Тема 3.2. Основы построение схемы электроснабжения

Основными данными для выбора схем электроснабжения служат:

- генеральный план предприятия;

- данные по электроемкости, удельным расходам электроэнергии, по составу и характеру электрических нагрузок;

- требования к надежности электроснабжения;

- основные чертежи (планы и разрезы) цехов и сооружений завода с установкой технологического оборудования;

- данные по силовому электрооборудованию и электроосвещению объектов предприятия;

- схема примыкающего района энергосистемы с характеристиками источников питания и сетей внешнего электроснабжения;

- данные по токам и мощности короткого замыкания на шинах источников питания;

- требования к компенсации реактивной мощности со стороны энергосистемы, к устройствам релейной защиты, автоматики, связи и телемеханики и др.

Выбор рационального номинального напряжения системы внешнего электроснабжения осуществляется исходя из существующих напряжений сети энергосистемы или по формуле Стилла

, кВ, (3.1)

где Р – активная мощность, МВт; l – длина питающей линии, км.

Полученная величина напряжения округляется в большую сторону, учитывая перспективное увеличение нагрузки.

При построении СЭС следует источники высокого напряжения максимально приближать к потребителям электроэнергии.

При проектировании СЭС важным является вопрос о выборе места расположения ГПП. Доказано, что оптимальным местом расположения источника является центр электрических нагрузок объекта (ЦЭН), координаты которого вычисляются аналогично координатам центра масс в механике

(3.2)

где P_i – мощность i-го потребителя; Х_i, Y_i – координаты i-го потребителя.

При невозможности расположения источника питания в ЦЭН рекомендуется смещать этот источник в сторону питания от энергосистемы.

Подстанции систем электроснабжения

Проектирование подстанций с высшим напряжением 35-750 кВ осуществляется на основе технических условий, определяемых схемами развития электрических сетей энергосистемы.

Типовые схемы соединений для РУ 35-750 кВ по­нижающих подстанций приведены в [4]. При выборе этих схем предпочтение следует отдавать блочным упрощенным схемам без сборных шин на стороне высшего напряжения.

Распределительные устройства низкого напряжения 6-10 кВ на двухтрансформаторных подстанциях выполняют, как правило, с одной секционированной или двумя одиночными секционированными системами сборных шин. На стороне 6-10 кВ должна быть предусмотрена раздельная работа трансформаторов.

При необходимости ограничения токов КЗ на стороне 6-10 кВ могут применяться трансформаторы с расщепленными обмотками и токоограничивающие реакторы.

При выборе аппаратов и ошиновки по номинальному току оборудования необходимо учитывать нормальные эксплуатационные, послеаварийные и ремонтные режимы, а также перегрузочную способность. Аппаратуру и ошиновку в цепи трансформатора следует выбирать, как правило, с учетом установки в перспективе трансформаторов следующего габарита.

Номинальная мощность каждого трансформатора двухтрансформаторной подстанции, как правило, определяется послеаварийным режимом работы подстан­ции: при установке двух трансформаторов их мощность выбирается такой, что­бы при выходе из работы одного из них оставшийся мог обеспечить нормаль­ное электроснабжение потребителей с допустимой послеаварийной перегрузкой

Лучше S_р (3.4)

где Р_р – расчетная мощность, МВт; Р_mах – суммарная активная максимальная нагрузка подстанции на расчетный уровень пять лет, МВт; k_1-2 – коэффициент участия в нагрузке потребителей 1-й и 2-й категорий; k_п – коэффициент допустимой послеаварийной перегрузки; cosφ – коэффициент мощности нагрузки.

Подстанции 35-110 кВ следует проектировать преимущественно комплектными, заводского изготовления, блочной конструкции. Большую часть подстанций промышленных предприятий выполняют с открытыми РУ 35-220 кВ и закрытыми РУ 6-10 кВ.

Цеховые подстанции 3УР

Цеховые трансформаторные подстанции (ТП) напряжением 6-10/0,4 кВ не имеют, как правило, сборных шин первичного напряжения как при радиальном (рис. 3.1, а), так и при магистральном питании (рис. 3.1, б).

