книги из ГПНТБ / Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник

Мощность электродвигателей 200 кВт, напряжение (5 кВ, режим работы — продолжительный. На компрессорной станции ставят до 16 компрессоров (в том числе резерв­ ные), а также ряд вспомогательных насосов с двигателями мощностью 55—72 кВт, напряжением 380 В. Компрессор­ ные станции являются потребителями 1-й категории, так как прекращение подачи газа и потеря давления могут вывести из строя скважины на длительное время. Наиболее чувствительными потребителями на компрессорных явля­ ются насосы водоснабжения, так как потеря водоснабже­ ния останавливает все компрессоры, вследствие чего для них должен быть обеспечен самозапуск. Поскольку одно­ временной самозапуск всех компрессоров практически неосуществим по условиям режима электросети, то приме­ няется частичное отключение компрессоров и автоматиче­ ский повторный пуск их под нагрузкой. .

Центробежные и поршневые насосы, широко применяе­ мые на нефтепромыслах для перекачки нефти, водоснабже­ ния, законтурного заводнения нефтеносных пластов и ка­ нализации промысловых вод, имеют электродвигатели мощностью 4,5—2 000 кВт. Для вакуум-насосов и элект­ рифицированных задвижек применяются двигатели мощ­ ностью от 0,5 кВт и выше. Кустовые насосные нефте­ промыслов являются потребителями 2-й категории; уста­ новки противопожарных насосов и центральные насосные — 1-й категории.

Для нефтяных насосных станций магистральных нефте­ проводов применяются турбонасосы с электродвигателями 500—3 500 кВт, 6 кВ (асинхронные и синхронные). Эти насосные являются потребителями 2-й категории, и крат­ ковременный перерыв в подаче электроэнергии для них не вызывает неполадок. Насосные установки обычно рабо­ тают в продолжительном режиме. Действующие скважины

являются постоянными по расположению.

Горно-обогатительные комбинаты и агломерацион­ ные фабрики. Для обогащения и агломерации руд черной

и цветной металлургии применяются флотационные маши­ ны с многодвигательным приводом, — мощность каждого двигателя до 20 кВт; дробилки для руды мощностью до 800 кВт; шаровые мельницы мощностью до 4 000 кВт; конвейеры мощностью 250—900 кВт и др.

Агломерационная машина требует регулируемого при­ вода для движения стальной ленты, на которой происхо­ дит обжиг руды, мощностью до 150 кВт. Для удаления

40

газов с агломерационной машины устанавливаются эксгаустеры мощностью 2 500—3 300 кВт. Типовая агло­ мерационная фабрика с двумя агломерационными маши­ нами площадью спекания по 250 м2 имеет суммарную уста­ новленную мощность 56 МВт и потребляемую мощность 48 МВт.

Современные горно-обогатительные комбинаты отно­ сятся к крупным потребителям электроэнергии с уста­

мощности применяется 380, 6 000 и 10 000 В. Широкое рас­ пространение получили синхронные двигатели для при­ водов мельниц, насосов, эксгаустеров и компрессоров, а в отдельных случаях для дробилок. Режим работы про­ должительный.

Потребителями 1-й категории на обогатительных и агло­ мерационных установках являются приводы вращения лопастей бассейнов сгустителей, вращающиеся печи в цехе обжига, агломерационные машины и их эксгаустеры, оста­ нов которых вызывает длительное расстройство техноло­ гического процесса. Остальные потребители относятся ко 2-й категории.

Технологический процесс обогатительных и агломера­ ционных фабрик установившийся. Производство непре­ рывное, при периодических ремонтах из работы выводятся отдельные технологические секции или потоки, что должно быть учтено при составлении схемы электроснабжения в целях возможности одновременного вывода в ремонт соответствующего электрооборудования.

