Общие требования к системам электроснабжения промышленных предприятий и основные принципы построения схем электроснабжения. Источники питания

Рационально выполненная современная система электроснабжения промышленного предприятия должна удовлетворять ряду требований.

Системы электроснабжения промышленных предприятий должны обеспечивать: экономичность, надежность электроснабжения, безопасность и удобство эксплуатации, качество электрической энергии, гибкость системы (возможность дальнейшего развития), максимальное приближение источников питания к электроустановкам потребителей, а также должны предусматриваться кратчайшие сроки выполнения строительно-монтажных работ.

При этом должны по возможности применяться решения, требующие минимальных расходов цветных металлов и электроэнергии.

Важные дополнительные требования к электроснабжению предъявляют:

а) электроприемники с резкопеременной циклически повторяющейся ударной нагрузкой;

б) электроприемники, требующие бесперебойности питания при всех режимах системы электроснабжения;

в) электроустановки, расположенные в зонах с загрязненной средой.

При создании системы электроснабжения необходимо учитывать категорию приемников электроэнергии. При определении категории следует руководствоваться требованиями ПУЭ.

Надежность электроснабжения потребителя обеспечивается требуемой степенью резервирования. Резервирование необходимо для продолжения работы основного производства в послеаварийном режиме. Питание потребителей третьей категории не предусматривает резервирования.

Предъявляемые к схемам электроснабжения (СЭС) требования и ее параметры зависят от мощности и категории надежности потребителей.

В соответствии с ПУЭ для электроприемников первой категории должны предусматриваться два независимых взаимно резервируемых источника питания.

Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания. Ко второй категории следует относить только такое технологической оборудование, без которого невозможно продолжение работы основного производства на время послеаварийного режима.

Схема электроснабжения должна обеспечивать необходимое качество электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Снижение качества электроэнергии приводит к дополнительным потерям энергии, и уменьшает пропускную способность электрических сетей, приводит к сокращению срока службы электрооборудования, электрических машин, конденсаторных установок и т.д.

Трансформаторные и распределительные подстанции следует максимально приближать к электроустановкам потребителей электроэнергии, сокращая число ступеней трансформации путем внедрения глубоких вводов, повышенных напряжений питающих и распределительных сетей, дальнейшего развития принципа укрупнения подстанций, внедрения магистральных токопроводов.

По величине расчетной (максимальной) мощности можно ориентировочно провести деление предприятий: мини – от единиц до сотен кВт, малые (мелкие) – до 3-5 МВт, средние – от 5 до 75 МВт, крупные – 75-500 МВт, и особо крупные (гиганты) – с нагрузкой близкой к 1000 МВт.

Схемы электроснабжения промышленных предприятий должны разрабатываться с учетом следующих основных принципов:

- источники питания (в том числе трансформаторы 35-220/6-10 кВ) должны быть максимально приближены к потребителям электрической энергии; необходимо широко внедрять глубокие вводы и дробления ГПП на 2-3 и более подстанций глубокого ввода;

- число ступеней трансформации и распределения электрической энергии на каждом напряжении должно быть по возможности минимальным;

- схемы электроснабжения и электрических соединений подстанций должны обеспечивать необходимые надежность электроснабжения и уровень резервирования;

- распределение электроэнергии рекомендуется осуществлять по магистральным схемам питания. Радиальные схемы могут применяться при соответствующем обосновании;

- схемы электроснабжения должны быть выполнены по блочному принципу с учетом технологической схемы предприятия. Питание электроприемников параллельных технологических линий следует осуществлять от разных секций шин подстанций, взаимосвязанные технологические агрегаты должны питаться от одной секции шин;

- все элементы электрической сети должны находиться под нагрузкой, т.к. это способствует снижению потерь. Резервирование предусматривается в самой схеме электроснабжения путем перераспределения отключенных нагрузок между оставшимися в работе элементами схемы. При этом используется перегрузочная способность электрооборудования и, в отдельных случаях, отключение неответственных потребителей. Наличие резервных неработающих элементов сети должно быть обоснованно;

- следует применять раздельную работу элементов системы электроснабжения: линий, секций шин, токопроводов, трансформаторов, т.е. применять глубокое секционирование СЭС предприятий для снижения I_к и упрощения РЗ. Широкое применение АВР на всех ступенях напряжения позволяет применять схему с глубоким секционированием при нагрузках любой категории. В некоторых случаях, по согласованию с энергоснабжающей организацией, может быть допущена параллельная работа, например при питании ударных резкопеременных нагрузок, если автоматическое включение резервного питания не обеспечивает необходимое быстродействие восстановления питания с точки зрения самозапуска электродвигателей;

- вопросы электроснабжения должны решаться комплексно со строительными и технологическими вопросами при построении генерального плана объектов.

