Лекция 11. Повышение надежности электроснабжения

Выбор резервной электростанции

Современные системы электропитания объектов в основном строятся с использованием внешнего электроснабжения. Наряду с основными источниками электроснабжения следует иметь резервные источники. Обычно в качестве резервных источников используются электроагрегаты и электростанции (электроустановки) с двигателями внутреннего сгорания.

Наиболее широкое распространение получили электроустановки с дизельными и бензиновыми двигателями.

Преимуществом таких электроустановок является возможность быстрого ввода их в действие и постоянная готовность к работе.

К основным достоинствам электроустановок с ДВС следует отнести следующие:

• 1. Быстрота и надежность пуска в автоматическом режиме. Это значит, что электроустановка запускается, как правило, с 1−3 попытки за время не более 5 сек и за такое же время принимает нагрузку.
• 2. Возможность работать с перегрузкой. Любая электроустановка в соответствии с НТД должна выдерживать 10% -ную перегрузку по мощности в течение 1 часа (кроме случаев, оговариваемых особо в ТУ).
• 3. Высокая степень автоматизации, возможность работать без обслуживания продолжительное время.
• 4. Большой моторесурс — до 18 000 моточасов.
• 5. Сравнительно высокая экономичность и КПД.

Следует отметить, что оптимальный режим работы дизеля достигается при загруженности станции в диапазоне 75−90% от номинальной мощности. Недопустима длительная работа при загрузке менее 40% и более 100%.

Степени автоматизации

Устройства резервного питания на основе дизель-генераторных установок (ДГУ) выпускаются с ручным и автоматическим управлением. Последние по степени автоматизации подразделяются на: 8 1-я степень осуществляет защиту (останов) при перегрузке, коротких замыканиях, разносе, падении давления масла, снижении уровня охлаждающей жидкости. Обеспечивает работу ДГУ без обслуживающего персонала до 24 часов.

• 8 2-я степень кроме вышеуказанных защит предусматривает автоматический пуск (останов) ДГУ при отклонении параметров сети от заданных, контроль линейных напряжений, частоты потребляемых токов сети и генератора. Обеспечивает автономную работу ДГУ без вмешательства обслуживающего персонала до 50 часов.
• 8 3-я степень дополнительно выполняет функции подкачки топлива и масла, вентиляцию помещения, контроль за температурой в помещении, подогрев ДГУ. Обеспечивает работу ДГУ без обслуживающего персонала до 240 часов. Возможна поставка оборудования, обеспечивающего дистанционный контроль и управление ДГУ посредством ПЭВМ, а также программируемых микроконтроллеров.

Однофазные ДГУ выполняются на мощность 0,9−9,4 кВт. Как правило, пуск маломощных установок ручной. Обычно предусматривается защитный автомат, а также защита двигателя по давлению масла. У более мощных установок (у некоторых начиная с 4-х кВт) предусмотрен электростартер. Трехфазные электростанции средней мощности могут быть укомплектованы как дизельным, так и бензиновым двигателем. Более мощные — только дизелями. Мощности предлагаемых дизельных ДГУ — от 4 до 2250 кВт. Дополнительно для установок 30—100 кВт электростартер может быть заменен пусковым бензиновым двигателем. А на некоторых установках дополнительно может быть установлена резервная система пуска от сжатого воздуха.

Электростанции делятся на основные: для работы 24 часа в сутки, и резервные — до 500 часов в год.

Особенности выбора электростанции

Для правильного выбора электростанции тщательно изучается характер потребителей электроэнергии и их требования к источнику электропитания, чтобы определить следующие данные: 1. Потребляемую мощность, напряжение, род тока, частоту тока, необходимую точность регулирования напряжения и частоты в различных режимах. Не следует завышать предполагаемую потребляемую мощность с необоснованно большим запасом «на перспективу».

• 2. Условия эксплуатации (транспортабельность, высота над уровнем моря, температура окружающей среды, относительная влажность воздуха, вид охлаждения, вид и сорт топлива).
• 3. Режим работы (длительный, кратковременный, повторно-кратковременный и т. д.).

По полученным данным, по справочникам, каталогам и техническим условиям подбирают необходимую электростанцию или группу электростанций. При этом возможен вариант параллельной работы электростанций.

Так как различные потребители электроэнергии обычно работают в разное время года и суток и при этом не всегда потребляют одинаковую мощность, то при определении необходимой мощности электростанции и режима ее работы строятся графики нагрузок.

Графики нагрузок строятся по расчетной максимальной нагрузке потребителей, которая определяется по формуле:

Рмакс = Кс х Ру

где

Ру — установленная мощность, равная суммарной номинальной мощности Рном потребителей в кВт;

Кс — коэффициент спроса.

Коэффициент спроса определяется опытным путем. Он учитывает степень одновременности работы потребителей, степень их загрузки и КПД, где Ко — коэффициент одновременности;

Кз — коэффициент загрузки;

hп — КПД потребителей;

hсКПД сети.

Расчетная максимальная нагрузка в киловольтамперах определяется по формуле:

Для небольшого количества потребителей, зная их режим работы, значение Кс можно определить приближенно. В этом случае Ко и Кз принимают ориентировочно или находят в справочных данных, в каталогах и справочниках, a cos j принимают равным 0,94 — 0,96.

