2784.Электроснабжение предприятий Верхнекамского калийного месторождени

коэффициентам несинусоидальности допустимого значения. Однако в последние годы наметилась тенденция применения мощных тиристорных приводов на стационарных установках. Так на БКЗ-4 эксплуатируется тиристорный привод суммарной мощностью 7000 кВт на вентиляторной установке главного проветривания, где ГОСТ на качество напряжения в данном узле нагрузки, как показали исследования, не соблюдается.

Коэффициент обратной последовательности напряжений К2и отношение напряжения обратной последовательности основной частоты к номинальному линейному напряжению:

последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В, кВ;

и„ом - номинальное значение междуфазного напряжения, В, кВ. Величину U2m допускается вычислять по приближенной формуле:

где UH6(i), UHM(I>- наибольшее и наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений основной частоты В, кВ.

Коэффициент нулевой последовательности напряжения Кои это отношение напряжения нулевой последовательности основной частоты к номинальному фазному напряжению.

Значение коэффициента обратной последовательности напряжения в пределах до 2% длительно допустимо на зажимах любого трехфазного симметричного приемника электрической энергии.

К2и и Куц должны быть в нормальном режиме < 2%; в максимальном

< 4 %.

Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного (четного) порядка Кц(П) - отношение действующего значения п-й гармонической составляющей напряжения к номинальному напряжения:

где и (п) - действующее значение n-й гармонической составляющей напряжения В, кВ;

U(i) - действующее значение напряжения основной частоты В, кВ. Значения коэффициента К^П) не должны выходить за пределы

следующих максимальных величин четного (нечетного) порядка: в

электрической сети до 1 кВ - 6 (3) %; 6-20 кВ -5 (2,5) %; 35 кВ - 4 (2) %; 110 кВ и выше - 2 (1) %.

Значения показателей качества электрической энергии в нормальном режиме работы электрической сети не должны выходить за пределы максимальных значений, указанных в стандарте. При этом в течение не менее 95% времени каждых суток значения показателей качества электроэнергии не должны выходить за пределы нормальных [3].

1.6. Негативные последст вия при снижении качества электрической энергии

Повышение качества напряжения в узлах нагрузок калийных и дру­ гих предприятий является важной задачей, т.к. оно существенно влияет на нормальную работу электрооборудования, надёжность системы электро­ снабжения, технологический процесс производства и расход электроэнер­ гии.

Качество электрической энергии зависит как от энергоснабжающей организации, так и от потребителей этой энергии.

Выход показателей качества электроэнергии за допустимые пределы может приводить к убыткам на рудоуправлениях, которые вызываются сле­ дующими негативными последствиями.

При отклонении частоты питающего напряжения в сети электро­ снабжения увеличиваются потери мощности и напряжения.

Вслучае наличия в сети силовых фильтров для снижения уровня высших гармоник возможны резонансные явления. Так, например, в цепи защитный реактор и конденсаторная батарея возникает резонанс напряже­ ний. При снижении частоты цепь будет иметь ёмкостной характер для всех высших гармоник. Это может явиться причиной перегрузок конденсатор­ ной батареи по току, выходу её из строя, а также может привести к пере­ распределению высших гармоник в сети.

Всиловых трансформаторах при снижении частоты питающего на­ пряжения возрастают потери и увеличивается нагрев, сокращается срок службы изоляции. Аналогичные явления происходят и в асинхронных дви­ гателях. Кроме этого, асинхронные двигатели с моментом, зависящим от скорости во второй степени, значительно изменяют свою производитель­ ность при отклонениях частоты.

При изменении напряжения сети одновременно во всех трёх фазах по сравнению с номинальным значением в большую и меньшую стороны на 10 % у асинхронных двигателей пусковой и максимальный вращающий момент, соответственно, возрастает на 21 % и снижается на 19 %. Синхрон­ ная частота вращения при этом остаётся неизменной; скольжение, соответ­

ственно, снижается на 17 % и увеличивается на 23 %; ток ротора при номи­ нальной нагрузке в обоих случаях возрастает на 11 и 14 %, а ток статора, соответственно, уменьшается на 7 % и увеличивается на 10 %.

