Помощь студентам в учебе
Разработка автоматизированной системы управления компенсацией реактивной мощности в промышленных сетях ПАО "Комбинат "Магнезит"
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………… 5
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ
КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ……………………….….. 7
2 ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПАО «КОМБИНАТ «МАГНЕЗИТ»……………………………… 12
3 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРОБЛЕМ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПАО «КОМБИНАТ МАГНЕЗИТ»………………. 15
3.1 Оценка надежности системы электроснабжения комбината…… 15
3.2 Анализ перспектив развития системы электроснабжения комбината….………………………………………….…………….
3.3 Анализ распределения электрической нагрузки комбината.……
3.4 Анализ изменения напряжения……………………………………
4 ВЫБОР СПОСОБА И СРЕДСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ……..…………………………………………………………….. 30
4.1 Выбор способа компенсации реактивной мощности...…………... 30
4.2 Анализ существующих возможностей по компенсации реактивной мощности …………………………………………………. 31
4.3 Анализ качества электрической энергии…………………………. 33
4.4 Определение потребной мощности компенсирующих устройств. 35
5 ВЫБОР И ПРОВЕРКА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ... 37
5.1 Выбор и проверка высоковольтного выключателя ……….. 37
5.2 Проверка существующих кабелей 6 кВ 41
5.3 Проверка существующих измерительных трансформаторов 43
6 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ АСУКРМ 48
6.1 . Принципы управления АСУКРМ 48
6.2 Выбор оборудования АСУКРМ 51
6.3 Программное обеспечение АСУКРМ 56
7 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 59
7.1 Расчет единовременных затрат на разработку проекта 59
7.2 Расчет эксплуатационных затрат 64
7.3 Определение фонда заработной платы обслуживающего персонала 64
7.4 Расчет экономического эффекта от внедрения проекта 67
8 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 69
8.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов 69
8.2 Разработка мероприятий по снижению воздействия опасных и вредных производственных факторов……………………… 70
8.3 Пожарная безопасность 74
8.4 Процесс обслуживания системы компенсации реактивной
мощности как источник загрязнения окружающей среды 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….. 77
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………….. 79
ПРИЛОЖЕНИЕ А 80
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………… 5
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ
КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ……………………….….. 7
2 ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПАО «КОМБИНАТ «МАГНЕЗИТ»……………………………… 12
3 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРОБЛЕМ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПАО «КОМБИНАТ МАГНЕЗИТ»………………. 15
3.1 Оценка надежности системы электроснабжения комбината…… 15
3.2 Анализ перспектив развития системы электроснабжения комбината….………………………………………….…………….
3.3 Анализ распределения электрической нагрузки комбината.……
3.4 Анализ изменения напряжения……………………………………
4 ВЫБОР СПОСОБА И СРЕДСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ……..…………………………………………………………….. 30
4.1 Выбор способа компенсации реактивной мощности...…………... 30
4.2 Анализ существующих возможностей по компенсации реактивной мощности …………………………………………………. 31
4.3 Анализ качества электрической энергии…………………………. 33
4.4 Определение потребной мощности компенсирующих устройств. 35
5 ВЫБОР И ПРОВЕРКА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ... 37
5.1 Выбор и проверка высоковольтного выключателя ……….. 37
5.2 Проверка существующих кабелей 6 кВ 41
5.3 Проверка существующих измерительных трансформаторов 43
6 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ АСУКРМ 48
6.1 . Принципы управления АСУКРМ 48
6.2 Выбор оборудования АСУКРМ 51
6.3 Программное обеспечение АСУКРМ 56
7 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 59
7.1 Расчет единовременных затрат на разработку проекта 59
7.2 Расчет эксплуатационных затрат 64
7.3 Определение фонда заработной платы обслуживающего персонала 64
7.4 Расчет экономического эффекта от внедрения проекта 67
8 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 69
8.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов 69
8.2 Разработка мероприятий по снижению воздействия опасных и вредных производственных факторов……………………… 70
8.3 Пожарная безопасность 74
8.4 Процесс обслуживания системы компенсации реактивной
мощности как источник загрязнения окружающей среды 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….. 77
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………….. 79
ПРИЛОЖЕНИЕ А 80
Производство огнеупорных изделий является очень энергозатратным, поэтому все основные производители огнеупоров как внутри страны, так и за рубежом традиционно фокусируют свое пристальное внимание на снижение энергопотребления.
