Помощь студентам в учебе
Электроснабжение цеха холодной прокатки Череповецкого металлургического комбината
|
ВВЕДЕНИЕ
Краткое описание объекта электроснабжения 6
Технический паспорт 7
СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 10
1 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
1.1 Расчёт нагрузок по ремонтно-механическому цеху 15
1.2 Расчёт электрических нагрузок по предприятию 20
1.3 Расчёт картограммы электрических нагрузок 23
2 РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ
2.1 Выбор типа цеховых трансформаторов 27
2.2 Расчёт цеховых трансформаторных подстанций 27
3 ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЯ И ТРАНСФОРМАТОРОВ ГПП ПРЕДПРИЯТИЯ 32
4 РАСЧЕТ СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 36
4.1 Определение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах ГПП 37
4.2 Выбор ЛЭП от подстанции энергосистемы до подстанции
предприятия 37
4.3 Расчет токов короткого замыкания 38
4.4 Выбор коммутационной и измерительной аппаратуры 39
5 ВЫБОР ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ И СХЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ. РАСЧЕТ ПИТАЮЩИХ ЛИНИЙ
5.1 Выбор напряжения 44
5.2 Построение схемы внутреннего электроснабжения предприятия 44
5.3 Конструктивное выполнение электрической сети 45
5.4 Реализация системы внутризаводского электроснабжения
посредством комплектных токопроводов 45
5.4.1 Определения и условия рационального применения
токопроводов 10 кВ 45
5.4.2 Конструкция комплектных токопроводов 10 кВ 46
5.4.3 Выбор комплектных токопроводов 10 кВ 47
5.5 Выбор кабельных линий 48
6 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 52
7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ СХЕМ
ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 62
7.1 Выбор кабельных линий 63
7.2 Расчет потерь электроэнергии в кабельных линиях 64
7.3 Выбор электрооборудования 65
7.3.1 Выбор ячеек отходящих от ГПП кабельных линий 65
7.3.2 Выбор ячеек, устанавливаемых на вводах цеховых ТП 66
7.4 Определение технико-экономических показателей вариантов схем внутреннего электроснабжения предприятия 67
8 ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СХЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
8.1 Выбор ячеек комплектного распределительного устройства ГПП 70
8.2 Выбор выключателей КРУ 70
8.3 Выбор трансформаторов тока в ячейках КРУ 71
8.4 Выбор трансформаторов напряжения 73
8.5 Выбор ячеек, устанавливаемых на вводах цеховых ТП 75
8.6 Выбор соединения силового трансформатора ГПП с РУ НН ГП 76
8.7 Проверка кабелей 10 кВ на термическую стойкость к токам
короткого замыкания 77
8.8 Выбор трансформаторов собственных нужд 78
8.9 Выбор вводных и секционных автоматических выключателей
РУ НН ТП 79
9 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМА НЕЙТРАЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
9.1 Электрическая сеть с глухозаземленной нейтралью 81
9.2 Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтралью 82
9.3 Электрическая сеть с изолированной нейтралью 83
10 РАСЧЕТ И ВЫБОР УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ 85
11 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ В УЗЛАХ СЭС
11.1 Расчет коэффициента искажения синусоидальности напряжения 94
11.2 Расчет колебаний напряжения 100
12 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
12.1 Обеспечение охраны окружающей среды 102
12.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 102
12.3 Микроклимат 103
12.4 Охрана труда при выполнении работ в цехе холодной прокатки 104
12.5 Охрана труда и безопасность при эксплуатации электроустановок 105
12.6 Молниезащита 105
12.7 Расчет защитного заземления 106
12.8 Производственное освещение 108
12.9 Обеспечение пожарной безопасности 111
13 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
13.1 Качественный анализ вариантов технических решений 113
13.2 Построение дерева целей проекта 114
13.3 Планирование мероприятий по реализации целей проекта 114
14 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА ТРДН-63000/110/10/10
14.1 Дифференциальная защита 117
14.2 МТЗ с выдержкой времени на НН 122
14.3 МТЗ с выдержкой времени на ВН 123
14.4 Защита от перегруза на НН 124
14.5 Газовая защита 125
14.6 Газовая защита РПН 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 127