2-2. ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

В коксохимическихцехах, перерабатывающих каменный уголь в кокс, пределы мощностей питателей и дозировоч­ ных столов — 4—10 кВт, дробилок, газодувок и компрес­ соров — до 4 000 кВт. Все электродвигатели переменного тока напряжением 380; 6 000—10 000 В. Технологический процесс непрерывный; большинство механизмов работает в продолжительном режиме, часть в режиме ПКР (уголь­ ные перегружатели, коксовые машины, вагоноопрокиды­ ватели и др.). Газодувки, насосы охлаждения, коксовые машины, кантовочные и обезграфичивающие лебедки от­ носятся к 1-й категории, остальные потребители — ко 2-й. Для очистки коксового газа применяются электро-

41

статические фильтры при напряжениях до 80—100 кВ. Суммарные мощности коксохимических цехов составляют

15—40 МВт. Расположение оборудования постоянное.

Установки доменных цехов. Доменные печи характе­ ризуются полезным объемом в кубических метрах, кото­ рый в СССР достигает 3 200 м3 (рис. 2-5). К 1975 г. пред­ полагается сооружение самых мощных в мире доменных

Рис. 2-5. Доменная печь.

печей объемом 5 000 м3. Важнейший показатель работы доменной печи — коэффициент использования полезного объема печи (КИПО):

КИПО = 7^2-,

С г с у т

где Ѵп — полезный объем печи, м3; Gcут — суточная производительность, т.

В 1969 г. среднее значение КИПО в СССР составило 0,607, а на отдельных печах — до 0,5 и ниже. При коэф­

42

потребуется сырье общей массой 5 000 • 3,5/0,0 — 29 000 т, для подачи поторого требуются мощная система конвейе­ ров и соответствующее складское и железнодорожное хозяйство.

Мощность электроприводов механизмов доменной печи колеблется от 0,4 кВт для задвижек до 1 500 кВт для двигателей системы ДГД скипового подъема. Система ДГД в перспективе будет заменяться системой УРВД или УТВД. Механизмы, требующие регулировку ско­ рости, имеют приводы постоянного тока с индивидуаль­ ными преобразователями.

Суммарная мощность механизмов самой печи дости­ гает 10—25 МВт. Сюда не входит мощность насосов водоохлаждения, зависящая от уровня источника воды, и воз­ духодувок, мощность которых достигает 10—12 МВт. Для печей объемом свыше 3 000 м3 применяются воздухо­ дувки мощностью до 22—30 МВт и в перспективе до 45 МВт, но с приводом от паровой турбины, получающей пар от ТЭЦ, работающей на доменном газе.

Напряжение 6 или 10 кВ применяется для крупных двигателей; 380 В — для двигателей до 200 кВт. Режим работы двигателей различный: есть механизмы продолжи­ тельного режима, у которых величина ПВ равна 100%; имеются двигатели с повторно-кратковременным режимом с величиной ПВ 15—40%. Для очистки доменного газа применяются электростатические фильтры напряжением 80-100 кВ.

Современные мощные доменные печи имеют высокую степень автоматизации с программами, рассчитанными на различные составы исходного сырья, и работающими непрерывно в течение десятков лет.

По степени бесперебойности электроснабжения в домен­ ном цехе к 1-й категории относятся насосы водоснабжения, воздуходувки, агрегаты газоочистки, системы автомати­ ческого управления. Остальные потребители допускают кратковременные перерывы, но требуют также надежного электроснабжения. Применявшиеся ранее для насосов водоохлаждения дублирующие паровые приводы вышли из употребления, поскольку современные системы элек­ тропривода и электроснабжения показали достаточную надежность в работе.

За рубежом применяются электрические домны, в кото­ рых выплавка чугуна происходит за счет электроэнергии (см. § 3-1).

43

Установки мартеновских и конверторных цехов. Мар­ теновские печи, получившие ранее широкое применение в сталеплавильном производство, в совреімениых предприя­ тиях уступают место кислородно-конверторным уста­ новкам. Плавка в них проводится за 40—45 мин, в то время как в мартеновских печах на ото требовалось несколько часов.