Мощность на валу асинхронного двигателя остаётся практически по­ стоянной, однако изменяются потери мощности, которые оказываются та­ кого же порядка, что и потери в питающих сетях.

Значительное влияние оказывают отклонения напряжения от нормы на срок службы асинхронного двигателя. Он сокращается при понижении напряжения и большой загрузке двигателя. В этом случае увеличивается ток двигателя и происходит более интенсивное старение изоляции. Так, при отклонениях напряжения на зажимах на 10 % и номинальной загрузке дви­ гателя срок его службы сокращается вдвое. Повышение напряжения на за­ жимах двигателя приводит к увеличению потребляемой им реактивной мощности за счёт увеличения тока холостого хода. Частота вращения вала асинхронного двигателя меняется в зависимости от подведённого напряже­ ния, с его увеличением она возрастает на 1 % и при уменьшении - падает на 1,5 % (при номинальной нагрузке) [31 ].

При повышении напряжения сети сверх 10 % происходит увеличение нагрева силовых трансформаторов, возрастают потери и снижается к.п.д. и т.д.

Изменение напряжения существенно влияет на работу осветительных установок, которых на рудоуправлениях и непосредственно в рудниках множество. С отклонением напряжения связаны световой поток, освещён­ ность, срок службы и потребляемая мощность. В случае повышения напря­ жения на 1 % сверх номинального потребляемая мощность ламп накалива­ ния увеличивается примерно на 1,5 %, световой поток на 3,7 %, срок служ­ бы сокращается на 14 %. Увеличение напряжения на 3 % сокращает срок службы ламп накаливания на 30 %, а повышение напряжения на 5 % приво­ дит к сокращению этого срока в два раза. Весьма чувствительны к отклоне­ ниям напряжения и люминисцентные лампы, срок службы которых при по­ вышении напряжения на 10 % сокращается на 20-30 %. Понижение напря­ жения на 20 % и более приводит к тому, что зажигание газоразрядных и люминисцентных ламп становится невозможным. Кроме этого, у всех осве­ тительных ламп при понижении напряжения уменьшается световой поток, что отрицательно сказывается на освещённости, а следовательно, и на про­ изводительности труда.

Неблагоприятно сказывается отклонение напряжения на электриче­ ской сварке, ухудшая качество сварных швов.

По-разному, но чаще негативно, реагируют на отклонения напряже­ ния приёмники электроэнергии других видов.

Отклонения напряжения, вызывающие снижение производительно­ сти машин и рост потерь мощности в свою очередь приводят к увеличению удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции до

0,3 % на каждый процент отклонения напряжения. При положительных от­ клонениях напряжения удельный расход электроэнергии уменьшается до 0,2 % на каждый процент отклонения [43 ].

При несимметрии напряжений и токов трёхфазной системы, которая образуется в результате подключения к сети несимметричных нагрузок, ка­ чество электроэнергии резко снижается. Это сказывается на потребителях, подключенных к этой сети.

Особенно неблагоприятно несимметрия напряжения сказывается на работе и сроке службы асинхронных двигателей. Как известно, несиммет­ ричное напряжение математически раскладывается на ряд составляющих. Сопротивление асинхронных электродвигателей токам прямой последова­ тельности в 5-7 раз меньше сопротивления токам обратной последователь­ ности. При наличии даже небольшой по значению составляющей напряже­ ния обратной последовательности возникает значительный ток обратной последовательности. Этот ток накладывается на ток прямой последователь­ ности и вызывает дополнительный нагрев ротора и статора, что приводит к быстрому старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности дви­ гателя. Например, при несимметрии напряжений 4 % срок службы полно­ стью загруженного асинхронного двигателя сокращается в 2 раза, при не­ симметрии напряжений 5 % располагаемая мощность двигателей уменьша­ ется на 5-10 %, при несимметрии 10 % - на 20-25 % в зависимости от ис­ полнения двигателя [31 ].

