2784.Электроснабжение предприятий Верхнекамского калийного месторождени

Распределительные устройства (РУ) могут быть: открытыми и закрытыми (ОРУ, ЗРУ), высокого (свыше 1000 В) и низкого напряжения (ВН, НН).

Линиями электропередач (ЛЭГГ) называется система проводов, служащих для передачи электроэнергии от генераторов электростанций к местам потребления и для распределения ее между электроприемниками. Линии электропередач могут быть воздушными, кабельными и выполненными из металлических шин различного сечения и формы. В производственном обиходе под ЛЭП понимаются воздушные линии.

Ни одно предприятие не обходится без тепловых сетей для передачи тепловой энергии (горячей воды, пара), которая обычно поступает от близлежащей ТЭЦ или от собственных котельных установок.

Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, электрических сетей (подстанций и линий электропередачи различных напряжений) и электроприемников, называется электрической системой.

Часть энергетической системы, кроме электроприемников, называется системой электроснабжения.

Система электроснабжения предприятия состоит из трансформаторных и распределительных подстанций и связывающих их кабельных и воздушных линий электропередачи напряжением выше 1000 В.

К системе электроснабжения шахты или рудника предъявляются следующие требования [15]:

безопасность для обслуживающего персонала; высокое качество электроэнергии (без отклонений и колебаний

частоты и напряжения от номинальных или нормированных по ГОСТу значений); надежность и бесперебойность питания;

экономичность работы всех элементов системы; минимальная трудоёмкость обслуживания;

приспособляемость к изменениям схем питания и величин электрических нагрузок.

Для горных предприятий принято различать схему внешнего электроснабжения и схему внутреннего электроснабжения (рис. 1.1).

Квнешнему электроснабжению относятся все элементы схемы от шин энергосистемы до шин вторичного напряжения ГПП, т.е. ячейки присоединения на районной подстанции энергосистемы или подстанции глубокого ввода, ЛЭП и силовые трансформаторы ГПП.

Квнутреннему электроснабжению относятся все элементы схемы от шин вторичного напряжения ГПП до зажимов электроприемников

предприятия. Внутреннее электроснабжение предприятия имеет несколько уровней напряжения.

Все горнорудные предприятия являются потребителями электроэнергии I категории и как таковые, согласно ПУЭ [1], должны получать питание не менее чем от двух независимых источников электроэнергии.

Независимым источником питания электроприёмников называется источник питания, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках питания. К числу независимых источников питания относят РУ двух электростанций или центров питания, а также две секции сборных шин электростанции или подстанции при одновременном соблюдении следующих двух условий:

каждая из секций питается от независимого источника; секции не связаны между собой или имеют связь, автоматически

отключаемую при нарушении нормальной работы одной из секций.

При формировании систем внешнего и внутреннего электроснабжения повсеместно применяется принцип глубокого ввода.

Глубоким вводом называется система электроснабжения с максимальным приближением высшего напряжения к электроустановкам потребителей с наименьшим числом ступеней промежуточной трансформации и аппаратов. В настоящее время под глубокими вводами подразумеваются линии напряжением 35-330 кВ, проходящие по территории шахты (рудника) с отпайками от них к наиболее крупным пунктам потребления электроэнергии. Происходит разукрупнение понизительных подстанций на 35-330 кВ и рассредоточение приёма и распределения электроэнергии на первой ступени электроснабжения.

Во внутренних схемах электроснабжения принцип глубокого ввода реализуется приближением напряжения 6 кВ к электроприемникам как на поверхности шахты (рудника), так и к подземным потребителям.

Схемы глубокого ввода совпадают со схемами распределения электроэнергии, принятыми на предприятии и могут быть радиальными, магистральными и смешанными.

Система глубоких вводов имеет следующие достоинства:

а) упрощаются задачи развития электроснабжения, так как возможно сооружение новых подстанций в центрах вновь возникающих электрических нагрузок, не затрагивая действующие подстанции и сети;

б) упрощённые подстанции на 35-330 кВ выполняются без выключателей и без сборных шин на первичном напряжении. Это обеспечивает экономию дорогостоящих выключателей и уменьшение занимаемой площади, что важно в условиях ограниченной территории шахты (рудника);

в) сокращаются распределительные сети вторичного напряжения на 6; 10 кВ, что обусловливает уменьшение потерь электроэнергии и сокращение затрат цветных металлов;

г) повышается надежность электроснабжения в связи с существенным сокращением зоны аварии и уменьшением вероятности ошибочных коммутационных переключений;

д) уменьшаются рабочие токи и токи короткого замыкания (к.з.) на вторичном напряжении, так как мощность трансформаторов меньше, чем на крупных ГПП;

е) повышается качество напряжения у потребителей.