Максимальная емкость мартеновских печей в СССР

достигла 900 т. Основными механизмами в мартеновских цехах являются различные краны — заливочные, зава­ лочные, разливочные, уборочные и др., грузоподъемность которых в СССР достигает 630 т при емкости ковша 480 т. Суммарная установленная мощность механизмов таких кранов достигает 1 200 кВт при мощности привода отдель­ ных механизмов с двумя двигателями на валу до 2 X X 150 кВт. Краны, работающие с яшдким металлом, относятся к потребителям 1-й категории; сюда же отно­ сится такяш привод поворота миксера, служащего для приема жидкого чугуна из доменного цеха и имеющего емкость до 1 300 т и выше. Привод имеет два двигателя — рабочий и резервный, питающиеся от независимых источ­ ников энергии.

Краны работают в режиме ПКР, насосы и вентиляторы в продолжительном режиме; приводы перекидки клапа­ нов рекуператоров в кратковременном режиме.

Для использования тепла отходящих газов печей устанавливаются котлы-утилизаторы с насосами, дымосо­ сами и вентиляторами, являющимися значительными потребителями электроэнергии.

В СССР впервые разработан наиболее прогрессивный метод непрерывной разливки стали. Установки непрерыв­ ной разливки стали (УНРС) состоят из кристаллизаторов, через которые протягивается стальная болванка, разре­ заемая на заданные длины. Суммарные мощности УНРС,

категории, так как они работают с жидкой сталью.

Все установки мартеновских цехов работают на пере­ менном токе; тяжелые краны в цехах с крупными печами 500—900 т выполнялись на постоянном токе нанряяшнием 220 В.

Суммарные мощности мартеновских цехов достигают 10—18 МВт. Емкость конверторов составляет 150—250 т и по Директивам-XXIV съезда КПСС к 1975 г. достигнет

44

350 т (рис. 2-0). Установленная мощность современного конверторного цеха с пятью конверторами емкостью по 250 т составляет 25—30 МВт. Привод поворота конвер­ тора как потребителя 1-й категории имеет на каждой цапфе четыре двигателя постоянного тока мощностью по 200 кВт (два рабочих и два резервных), работающих по системе УТВД, с питанием от двух независимых псточни-

Рис. 2-6. Конвертор 250 т.

ков. В отделении перелива чугуна три миксера по 2 500 т имеют привод наклона с двумя двигателями постоянноготока по 100 кВт, работающими аналогично приводу пово­ рота конвертора.

Заливочные краны грузоподъемностью 360/100 тс с установленной мощностью 470 кВт и разливочные гру­ зоподъемностью 360/100/16 тс работают на переменном токе напряжением 380 В. Двигатели дымососов мощностью до 1 500—2 000 кВт имеют напряжение 6 или 10 кВ.

Конверторное производство имеет высокую степень автоматизации с применением управляющих вычисли­ тельных машин (УВМ), являющихся потребителем 1-й категории.

45 • / \'-л

I

В связи с широким применением кислорода для интен­ сификации процессов выплавки стали на металлурги­ ческих комбинатах сооружаются мощные кислородные станции с установленной мощностью компрессоров до 12 МВт на электроприводе и до 20 МВт — на паровом приводе. Суммарные мощности кислородных станций достигают 45—50 МВт. Индукционный нагрев слитков, выходящих из УНРС, для прокатки значительно увели­ чивает потребляемую мощность этих установок. Так, одна из установок УНРС в США на шесть ручьев, произ­ водительностью более 600 т/ч с индукционным нагревом слябов потребляет только на нагрев 210 МВт при мощ­ ности конденсаторных установок для повышения cos ср при индукционном нагреве 750 Мвар.

Установки прокатных цехов. В прокатных цехах име­ ются две основные группы потребителей: главный привод клетей прокатных станов, в которых электроэнергия рас­ ходуется на деформацию металла, и приводы вспомога­ тельных механизмов прокатных станов, служащих для транспортировки и резки металла.

Мощность отдельных двигателей главных приводов достигает 10 МВт на переменном токе (синхронные тихо­ ходные двигатели) и 11,4 МВт на постоянном токе. Блю­ минг 1 300 имеет индивидуальный привод валков посто­ янного тока мощностью по 8 МВт каждый. Главный элек­ тропривод выполнен по системе ДГД с ведущим синхрон­ ным двигателем мощностью 20 МВ • А. Современная система автоматики позволяет сократить длительность реверса на заготовочных станах^блюмингах и слябингах менее 1 с с ускорением до 140—150 об/мин в 1 с (рис. 2-7). Система ДГД для питания реверсивных и регулируемых приводов постоянного тока заменяется системами УРВД и УТВД, при которых отпадает проблема пусковых, токов ведущих двигателей, мощность которых достигает 23 МВт. Для нерегулируемых и нереверсивных приводов получили распространение тихоходные синхронные дви­ гатели.