При построении графика учитывают потери мощности в электросетях, передающих электроэнергию, и расход мощности на собственные нужды (освещение, вентиляция, охлаждение и др.). Потери мощности в сетях незначительны, потому что электростанции, как правило, располагаются недалеко от потребителей и трансформация энергии отсутствует. Эти потери могут быть как переменными, зависящими от нагрузки, так и постоянными и при значительном удалении потребителей принимаются в процентах от максимума суммарного потребления в следующих пределах:

а) переменные — в сетях напряжением до 500 В: 3 — 5%.

В сетях низкого напряжения при одновременном питании осветительной и силовой нагрузки: 7,5%.

В сетях низкого напряжения с частыми пусками двигателей: 10%;

б) постоянные (потери в стали трансформаторов), не зависящие от нагрузки: 1 — 3%.

Мощность, расходуемая на собственные нужды, ориентировочно принимается равной 2 — 5%. Примерно 40% этой мощности является постоянной и 60% - переменной.

Площадь суточного графика нагрузки в определенном масштабе определяет потребное количество электроэнергии в киловатт-часах за сутки.

По максимальным ординатам графиков, составленных для суток с максимальным потреблением, определяют максимум для нагрузки электростанции Рмакс. расч. и, следовательно, их необходимую мощность и количество.

Полученная мощность электростанции Рном проверяется на возможность пуска наиболее крупного (или нескольких) потребителя электроэнергии в наиболее тяжелых условиях. В том случае, если электростанция будет эксплуатироваться в более тяжелых условиях окружающей среды, чем расчетные, то их номинальная мощность уменьшается, что также необходимо учитывать. Следует учитывать, что мощность электростанции уменьшается в зависимости от высоты над уровнем моря. Так, при атмосферном давлении, равном 450 мм. рт. ст. (приблизительно 4000 метров над уровнем моря), мощность электроустановки с естественным всасыванием составит 60%, а с турбонаддувом — 85% от номинальной мощности.

Так же следует отметить, что увеличение температуры всасываемого воздуха на 10 °C уменьшает мощность электроустановки приблизительно на 3%.

Повышение устойчивости работы электроагрегатов

Для обеспечения устойчивого электроснабжения потребителей необходимы конкретные рекомендации с учетом конструктивных особенностей оборудования, применяемого для резервного энергообеспечения. Такие рекомендации могут дать инжиниринговые фирмы с комплексным подходом к проблемам гарантированного электропитания (далее предлагаем оптимальные, на взгляд редакции, вопросы, ответы на которые являются основными техническими требованиями и позволяют сориентироваться при выборе ДЭС — см. ниже).

Общие рекомендации могут быть даны отдельно по системам резервных электроагрегатов:

• · по системе впуска питания;
• · по системе выпуска отработавших газов;
• · по системе запуска;
• · по системе контроля и автоматики, а также по станциям в целом.

Размещение электростанций и требования к производственным помещениям

Изготовители электростанций в обязательном порядке должны предоставлять руководства и рекомендации по установке и необходимые требования к помещениям.

После выбора электростанции следует подготовить план размещения. При этом необходимо учитывать следующие факторы:

• · расположение для обеспечения доступа и обслуживания;
• · нагрузку на пол;
• · вибрацию, передаваемую зданию и на пол;
• · вентиляцию помещения;
• · расположение трубопровода для выхлопных газов двигателя и его изоляцию;
• · шум;
• · способ охлаждения двигателя;
• · размер и место расположения топливного бака;
• · параметры дымности и излучений.

Электроустановки можно располагать в подвале, на любом этаже здания, балконе, пристройке, на крыше.

Обычно для экономии и удобства обслуживания электроустановку располагают в подвальном помещении. Помещение генераторной должно быть достаточно большим для обеспечения необходимой циркуляции воздуха и прохода вокруг установки для ее обслуживания.

При необходимости расположения электроустановки снаружи здания необходимо поместить ее в защитный кожух (контейнер). Кожух, как правило, служит не только для защиты электроустановки от атмосферного воздействия, но и выполняет функцию защиты от несанкционированного доступа. Соответствующие кожуха могут использоваться для уменьшения акустического шума и вибрации, неизбежных при работе электроустановки.

Не следует забывать, что воздушный поток в основном направлен через радиатор из установки, и поэтому не следует располагать перед радиатором предметы, создающие преграду воздушному потоку. По этой же причине не следует контейнер с электроустановкой ставить радиатором к стене. Если это технически трудновыполнимо, следует устроить выносной радиатор или организовать тоннель для отвода воздуха, применив лопатки для направления воздушного потока. После прочтения данного материала может создаться впечатление, что резервная электроустановка является сложным механизмом требующим к себе постоянного и неотрывного внимания, сложна в установке и эксплуатации. Однако это далеко не так. Как правило, грамотно выбранная и квалифицированно установленная электроустановка, эксплуатируемая подготовленным персоналом, никаких сложностей в эксплуатации не вызывает и благодаря малой наработке очень долго служит без ремонта.