В качестве стандартных напряжений в общей системе электроснабжения принимают для:

а) генераторов - 230, 400, 690, 6300,10500 и 21000 В; б) электроприемников - 127, 220, 380, 660, 6000 и 10000 В;

в) распределения и передачи электроэнергии все напряжения, перечисленные в предыдущем пункте, а также 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1000 кВ.

Основными требованиями, которым должна удовлетворять система электроснабжения, являются: надежность электроснабжения, хорошее качество электроэнергии, безопасность и экономичность всех элементов системы.

Надежность системы электроснабжения обеспечивается за счет рационального её проектирования с учетом технических и экономических соображений, а также высоким уровнем эксплуатации [15]. Хорошее качество электроэнергии определяется соблюдением допустимых изменений параметров напряжения и частоты, установленных ГОСТом. Диапазон допустимых изменений частоты обеспечивается энергосистемой, а диапазон допустимых изменений параметров напряжения на зажимах потребителей зависит от правильного проектирования и эксплуатации электроустановок.

1.2. Линии электропередач внешней системы электроснабжения

Внешние линии электропередач горнорудных предприятий выполняются в большинстве случаев высоковольтными воздушными линиями (ВЛ) 110; 220 кВ. В редких случаях, при отсутствии центрального приемного пункта (ГПП) электроэнергии на рудниках все РП и ТП на площадке запитываются непосредственно от шин ТЭЦ или районной понизительной подстанции (РПП) по кабельным линиям 6 кВ.

Воздушные линии по числу носимых трехфазных систем могут быть одноцепными или двухцепными. Воздушные ЛЭП выполняются, как правило, сталеалюминиевыми проводами (АС) с сечением 95 - 185 мм2

Согласно Правил технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт (ПТЭУ, § 424) и Правил технической эксплуатауии рудников, приисков и шахт, разрабатывающих месторождения цветных, редких и драгоценных металлов (ПТЭР, § 603), электроснабжение шахт и рудников должно производиться не менее чем по двум питающим ЛЭП независимо от величины напряжения. Для нормального режима характерна раздельная работа ЛЭП. Все питающие ЛЭП должны находиться под нагрузкой.

Питающие воздушные ЛЭП напряжением 35 - 330 кВ от крупных районных ПЭС до ПГВ выполняются в виде одноили двухцепных линий на металлических, железобетонных и деревянных (реже) опорах. Согласно ПТЭУ (§ 425), двухцепная воздушная ЛЭП на опорах, рассчитанных на повышенные ветровые и гололедные нагрузки (на степень выше нормативов, установленных «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ) для данного района), рассматривается как две питающие линии за исключением случаев электроснабжения шахт:

отнесенных к III категории и сверхкатегорийным по метану и опасным по внезапным выбросам;

расположенных в IV и особом районах по гололеду; с нормальным часовым притоком воды свыше 300 м3

Но и в этих случаях на участках стеснённой трассы допускается сооружение вместо двух одноцепных ВЛ одной двухцепной ЛЭП длиной не более 250 м.

1.3. Оптимальное напряжение для схемы внешнего электроснабжения

Выбор величины оптимального напряжения обычно тесно связан с выбором рациональной схемы внешнего электроснабжения. Однако внутри одного варианта схемы электроснабжения выбор величины оптимального напряжения имеет всегда вполне самостоятельное значение и решается путем выявления варианта напряжения с минимальными годовыми приведенными затратами [1].

В схемах электроснабжения горных предприятий применяется трехфазный переменный ток напряжением 6; 10; 35; 110 и 220 кВ промышленной частоты (50 Гц).

Ориентировочно значение оптимального нестандартного напряжения

где Р - передаваемая мощность, МВт; 1 - расстояние, км.

Эта формула используется для предварительного решения задачи выбора нестандартного напряжения электропередающих устройств, у которых произведение Р1 колеблется в пределах 50 - 50000 МВт-км.