Краткое описание объекта электроснабжения 6
Технический паспорт 7
СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 10
1 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
1.1 Расчёт нагрузок по ремонтно-механическому цеху 15
1.2 Расчёт электрических нагрузок по предприятию 20
1.3 Расчёт картограммы электрических нагрузок 23
2 РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ
2.1 Выбор типа цеховых трансформаторов 27
2.2 Расчёт цеховых трансформаторных подстанций 27
3 ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЯ И ТРАНСФОРМАТОРОВ ГПП ПРЕДПРИЯТИЯ 32
4 РАСЧЕТ СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 36
4.1 Определение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах ГПП 37
4.2 Выбор ЛЭП от подстанции энергосистемы до подстанции
предприятия 37
4.3 Расчет токов короткого замыкания 38
4.4 Выбор коммутационной и измерительной аппаратуры 39
5 ВЫБОР ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ И СХЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ. РАСЧЕТ ПИТАЮЩИХ ЛИНИЙ
5.1 Выбор напряжения 44
5.2 Построение схемы внутреннего электроснабжения предприятия 44
5.3 Конструктивное выполнение электрической сети 45
5.4 Реализация системы внутризаводского электроснабжения
посредством комплектных токопроводов 45
5.4.1 Определения и условия рационального применения
токопроводов 10 кВ 45
5.4.2 Конструкция комплектных токопроводов 10 кВ 46
5.4.3 Выбор комплектных токопроводов 10 кВ 47
5.5 Выбор кабельных линий 48
6 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 52
7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ СХЕМ
ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 62
7.1 Выбор кабельных линий 63
7.2 Расчет потерь электроэнергии в кабельных линиях 64
7.3 Выбор электрооборудования 65
7.3.1 Выбор ячеек отходящих от ГПП кабельных линий 65
7.3.2 Выбор ячеек, устанавливаемых на вводах цеховых ТП 66
7.4 Определение технико-экономических показателей вариантов схем внутреннего электроснабжения предприятия 67
8 ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СХЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
8.1 Выбор ячеек комплектного распределительного устройства ГПП 70
8.2 Выбор выключателей КРУ 70
8.3 Выбор трансформаторов тока в ячейках КРУ 71
8.4 Выбор трансформаторов напряжения 73
8.5 Выбор ячеек, устанавливаемых на вводах цеховых ТП 75
8.6 Выбор соединения силового трансформатора ГПП с РУ НН ГП 76
8.7 Проверка кабелей 10 кВ на термическую стойкость к токам
короткого замыкания 77
8.8 Выбор трансформаторов собственных нужд 78
8.9 Выбор вводных и секционных автоматических выключателей
РУ НН ТП 79
9 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМА НЕЙТРАЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
9.1 Электрическая сеть с глухозаземленной нейтралью 81
9.2 Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтралью 82
9.3 Электрическая сеть с изолированной нейтралью 83
10 РАСЧЕТ И ВЫБОР УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ 85
11 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ В УЗЛАХ СЭС
11.1 Расчет коэффициента искажения синусоидальности напряжения 94
11.2 Расчет колебаний напряжения 100
12 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
12.1 Обеспечение охраны окружающей среды 102
12.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 102
12.3 Микроклимат 103
12.4 Охрана труда при выполнении работ в цехе холодной прокатки 104
12.5 Охрана труда и безопасность при эксплуатации электроустановок 105
12.6 Молниезащита 105
12.7 Расчет защитного заземления 106
12.8 Производственное освещение 108
12.9 Обеспечение пожарной безопасности 111
13 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
13.1 Качественный анализ вариантов технических решений 113
13.2 Построение дерева целей проекта 114
13.3 Планирование мероприятий по реализации целей проекта 114
14 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА ТРДН-63000/110/10/10
14.1 Дифференциальная защита 117
14.2 МТЗ с выдержкой времени на НН 122
14.3 МТЗ с выдержкой времени на ВН 123
14.4 Защита от перегруза на НН 124
14.5 Газовая защита 125
14.6 Газовая защита РПН 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 127
Темой выпускной квалификационной работы является электроснабжение цеха холодной прокатки Череповецкого металлургического комбината.
