ВВЕДЕНИЕ 3
1 ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 6
1.1 Характеристика схемы внешнего электроснабжения 6
1.2 Распределение электроэнергии по территории химического предприятия 11
1.3 Потребление электроэнергии на химическом предприятии 22
1.4 Выводы по разделу 1 35
2. АНАЛИЗ НАРУШЕНИЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 36
2.1 Модели для расчётов электромеханических переходных процессов 53
2.2 Исследования установившихся электрических режимов и статической устойчивости 55
2.3 Результаты исследования влияния динамической устойчивости генерирующего оборудования электростанции на динамическую устойчивость синхронной двигательной нагрузки 67
2.4 Выводы по разделу 2 100
3 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 102
3.1 Мероприятия по предотвращению внутренних посадок напряжения 102
3.2 Мероприятия по повышению внутрисистемной надежности системы электроснабжения химического предприятия 106
3.3 Выводы по разделу 3 122
Заключение 124
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 128
Системы электроснабжения промышленных предприятий играют огромную роль в нормальном функционировании технологического процесса любого предприятия. В зависимости от категории надежности электроснабжения промышленные предприятия могут относится как к первой, второй так и к третьей категории. При определении категории надежности промышленного предприятия учитывается специфика технологического процесса. При этом на самом промышленном предприятии возможно присутствие производств так же относящихся к различным категориям надежности электроснабжения.
Надежность электроснабжения определяется схемным и конструктивным построением системы, резервированием входящих в нее основных составных элементов (линий, трансформаторов, электродвигателей). Для химического предприятия характерны непрерывные технологические процессы, поэтому одним из важнейших условий является бесперебойность электроснабжения.
Основные цеха крупных химических предприятий, задействованных в основном технологическом процессе, являются потребителями первой категории надежности электроснабжения, а вспомогательные цеха могут относиться к третьей категории надежности.
В процессе функционирования, в системе электроснабжения промышленных предприятий, а также во внешней энергосистеме, откуда получают питание предприятия, возможны различные аварийные ситуации. Несмотря на то, что любая система электроснабжения защищена от аварийных ситуаций средствами релейной защиты и автоматики (РЗиА), последствия аварийных ситуаций и реакции на них устройств РЗиА, т.е переключения и отключения элементов системы электроснабжения вызывают в системе переходные процессы, которые могут негативно сказаться на работе основного оборудования предприятий задействованных в основном технологическом процессе производства.
Для крупных химических предприятий характерно большое присутствие в системе электроснабжения двигательной нагрузки, в частности высоковольтных асинхронных и синхронных двигателей.
Возникающие в системах электроснабжения переходные процессы, могут повлечь за собой снижение напряжения на шинах подстанций, питающих высоковольтные электродвигатели, при этом возможно нарушение их работы и потеря устойчивости. При этом потребуется выводить двигатель из работы, останавливать технологический процесс производства продукции и вводить двигатели в работу снова после устранения последствий, вызванных аварией в системе электроснабжения. Даже кратковременный провал напряжения, может вызвать необратимый процесс потери устойчивости двигательной нагрузки при условии, что к шинам подстанции подключено несколько высоковольтных двигателей работающих под нагрузкой.
Целью работы является разработка системы поддержания устойчивости работы высоковольтных двигателей системы электроснабжения химического предприятия.
При выполнении исследования, в рамках выполнения выпускной квалификационной работы, для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Анализ системы электроснабжения химического предприятия с определением критериев оказывающих влияние на потерю устойчивости работы высоковольтных двигателей системы электроснабжения
2) Оценка режимов работы системы электроснабжения при внешних и внутренних возмущениях в системе электроснабжения промышленного предприятия.
3) Разработка рекомендаций, направленных на поддержание устойчивости работы высоковольтных двигателей системы электроснабжения химического предприятия.
В качестве объекта исследования выбрана система электроснабжения химического предприятия.
Предметом исследования является устойчивость работы высоковольтных электродвигателей при снижении питающего напряжения на шинах подстанции.
В технологическом процессе рассматриваемого химического предприятия участвует большое количество высоковольтных двигателей напряжением 6 кВ. Высоковольтные двигатели запитаны от шин 6 кВ Г1П1 предприятия. Так как химическое предприятие относится к потребителям первой категории надежности электроснабжения, то питание его осуществляется от нескольких (двух) независимых источников электроснабжения. На предприятии расположены три главных понизительных подстанции (ГПП). Питание от энергосистемы осуществляется по воздушным линиям напряжением 110 кВ.
При возникновении аварийных ситуаций в энергосистеме, на предприятии происходят провалы напряжения. Уровень провалов напряжения может превысить 0,7Uном. Длительность провалов напряжения находятся в пределах от 1,5 до 2 секунд. При возникновении провалов напряжения, на предприятии происходят сбои в работе технологического оборудования, высоковольтных электродвигателей. При этом перебой в работе могут достигать нескольких часов. Поэтому тема диссертационного исследования направленного на повышение устойчивости работы высоковольтных двигателей системы электроснабжения промышленного предприятия является актуальной.
1. Анализ схемных решений системы электроснабжения химического предприятия, проведенный в разделе 1 выпускной квалификационной работы, позволяет сделать вывод о соответствии ее степени надежности требованиям ПУЭ, т.е. схемные решения не могут повлиять на устойчивость работы высоковольтной двигательной нагрузки, участвующей в непрерывном технологическом процессе химического предприятия.