В современных экономических условиях одной из возможностью снижения энергозатрат является автоматизация всех процессов выработки, передачи, трансформации и распределения электроэнергии и поэтому ПАО «Комбинат «Магнезит» занимается данной проблематикой с начала 2000-х годов. Процессы разработки и внедрения систем автоматизации вышеперечисленных процессов на рассматриваемом предприятии развивались последовательно следующим образом:
– в 2001- 2004 г.г. проходило внедрение ERP - системы управления
предприятием производства SAP/R3 с включением модулей распределения электроэнергии по местам возникновения затрат (далее - МВЗ);
– в 2020 г. был реализован проект обвязки оптическими линиями (далее– ВОЛС) всех производственных площадок комбината;
– 2003-2005 г.г. проходило внедрение автоматизированной системы
коммерческого учета электроэнергии (далее- АСКУЭ);
– в 2007-2010 г.г. проходило внедрение автоматизированной системы технического учета электроэнергии (далее- АСТУЭ) на уровне напряжения 6 кВ;
– с 2011г.- по сей день проходит реализация проекта АСТУЭ на уровне напряжения 0,4 кВ;
– с 2012 г.– по сей день проходит реализация проекта MEC- системы управления технологическим производством «Магнезиус»;
– с 2016 г. и по сей день идет реализация проекта телемеханики
энергохозяйства комбината.
Интеграция всех вышеперечисленных информационных систем происходит на базе управляющей Скада- системы «Магнезиус».
В тоже время, как показывает практика, реализация проекта полностью автоматизированной системы энергообеспечения (или энергоснабжения) промышленного предприятия является очень затратным и длительным мероприятием. Поэтому в настоящие время нет ни одного промышленного предприятия в России, где подобная система существовала бы в полном виде. Но подобная система заключает в себе множество подсистем взаимосвязанных с друг другом (АСКУЭ, АСТУЭ, система телемеханики, подсистема диспетчеризации и пр.). В том числе существуют подсистемы, позволяющие управлять компенсацией реактивной мощностью.
Вопросы компенсации реактивной мощности на промышленном предприятии, традиционно относились ко второстепенным, т.к. еще в середине 90-х прошлого века энергосистема фактически отменила для большинства предприятий плату за потребляемую реактивную мощность. После этого решения на большинстве предприятий перестали поддерживать в работоспособном состоянии имеющиеся батареи статических конденсаторов, следить за режимами выработки
В современных экономических условиях одной из возможностью снижения энергозатрат является автоматизация всех процессов выработки, передачи, трансформации и распределения электроэнергии и поэтому ПАО «Комбинат «Магнезит» занимается данной проблематикой с начала 2000-х годов. Процессы разработки и внедрения систем автоматизации вышеперечисленных процессов на рассматриваемом предприятии развивались последовательно следующим образом:
– в 2001- 2004 г.г. проходило внедрение ERP - системы управления
предприятием производства SAP/R3 с включением модулей распределения электроэнергии по местам возникновения затрат (далее - МВЗ);
– в 2020 г. был реализован проект обвязки оптическими линиями (далее– ВОЛС) всех производственных площадок комбината;
– 2003-2005 г.г. проходило внедрение автоматизированной системы
коммерческого учета электроэнергии (далее- АСКУЭ);
– в 2007-2010 г.г. проходило внедрение автоматизированной системы технического учета электроэнергии (далее- АСТУЭ) на уровне напряжения 6 кВ;
– с 2011г.- по сей день проходит реализация проекта АСТУЭ на уровне напряжения 0,4 кВ;
– с 2012 г.– по сей день проходит реализация проекта MEC- системы управления технологическим производством «Магнезиус»;
– с 2016 г. и по сей день идет реализация проекта телемеханики
энергохозяйства комбината.
Интеграция всех вышеперечисленных информационных систем происходит на базе управляющей Скада- системы «Магнезиус».
В тоже время, как показывает практика, реализация проекта полностью автоматизированной системы энергообеспечения (или энергоснабжения) промышленного предприятия является очень затратным и длительным мероприятием. Поэтому в настоящие время нет ни одного промышленного предприятия в России, где подобная система существовала бы в полном виде. Но подобная система заключает в себе множество подсистем взаимосвязанных с друг другом (АСКУЭ, АСТУЭ, система телемеханики, подсистема диспетчеризации и пр.). В том числе существуют подсистемы, позволяющие управлять компенсацией реактивной мощностью.
Вопросы компенсации реактивной мощности на промышленном предприятии, традиционно относились ко второстепенным, т.к. еще в середине 90-х прошлого века энергосистема фактически отменила для большинства предприятий плату за потребляемую реактивную мощность. После этого решения на большинстве предприятий перестали поддерживать в работоспособном состоянии имеющиеся батареи статических конденсаторов, следить за режимами выработки
В данной работе был разработан комплексный проект по разработке и внедрению автоматизированной системы управления компенсацией реактивной мощности в ЦСиП ПАО «Комбинат Магнезит».