Васинхронных двигателях несимметрия напряжений обусловливает противодействующий вращающий момент, который уменьшает полезный момент. Уменьшение вращающего момента зависит от квадрата коэффици­ ента несимметрии напряжений.

Подключение симметричной по ёмкости трёхфазной конденсаторной батареи к электрической сети с несимметричным напряжением может вы­ звать ещё большую несимметрию. Кроме того, при несимметрии напряже­ ний конденсаторные установки неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, изменяется их общая реактивная мощность.

Несимметрия напряжений не оказывает заметного влияния на работу кабельных и воздушных линий. У трансформаторов наблюдается значи­ тельное сокращение срока службы. При несимметрии токов трансформато­ ров нагрев будет несколько меньше, чем в случае симметричной нагрузки при токе фаз, равном току наиболее загруженной фазы [ 31] .

Втиристорных преобразователях постоянного тока (возбудителях электрических машин, якорных и т.д.) несимметрия питающего напряжения приводит к несимметрии выпрямленного напряжения, что негативно сказы­ вается на двигателе постоянного тока (возрастают потери, ухудшается ком­ мутация, увеличивается нагрев и т.д.). Кроме того, при амплитудной и фа­ зовой асимметрии напряжений возрастает потребление преобразователем из сети реактивной мощности, снижается коэффициент искажения сетевого

тока. Внутри самого преобразователя несимметрия приводит к неравномер­ ной загрузке тиристоров и возможному выходу их из строя, срывам режима инвертирования. Последнее особенно опасно в реверсивных преобразова­ телях с согласованным управлением выпрямительными мостами. Негативно сказывается несимметрия напряжений и на коэффициент искажения (сетевого) первичного тока преобразователей, который обычно снижается, т.к. нарушается симметрия токов. Возможно и изменение спектрального со­ става этих токов, т.е. появление вредных низкочастотных гармоник.

Аналогичная ситуация имеет место в тиристорных преобразователях частоты с непосредственной связью (ТПЧНС) с питающей сетью, но с ещё более негативными последствиями.

На тиристорные преобразователи частоты с неуправляемым звеном постоянного тока асимметрия напряжений питающей сети сказывается в меньшей степени, чем на ТПЧНС.

При искажении формы питающего напряжения и потребляемого из сети тока, которые вызваны применением нелинейных нагрузок в систе­ мах электроснабжения, возникает ряд проблем, которые достаточно под­ робно изложены в двенадцатой главе.

Взаключение отметим следующее:

1.Вопросы влияния различных показателей качества напряжения на работу приёмников электроэнергии, и наоборот, к настоящему времени изучены недостаточно полно.

2.Качество напряжения существенным образом влияет на расход электроэнергии, что особо важно учитывать при .создании энергосберегаю­ щих технологий.

3.Поддержание оптимальных показателей качества электроэнергии обеспечивает нормальную работу электрооборудования предприятий и по­ зволяет избегать непредвиденных расходов.

4.Наличие ГОСТа 13109-87 на качество электрической энергии, на

наш взгляд, не стимулирует предприятия к его соблюдению, т.к. при суще­ ствующей системе в конечном итоге всё определяет не ГОСТ, а те техниче­ ские условия и взаимные штрафные санкции, которые отражены в Договоре между энергоснабжающей организацией и конкретным предприятием.

5. Наличие рыночных отношений должно, на наш взгляд, заставить предприятия стремиться к поддержанию оптимальных показателей качест­ ва электроэнергии с целью повышения эффективности производства.

