических нагрузок (ЦЕН) реактивной мощности. Координаты (ЦЭН) холодильной установки определяем по формуле:

 (5.3)

 (5.4)

где  расчетная активная нагрузка цеха, кВт;

 координаты центра активной нагрузки, км.

Все данные заносим в таблицу 5.1 «Сводную ведомость»

Таблица 5.1 Сводная ведомость

1. На генеральном плане 4 х 1 наносим центры электрических нагрузок каждой установки (рисунок 5.1), масштаб генплана 0.01 км/см

(1 клетка = 2.5 м)

2. Определяем масштаб активных нагрузок, исходя из масштаба генплана. Принимается для наименьшей нагрузки (для наружной установки) радиус

R = 0.05 км, тогда:

 (5.5)

3. Определяется радиус для наибольшей нагрузки (насосная 0.4 кВ) по формуле (5.2):

4. Для остальных нагрузок радиусы определяются аналогично.

5. Определяется ЦЭН активной нагрузки по формуле (5.3) и (5.4):

Место расположения ТП-31 будет в координатах точки А (0,02; 0,006), ближе всего к центру наибольшей нагрузки.

6. Определяется ЦЭН реактивной нагрузки по формуле (5.3) и (5.4):

Координаты точки В (0,03; 0,01).

Все данные заносим в таблицу 5.1 «Сводную ведомость» и на рисунок наносим координаты точек.

Рисунок 5.1

6. Выбор системы внешнего электроснабжения

Электроснабжение от энергосистем можно осуществить по двум схемам:

– схема глубокого ввода двойной магистрали напряжением 35…220 кВ на территорию предприятия с подключением отпайкой от обеих цепей нескольких пар трансформаторов;

– схемой с одной мощной ГПП на все предприятие.

При проектировании электроснабжения промышленных предприятий на законченных разработкой схемах высокого напряжения должны быть показаны источники питания, распределительные пункты и трансформаторные подстанции со сборными шинами, основная коммутационная аппаратура (масляные или воздушные выключатели, реакторы), размещение устройств автоматического включения резерва (АВР), все трансформаторы и электроприемники высокого напряжения (высоковольтные электродвигатели, преобразовательные агрегаты, электропечи и др.). рядом с соответствующими графическими обозначениями нужно указать номинальное напряжение сборных шин, типы выключателей, номинальные токи и реактивности реакторов, номинальные мощности и напряжения обмоток трансформаторов и схемы их соединения, номинальные мощности электродвигателей. Около изображений кабельных и воздушных линий указывают их длины, а также марки и сечения кабелей, материал (медь или алюминий) и сечения проводов воздушных линий и токопроводов.

Напряжение 110 кВ наиболее широко применяется для электроснабжения предприятий от энергосистемы. Рост мощностей промышленных предприятий, снижение минимальной мощности трансформаторов на 110/6…10 кВ до 2500 кВА способствует использованию напряжения 110 кВ для питания предприятий не только средней, но и небольшой мощности.

Выбор воздушной линии

Устройство для передачи или распределения электроэнергии по проводам, проложенным на открытом воздухе по деревянным, железобетонным или металлическим опорам, а также стойкам или кронштейнам, установленным на мостах, эстакадах и закрепленных на них при помощи изоляторов и арматуры, называется воздушной линией электропередачи (ВЛ).

По рабочему напряжению ВЛ делят на линии напряжением до 1000 В и выше, их строят на напряжения 3, 6, 10, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кВ. Сечение проводов линий электропередачи должны быть такими, чтобы провода не перегрелись в нормальном режиме, чтобы потеря напряжения в линиях не превышала установленные пределы и чтобы плотность тока в проводах соответствовала экономической.

Первое условие записывается в виде:

,  (6.1)

 (6.2)

Второе условие:

 или  (6.3)

Третье условие:

 (6.4)

где - экономическая площадь сечения провода, мм;

- расчетная сила тока, А;

- нормированное значение экономической плотности тока.

Данный проект не рассматривает выбор ВЛ, так как холодильная установка цеха №2510 запитана от действующей ГПП-2 второй промышленной зоны, которая получает питание по ВЛ-110 кВ по двум одноцепным линиям электропередачи. От ГПП-2 помимо холодильной установки цеха №2510 запитаны следующие электроприемники: завода СПС, ТАИФ, ОЭ, Олигомеров и.т.д. Исходя из этого, нет возможности провести правильный и точный выбор другой воздушной линии.

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов имеет существенное значение для рационального построения системы электроснабжения. Число трансформаторов определяется в зависимости от категорий потребителей. Если основную часть нагрузки составляют потребители первой и второй категории, то применяют двухтрансформаторные подстанции.

Расчетная мощность силового трансформатора определяется по формуле:

  (6.2.1)

где - расчетная мощность нагрузки, МВА;

- максимальная мощность нагрузки на стороне высокого напряжения, МВА.

В настоящем проекте проведение выбора силового трансформатора ГПП-2 экономически не целесообразно, так как помимо холодильной установки цеха №2510 получают питание и другие электроприемники II промышленной     зоны. Поэтому, мы выбираем действующие силовые трансформаторы ГПП-2 с расщепленной обмоткой по стороне низкого напряжения, мощностью 63 МВА. Тип трансформатора: ТРДЦН – 63000/110/6.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5