скачать книгу бесплатно
Методические указания для курсового и дипломного проектирования главных понижающих подстанций промышленных предприятий
Арвид Рудольфович Упит
Любовь Николаевна Татьянченко
Цель методических указаний – оказать помощь студентам при выполнении курсового проекта по дисциплинам «Электроснабжение городов и промышленных предприятий», «Электроснабжение», «Электропитающие системы» и части дипломного проекта по электроснабжению промышленных предприятий. Методические указания содержат теоретические, справочные материалы и численный пример выполнения данного раздела дипломного проекта. Приведенные нормы, объемы вычислений, методики соответствуют требованиям нормативных материалов при проектировании, реконструкции и эксплуатации электроустановок, директивных документов, ПУЭ, ПТЭЭП, ПТБЭП, СНиП, СП и ГОСТ.
Арвид Упит, Любовь Татьянченко
Методические указания для курсового и дипломного проектирования главных понижающих подстанций промышленных предприятий для студентов всех форм обучения специальности 13.03.02 – «Электроэнергетика и электротехника»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И. И. ПОЛЗУНОВА»
ООО «МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ЭЛЕКТРОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ»
Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий».
Протокол № 2 от 12.12.2018 г.
© ООО «МЦ ЭОР», 2019
Введение
Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения
Возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров.
Важнейшим этапом в развитии творческой деятельности будущих специалистов является дипломное проектирование, в ходе которого развиваются навыки самостоятельного решения инженерных задач и практического применения теоретических знаний.
При написании пособия была поставлена задача систематизировать и доступно изложить основные вопросы проектирования, опираясь на существующие нормативные материалы, ГОСТа и исследования в области электроснабжения промышленных предприятий.
При проектировании электроснабжения объекта необходимо выполнить следующие работы: спроектировать ГПП, выбрать оборудование на стороне высокого (35, 110, 220 кВ) и низкого (6/10 кВ) напряжения и проверить на термическую и динамическую устойчивость в различных режимах работы, выбрать типы кабелей, питающих потребители (6/10 кВ) с шин ГПП, выбрать типы и места установки ограничителей перенапряжения, рассчитать заземляющее устройство и молниезащиту. Рассчитать и выбрать мощность и тип компенсирующих устройств, доведя COS ? на шинах 6 кВ до 0.92. Выбрать приборы учета и измерения, определить места их установки. Рассчитать мощность потребителей собственных нужд, выбрать тип источников оперативного тока и трансформаторов собственных нужд.
Для выполнения дипломного проектирования по электроснабжению промышленного предприятия либо другого объекта необходимы следующие данные:
• мощность источника внешнего электроснабжения;
• протяженность линий высокого напряжения;
• процентное соотношение категорий потребителей;
• коэффициент мощности COS ? либо tgна шинах 6, 10 кВ;
• установленная мощность потребителей;
• генеральный план завода;
• принципиальная однолинейная схема электроснабжения;
• схема участка сети.
I. Методические указания для курсового и дипломного проектирования главной понижающей подстанции (ГПП)
1. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов
Основными критериями выбора оптимальной мощности трансформаторов являются: экономические соображения, обеспечивающие минимум приведенных затрат и условия нагрева, зависящие от графика нагрузки, температуры окружающей среды, коэффициента начальной загрузки и длительности максимума.
1.1 По экономическим соображениям
Рисунок 1.1
Зависимость приведенных затрат З от мощности двухобмоточных трансформаторов 110 кВ при ч/год для района I
1.1.1 Для выбора оптимально-экономической мощности трансформаторов, аналогично тому, как это производится для линий, используется метод экономических интервалов. Однако исследования усложняются из-за наличия в трансформаторах двух видов потерь: холостого хода и короткого замыкания, зависящих от разных факторов. Между тем построение зависимостей З=f(S) для трансформаторов (рисунок 1.1) и аналогичных зависимостей З=(l) для линий (рисунок 1.2) дает ломаную кривую минимальных приведенных затрат. На рисунке 1.1 фактическая максимальная мощность, протекающая через трансформатор, обозначается через S, а это же обозначение в кружке показывает номинальную мощность, при которой трансформатор является экономически выгодным для какого-то фактического интервала мощностей, заключенного между точками пересечений парабол.
Однако могут быть трансформаторы, у которых зависимости З=f(S) проходят выше кривой минимума, нигде с ней не пересекаясь. Это показывает, что такие трансформаторы вообще не имеют экономической зоны использования, то есть их применение в данном случае нецелесообразно.