1.7.Категории электроприёмннков по надежности электроснабжения

В отношении требуемой надежности электроснабжения ПУЭ разделяют электроприёмники промышленных предприятий на следующие

три категории [1]:

1 категория электроприёмники, нарушение электроснабжения

которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса. В горной промышленности к этой категории относят: противопожарные насосные установки; вентиляторы главного проветривания опасных по газу рудников и угольных шахт; вспомогательные реверсивные вентиляторы (на шурфах) газовых шахт III категории и сверхкатегорных; калориферные установки для районов страны с тяжелыми климатическими условиями (города Воркута, Инта Норильск, Караганда и др.); подъёмные установки, обслуживающие спуск-подъём людей; центральные подземные подстанции; флотационные и агломерационные машины; пульпоподающие насосы и др.;

II категория электроприёмники, нарушение электроснабжения которых связано с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта. В горной промышленности к этой категории относят: скиповые подъемные установки, калориферные установки для районов страны без тяжелых климатических условий, вентияляторы на рудниках и шахтах, не опасных по газу и пыли, измельчительные и классификационные механизмы и др.;

III категория - все остальные электроприёмники, не подходящие под определение 1 и II категорий (элсктроприёмники цехов несерийного производства, вспомогательных цехов, небольшие поселки и др.). В горной промышленности к этой категории относят: все 'виды транспорта породы, механические мастерские, склады, административный и бытовой комбинаты, внутреннее освещение зданий, наружное освещение промышленной площадки и др.

Из числа приёмников I категории должна быть выделена особая группа электроприёмников, требующая повышенной надежности питания. К особой группе относят приёмники, обеспечивающие безаварийную остановку производства, перерыв в электроснабжении которого угрожает жизни и здоровью людей, взрывом, пожаром, порчей основного технологического оборудования.

В соответствии с требованиями 11УЭ допускаются перерывы в электроснабжении

а) электроприёмников I категории - на время автоматического ввода резервного питания при условии обеспечения их электроэнергией от двух независимых источников питания;

б) электроприёмников II категории на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой;

в) электроприёмников III категории - на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более одних суток.

Таким образом, отнесение потребителей к той или иной категории определяет степень резервирования, что, естественно, влияет на капитальные затраты. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо при отнесении потребителей к той или иной категории и определении степени резервирования тщательно взвесить все возможные последствия нарушений электроснабжения.

Правила устройства электроустановок регламентируют только порядок продолжительности перерыва электроснабжения и не ограничивают число перерывов. Между тем, надежность электроснабжения, безусловно, характеризуется двумя указанными факторами.

Повышения надежности электроснабжения можно можно добиться проведением следующих мероприятий:

а) снижением удельной повреждаемости, т.е. повышением надежности отдельных элементов системы электроснабжения, в том числе путем применения электрооборудования, соответствующего условиям работы данной электроустановки, систематического проведения планово­ предупредительных и профилактических испытаний, ремонтом электроустановок и их электрооборудования, а ‘также систематического обучения обслуживающего персонала;

б) сокращением числа элементов в схемах электроснабжения путем упрощения схем;

в) сокращением длительности аварийного перерыва в электроснабжении при каждом повреждении путем повышения качества обслуживания, резервирования и внедрения средств защиты и автоматики.

2.Электроснабжение поверхностного производственного комплекса

2.1. Схемы электроснабжения рудоуправлений

Схема внешнего электроснабжения калийного предприятия по своей сути является схемой присоединения его главных понизительных подстан­ ций (/7777) к электросистеме.

Калийные предприятия Верхнекамского месторождения присоединя­ ются к энергосистеме по следующим основным схемам (рис. 2.1):

-глухие ответвления («отпайки») от проходящих вблизи предприятия

ВЛ 110 кВ районной энергосистемы (рис. 2.1, а);

-глубокий ввод 110 кВ от подстанций глубокого ввода (ПГВ) и рай­ онных понизительных подстанций (РПП) при помощи воздушных ЛЭП (рис. 2.1, б);

непосредственное присоединение распределительных и трансфор­ маторных подстанций предприятия к генераторным шинам близлежащей ТЭЦ, связанной с энергосистемой или к шинам РПП при помощи кабель­ ных линий (ЮТ) (рис. 2.1, в, г). Схемы присоединения могут быть и сме­ шанными.

Наиболее характерные схемы присоединения ГПП калийных пред­ приятий к энергосистеме приведены ниже.

Всхемах приняты следующие обозначения: PH, РЛ - разъединитель; ЗОН - заземляющий нож; КЗ - короткозамыкатель; ОД - отделитель; РБА реактор; МВ масляный выключатель; СМВ - секционный масляный вы­ ключатель; РВ - разрядник.

