Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ ООО «ЗМЗ»
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ 9
1.1 Автоматизированная система диспетчерского и технологического
управления 9
1.2 Сравнение отечественных и передовых зарубежных систем АСДУЭ 11
2 ВЫБОР АРХИТЕКТУРЫ АСДУЭ 15
2.1 Цель и задачи создания системы АСДУЭ 15
2.2 Выбор архитектуры нижнего уровня АСДУЭ 16
2.3 Выбор архитектуры среднего уровня АСДУЭ 18
2.4 Выбор архитектуры верхнего уровня АСДУЭ 19
3 РАСЧЕТ И ВЫБОР АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ 21
3.1 Краткий анализ электроснабжения ООО «ЗМЗ» 21
3.2 Исследование систем АСДУЭ на повышение коэффициента готовности 22
3.3 Определение расчетных электрических нагрузок потребителей ООО
«ЗМЗ» 28
3.4 Расчет токов короткого замыкания 30
3.5 Выбор аппаратов защиты электрооборудования АСДУ 39
4 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АСДУЭ ООО «ЗМЗ» 51
4.1 Структурная организация сети 51
4.2 Структурная схема узловой ПС 52
4.3 Структурная схема среднего уровня 54
4.4 Структурная схема верхнего уровня 55
5 ОБОРУДОВАНИЕ И ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ АСДУЭ
58
5.1 Сбор и первичная обработка аналоговых и дискретных сигналов 58
5.2 УСО устройства связи с объектом 61
5.3 Устройства среднего уровня 62
5.4 Оперативный контроль текущего режима и состояния схем подстанций 62
5.5 Технический учёт и контроль качества электроэнергии 64
6 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 66
6.1 Основные показатели экономической эффективности 66
6.2 Расчёт годовой экономии от внедрения автоматизированной системы
диспетчерского управления 69
6.3 Расчёт годового экономического эффекта 71
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 73
7.1 Краткое описание производственного участка 73
7.2 Анализ вредных и опасных производственных факторов 73
7.3 Выбор нормативных значений факторов рабочей среды 74
7.4 Охрана труда 77
7.5 Эргономика и производственная эстетика 82
7.6 Противопожарная и взрывобезопасность 88
7.7 Экологическая безопасность 89
7.8 Гражданская оборона 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 93
ВВЕДЕНИЕ 7
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ 9
1.1 Автоматизированная система диспетчерского и технологического
управления 9
1.2 Сравнение отечественных и передовых зарубежных систем АСДУЭ 11
2 ВЫБОР АРХИТЕКТУРЫ АСДУЭ 15
2.1 Цель и задачи создания системы АСДУЭ 15
2.2 Выбор архитектуры нижнего уровня АСДУЭ 16
2.3 Выбор архитектуры среднего уровня АСДУЭ 18
2.4 Выбор архитектуры верхнего уровня АСДУЭ 19
3 РАСЧЕТ И ВЫБОР АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ 21
3.1 Краткий анализ электроснабжения ООО «ЗМЗ» 21
3.2 Исследование систем АСДУЭ на повышение коэффициента готовности 22
3.3 Определение расчетных электрических нагрузок потребителей ООО
«ЗМЗ» 28
3.4 Расчет токов короткого замыкания 30
3.5 Выбор аппаратов защиты электрооборудования АСДУ 39
4 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АСДУЭ ООО «ЗМЗ» 51
4.1 Структурная организация сети 51
4.2 Структурная схема узловой ПС 52
4.3 Структурная схема среднего уровня 54
4.4 Структурная схема верхнего уровня 55
5 ОБОРУДОВАНИЕ И ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ АСДУЭ
58
5.1 Сбор и первичная обработка аналоговых и дискретных сигналов 58
5.2 УСО устройства связи с объектом 61
5.3 Устройства среднего уровня 62
5.4 Оперативный контроль текущего режима и состояния схем подстанций 62
5.5 Технический учёт и контроль качества электроэнергии 64
6 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 66
6.1 Основные показатели экономической эффективности 66
6.2 Расчёт годовой экономии от внедрения автоматизированной системы
диспетчерского управления 69
6.3 Расчёт годового экономического эффекта 71
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 73
7.1 Краткое описание производственного участка 73
7.2 Анализ вредных и опасных производственных факторов 73
7.3 Выбор нормативных значений факторов рабочей среды 74
7.4 Охрана труда 77
7.5 Эргономика и производственная эстетика 82
7.6 Противопожарная и взрывобезопасность 88
7.7 Экологическая безопасность 89
7.8 Гражданская оборона 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 93
Златоустовский металлургический завод (ООО «ЗМЗ») это предприятие с длинной историей, которое производит специальные марки стали и сплавы, имеющие повышенные прочностные и пластические свойства.