Системы электроснабжения современных промышленных предприятий представляют собой сложные системы, которые должны отвечать следующим технико-экономическим требованиям:
- обладать минимальными затратами при обеспечении всех технологических требований;
- обеспечивать высокую надёжность электроснабжения;
- быть удобными в эксплуатации и безопасными в обслуживании;
- обеспечивать надлежащее качество электроэнергии;
- обладать гибкостью, обеспечивающей оптимальный режим электроснабжения;
- позволять осуществление реконструкции без существенного удорожания первоначального варианта.
Чтобы система электроснабжения проектируемого предприятия удовлетворяла всем предъявляемым к ней требованиям, необходимо при проектировании учитывать большое число различных факторов, то есть использовать системный подход к решению задачи.
Краткое описание объекта электроснабжения
Предприятие расположено в городе Череповец. Череповецкий металлургический комбинат получает питание от районной электростанции, предназначенной для комплексного получения тепловой и электрической энергии. Завод относится ко 2 категории по надежности электроснабжения.
Особое внимание в работе уделено цеху холодной прокатки, его характерными особенностями являются: применение современных технологии и оборудования, автоматизация и механизация производственных процессов, наличие термической обработки полос и оборудования для нанесения покрытий на полосу.
Общая схема производства листовой продукции в рассматриваемом цехе выглядит следующим образом. Непрерывные травильные агрегаты (НТА) используют соляно-кислотное травление, позволяющее получить высокие производительность и качество травления. В НТА используются мелкие ванны, в которых полоса движется по дну на кислотной подушке. Предусмотрены меры для быстрого слива кислотного раствора из ванн в специальные циркуляционные емкости. На входе и выходе НТА предусмотрены петлевые накопители, обеспечивающие непрерывное прохождение полосы в травильной части агрегата, при остановках его головной и хвостовой частей для осуществления операции резки, сварки и т.п. Управление агрегатами ведется от вычислительных машин, определяющих оптимальные режимы травления. Все технологические операции механизированы и автоматизированы. Для обеспечения бесконечной прокатки входная часть стана снабжена двумя разматывателями, оборудованием для обрезки и стыковой сварки полос, петлевым накопителем; на выходной стороне имеются ножницы для резки полосы и две моталки. Проводковая арматура обеспечивает автоматическое задание полосы в моталку. Для порулонной прокатки имеется отдельный разматыватель. Клети стана имеют гидравлические нажимные устройства, установленные над подушками верхних опорных валков, гидрооборудование для изгиба рабочих валков, оборудование для автоматической перевалки рабочих валков без удаления полосы из стана. Стан снабжен датчиками для измерения основных технологических параметров: толщины, натяжений, усилий и т.п. во всех клетях или межклетевых промежутках. Имеются системы автоматического регулирования: толщины, натяжений, плоскостности, подачи эмульсии на валки, замедления и ускорения стана в области шва и в конце прокатки. Для координации действий локальных систем автоматического регулирования, расчета уставок для них, слежения за полосой, расчета начальной настройки стана, коррекции настройки, динамической перестройки, сбора информации, для адаптации моделей и решения ряда других задач используются УВМ, работающие в замкнутом режиме.
В отделении светлой закалки цеха установлены колпаковые печи и агрегат непрерывного отжига. Отжиг рулонов в распушенном состоянии позволяет повысить равномерность и уровень физико-механических свойств металла. Агрегат непрерывного отжига за счет глубокого секционирования позволяет реализовать сложный температурный режим и обеспечить получение полос, удовлетворяющих по свойствам категориям сложной и особо сложной вытяжки. В линии агрегата непрерывного отжига установлен дрессировочный стан, так что на выходе получается готовая продукция. На входе агрегата имеется петлевой накопитель. Управление агрегатом, выбор оптимального режима термообработки на заданные свойства осуществляется в автоматизированном режиме.