На первой стадии проектирования был произведен анализ передовых зарубежных и отечественных технологий и решений, используемых при реализации подобных проектов в части технических средств компенсации реактивной мощности. После тщательного сравнения технических средств компенсации реактивной мощности, был выбрана хорошо зарекомендовавшая себя ранее схема комбинированного использования конденсаторных установок и мощных высоковольтных синхронных двигателей, используемых в технологическом процессе ПАО «Комбинат Магнезит». Это позволило уменьшить капитальные вложения в проекте, выбрать отечественных производителей и тем самым снизить стоимость конечного владения
Далее был проведен анализ данных по надежности системы электроснабжения, ее инвестиционной привлекательности, а также данных по распределению потребления и генерации активной и реактивной мощностей. При этом было установлено, что в системе электроснабжения ПАО «Комбинат Магнезит» существует ряд существенных проблем:
– с точки зрения надежности электроснабжения наименее надежным элементом ЭСС являются ГПП №11;
– для всей рассматриваемой системы электроснабжения характерно нарушение нормативного значения (в среднем по году, месяцу и суткам) коэффициента реактивной мощности. Наибольшее отклонение характерно для уровней напряжения 35 и 6 кВ;
– наибольшие отклонения фактического коэффициента мощности наблюдаются на ГПП №6 и №11. При этом данная часть схемы электроснабжения является наиболее привлекательной и перспективной с точки зрения вложения инвестиционных средств;
– колебания тангенса фи являются значительными даже в течении суток, что позволяет предположить, что с помощью диспетчеров энергохозяйства данную проблему (с помощью обычных оперативных переключений навряд ли получится решить;
– регулярно происходит отклонения напряжения от установленных ГОСТом на самом протяженном участке СЭС «ГПП Огнеупор - ГПП №6 - ГПП №11», где предполагается развитие горного производства в виде нового карьера. Традиционно на комбинате «Магнезит» разработка карьеров производится с помощью электрических буровых станков типа СБШ и экскаваторов типа ЭКГ-5 (ЭКГ-8), а дизельное оборудование используется только на подземных разработках. А производительность как СБШ, так и ЭКГ-5 значительно снижается при снижении напряжения, т.е. под угрозу ставятся сами планы развития предприятияТ.е. для данного исследования тема «Разработка автоматизированной системы управления компенсацией реактивной мощности в промышленных сетях на примере ЦСиП ПАО «Комбинат «Магнезит» является очень актуальной.
На следующем этапе был проведен анализ данных по имеющимся на предприятии техническим средствам компенсации. Данный анализ показал, что:
– оптимальным способом компенсации является централизованная компенсация на напряжении 6 кВ;
– в качестве технических средств компенсации предполагается использование имеющихся в резерве конденсаторных установок и двух мощных синхронных двигателя;
– ФКУ к установке не требуется;
– уставка дополнительных конденсаторных установок (к уже имеющимся) не требуется.
Воспользовавшись имеющимися значениями токов короткого замыкания, была осуществлена проверка всего существующего электрооборудования и кабелей 6 кВ на местах установок конденсаторных установок на ГПП №6, №11 . Также был произведен выбор и проверка вакуумного выключателя, предназначенного для замены морально и физически изношенных маломасляных выключателей. Все выбранное, а также существующее электрооборудование прошли по условиям проверки.
В завершении специальной части были сформированы принципы формирования АСУКРМ, ее архитектура, произведен выбор оборудования, а также описано ПО, используемое для проектируемой автоматизированной системы.
По результатам расчётов в экономической части можно сделать вывод, что внедрение проекта АСУРМ в ЦСиП ПАО «Комбинат Магнезит» экономически выгодна. Сравнивая расчётный срок окупаемости (1,1 года) с современным нормативом для энергетики чёрной металлургии (3 года) можно сделать вывод о высокой эффективности рассматриваемого проекта.
В заключительном разделе настоящего исследования рассмотрев вредные и опасные производственные факторы на рабочем месте сменного мастера ЦСиП ПАО «Комбинат Магнезит» было установлено, что наибольший вред персоналу в настоящее время наносит недостаточная освещенность. Поэтому последовательно выбрав производителя и тип энергоэффективного светодиодного промышленного светильника и далее произведя светотехнический расчет были предложены пути решения данной проблемы.
Также была рассмотрены вопросы пожарной безопасности и охраны окружающей среды применительно к процессу эксплуатации технических устройств компенсации реактивной мощности.
