Тема: Влияние автоматизации систем релейной защиты и автоматики на энергоэффективность предприятия

Актуальность работы: В планах по энергоснабжению к 2030 году прогнозируется увеличение потребления электроэнергии до 1945 млрд. кВтч, что превысит уровень максимального потребления в 1990 году на 15%. Этот результат предполагается достигнуть уже в 2025 году за счет проведения энергосберегающих мероприятий, таких как перестройка экономики и организационные изменения в промышленности.
В 2000 году была достигнута предельная наработка в размере 34 млн. кВт, что составляет 16% от общей мощности электростанций России. Особо стоит отметить, что из общего числа ГЭС было использовано 22 млн кВт мощности.
При увеличении потребности в генерирующей мощности, установлено, что стареющее оборудование ТЭС и ГЭС приходит к концу своего срока к 2020 году, что составляет около 70% от существующего оборудования. Обновление мощности может быть достигнуто путем введения новых мощностей или продления срока эксплуатации существующего оборудования при замене основных элементов. Эти мероприятия помогут обеспечить рост требований к генерирующей мощности в будущем. Однако, наиболее эффективным способом является внедрение нового высокотехнологичного оборудования.
При анализе сектора нужно обратить внимание на ключевые элементы его структуры, такие как управление контроля и учёта электроэнергии, центральное диспетчерское управление и релейная защита с автоматикой. Особое внимание следует уделить релейной защите, поскольку в России этот компонент демонстрирует значительный уровень износа. В 2005 году статистика показывала, что большинство устройств РЗА, а именно 97%, были электромеханическими. Только около 2% устройств функционировали на микроэлектронной основе, и лишь 1% были оснащены микропроцессорами.
В контексте обновления систем РЗА, следует подчеркнуть, что значительная часть (более 40%) этих устройств эксплуатируется уже свыше четверти века. Это означает, что планирование их замены на более современные аналоги является критически важным. При этом, стоит обратить внимание на несколько ключевых моментов в сфере электрических сетей и устройств РЗА:
1. Сокращение объемов капитального строительства и модернизации сетей затрудняет своевременное обновление устаревших устройств РЗА, которые составляют до 70% от общего числа в эксплуатации.
2. Рост числа устаревших устройств РЗА с истекшим сроком службы увеличивает нагрузку на обслуживающий их персонал.
Таким образом, анализ текущего состояния и планирование замены устаревших систем РЗА становится приоритетной задачей в управлении электрическими сетями.
В большинстве энергосистем, графики технического обслуживания устройств РЗА достигают уровня эффективности в 96%. Современные требования к эксплуатации и развитию РЗА при вводе новых объектов, а также при техническом перевооружении и реконструкции сетей, стимулируют применение микропроцессорных устройств. Эти устройства обеспечивают высокую эффективность работы и способны адекватно отвечать на современные вызовы в области управления энергосистемами.
В исследовании анализируется, как автоматизация систем релейной защиты и автоматики способствует повышению энергоэффективности на примере компании АО «Кисловодская сетевая компания». Из этого следует, что тема исследования имеет значительную актуальность.
Цель работы: повышение энергоэффективности АО «Кисловодская сетевая компания».
Задачи исследования:
- Провести анализ основной релейной защиты и автоматики;
- Произвести расчет параметров режима проектируемой подстанции;
- Произвести расчет микропроцессорной защиты для проектируемой подстанции;
- Провести анализ внедрения микропроцессорной защиты на эффективность объекта;
- Провести технико-экономическое обоснование для применения микропроцессорной защиты.
Объект исследования: АО «Кисловодская сетевая компания». Предмет исследования: системы релейной защиты и автоматики.
Научная новизна состоит в том, что исследовано применение микропроцессорных устройств РЗА (МПУ РЗА) для защиты на новом проектируемом объекте.

