Технико-экономическое сравнение вариантов схем внутреннего электроснабжения комбината

Виды схем внутреннего электроснабжения предприятий

Электрическая сеть строится на базе следующих принципов:

• — максимальное приближение ЦП к приемникам;
• — исключение «холодного» (т. е. обесточенного) резерва;
• — раздельная работа ИП по условиям надежности электроснабжения и снижения уровня токов КЗ;
• — применение АВР для питания приемников I категории;
• — ступенчатое распределение электрической энергии (принципы распределенной коммутации и распределенной трансформации);
• — широкое применение кабельных (а не воздушных) линий электропередачи.

Первые двартребования выбираются экономическими соображениями, причем первое вызвано стремлением сократить потери мощности и энергии, а второе — снизить капитальные затраты на сооружение сети. Выполнить второе требование для приемников I категории удается не всегда, а для приемников особой группы вообще невозможно, обычно стараются иметь «скрытый» резерв, например, трансформаторы в нормальном режиме недогружены, а в послеаварийных — несут полную нагрузку и т. д.

Третье требование обусловлено стремлением исключить влияние повреждений в одной части системы электроснабжения на оставшиеся в работе части. Короткие замыкания сопровождаются резким снижением напряжения в поврежденной части. При раздельной работе напряжение в неповрежденной части снижается незначительно. Приемники продолжают практически нормально функционировать.

Нужно подчеркнуть принципиальную разницу в требованиях к параллельной работе источников в энергосистеме и системе электроснабжения. В энергосистеме все источники включают на параллельную синхронную работу. В системе электроснабжения стремятся к раздельной работе источников питания.

Раздельная работа источников питания уменьшает уровень токов КЗ по сравнениюр с параллельной работой, и уменьшение тока КЗ снижает требования к электрооборудованию по электродинамической и термической стойкости и в конечном счете приводит к его удешевлению.

Это требование также обусловлено экономическими соображениями, т. к. оборудование, рассчитанное на более низкий уровень тока КЗ, получается менее дорогим и громоздким.

Использование АВР диктуется требованиями к надежности электроснабжения приемников I категории с одновременным обеспечением условия раздельной работы ИП.

Широкое применение кабельных линий объясняется факторами безопасности и ограниченности территории, т. к. охранные зоны ВЛ занимают много места. Помимо этого, замыкание на землюр оборванной фазы ВЛ напряжением 6—35 кВ создает опасные для людей и животных напряжения шага или (и) прикосновения.

Ступенчатое распределение электрической энергии объясняется стремлением упростить схему и снизить стоимость ЦП. По существу, РП является как бы продолжением (секцией) сборных шин ЦП (принцип распределенной коммутации). Совокупность ЦП-линии-рРП получается более дешевой и надежной, чем сложное двух-трехэтажное РУ ЦП без использования РП, и этот принцип реализуют магистральные схемы, с помощью которых к одному источнику подключают одной линией несколько приемников, удаленных друг от друга на некоторое расстояние.

На первых этапах развития систем электроснабжения распределение электроэнергии на территории потребителя осуществлялось с помощью сетей напряжением до 1 кВ. рЭто приводило к большим затратам проводникового материала (кабельной продукции) и было связано с повышенными потерями в системе. Принцип распределенной трансформации, т. е. сооружение, кроме главной, понизительной подстанции (ГПП) непосредственно вблизи от потребителя ТП с высшим напряжением 6—10 кВ и низшим до 1 кВ, позволил передавать по территории города электроэнергию напряжением 6—10 кВ, а не на 0,4 кВ при меньших токах, соответственно. Это дало возможность существенно уменьшить объем токоведущих частей, снизило потери мощности и энергии.

Электроснабжающие сети по существу представляют собой группу (часто кольцо) ПС и линий с высшим напряжением 220—35 кВ, причем часть (или все) ПС расположены на территории города. Такие ПС называют подстанциями глубокого ввода высокого напряжения, а на промышленных предприятиях — главными понижающими подстанциями (ГПП).

К схемам внутризаводского электроснабжения при напряжении выше 1 кВ относятся сети распределения электроэнергии напряжением 6−35 кВ. Внутризаводское распределение электроэнергии выполняется по магистральной, радиальной или смешанной схеме в зависимости от территориального размещения нагрузок, их величины, требуемой степени надежности питания. При прочих равных условиях применяются магистральные или смешанные схемы как наиболее экономичные.

Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются главным образом в тех случаях, когда нагрузки расположены в различных направлениях от центра питания. Они могут быть 2-х ступенчатыми или 1-ступенчатыми. 1-ступенчатые схемы применяются главным образом на малых предприятиях, а 2-ступенчатые — на больших.

Радиальная схема электроснабжения напряжением выше 1 кВ представлена на рисунке 5.1.

Преимущества радиальных схем — это простота выполнения и надежность эксплуатации, возможность применения простой и надежной защиты и автоматизации. Недостатком такой схемы является то, что при аварийном отключении питающей радиальной линии на цеховом РП3 нарушается электроснабжение нескольких цеховых ТП (3, 4, 5). Для устранения этого недостатка радиальную схему питания (РП1 и РП2) делают от двух независимых источников (разные шины ГПП) и для повышения надежности применяют АВР.

Применение радиальных схем электроснабжения увеличивает количество высоковольтных аппаратов, что увеличивает капитальные затраты.

Магистральная схема электроснабжения напряжением выше 1 кВ представлена на рисунке 5.2 и 5.3.

Магистральные схемы применяют в системе внутреннего электроснабжения предприятий в том случае, р когда потребителей достаточно много и радиальные схемы питания явно нецелесообразны, обычно магистральные схемы обеспечивают присоединение пяти-шести п/ст с общей мощностью потребителей не более 50 006 000 кВА.

Рисунок 5.2 — Характерная магистральная схема с односторонним питанием промышленного предприятия в системе внутреннего электроснабжения

Эта схема характеризуется пониженной надежностью питания, но дает возможность уменьшить число отключающих аппаратов и более удачно скомпоновать потребителей для питания.

Когда необходимо сохранить преимущества магистральных схем и обеспечить высокую надежность питания, применяют систему транзитных сквозных магистралей, и в этой схеме при повреждении любой из питающих магистралей высшего напряжения питание надежно обеспечивают по второй магистрали путем автоматического переключения потребителей на секцию шин низшего напряжения трансформатора, распавшегося в работе. Это переключение происходит со временем 0,1−0,2 с, что практически не отражается на электроснабжении потребителей.

В практике проектирования и эксплуатации СЭС промышленных предприятий редко встречаются схемы, построенные только по радиальному или только магистральному принципу, так обычно крупные и ответственные потребители или приемники питают по радиальной схеме. Средние и мелкие потребители группируют, и их питание осуществляют по магистральному принципу. Такое решение позволяет создать схему внутреннего электроснабжения с наилучшими технико-экономичными показателями.

Схема смешанного питания представлена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 — Схема смешанного питания потребителей в системе внутреннего электроснабжения промышленного предприятия