Глава 10 Выбор места расположения питающих подстанций промышленного предприятия 10. 1 Общие положения о выборе местоположения питающих подстанций
Подстанция (главная понизительная ГПП, главная распределительная ГРП, цеховая трансформаторная ТП) является одним из основных звеньев системы электроснабжения любого промышленного предприятия. Поэтому оптимальное размещение подстанций на территории промышленного предприятия — важнейший вопрос при построении рациональных систем электроснабжения. При проектировании систем электроснабжения предприятий различных отраслей промышленности разрабатывается генеральный план проектируемого объекта, на который наносятся все производственные цехи. Расположение цехов определяется технологическим процессом производства. На генеральном плане указываются установленные или расчетные мощности всего предприятия. Кроме того, в проекте имеются графики электрических нагрузок указанных выше цехов и всего предприятия. Одной из основных задач проектирования является оптимальное размещение ГПП, ГРП и ТП на территории промышленного предприятия. Это означает, что размещение всех подстанций должно соответствовать наиболее рациональному сочетанию капитальных затрат на сооружение системы электроснабжения и эксплуатационных расходов.
Для определения местоположения ГПП, ГРП и ТП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок. 10. 2 Картограмма нагрузок предприятия представляет собой размещенные по генеральному плану окружности, причем площади, ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха. Центр нагрузок цеха или предприятия является символическим центром потребления электрической энергии цеха (предприятия). Главную понизительную, распределительную и цеховые подстанции следует располагать как можно ближе к центру нагрузок, так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и значительно
сократить протяженность как распределительных сетей высокого напряжения предприятия, так и цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала и снизить потери электрической энергии. Рис. 10. 1 Генеральный план промышленного предприятия с картограммой и центром электрических нагрузок. Пунктиром нанесены цеха, которые должны быть построены с учетом перспективы развития, и картограмма электрических нагрузок с учетом расширения производства на определенный срок; точка А ЦЭН без учета расширения, Аг — ЦЭН с учетом расширения.
Картограмма электрических нагрузок позволяет проектировщику достаточно наглядно представить распределение нагрузок на территории промышленного предприятия. Как уже отмечалось, картограмма нагрузок предприятия состоит из окружностей и площадь, ограниченная каждой из этих окружностей в выбранном масштабе m равна расчетной нагрузке соответствующего цеха Из этого выражения радиус окружности где т — масштаб для определения площади круга.
Каждый круг может быть разделен на секторы, соответствующие осветительной и силовой нагрузкам. В этом случае картограмма дает представление не только о значении нагрузок, но и об их структуре. Общий вид картограммы дан на рис. 10. 1. Однако картограммы следует наносить на генеральный план промышленного предприятия отдельно для активной и реактивной нагрузок (см. рис. 10. 1 и 10. 2). Причиной этого является то обстоятельство, что питание активных и реактивных нагрузок производится от разных источников.
Рис. 10. 2 Генеральный план промышленного предприятия с картограммой электрических реактивных нагрузок. Центр реактивных электрических нагрузок найден для случая, когда вопрос о компенсации реактивной мощности будет решаться централизованно (с использованием для этой цели синхронных компенсаторов). Питание активных нагрузок обеспечивается или от собственных электростанций промышленного предприятия, или от подстанций энергосистемы. Питание реактивных нагрузок осуществляется от конденсаторных батарей, располагаемых в местах потребления реактивной мощности (индуктивного характера), от перевозбужденных синхронных двигателей или синхронных компенсаторов, которые, как правило, располагаются вблизи мест потребления реактивной мощности. В этом случае следует находить центр или центры потребления реактивной мощности. Неправильный выбор места установки синхронных компенсаторов вызывает премещение потоков реактивной мощности по элементом системы
электроснабжения промышленного предприятия и вызывает значительные потери электроэнергии. На основании изложенного рекомендуется иметь два генплана: один с картограммой активных и второй с картограммой реактивных нагрузок. Первый вариант необходим для выбора рационального места расположения питающей подстанции ГПП (ГРП), второй помогает определить рациональное размещение компенсирующих устройств (синхронных компенсаторов) в конкретной системе электроснабжения промышленного предприятия. На рис. 10. 1 представлен пример выполнения картограммы для активных нагрузок. На рис. 10. 2 представлен пример выполнения картограмм для реактивных нагрузок того же предприятия.
10. 3 Определение условного центра электрических нагрузок В настоящее время имеется ряд математических методов, позволяющих аналитическим путем определить центр электрических нагрузок (ЦЭН) как отдельных цехов, так и всего промышленного предприятия. Первый метод, использующий некоторые положения теоретической механики, позволяет определить ЦЭН цеха (предприятия) с большей или меньшей точностью (приближенно) в зависимости от конкретных требований. Так, если считать нагрузки цеха равномерно распределенными по площади цеха, то центр нагрузок можно принять совпадающим с центром тяжести фигуры, изображающей цех в плане. Если учитывать действительное распределение нагрузок в цехе, то центр нагрузок уже не будет совпадать с центром тяжести фигуры цеха в плане, и нахождение центра нагрузок сведется к определению центра тяжести данной системы масс.