Специализация ООО «ЗМЗ» - производство металлопродукции нержавеющих, инструментальных, легированных конструкционных, быстрорежущих, штамповых, жаропрочных и прецизионных марок стали и сплавов, поставка которых осуществляется на внутренний и внешний рынок.
В составе завода функционируют два электросталеплавильных, два прокатных, молотовый и термокалибровочный цех. Производит около 1000 марок стали и сплавов, выплавленных в открытых дуговых и индукционных электропечах, ра-финированных электрошлаковым (ЭШП) и вакуумно-дуговым (ВДП) переплава¬ми, в агрегате ковш-печь (АКП).
Система электроснабжения ООО «ЗМЗ» представляет собой сложную много-уровневую структуру, в состав которой входят следующие подстанции (ПС):
- главные понизительные ПС 110/6 кВ: ЗМЗ-3, ЗМЗ-4, ЗМЗ-6; 35/6 кВ: ЗМЗ-1, ЗМЗ-2;
- комплектные распределительные подстанции 6кВ ЦРП-44, ПС-38;
- распределительные ПС (РП) напряжением 6кВ.
Центральный диспетчерский пункт (ЦДП) - это важная составляющая беспере-бойного функционирования электроснабжения завода, он должен максимально использовать микропроцессорную и вычислительную технику для получения, пе-редачи и хранения информации с целью обеспечения наиболее эффективной ра¬боты оборудования.
ЦДП завода осуществляет:
- непрерывный контроль и оперативное управление энергообьектами предприя-тия;
- сбор и предварительную обработку полученной информации о состоянии электрооборудования с фиксацией отклонений от нормального режима работы;
- выявление отклонений в схемах подстанций и ликвидацию аварий в кратчай-шие сроки;
- предупреждение возможных простоев оборудования и снижения времени на устранение аварийных режимов работы.
Для предупреждения возможных простоев электрооборудования, необходимо обеспечить ЦДП всеми видами ресурсов, принять меры по быстрому определе¬нию и ликвидации аварий в кратчайшие сроки (оперативно ввести резервное обо-рудование, соответственно перераспределить нагрузки и локализовать аварию). Для решения всех этих задач необходимо осуществлять функции оперативного учёта, контроля и регулирования всего процесса электроснабжения завода.
На сегодняшний день промышленность в области диспетчеризации связана с внедрением современных автоматизированных средств АСДУ, реализованных на основе современного микропроцессорного оборудования . Производители всего мира предлагают различные варианты и интегрированные решения для обеспече¬ния безаварийной работы предприятия с использованием микропроцессорных си¬стем и средств связи, сетевых телекоммуникационных устройств и высокопроиз-водительных рабочих станций.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение коэффици¬ента готовности системы электроснабжения ООО «ЗМЗ».
В рамках поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- выбор архитектуры АСДУЭ;
- расчет токов короткого замыкания для аварийных режимов, выбор вида и типа защит элементов системы электроснабжения;
- разработка структурной и функциональной схем автоматизации;
- выбор оборудования для организации АСДУЭ;
- оценка технико-экономических показателей проекта;
- охрана труда на производстве.
Объект - диспетчерский пункт ООО «ЗМЗ».
Предмет - автоматизированная система диспетчерского управления электроснабжением АСДУЭ ООО «ЗМЗ».
Специализация ООО «ЗМЗ» - производство металлопродукции нержавеющих, инструментальных, легированных конструкционных, быстрорежущих, штамповых, жаропрочных и прецизионных марок стали и сплавов, поставка которых осуществляется на внутренний и внешний рынок.
В составе завода функционируют два электросталеплавильных, два прокатных, молотовый и термокалибровочный цех. Производит около 1000 марок стали и сплавов, выплавленных в открытых дуговых и индукционных электропечах, ра-финированных электрошлаковым (ЭШП) и вакуумно-дуговым (ВДП) переплава¬ми, в агрегате ковш-печь (АКП).