При радиальной схеме питания осуществляется, как правило, глухое присоединение трансформаторов к линиям 6-10 кВ, идущим от РП 4УР (рис. 3.1, а). При магистральном (кольцевом, петлевом) питании на вводе трансфор­матора устанавливают: при номинальной мощности S_ном ≥ 630 кВА – предо­хранитель и выключатель нагрузки; при S_ном ≤ 400 кВА – разъединитель и предохранитель. Для трансформаторов мощностью 25-100 кВА можно устанавливать лишь один разъединитель.

Выбор трансформаторов для цеховых ТП

При выборе трансформаторов 3УР определяют их количество, вид (тип, габарит), единичную номинальную мощность, место размещения, способ присоединения со стороны высокого напряжения и низкого напряжения, вид переключения ответвлений, схемы и группы соединения обмоток.

а)

б)

Рис. 3.1. Схемы питания трансформаторов ЗУР:

а - радиальная; б – магистральная

При наружной установке применяют масляные трансформаторы, для внутренней установки также преимущественно рекомендуется их использование. Сухие трансформаторы применяются в электроустановках, где требуется экологическая и пожарная безопасность.

Выбор числа и мощности трансформаторов для промышленных предприятий зависит от типа цеховых ТП (одно- или двухтрансформаторные).

Наиболее простое и дешевое решение – применение однотрансформаторных цеховых КТП. На крупных предприятиях, имеющих складской резерв трансформаторов, их можно использовать для питания электроприемников III и даже II категории.

Ориентировочно выбор единичной мощности трансформаторов цеховых ТП может производиться по удельной плотно­сти нагрузки (кВА/м2) и полной расчетной нагрузке объекта (кВА). При суммарной на­грузке более 3000... 4000 кВ×А и удельной плотности 0,2 ... 0,5 кВ×А/м2 целесообразно применять транс­форматоры мощностью 1250-1600 кВ×А; при плотности нагрузки более 0,5 кВ×А/м2 – трансформаторы 2500 кВ.А, при плотности нагрузки ниже 0,2 кВ×А/м2 – трансформаторы 630-1000 кВ×А.

При удельной плотности более 0,2... 0,3 кВА/м² и суммарной на­грузке более 3000... 4000 кВА целесообразно применять цеховые транс­форматоры мощностью соответственно 1600...2500 кВА. При удельной плотности и суммарной нагрузке ниже указанных значений наиболее экономичны трансформаторы мощностью 400 ... 1000 кВА. Число типоразмеров трансфор­маторов следует ограничивать до двух-трех.

При выбранном типе и единичной мощности цеховых трансформаторов число их в целом по предприятию зависит от степени компенсации реактивной мощности в сетях напряжением до 1 кВ и коэффициента загрузки k_з, значение которого для двухтрансформаторных подстанций (при преобладании нагрузок первой и второй категории) следует принять k_з = 0,7…0,8.

Число трансформаторов при практически полной компенсации реактивной мощности в сети напряжением до 1 кВ (N_min) и при отсутствии компенсации в сети напряжением до 1 кВ (N_mах) определяется следующим образом:

(3.5)

Полученные по (3.5) величины N_min и N_mах должны быть округлены до ближайшего большего целого числа. Далее необходимо провести сравнение вариантов числа трансформаторов и использования мощности компенсирующих устройств.

Размещение цеховых ТП и распределительные устройства 2УР

Цеховые трансформаторные и преобразовательные подстанции могут быть пристроенными, встроенными, отдельно стоящими или внутрицеховыми.

Пристроенной подстанцией называется подстанция, непосредственно примыкающая к основному зданию, встроенной – подстанция, вписанная в общий контур здания, отдельно стоящей – подстанция, расположенная в отдельном помещении вне цеха, внутрицеховой – расположенная внутри производственного здания.

Подстанции, устанавливаемые в закрытом помещении, относятся к внутренним электроустановкам, на открытом воздухе – к наружным.

В процессе принятия решения выявляются разные варианты, например необходимость совмещения КТП с комплектными распределительными устройствами (КРУ) и комплектными компенсирующими устройствами (ККУ) (рис. 3.2).

Внутрицеховое электроснабжение требует, как правило, использования смешанной схемы питания, где распределительные пункты могут питаться или от распределительного, или от магистрального шинопровода, или непосредственно с шин РУ низкого напряжения ТП ЗУР (рис. 3.3).

Рис. 3.2. Встроенное РП (КРУ) с двухтрансформаторной цеховой ТП (КТП)

Рис. 3.3. Схемы питания цеховых электроприемников:

а – радиальная; б – магистральная, в – смешанная