Таким образом, цель работы достигнута, а все поставленные задачи – решены.
На первой стадии проектирования был произведен анализ передовых зарубежных и отечественных технологий и решений, используемых при реализации подобных проектов в части технических средств компенсации реактивной мощности. После тщательного сравнения технических средств компенсации реактивной мощности, был выбрана хорошо зарекомендовавшая себя ранее схема комбинированного использования конденсаторных установок и мощных высоковольтных синхронных двигателей, используемых в технологическом процессе ПАО «Комбинат Магнезит». Это позволило уменьшить капитальные вложения в проекте, выбрать отечественных производителей и тем самым снизить стоимость конечного владения
Далее был проведен анализ данных по надежности системы электроснабжения, ее инвестиционной привлекательности, а также данных по распределению потребления и генерации активной и реактивной мощностей. При этом было установлено, что в системе электроснабжения ПАО «Комбинат Магнезит» существует ряд существенных проблем:
– с точки зрения надежности электроснабжения наименее надежным элементом ЭСС являются ГПП №11;
– для всей рассматриваемой системы электроснабжения характерно нарушение нормативного значения (в среднем по году, месяцу и суткам) коэффициента реактивной мощности. Наибольшее отклонение характерно для уровней напряжения 35 и 6 кВ;
– наибольшие отклонения фактического коэффициента мощности наблюдаются на ГПП №6 и №11. При этом данная часть схемы электроснабжения является наиболее привлекательной и перспективной с точки зрения вложения инвестиционных средств;
– колебания тангенса фи являются значительными даже в течении суток, что позволяет предположить, что с помощью диспетчеров энергохозяйства данную проблему (с помощью обычных оперативных переключений навряд ли получится решить;
– регулярно происходит отклонения напряжения от установленных ГОСТом на самом протяженном участке СЭС «ГПП Огнеупор - ГПП №6 - ГПП №11», где предполагается развитие горного производства в виде нового карьера. Традиционно на комбинате «Магнезит» разработка карьеров производится с помощью электрических буровых станков типа СБШ и экскаваторов типа ЭКГ-5 (ЭКГ-8), а дизельное оборудование используется только на подземных разработках. А производительность как СБШ, так и ЭКГ-5 значительно снижается при снижении напряжения, т.е. под угрозу ставятся сами планы развития предприятияТ.е. для данного исследования тема «Разработка автоматизированной системы управления компенсацией реактивной мощности в промышленных сетях на примере ЦСиП ПАО «Комбинат «Магнезит» является очень актуальной.
На следующем этапе был проведен анализ данных по имеющимся на предприятии техническим средствам компенсации. Данный анализ показал, что:
– оптимальным способом компенсации является централизованная компенсация на напряжении 6 кВ;
– в качестве технических средств компенсации предполагается использование имеющихся в резерве конденсаторных установок и двух мощных синхронных двигателя;
– ФКУ к установке не требуется;
– уставка дополнительных конденсаторных установок (к уже имеющимся) не требуется.
Воспользовавшись имеющимися значениями токов короткого замыкания, была осуществлена проверка всего существующего электрооборудования и кабелей 6 кВ на местах установок конденсаторных установок на ГПП №6, №11 . Также был произведен выбор и проверка вакуумного выключателя, предназначенного для замены морально и физически изношенных маломасляных выключателей. Все выбранное, а также существующее электрооборудование прошли по условиям проверки.
В завершении специальной части были сформированы принципы формирования АСУКРМ, ее архитектура, произведен выбор оборудования, а также описано ПО, используемое для проектируемой автоматизированной системы.
По результатам расчётов в экономической части можно сделать вывод, что внедрение проекта АСУРМ в ЦСиП ПАО «Комбинат Магнезит» экономически выгодна. Сравнивая расчётный срок окупаемости (1,1 года) с современным нормативом для энергетики чёрной металлургии (3 года) можно сделать вывод о высокой эффективности рассматриваемого проекта.
В заключительном разделе настоящего исследования рассмотрев вредные и опасные производственные факторы на рабочем месте сменного мастера ЦСиП ПАО «Комбинат Магнезит» было установлено, что наибольший вред персоналу в настоящее время наносит недостаточная освещенность. Поэтому последовательно выбрав производителя и тип энергоэффективного светодиодного промышленного светильника и далее произведя светотехнический расчет были предложены пути решения данной проблемы.
Также была рассмотрены вопросы пожарной безопасности и охраны окружающей среды применительно к процессу эксплуатации технических устройств компенсации реактивной мощности.
Таким образом, цель работы достигнута, а все поставленные задачи – решены.