Электроснабжение энергорайона СКПРУ-1 осуществляется от ГПП «Карналлит» и РПП «Соликамск». ГПП присоединена к энергосистеме глу­ хими отпайками от проходящей двухцепной ЛЭП 110 кВ «ТитанРезвухино» (рис. 2.2).

На ГПП установлены два силовых трансформатора типа ТРДН мощ­ ностью 40 и 32 MBA с расщеплённой обмоткой низшего напряжения 6 кВ с регулированием напряжения под нагрузкой. Это редкий случай установки на 777/7 трансформаторов различной мощности.

777/7 СКПРУ-1 присоединена к энергосистеме по схеме «блок-ЛЭП- силовой трансформатор» с использованием системы «отделителькороткозамыкатель» {ОД-КЗ) на стороне ВН трансформатора. Такая схема применяется достаточно широко, считается экономичной и не менее на­ дёжной, чем схема подключения трансформаторов с применением масля­ ных (МВ) или воздушных выключателей (ВВ).

Система «отделитель-короткозамыкатель» {ОД-КЗ) на вводе силовых трансформаторов обеспечивает экстренное отключение силового транс­ форматора и действует следующим образом. При возникновении аварии в

трансформаторе под воздействием релейной защиты последнего срабатыва­ ет КЗ на вводе повреждённого трансформатора, что приводит к отключе­ нию выключателя в начале магистральной ВЛ, снабжённой устройствами АПВ линий.

С помощью вспомогательных контактов КЗ при срабатывании замы­ кает цепь питания привода отделителя ОД, который отключает повреждён­ ный трансформатор во время бестоковой паузы, обеспечиваемой действием АПВ. После отключения ОД повреждённого трансформатора устройство: АПВ выключателей в начале линии с необходимой выдержкой времени ав­ томатически включает отключенную ВЛ, восстанавливая питание присое­ динённых к ней потребителей. Между трансформаторами на стороне 110 кВ установлена ремонтная перемычка с отделителем ОД, который играет роль секционного выключателя при переводе питания обоих трансформа­ торов в случае аварии на одной из ВЛ на другую ВЛ.

Приведённая схема отличается определённой загромождённостью различными устройствами.

ВЛ оборудованы аппаратурой высокочастотной связи - конденсато­ рами связи, заградителями, фильтрами. Закрытое распредустройство ЗРУ-6 кВ имеет секционированную систему шин. Каждая секция шин оборудована ячейками КРУ-2-6-9 с выключателями ВМП-10 К, измерительными транс­ форматорами НТМИ-6 и разрядниками РВО-6 или РВРД-6.

Другая зона энергетического района СКПРУ-1 питается непосредст­ венно от шин 6 кВ РПП «Соликамск» через систему головных РП I-IV (рис. 2.3). Каждая секция шин РПП I, II и IV запитана сдвоенными ка­ бельными линиями (ААШВУ 3x185) длиной 800-850 м. Ввиду большого сечения КЛ и сравнительно небольшой длины в начале линий установлены токоограничивающие реакторы РБ-6. Секции шин РПП I, II и IV обору­ дованы выключателями РВГ-133, BB/TEL, ВМГ-133, измерительными трансформаторами НТМИ-6, разрядниками РВ-6 и батареями статических конденсаторов (БСК).

Электроснабжение рудоуправления СКПРУ-2 осуществляется от двух главных поверхностных подстанций ГПП-1 и /77/7-2, которые при­ соединены к энергосистеме глухими отпайками от проходящих двухцеп­

Принцип работы этой системы аналогичен изложенному выше для

СКПРУ-1.

На ГПП-1 «Минерал» и 777/7-2 «Рудник» установлены по два сило­ вых трансформатора типа ТРДН-110/6 мощностью 32 MBA и 25 MBA соот­ ветственно с расщеплёнными обмотками низшего напряжения. Использо­ вание таких трансформаторов обеспечивает дробление кабельной сети предприятия на электрически развязанные участки, что уменьшает токи од-