Система электроснабжения ООО «ЗМЗ» представляет собой сложную много-уровневую структуру, в состав которой входят следующие подстанции (ПС):
- главные понизительные ПС 110/6 кВ: ЗМЗ-3, ЗМЗ-4, ЗМЗ-6; 35/6 кВ: ЗМЗ-1, ЗМЗ-2;
- комплектные распределительные подстанции 6кВ ЦРП-44, ПС-38;
- распределительные ПС (РП) напряжением 6кВ.
Центральный диспетчерский пункт (ЦДП) - это важная составляющая беспере-бойного функционирования электроснабжения завода, он должен максимально использовать микропроцессорную и вычислительную технику для получения, пе-редачи и хранения информации с целью обеспечения наиболее эффективной ра¬боты оборудования.
ЦДП завода осуществляет:
- непрерывный контроль и оперативное управление энергообьектами предприя-тия;
- сбор и предварительную обработку полученной информации о состоянии электрооборудования с фиксацией отклонений от нормального режима работы;
- выявление отклонений в схемах подстанций и ликвидацию аварий в кратчай-шие сроки;
- предупреждение возможных простоев оборудования и снижения времени на устранение аварийных режимов работы.
Для предупреждения возможных простоев электрооборудования, необходимо обеспечить ЦДП всеми видами ресурсов, принять меры по быстрому определе¬нию и ликвидации аварий в кратчайшие сроки (оперативно ввести резервное обо-рудование, соответственно перераспределить нагрузки и локализовать аварию). Для решения всех этих задач необходимо осуществлять функции оперативного учёта, контроля и регулирования всего процесса электроснабжения завода.
На сегодняшний день промышленность в области диспетчеризации связана с внедрением современных автоматизированных средств АСДУ, реализованных на основе современного микропроцессорного оборудования . Производители всего мира предлагают различные варианты и интегрированные решения для обеспече¬ния безаварийной работы предприятия с использованием микропроцессорных си¬стем и средств связи, сетевых телекоммуникационных устройств и высокопроиз-водительных рабочих станций.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение коэффици¬ента готовности системы электроснабжения ООО «ЗМЗ».
В рамках поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- выбор архитектуры АСДУЭ;
- расчет токов короткого замыкания для аварийных режимов, выбор вида и типа защит элементов системы электроснабжения;
- разработка структурной и функциональной схем автоматизации;
- выбор оборудования для организации АСДУЭ;
- оценка технико-экономических показателей проекта;
- охрана труда на производстве.
Объект - диспетчерский пункт ООО «ЗМЗ».
Предмет - автоматизированная система диспетчерского управления электроснабжением АСДУЭ ООО «ЗМЗ».
В выпускной квалификационной работе разработана автоматизированная система диспетчерского управления электроснабжением ООО «ЗМЗ».
Выбрана система SICAM фирмы Siemens, она находится на высоком уровне и отвечает мировым требованиям, работает в энергетике, металлургии, нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности. На ООО «ЗМЗ» повсеместно установлено оборудование фирмы Siemens, персонал работает с оборудованием и программным обеспечением этой фирмы.
На базе оборудования Siemens SICAM выбрана архитектура для создания АСДУЭ ООО «ЗМЗ» состоящая из: нижнего уровня - микропроцессорная техника на оперативных щитах подстанций, среднего уровня - АРМ РЗА и верхнего уровня - АРМ диспетчера завода. Сеть типа Gigabit Ethernet на базе сетевых коммутаторов (ШСК) и SICAM PAS с протоколами МЭК 60870-5-104 обеспечивает информационный обмен в масштабе реального времени между всеми уровнями и подсистемами диспетчеризации.