Для технико-экономического сравнения принимают два стандартных напряжения, граничащих с напряжением, полученным по формуле (1.1). При равенстве показателей или небольших преимуществах (10-15%) низшего напряжения предпочтение должно быть отдано более высокому напряжению. При этом имеются в виду следующие соображения:

электрические сети должны проектироваться с учетом перспективы развития предприятия на ближайшие 10 лет. По мере развития предприятия (рост производительности, установка более мощных вентиляторов и подъемных машин, использование мощных горнодобывающих комплексов и т.д.) электрические нагрузки будут расти. Поэтому сеть высшего напряжения, имеющая большой запас по пропускной способности, всегда будет рациональной; появляющиеся в процессе эксплуатации удалённые мощные

потребители (например, отнесенные вентиляционные шахты) присоединяются к сетям высокого напряжения с меньшими затратами, а развитие сети и схем подстанций производится с меньшими их усложнениями; сеть с более высоким напряжением требует меньшего расхода цветных металлов.

Как показывает практика проектирования, выбор вариантов напряжений для сравнения чаще всего ограничивается возможностями энергосистемы, располагающей, как правило, источниками питания с напряжением 6; 35 и 110 кВ.

1.4.Классификация электрических сетей

Впрактике эксплуатации предприятий широкое распространение получили схемы распределения электроэнергии: радиальная и магистральная, применяемые для питания отдельных электроприёмников или их групп. Предприятия в целом используют комбинированную схему внутреннего электроснабжения, представляющую собой сочетание радиальной и магистральной схем [4].

При радиальной схеме распределения питающие линии от источника питания (ГПП, РП), к каждому потребителю, распределительному пункту или трансформаторной подстанции выполняются без ответвлений на пути для питания других потребителей.

Такие схемы требуют большого количества отключающей аппаратуры и имеют значительное число питающих линий, поэтому их целесообразно применять там, где имеются крупные сосредоточенные нагрузки, расположенные в различных направлениях от источника питания

для данной сети (вентиляторы главного проветривания, компрессоры, насосы, цехи обогатительного комплекса и др.).

Радиальные схемы могут быть одно- и двухступенчатые. Одноступенчатые схемы применяются главным образом на предприятиях для питания крупных сосредоточенных нагрузок непосредственно от центра питания (11111, РП), а также для питания цеховых подстанций от подстанций глубокого ввода.

Для питания небольших подстанций и электроприёмников напряжением 10-6 кВ обычно применяют двухступенчатые схемы, поскольку целесообразно и неэкономично загружать основные энергетические центры предприятия (ТПП) большим числом маломощных отходящих линий.

Радиальные схемы с числом ступеней более двух громоздки и нерациональны, так как имеют сложную коммутацию и защиту.

При двухступенчатых радиальных схемах применяют промежуточные распределительные пункты (РП). Всю коммутационную аппаратуру устанавливают на РП, а на питаемых от них цеховых трансформаторных подстанциях предусматривают преимущественно глухое присоединение трансформаторов.

При резкопеременных нагрузках, вызывающих значительные колебания напряжения, применение питания по радиальной схеме позволяет уменьшить их влияние на работу других электроприемников. Радиальная схема обладает большой гибкостью и удобством в эксплуатации, так как повреждение или ремонт одной линии отражается только на работе одного потребителя (или отдельной группы).

При магистральной схеме распределения электроэнергии питание нескольких потребителей осуществляется по одной или нескольким линиям, заводимым в распределительные пункты этих потребителей.

Схемы магистрального питания следует применять при распределённых нагрузках и таком взаимном расположении подстанций на территории проектируемого объекта, при котором линии от источника питания до потребителей электроэнергии могут быть проложены без значительных обратных направлений.

При магистральных схемах удаётся лучше загрузить при нормальных режимах кабели, сечения которых были выбраны по экономической плотности тока, по току к.з. или по послеаварийному режиму. Кроме этого, можно сэкономить число камер на РП или другом питающем пункте, так как к одной магистральной линии присоединяется несколько подстанций, а также легко осуществить резервирование цеховых подстанций или РП от другого независимого источника в случае аварии на основном питающем центре.

В нормальном режиме работы энергетической системы допускаются отклонения частоты в пределах ±0,2 Гц. Размах колебаний частоты не должен превышать 0,2 Гц.