Листовая продукция поставляется цехом либо пачками листов длиной 2500 и 4000 мм, либо рулонами. Поэтому в отделении продольно-поперечной резки предусмотрены агрегаты резки, включая агрегаты резки листа без покрытия и с покрытием. Все агрегаты автоматизированы и снабжены системами автоматической сортировки. Агрегаты резки полос с покрытием обеспечивают качественный рез покрытого металла и исключающий нарушение сплошности между покрытием и основным металлом
Системы электроснабжения современных промышленных предприятий представляют собой сложные системы, которые должны отвечать следующим технико-экономическим требованиям:
- обладать минимальными затратами при обеспечении всех технологических требований;
- обеспечивать высокую надёжность электроснабжения;
- быть удобными в эксплуатации и безопасными в обслуживании;
- обеспечивать надлежащее качество электроэнергии;
- обладать гибкостью, обеспечивающей оптимальный режим электроснабжения;
- позволять осуществление реконструкции без существенного удорожания первоначального варианта.
Чтобы система электроснабжения проектируемого предприятия удовлетворяла всем предъявляемым к ней требованиям, необходимо при проектировании учитывать большое число различных факторов, то есть использовать системный подход к решению задачи.
Краткое описание объекта электроснабжения
Предприятие расположено в городе Череповец. Череповецкий металлургический комбинат получает питание от районной электростанции, предназначенной для комплексного получения тепловой и электрической энергии. Завод относится ко 2 категории по надежности электроснабжения.
Особое внимание в работе уделено цеху холодной прокатки, его характерными особенностями являются: применение современных технологии и оборудования, автоматизация и механизация производственных процессов, наличие термической обработки полос и оборудования для нанесения покрытий на полосу.
Общая схема производства листовой продукции в рассматриваемом цехе выглядит следующим образом. Непрерывные травильные агрегаты (НТА) используют соляно-кислотное травление, позволяющее получить высокие производительность и качество травления. В НТА используются мелкие ванны, в которых полоса движется по дну на кислотной подушке. Предусмотрены меры для быстрого слива кислотного раствора из ванн в специальные циркуляционные емкости. На входе и выходе НТА предусмотрены петлевые накопители, обеспечивающие непрерывное прохождение полосы в травильной части агрегата, при остановках его головной и хвостовой частей для осуществления операции резки, сварки и т.п. Управление агрегатами ведется от вычислительных машин, определяющих оптимальные режимы травления. Все технологические операции механизированы и автоматизированы. Для обеспечения бесконечной прокатки входная часть стана снабжена двумя разматывателями, оборудованием для обрезки и стыковой сварки полос, петлевым накопителем; на выходной стороне имеются ножницы для резки полосы и две моталки. Проводковая арматура обеспечивает автоматическое задание полосы в моталку. Для порулонной прокатки имеется отдельный разматыватель. Клети стана имеют гидравлические нажимные устройства, установленные над подушками верхних опорных валков, гидрооборудование для изгиба рабочих валков, оборудование для автоматической перевалки рабочих валков без удаления полосы из стана. Стан снабжен датчиками для измерения основных технологических параметров: толщины, натяжений, усилий и т.п. во всех клетях или межклетевых промежутках. Имеются системы автоматического регулирования: толщины, натяжений, плоскостности, подачи эмульсии на валки, замедления и ускорения стана в области шва и в конце прокатки. Для координации действий локальных систем автоматического регулирования, расчета уставок для них, слежения за полосой, расчета начальной настройки стана, коррекции настройки, динамической перестройки, сбора информации, для адаптации моделей и решения ряда других задач используются УВМ, работающие в замкнутом режиме.
В отделении светлой закалки цеха установлены колпаковые печи и агрегат непрерывного отжига. Отжиг рулонов в распушенном состоянии позволяет повысить равномерность и уровень физико-механических свойств металла. Агрегат непрерывного отжига за счет глубокого секционирования позволяет реализовать сложный температурный режим и обеспечить получение полос, удовлетворяющих по свойствам категориям сложной и особо сложной вытяжки. В линии агрегата непрерывного отжига установлен дрессировочный стан, так что на выходе получается готовая продукция. На входе агрегата имеется петлевой накопитель. Управление агрегатом, выбор оптимального режима термообработки на заданные свойства осуществляется в автоматизированном режиме.