Купить

Использование микропроцессорных систем в релейной защите обеспечивает значительные экономические преимущества, включая снижение затрат на обслуживание и минимизацию убытков, связанных с неэффективным использованием электроэнергии. Эти устройства превосходят аналоговые электромеханические и электронные системы благодаря таким функциям, как автономная диагностика и автоматическое логирование данных о работе и нештатных ситуациях. Микропроцессорные устройства также отличаются простотой настройки и высокой надежностью в работе.
Автоматизированные системы управления, установленные на электростанциях и подстанциях, обеспечивают не только финансовые преимущества, но и улучшают организацию труда. Эти системы, базирующиеся на устройствах РЗА, сокращают затраты на строительство и монтаж, а также уменьшают габариты оборудования. Кроме того, они повышают контроль над оборудованием и ускоряют процесс обнаружения коротких замыканий, снижая количество ступеней селективности, что ведет к более эффективному использованию ресурсов.
Чтобы сократить необходимость в запасных частях, используются унифицированные технические решения и стандартные модули. Снижение расходов достигается за счет уменьшения затрат на компоненты и кабели, что способствует завершению производства на заводе. Точность настройки устройств РЗА повышается благодаря возможностям увеличения точности их расчетов. Процесс настройки упрощается с помощью специально разработанных инструментов. Интеграция устройств от таких компаний, как ООО «АББ Автоматизация», «Сименс» из Г ермании, «Шнайдер электрик» из Франции, а также российских НПП «ЭКРА», НТЦ «Механотроника» и НПФ «РАДИУС», способствует внедрению. Благодаря наличию свободных логических элементов появляется возможность добавления новых функций в устройства.
Российские устройства защиты, используемые в секторе энергетики, не уступают качеством западным моделям и отличаются высоким уровнем надежности, соответствуя жестким стандартам. Такие устройства как «Сириус-УВ», «Сириус-Т» и «Сириус-Т3» являются передовыми терминалами для системы РЗА силовых трансформаторов.
Применение данных устройств позволяет не только диагностировать работу самого устройства РЗА, но и оценить состояние первичного оборудования. Кроме того, они способствуют уменьшению потребления электроэнергии в цепях оперативного постоянного тока и напряжения. Важной особенностью является также упрощенный процесс определения причин аварий благодаря функции регистрации и записи данных о аварийных процессах.
Применение данных устройств способствует значительному улучшению эффективности и повышению надежности системы РЗА.
В работе подробно рассматривается структура объекта электроснабжения. Описывается сложная, многоуровневая система, включающая в себя широкий спектр электроприемников, связанных единым технологическим процессом. Важно подчеркнуть, что разнообразие этих электроприемников подразумевает различные требования к надежности электроснабжения и уровням напряжения. Поэтому, в рамках исследования проведена тщательная классификация электроприемников по степени ответственности, что позволило определить оптимальные параметры напряжения для каждой категории и сформировать обоснованные требования к системе РЗА.
Организационно-технический раздел посвящен расчету электрических нагрузок. Этот этап является фундаментальным для проектирования любой системы электроснабжения, и в данном случае расчеты производились на основе анализа установленной мощности электрооборудования. Точные данные о нагрузках являются основой для выбора параметров защитных устройств и обеспечения их селективной работы.
Особое внимание в работе уделено системе защиты электрооборудования. Для обеспечения надежной и бесперебойной работы, а также предотвращения аварийных ситуаций, был применен комплексный подход, включающий различные виды защитных механизмов.
Так, для защиты силовых трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП) предусмотрен целый арсенал защит: дифференциальная токовая защита, реагирующая на повреждения внутри трансформатора, максимальная токовая защита (МТЗ) от сверхтоков, возникающих при коротких замыканиях, и МТЗ от перегрузок, предотвращающая длительную работу трансформатора в режиме повышенной нагрузки.
Защита линий электропередач (ЛЭП) 110 кВ, связывающих ГПП с системой электроснабжения, также организована на высоком уровне. Используется токовая отсечка, обеспечивающая мгновенное отключение при коротких замыканиях, а также МТЗ и МТЗ нулевой последовательности (МТЗ0), предназначенные для защиты от различных видов повреждений, включая однофазные замыкания на землю.
Для цехового трансформатора Т6 реализован набор защит, включающий токовую отсечку, МТЗ от сверхтоков и МТЗ от перегрузок, что обеспечивает комплексную защиту данного оборудования.
В случае с асинхронным (АД1) и синхронным (СД1) двигателями применена токовая отсечка, которая является эффективным средством защиты от коротких замыканий в обмотках электродвигателей.
Для защиты трансформатора Т5 используется комбинация токовой отсечки и МТЗ от перегруза, обеспечивающая необходимый уровень безопасности при различных режимах работы.
Наконец, для каждого типа защиты было подобрано соответствующее оборудование, что гарантирует надежную и эффективную работу всей системы РЗА в целом. Важно отметить, что выбор оборудования производился с учетом специфики работы АО "Кисловодская сетевая компания" и требований к надежности электроснабжения.
Проведен анализ внедрения микропроцессорной защиты, начиная с рассмотрения источников оперативного тока и заканчивая экономическим обоснованием проекта. Было установлено, что для обеспечения бесперебойного питания цепей управления и релейной защиты используются шкафы оперативного постоянного тока (ШОТ) с выпрямительными модулями, такими как HVR 220V20A3P-N, и тиристорными системами типа "Тиросот". Эти системы обеспечивают автоматический переход на резервное питание от аккумуляторных батарей при сбоях в основной сети.
Для повышения надежности электроснабжения рассмотрена система автоматического включения резерва (АВР). Расчет параметров АВР, включая напряжение и выдержку времени срабатывания, выполнен с учетом требований ПУЭ и специфики работы электроустановки с двигателями, имеющими самозапуск. В результате расчета определено напряжение срабатывания реле напряжения 0,66 кВ, напряжение срабатывания защиты 0,72 кВ и выдержка времени 0,6 с. Время действия на включение секционного выключателя составляет 0,8 с.
Для оценки экономической целесообразности внедрения микропроцессорной защиты () определены капитальные вложения, которые составили 128100 рублей, и годовые эксплуатационные затраты, равные 10425,11 рублям. Сравнение с существующей электромеханической релейной защитой РТ-82 показало, что установка микропроцессорной защиты позволяет снизить ущерб от перерывов электроснабжения, обеспечивая экономию в размере 25150,5 рублей в год. Чистый доход предприятия после внедрения составит 14725,39 рублей в год, а срок окупаемости капиталовложений - 5 лет. Таким образом, внедрение микропроцессорной релейной защиты является экономически эффективным решением, повышающим надежность электроснабжения и снижающим финансовые потери от аварийных ситуаций.

Купить