При аварийных нарушениях электроснабжения допускается отклонение частоты до ±5 Гц с последующим восстановлением до

энергетической системы в целом и при расчетах систем электроснабжения промышленных предприятий, как правило, не рассматривается.

Отклонение напряжения (кВ. В) - разность между действительным и

В электрических сетях однофазного тока действительное значение напряжения определяется как действующее значение напряжений основной частоты без учета гармонических составляющих напряжения, а в электрических сетях трехфазного тока как действующее напряжение прямой последовательности основной частоты.

Все показатели качества электрической энергии, относящиеся к напряжению, оцениваются по действующим значениям напряжения.

Расчет отклонения напряжения Vt у приемника для данного момента

С1-6)

где XSUt - алгебраическая сумма «добавок» напряжения, т.е. сумма отклонений напряжения, создаваемых центром питания (ЦП) и регулирующими устройствами, если последние установлены в цепи между ЦП и приёмником;

ZAUt - сумма напряжения от центра питания до приемника. Отклонение напряжения на вторичной стороне понижающего

трансформатора £/„=Я /щ,+ Я /.р-(ДС/.в „+ ДС/„), (1.7)

где Шцп - отклонение напряжения на шинах центра питания ЦП; SUxp- “добавка” напряжения трансформатора, под которой

подразумевается отклонение напряжения в процентах от номинального вторичного анпряжения (при ненагруженном трансформаторе), когда к первичной обмотке подведено номинальное напряжение;

AUTOn - потеря напряжения в ЛЭП от ЦП до трансформатора; AUip - потеря напряжения в трансформаторе.

Отклонение напряжения во вторичной цепи трансформатора в %

где р - коэффициент загрузки трансформатора;

ua , Up - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, %;

coscp2 - коэффициент мощности нагрузки.

В электрической сети напряжением до 1 кВ в номинальном режиме допускается отклонение напряжения ±5%, а максимальное значение отклонения напряжения в послеаварийном режиме для сети до 20 кВ не должно выходить за пределы ±10%.

На вводах осветительных установок качество напряжения оценивается размахом изменения напряжения (%) и дозой колебаний напряжения (%).

Размах изменения напряжения 8Ut (%) вычисляют по формуле

Ю'= Iи ,г- и м L100.

'л/2Ц

где Ut, Ut+i - значения следующих друг за другом экстремумов (или экстремума и горизонтального участка) огибающей амплитудой значений напряжения, В, кВ.

колебаний напряжения в процентах в квадрате вычисляют по формуле:

где 0 - интервал времени усреднения, равный 10 мин;

%f - коэффициент приведения действительных размеров изменения напряжения к эквивалентным, определяемым в соответствии с табл.2 ГОС 13109-87;

Sif, t) - частотный спектр процесса изменения напряжения (% от U HOM в момент времени t).

При периодических изменениях напряжения доза колебаний напряжения

где 5U/ - действующие значения составляющих разложения в ряд Фурье изменений с размахом 5Ut в соответствии с приложением 2 стандарта.

Коэффициент несинусоидальности кривой напряжения - отношение корня квадратного из суммы квадратов действующих значений высших гармонических составляющих, кратных основной частоте, к номинальному напряжению

п - порядок гармонической составляющей напряжения; допускается не учитывать гармонические составляющие порядка п>40 и (или) значения которых <0,3%.

Допускается определять коэффициент несинусоидальности кривой

где Ui(i) - действующее значение напряжения основной частоты В,

кВ.

Источниками высших гармонических составляющих тока и напряжения являются электроприемники с нелинейными нагрузками, например вентильные преобразователи, газоразрядные лампы.

Допустимые номинальные значения коэффициента несинусоидальности кривой напряжения в электрической сети до 1 кВ составляет 5%, а для сетей 6-20, 35,110 кВ и выше - соответственно 4,3 и 2 процентов.

Следует отметить, что на калийных предприятиях Верхнекамского месторождения калийных солей за последние 20 лет введено в работу значительное количество тиристорных преобразователей постоянного тока, преимущественно мощностью до 100 кВт для возбуждения двигателей постоянного тока и синхронных двигателей. Ввиду их незначительной мощности эти нелинейные потребители тока не приводят к превышению