Листовая продукция поставляется цехом либо пачками листов длиной 2500 и 4000 мм, либо рулонами. Поэтому в отделении продольно-поперечной резки предусмотрены агрегаты резки, включая агрегаты резки листа без покрытия и с покрытием. Все агрегаты автоматизированы и снабжены системами автоматической сортировки. Агрегаты резки полос с покрытием обеспечивают качественный рез покрытого металла и исключающий нарушение сплошности между покрытием и основным металлом
Разработчиком проекта был произведён анализ литературы по данной тематике. Выполнен расчет электрических нагрузок цеха холодной прокатки, согласно усовершенствованному методу упорядоченных диаграмм, который позволил разработать схемы внешнего и внутреннего электроснабжения.
Выбор рационального напряжения внешнего электроснабжения оценивался по формуле Стилла, расчет показал, что оптимальным напряжением для внешнего электроснабжения является 110 кВ.
Выбраны мощность, количество и место установки цеховых трансформаторов с современными трансформаторами типа ТМГ, обеспечивающими минимальные затраты при эксплуатации, малые габариты ТП и высокую надежность работы подстанций.
Распределение электрической энергии внутри предприятия осуществляется на напряжении 10 кВ по смешанной схеме, обеспечивающей оптимальные режимы работы электрической сети, надлежащее качество электроэнергии и надежность. Учитывая климатические условия, характеристики грунта и плотность застройки было принято решение прокладывать кабельные линии преимущественно в траншеях. В качестве проводника использовались кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена марки АПвП-10 сечением 95, 185, 400, 500, 1000 мм2.
В проекте уделено внимание вопросу компенсации реактивной мощности. Это объясняется низким значением средневзвешенного коэффициента мощности на предприятии, высокой стоимостью электроэнергии и значительным потреблением реактивной мощности. Выбор оптимального местоположения и мощности компенсирующих устройств позволило оптимизировать режимы работы электрической сети и, как следствие, улучшить экономические показатели ее работы.
В разделе релейная защита приведено подробное описание и расчет уставок релейной защиты силового трансформатора, установленного на главной понизительной подстанции, типа ТРДН-63000/110/10/10. На чертеже представлены принципиальная и оперативная схема релейной защиты трансформатора и её характеристики.
Особое внимание в работе уделено вопросам охраны труда в электроустановках. Также в работе рассматривались вопросы экономической деятельности предприятия.
В результате проведенных расчетов была спроектирована система электро-снабжения цеха холодной прокатки Череповецкого металлургического комбината, отвечающая всем требованиям по качественному и надёжному электроснабжению.
Выбор рационального напряжения внешнего электроснабжения оценивался по формуле Стилла, расчет показал, что оптимальным напряжением для внешнего электроснабжения является 110 кВ.
Выбраны мощность, количество и место установки цеховых трансформаторов с современными трансформаторами типа ТМГ, обеспечивающими минимальные затраты при эксплуатации, малые габариты ТП и высокую надежность работы подстанций.
Распределение электрической энергии внутри предприятия осуществляется на напряжении 10 кВ по смешанной схеме, обеспечивающей оптимальные режимы работы электрической сети, надлежащее качество электроэнергии и надежность. Учитывая климатические условия, характеристики грунта и плотность застройки было принято решение прокладывать кабельные линии преимущественно в траншеях. В качестве проводника использовались кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена марки АПвП-10 сечением 95, 185, 400, 500, 1000 мм2.
В проекте уделено внимание вопросу компенсации реактивной мощности. Это объясняется низким значением средневзвешенного коэффициента мощности на предприятии, высокой стоимостью электроэнергии и значительным потреблением реактивной мощности. Выбор оптимального местоположения и мощности компенсирующих устройств позволило оптимизировать режимы работы электрической сети и, как следствие, улучшить экономические показатели ее работы.
В разделе релейная защита приведено подробное описание и расчет уставок релейной защиты силового трансформатора, установленного на главной понизительной подстанции, типа ТРДН-63000/110/10/10. На чертеже представлены принципиальная и оперативная схема релейной защиты трансформатора и её характеристики.
Особое внимание в работе уделено вопросам охраны труда в электроустановках. Также в работе рассматривались вопросы экономической деятельности предприятия.
В результате проведенных расчетов была спроектирована система электро-снабжения цеха холодной прокатки Череповецкого металлургического комбината, отвечающая всем требованиям по качественному и надёжному электроснабжению.