Наличие многоэтажных зданий цехов обусловливает учет в расчетах третьей координаты z. Координаты их центра можно определить в соответствии со следующими формулами: ; . (10. 2) Определение центра нагрузок предприятия производится аналогично. Этот метод отличается простотой, наглядностью, легко реализуется на ЭВМ (при значительном числе цехов), однако обеспечиваемая им точность находится в пределах 5— 10%. Второй метод, являющийся разновидностью первого, учитывает не только электрические нагрузки потребителей электроэнергии, но и продолжительность работы этих потребителей в течение расчетного периода времени. Формулы для определения ЦЭН по этому методу записываются следующим образом:
; . (10. 3) Третий метод, согласно которому рациональное размещение ГПП, ГРП или ТП должно соответствовать минимуму приведенных годовых затрат, предусматривает для определения электрических нагрузок решение системы алгебраических уравнений методом простой итерации. Пример 10. 1 Определить положение центра электрических нагрузок завода. а) Определение положения центра активных нагрузок завода (см. рис. 10. 1). В целях упрощения расчетов принимаем, что центры нагрузок цехов совпадают с центрами тяжести площадей цехов в плане, и не делаем различия между видами активных нагрузок (объединяем силовую, осветительную нагрузки и т. д. ).
Решение Проводим произвольно оси координат, как указано на рис. 10. 1, и находим координаты центров нагрузок цехов (размеры х и y в метрах, генплан дан в масштабе 1 : 10 000): Начерченные на генплане пунктиром цеха 8, 9 и 10 и пунктирные окружности на картограмме отражают динамику роста нагрузок, учитываемую ниже. Подставив в формулу (10. 2) соответствующие величины, получим координаты центре активных нагрузок завода, обозначенные на рис. 10. 1 точкой А м. б) Определение положения центра реактивных нагрузок завода (рис. 10. 2).
Центр реактивных нагрузок определяется аналогично приведенному выше и имеет координаты ( , ). 394 м ; 555 м. Центр реактивных нагрузок найден для сравнения техникоэкономических показателей двух вариантов компенсации реактивной мощности. Один вариант с размещением компенсирующих устройств в каждом цехе и второй с установкой синхронного компенсатора вблизи точки В (рис. 10. 2). Все известные методы нахождения ЦЭН сводятся к тому, что центр электрических нагрузок определяется как некоторая постоянная точка на генплане промышленного предприятия. Положение найденного по тому или иному математическому методу условного центра электрических нагрузок не будет постоянным. Это объясняется следующими причинами, вызывающими постоянное смещение ЦЭН:
1) изменениями потребляемой отдельным приемником, цехом, предприятием мощности в соответствии с графиком нагрузок; график претерпевает постоянные изменения в связи с изменениями технологического процесса производства, внедрением новых прогрессивных производственных процессов, изменениями удельного потребления электроэнергии на единицу продукции, повышением использования оборудования за счет интенсификации и автоматизации производственных процессов и т. д. ); 2) изменениями сменности промышленного предприятия; 3) развитием предприятия. В соответствии со сказанным выше ЦЭН описывает на генплане промышленного предприятия фигуру сложной формы. Поэтому правильнее говорить не о ЦЭН цеха (предприятия) как некоторой стабильной точке на генеральном плане, а о зоне рассеяния ЦЭН.
10. 4 Характерные схемы электроснабжения промышленных предприятий Внешнее электроснабжение. а) Питание от энергосистемы без собственных электростанций. На рис. 10. 4. приведены основные характерные схемы электроснабжения промышленных предприятий, питание которых производится только от энергосистем. На рис. 10. 4, а представлена схема радиального питания. Здесь напряжение сети внешнего электроснабжения совпадает с высшим напряжением сети на территории внутри предприятия (система внутреннего электроснабжения), благодаря чему не требуется трансформация для предприятия в целом. Такие схемы электроснабжения характерны при питании прежде всего на напряжениях 6, 10 и 20 к. В.
На рис. 10. 4, б приведена схема так называемого «глубокого ввода» 20— 110 к. В и редко 220 к. В, когда напряжение от энергосистемы без трансформации вводится по схеме двойной транзитной сквозной магистрали на внутреннюю территорию предприятия. В этой схеме при напряжении 35 к. В понижающие трансформаторы устанавливаются непосредственно у зданий цехов и имеют низшее напряжение 0, 69— 0, 4 к. В.
Рис. 10. 4. Характерные схемы электроснабжения промышленных предприятий при питании их от энергосистемы На рис. 10. 4, в приведена возможная схема электроснабжения промышленного предприятия с наличием трансформации, осуществляемой в месте перехода от схемы внешнего к схеме внутреннего электроснабжения, которая характерна для предприятий значительной мощности и большой территории.