Вопросы рационального электроснабжения предприятий не должны решаться в отрыве от общей энергетики данного района. Решение по электроснабжению должны приниматься с учетом перспективного плана электрификации района, что обеспечивает кооперирование электроснабжения всех отраслей. Даже самые рациональные в масштабе данного предприятия, не всегда являются эффективными и экономичными с точки зрения электрификации района в целом.

Основными источниками питания (ИП) большинства предприятий являются электростанции (в том числе шины генераторного напряжения), собственные ТЭЦ и районные подстанции энергосистем. Выбор независимых источников питания осуществляет энергоснабжающая организация, которая в технических условиях на присоединение указывает их характеристики.

С начала 90-х годов в энергосистемах наметилась тенденция питания потребителей с шин районных подстанций на напряжениях 110-220 кВ, что диктуется стремлением гальванически развязать сети генераторов и потребителей для исключения влияния различного рода повреждений в сети потребителя на работу генераторов. На многих строящихся электростанциях не предусматриваются распределительные устройства 6, 10 и 35 кВ, предназначенные для потребителей электроэнергии, вся мощность продается на напряжениях 110 и 220 кВ к ближайшим районным подстанциям. Строительство собственных ТЭЦ на предприятиях также считается невыгодным. Такие решения экономически оправданы для энергокомпаний, но могут существенно снизить надежность электроснабжения потребителей.

Разработчику проекта электроснабжения следует обратить особое внимание на следующие факторы, определяющие бесперебойность питания электроприемников при аварийном отключении одного из независимых ИП:

- установившееся значение напряжения на оставшемся источнике питания в послеаварийном режиме должно быть не менее 0,9 номинального напряжения;

- при аварийном отключении одного из источников питания и действии релейной защиты и автоматики на оставшемся ИП может иметь место кратковременное снижение напряжения. Если значение провала напряжения и его продолжительность таковы, что вызывают отключение электроприемников на оставшемся ИП, то эти ИП не могут считаться независимыми. Значение оставшегося напряжения на резервирующем ИП должно быть не менее 0,7 номинального напряжения.

Сооружение собственных электростанций (ТЭЦ, ГЭС) целесообразно при следующих обстоятельствах:

- при значительной потребности предприятия в паре и горячей воде;

- при наличии на предприятии отходного топлива (газа и т.п.) и возможности его использования для электростанции;

- при значительной удаленности или недостаточной мощности энергосистемы;

- при наличии особых групп электроприемников с повышенными требованиями к бесперебойности питания, когда собственный ИП необходим для резервирования электроснабжения.

Электростанция, используемая в качестве собственного ИП, должна быть электрически связана с ближайшими электрическими сетями энергосистемы. Связь может осуществляться либо непосредственно на генераторном напряжении, либо на повышенном напряжении через трансформаторы связи.

На промышленных предприятиях пунктами приема электроэнергии могут быть:

- узловые распределительные подстанции напряжением 110 кВ и выше, предназначенные для распределения электроэнергии на крупных предприятиях между подстанциями глубокого ввода;

- главные понизительные подстанции напряжением 35 кВ и вше (одна или несколько);

- подстанции глубокого ввода 35 кВ и выше в случаях, когда их питание осуществляется от подстанций энергосистемы;

- центральные распределительные подстанции или распределительные подстанции при одинаковом напряжении питающей и распределительной сетей предприятия;

- трансформаторные подстанции (ТП) напряжением 6-20 кВ на предприятиях с небольшой электрической нагрузкой.

Для крупных энергоемких предприятий с электрической нагрузкой порядка 100-150 МВт и выше в качестве пунктов приема электроэнергии могут быть использованы узловые распределительные подстанции напряжением 110-500 кВ. УРП чаще всего находятся в ведении энергоснабжающей организации, поэтому они размещаются, как правило, вне площадки промышленного предприятия, но в непосредственной близости от него. Если УРП предназначены для питания нескольких подстанций глубокого ввода одного предприятия, то они могут размещаться на территории предприятия и обслуживаться персоналом промышленного предприятия.

Для предприятий с нагрузкой в несколько десятков МВт пунктами приема электроэнергии могут быть ГПП, ПГВ, РП 6-10 кВ. Число пунктов приема электроэнергии на предприятии определяется рядом факторов: требованиями к надежности питания; поэтапным развитием предприятия; экономической целесообразностью.