2. Выполненный анализ системы распределение электрической энергии по территории химического предприятия показал, что основная часть распределительной сети выполнена кабелями. Напряжение кабельной распределительной сети химического предприятия составляет 6 кВ. Это связано с большим числом высоковольтных электродвигателей, участвующих в технологическом процессе химического предприятия.
3. Определено, что в общей структуре энергозатрат химического предприятия электроэнергия составляет существенно низкую часть в сравнении с тепловой энергией и водоснабжением, что обуславливается особенностями производства продукции.
4. Определено, что число электродвигателей, относящихся к высоковольтным на предприятии 177 шт., а их установленная мощность составляет 164 МВт, из них большая часть - 114 шт. являются асинхронными, а меньшая часть - 63 шт. являются синхронными. Поэтому при разработке мероприятий и анализе возмущений, необходимо учесть, как синхронные, так и асинхронные высоковольтные электродвигатели, при этом учесть их возможное взаимное влияние друг на друга.
5. Разработаны компьютерные модели для расчета установившегося режима ПК EnergyCS. Модель расчета установившегося режима необходима для определения значений напряжения в узлах нагрузки при различных режимах внешнего электроснабжения. Подробный расчет установившихся режимов позволит передать значения напряжений в узлах в модель для расчета электромеханических переходных процессов электроснабжения.
6. Разработана компьютерная модель узла двигательной нагрузки в среде MATLAB/Simulink с использованием библиотеки SimPowerSystems. Для формирования моделей для анализа электромеханических переходных процессов, использовались следующие исходные данные: паспортные данные электродвигателей химического предприятия; данные по оборудованию понизительных подстанций, от которых запитано химического предприятие. В цифровой модели для расчётов электромеханических переходных процессов подробно представлены все синхронные и асинхронные двигатели на напряжение 6 кВ.
7. Установлено, что применение устройств БАВР на химическом предприятии позволяет осуществить синхронный самозапуск СД. При этом также возможно сохранение устойчивости узла нагрузки с СД после потери питания и его восстановления в течение времени, соответствующего действию БАВР (около 0,1 с), а в некоторых случаях и АВР (около 0,5 с).
8. Установлено, что сохранение устойчивости АД при снижении напряжения на питающих шинах напряжением 6 кВ, возможно только в случае если механический момент на валу двигателя не будет превышать момент вращения двигателя при снижении напряжения. Для оценки возможности опрокидывания АД при снижении напряжения выполнено моделирование с различными значениями механической мощности на АД. Для этого взяты уставки срабатывания БАВР, напряжение срабатывания 0,6Цном, а время восстановления напряжения t=2,5 с. При таких значениях опрокидывание АД не происходит.
9. Для повышения надежности электроснабжения предприятия предлагается выполнить замену трансформаторов распределительной сети предприятия, которые исчерпали эксплуатационный ресурс. Перечень трансформаторов, предлагаемых для замены указан в разделе 3 выпускной квалификационной работы.
10. Для повышения эффективности управления системой распределения электрической энергии химического предприятия предлагается спроектировать и ввести в эксплуатацию автоматизированную систему диспетчерского управления электроснабжением предприятия, на базе микропроцессорных терминалов релейной защиты и программируемых контроллеров с выводом информации на диспетчерский пульт начальника смены ЦЭАИ.
11. Для повышения скорости отключения и на предприятии предлагается выполнить замену устаревших баковых масляных выключателей на современные элегазовые выключатели типа ВГТ-110. Данный тип выключателей имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с морально устаревшими баковыми масляными выключателями. Данное мероприятие позволит повысить эффективность переключений в системе электроснабжения химического предприятия.
12. Предлагается выполнить замену устройств регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) на устройства автоматического управления электроприводом РПН, которые также обеспечивают возмодность контроля его положения РПН и его работоспособности. Также предлагается оснастить РПН устройствами дистанционного управления приводом и внедрить блоки автоматического управления РПН на трансформаторах ГПП.
13. Для синхронных и асинхронных двигателей предлагается использовать устройства плавного пуска, либо устройства частотного регулирования. Применение устройств регулирования частоты позволит снизить кратность пускового двигателя до величины не более 1,51ном, что исключит перегрузку Г1П1-3/6-4 и отключение ПС-9, ПС-16, ПС-44, процедура запуска турбокомпрессора ТК-300/4 не вызовет срабатывание БАВР. В качестве альтернативного варианта предлагается использовать высоковольтные устройства плавного пуска типа SSM мощность от 150 кВт до 22 МВт напряжение от 2,3 кВ до 15 кВ для синхронных и асинхронных двигателей, поставляемых ООО «АББ Автоматизация», г. Чебоксары Устройства плавного пуска (УШ1) серии SSM разработаны для осуществления плавного безударного пуска высоковольтных асинхронных и синхронных электродвигателей практически для всех областей применения, где не требуется регулирования скорости вращения.
14. Предложенные мероприятия позволят повысить устойчивость двигательной нагрузки химического предприятия при возмущениях во внешней системе, а также при внутренних возмущениях. При этом использование современных цифровых контроллеров совместно с системой диспетчеризации позволит качественно быстро реагировать на аварийные ситуации и управлять режимом работы системы электроснабжения промышленного предприятия.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы цель, поставленная в работе достигнута, задачи, поставленные в работе выполнены в полном объеме.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