Наиболее мощные установки имеют непрерывные многоклетьевые сГаны для горячей прокатки листа. Так, стан 2000, прокатывающий тяжелые слябы массой до 36 т, имеет 12 клетей общей мощностью 116,9 МВт. На стане установлены синхронные двигатели по 5 и 10 МВт и двигатели постоянного тока по 11,4 и 8,5 МВт. Питание двигателей выполнено по системе УРВД и цепей возбуж-

46

деішя — от тиристорных возбудителей. Суммарная мощ­ ность реверсивных ртутных преобразователей для глав­ ных приводов составляет 120 МВт. Все приводы постоян­ ного тока имеют индивидуальные преобразователи, так что все главные приводы являются потребителями пере­

женным многочисленными бесконтактными автоматически­ ми устройствами для регулирования скорости прокатки, которая в каждой клети должна соответствовать данной ступени обжатия заготовки. Общая протяженность агре­ гата составляет 750 м при длине цеха 1 000 м. На рис. 2-8 представлены первые (черновые) клети стана 2 000.

Режим работы главных приводов относится к резко переменным. Длительность толчков нагрузки от секунд до нескольких минут, величиной до 2—2,5-кратной номи­ нальной мощности двигателей при постоянном токе и до 4—4,5-кратной при двигателях переменного тока. Толчки

Рис. 2-7. Двигатели главного привода блю­ минга 1300 мощностью по 8 МВт.

нагрузки перемежаются с холостыми ходами, а при ревер­ сивных станах — с рекуперацией электроэнергии в сеть. Для блюминга мощностью 2 X 5,8 МВт по системе УРВД толчки активной нагрузки достигают 30 МВт и реактив­ ной 32 Мвар, что вызывает значительные колебания нап­ ряжения (рис. 2-9).

47

При работе на одном заводе нескольких станов пики нагрузки могут совпадать. Например, на металлурги­ ческом заводе при средней нагрузке 75 МВт при работе блюминга и широкополосного стана пики достигают 111 МВт при длительности пика около 30 с с интервалами между пиками 2—2,5 мин. .

Для снижения влияния толчков нагрузки на питаю­ щую электросеть ранее применялись маховики на самом стане и на преобразовательном агрегате ДГД, что приво-

Рис. 2-8. Черновые клети непрерывного стана горячей прокат­ ки 2000.

дило к удорожанию установок и лишним потерям. В связи

сувеличением мощностей систем электроснабжения и улучшения перегрузочных характеристик синхронных двигателей широко применяются безмаховичные приводы

ссинхронными двигателями в агрегатах ДГД мощностью до 20 МВ-А и для главных приводов. Однако проблемы колебания напряжения, вызываемые пиками реактивной нагрузки со скоростью нарастания до 200 Мвар/с, требуют применения специальных мероприятий для их устранения.

48

Главные приводы непрерывных горячих широкопо­ лосных станов относятся к 1-й категории, так как оста­ нов их ведет к длительному расстройству технологиче­ ского процесса. Реверсивные станы относятся ко 2-й кате­ гории, так как допускают кратковременный перерыв

МЬар

Рис. 2-9. Графики активной и реактивной нагрузок за цикл про­ ката 37 с одного двигателя блюминга 1150 мощностью 5 800 кВт при питании от ртутного выпрямителя.

в работе для ручного переключения на резервное питание. Длительное отключение прокатных станов недопустимо из-за больших величин ущербов, например, отключение на 30 мин трубопрокатных цехов одного завода наносит ущерб народному хозяйству более 50 тыс. руб. Повышение надежности электроснабжения прокатных станов облег­ чается остановками цеха для текущего ремонта произ-

49