Предполагается что коэффициент готовности увеличится с 0,88 до 0,984 после внедрения системы АСДУЭ. Расчетная электрическая нагрузка потребителей ООО «ЗМЗ» в среднем 26,3 МВА. Для защиты оборудования от токов короткого замыкания выбраны трансформаторы тока и трансформаторы напряжения на стороне:
- 110кВ ТВ-110-II-1-200/5, НАМИ-110;
- 10кВ ТОЛ-10 СЭЩ, НАМИ 10;
- 6кВ ТОЛ-6 СЭЩ, НАЛИ-6 СЭЩ
Структурная схема АСДУЭ завода включает в себя верхний - уровень диспетчер ООО «ЗМЗ», средний уровень - диспетчерские ЦСиП и АО «Электросеть» и нижний уровень - оборудование ПС И ТП. Нижний уровень состоит из первичных измерительных преобразователей, установленных на ПС и ТП завода, передающих сигналы на средний уровень где осуществляется сбор оперативной информации и подача управляющих сигналов на оборудование, а также связь между серверами среднего и верхнего уровня через OPC и Web-протоколы. Верхний уровень обеспечивает управление подстанциями завода, передачу, хранение, архивирование и представление информации.
Нижний уровень состоит из шкафа МСКУ, включающего в себя контроллер TM 1703 ACP (CP-6014) с модулями сбора дискретных и аналоговых сигналов, а также модулями выдачи команд, шкафа визуализации и АЧР с панелями визуализации SIMATIC Panel PC 577B и шкафа ЦРАП.
Средний уровень состоит из шкафа сетевых коммутаторов (ШСК) с оборудованием РЗА, контроллерами TM 1703 ACP устройствами SICLOCK TC-400 для синхронизации времени объектов управления, шкафа SICAM PAS с компьютерами промышленного исполнения SIMATIC Rack PC 647B.
Верхний уровень серверы SICAM PAS CC, Web-серверы и Web-клиент, АРМ диспетчера.
Выбрана система SICAM фирмы Siemens, она находится на высоком уровне и отвечает мировым требованиям, работает в энергетике, металлургии, нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности. На ООО «ЗМЗ» повсеместно установлено оборудование фирмы Siemens, персонал работает с оборудованием и программным обеспечением этой фирмы.
На базе оборудования Siemens SICAM выбрана архитектура для создания АСДУЭ ООО «ЗМЗ» состоящая из: нижнего уровня - микропроцессорная техника на оперативных щитах подстанций, среднего уровня - АРМ РЗА и верхнего уровня - АРМ диспетчера завода. Сеть типа Gigabit Ethernet на базе сетевых коммутаторов (ШСК) и SICAM PAS с протоколами МЭК 60870-5-104 обеспечивает информационный обмен в масштабе реального времени между всеми уровнями и подсистемами диспетчеризации.
Предполагается что коэффициент готовности увеличится с 0,88 до 0,984 после внедрения системы АСДУЭ. Расчетная электрическая нагрузка потребителей ООО «ЗМЗ» в среднем 26,3 МВА. Для защиты оборудования от токов короткого замыкания выбраны трансформаторы тока и трансформаторы напряжения на стороне:
- 110кВ ТВ-110-II-1-200/5, НАМИ-110;
- 10кВ ТОЛ-10 СЭЩ, НАМИ 10;
- 6кВ ТОЛ-6 СЭЩ, НАЛИ-6 СЭЩ
Структурная схема АСДУЭ завода включает в себя верхний - уровень диспетчер ООО «ЗМЗ», средний уровень - диспетчерские ЦСиП и АО «Электросеть» и нижний уровень - оборудование ПС И ТП. Нижний уровень состоит из первичных измерительных преобразователей, установленных на ПС и ТП завода, передающих сигналы на средний уровень где осуществляется сбор оперативной информации и подача управляющих сигналов на оборудование, а также связь между серверами среднего и верхнего уровня через OPC и Web-протоколы. Верхний уровень обеспечивает управление подстанциями завода, передачу, хранение, архивирование и представление информации.
Нижний уровень состоит из шкафа МСКУ, включающего в себя контроллер TM 1703 ACP (CP-6014) с модулями сбора дискретных и аналоговых сигналов, а также модулями выдачи команд, шкафа визуализации и АЧР с панелями визуализации SIMATIC Panel PC 577B и шкафа ЦРАП.
Средний уровень состоит из шкафа сетевых коммутаторов (ШСК) с оборудованием РЗА, контроллерами TM 1703 ACP устройствами SICLOCK TC-400 для синхронизации времени объектов управления, шкафа SICAM PAS с компьютерами промышленного исполнения SIMATIC Rack PC 647B.
Верхний уровень серверы SICAM PAS CC, Web-серверы и Web-клиент, АРМ диспетчера.