Рисунок 1.2
Зависимость приведенных затрат З от тока в линии I для различных сечений
1.1.2 Граничное значение экономической мощности, при которой целесообразен переход от одной номинальной мощности трансформатора S
к большей S
:
где K
и K
– стоимость трансформаторов, руб.; Т – время включения трансформатора; c
и c
– стоимость 1 кВтч потерь энергии холостого хода и короткого замыкания соответственно.
Обозначив в предыдущем выражении
через ?,
, то есть
, получим расчетное значение экономической мощности
Все величины под корнем для заданных сравниваемых трансформаторов с S
и S
известны. Значения c
зависят от величины Т и района страны. Так как в большинстве случаев время включения трансформатора Т постоянно и равно 8760 ч/ год, то есть принимается, что трансформатор включен весь год, то величины зависят только от района страны.
1.1.3 Построенные номограммы экономических интервалов, представляющие собой по выражению прямые c
= f(?), разграничивают экономические области целесообразного применения трансформаторов различных мощностей. Кроме указанных наклонных прямых, горизонтальными прямыми ограничиваются зоны, допустимые по условиям нагрева.
Ориентировочно принято, что допустимая мощность по условиям нагрева S
=(1,1?1,5)S
. Зоны таких допустимых перегрузок на номограммах заштрихованы. Если точка с координатами () не попадает в заштрихованную зону, то выбор оптимальной мощности трансформатора определяется экономическими соображениями; если попадает, то условиями нагрева (рисунок Б.1-Б.3).
1.2 По перегрузочной способности
1.2.1 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов может быть определен по перегрузочной способности и должен быть технически и экономически обоснованным, т. к. он оказывает существенное влияние на рациональное построении схем промышленного электроснабжения.
Наиболее часто ГПП промышленных предприятий выполняют двухтрансформаторными. Одно – трансформаторные ГПП допустимы только при наличии централизованного резерва трансформаторов и при поэтапном строительстве ГПП. Установка более двух трансформаторов возможна в исключительных случаях: когда требуется выделить резко переменные нагрузки и питать их от отдельного трансформатора; при реконструкции ГПП; если установка третьего трансформатора экономически целесообразна.
Важной характеристикой силовых трансформаторов является их нагрузочная способность, представляющая собой совокупность допустимых нагрузок и перегрузок. Силовые трансформаторы выпускают с номинальной мощностью, которую они могут длительно пропускать при нормальных условиях: номинальном напряжении, номинальной частоте, номинальной температуре окружающей среды. В этом случае превышение температуры масла и обмоток над температурой окружающей среды не выходит за установленные пределы, а срок службы трансформатора соответствует экономически целесообразному. В действительности трансформаторы работают в условиях, отличных от номинальных. Нагрузка их меняется в течение суток и года, не постоянна и температура охлаждающей среды. Это приводит, как правило, к неиспользованию трансформаторов. Опыт эксплуатации показал, что трансформаторы могут быть без ущерба для нормального срока службы загружены в течение части суток (года) сверх номинальной мощности, если в другую часть рассматриваемого периода их нагрузка была меньше номинальной. Загрузка трансформатора сверх номинальной мощности называется перегрузкой.
1.2.2 Величину и длительность допустимых перегрузок, а также термический износ изоляции обмоток при перегрузках определяют для прямоугольных двухступенчатых или многоступенчатых графиков нагрузки, в которые необходимо преобразовать заданные и реальные графики нагрузки.
Определение нагрузки S
:
где: COS ? – коэффициент мощности; ? – к.п.д. двигателя.
Определение суммарной мощности нагрузки на шинах ГПП 6кВ:
S
= S
+S
+S
(1.5)
Определение ориентировочной мощности главного трансформатора на ГПП:
1.2.3 Технико-экономическое обоснование выбора трансформаторов предусматривает решение вопроса о целесообразности установки трансформаторов большой мощности, замене трансформаторов и т. д. Для решения этих вопросов выполняется технико-экономическое сравнение вариантов. Одновременно с выбором номинальной мощности трансформаторов следует предусматривать экономичные режимы их работы, которые характеризуются минимумом потерь мощности в трансформаторах при работе их по заданному графику нагрузки. При этом надо учитывать не только потери активной мощности в самих трансформаторах, но и потери активной мощности, возникающие в системе электроснабжения по всей цепочке питания – от генераторов электростанций до рассматриваемых трансформаторов из-за потребления трансформаторами реактивной мощности. Эти потери называют приведенными в отличие от потерь в самих трансформаторах.
Технико-экономический расчет проводится с учетом следующих факторов:
– категории надежности электроснабжения потребителей;
– компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ;
– перегрузочной способности трансформаторов в нормальных и аварийных режимах,
– шага стандартных мощностей;
– экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.