На рис. 10. 4, г дана схема при условии трансформации на два напряжения, что характерно для мощных предприятий, находящихся на значительном расстоянии друг от друга. б) Питание от энергосистемы при наличии на промышленном предприятии собственной электростанции. На рис. 10. 5 приведены характерные схемы электроснабжения промышленных предприятий при наличии на предприятии собственной электростанции. На рис. 10. 5, а дана схема для случая, когда место расположения электростанции совпадает с центром электрических нагрузок предприятия и питание предприятия от энергосистемы осуществляется на генераторном напряжении. На рис. 10. 5, б приведена схема для случая, когда электростанция находится в удалении от центра его электрических нагрузок, но питание от системы происходит на генераторном напряжении. На рис. 10. 5, в представлена схема для случая, когда питание от системы осуществляется па повышенном напряжении и распределение электроэнергии по территории предприятия происходит на генераторном напряжении. Электростанция предприятия помещена вне центра электрических нагрузок.
На рис. 10. 5, г изображена схема, условия которой аналогичны схеме, представленной на рис. 9. 10, в, но трансформация производится на два напряжения.
Рис. 10. 5 Характерные схемы электроснабжения предприятий, питающихся от энергосистемы и собственных электростанций. в) Питание только от собственной электростанции (рис. 10. 6). Это имеет место весьма часто для предприятий, удаленных от сетей энергосистем, но по мере развития электрификации количество таких случаев будет все время уменьшаться.
Рис. 10. 6 Характерная схема электроснабжения при питании промышленного предприятия только от собственной электростанции, расположенной на его территории. Внутреннее электроснабжение. Схемы электроснабжения, обеспечивающие питание предприятия на его территории, ввиду большой разветвленности, большого количества аппаратов должны обладать в значительно большей степени, чем схемы внешнего электроснабжения, дешевизной и надежностью одновременно. Это положение обеспечивается тем, что в зависимости от конкретных требований обеспечения приемников и потребителей применяются различные схемы питания.
а) Схемы радиального питания. Радиальными являются такие схемы, в которых электрическая энергия от центра питания (электростанция предприятия, подстанция или распределительный пункт) передается прямо к цеховой подстанции, без ответвлений на пути для питания других потребителей. Из сказанного видно, что такие схемы должны обладать большим количеством отключающей аппаратуры и иметь значительное число питающих линий. Исходя из этого основного положения, характеризующего схемы радиального питания, можно сделать вывод, что применять их следует только для питания достаточно мощных потребителей. На рис. 10. 7 приведены характерные схемы радиального питания для систем как внешнего, так и внутреннего электроснабжения промышленных предприятий.
Рис. 10. 7 Характерные радиальные схемы питания промышленного предприятия (схемы внутреннего электроснабжения). Схема на рис. 10. 7, а предназначается для питания потребителей 3 -й категории или потребителей 2 -й категории с пониженной ответственностью, где допустим перерыв в электроснабжении на срок до 1— 2 сут. Схема на рис. 10 -7, б предназначается для потребителей 2 -й категории, перерыв питания у которых может быть допущен в пределах не более 1— 2 ч. Схема на рис. 10 -7, в предназначается для электроснабжения потребителей 1 -й категории, но часто используется и для питания потребителей 2 -й категории, перерыв в питании которых влечет за собой недоотпуск продукции, имеющих народнохозяйственное значение в масштабе страны, например выпуск подшипников.
Рис. 10. 8 Характерная магистральная схема питания промышленного предприятия в системе внутреннего электроснабжения. б) Схемы магистрального питания. Магистральные схемы применяются в системе внутреннего электроснабжения предприятий в том случае, когда потребителей достаточно много и радиальные схемы питания явно нецелесообразны. Обычно магистральные схемы обеспечивают присоединение пяти-шести подстанций с общей мощностью потребителей не более 5000— 6000 к. В·А. На рис. 10. 8 приведена типичная схема магистрального питания. Эти схемы характеризуются пониженной надежностью питания, но дают возможность уменьшить число отключающих аппаратов высокого
напряжения и более удачно скомпоновать потребителей для питания в группе по пять-шесть подстанций. в) Схемы смешанного питания. В практике проектирования и эксплуатации промышленных предприятий редко встречаются схемы, построенные только по радиальному или только по магистральному принципу питания. Обычно крупные и ответственные потребители или приемники питаются по радиальной схеме. Средние и мелкие потребители группируются, их питание проектируется по магистральному принципу. Такое решение позволяет создать схему внутреннего электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями. На рис. 10 -9 приведена такая комбинированная схема.
Рис. 10. 9 Схема смешанного питания потребителей в системе внутреннего электроснабжения промышленного предприятия.
Контрольные вопросы 1. Что собой представляет генеральный план и что в нем указывается? 2. Как определяется местоположения ГПП, ГРП и ТП? 3. Что такое картограмма нагрузок? 4. Что такое ЦЭН и как его определить? 5. Какие схемы электроснабжения вы знаете?
Скачать презентацию Глава 10 Выбор места расположения питающих подстанций промышленного
глава 10.pptx