151275 (Мета, завдання і зміст дисципліни "Електропостачання промислових підприємств". Практичне її значення. Загальні відомості про споживачів електричної енергії та режимах електроспоживання)

РЕФЕРАТ

Тема: "Мета, завдання і зміст дисципліни “Електропостачання промислових підприємств". Практичне її значення. Загальні відомості про споживачів електричної енергії та режимах електроспоживання"

2009

Системою електропостачання називають комплекс пристроїв для виробництва, передачі і розподілу електричної енергії.

Система електропостачання промислових підприємств забезпечує електричною енергією промислові споживачі. Основними споживачами є електроприводи різних машин і механізми, електричне освітлення, електричні нагрівальні пристрої, в тому числі електричні печі.

Робота промислових електроприводів та інших споживачів як при проектуванні, так і під час експлуатації повинна знаходитись в строгій відповідності як з окремими споживачами, так і з комплексом електроприводів, що забезпечують роботу складних механізмів.

Задача електропостачання промислових підприємств виникла одночасно з широким впровадженням електропривода в якості рушійної сили різних машин і механізмів і будівництвом електростанцій.

Перші електростанції споруджувались в містах для освітлення і живлення електричного транспорту, а також при фабриках і заводах. Пізніше з’явилася можливість спорудження електричних станцій в місцях запасів палива (торфу, вугілля, нафти) або в місцях використання енергії води незалежно від місць розташувань споживачів електроенергії - міст і промислових підприємств. Передача електроенергії на великі віддалі до центрів споживання почала здійснюватися лініями електропередачі високої напруги:

Раціонально виконана сучасна система електропостачання промислового підприємства повинна задовольняти ряд вимог: бути економною і надійною, безпечною і зручною в експлуатації, забезпечити належну якість електроенергії, рівні напруги, стабільність частоти та ін. Повинні передбачатися стислі терміни виконання будівельно-монтажних робіт і необхідна гнучкість системи, що забезпечує можливість розширення при розвитку підприємства без істотних ускладнень і подорожання первинних варіантів. При цьому повинні по можливості прийматися рішення, що вимагають мінімальних витрат кольорових металів і електроенергії.

При розробці системи електропостачання підприємства на період будівництва передбачається максимальне її використання для постійної експлуатації електрогосподарства підприємства.

В даний час більшість споживачів одержують електроенергію від енергосистем. Але на багатьох підприємствах продовжується будівництво і власних ТЕЦ.

Необхідність в виробництві електроенергії на фабрично-заводських електростанціях обумовлюється наступними причинами:

а) потребою в теплі для технології і опалення і ефективністю потужного виробництва при цій електроенергії;

б) необхідністю резервного живлення для відповідальних споживачів (друге незалежне джерело живлення);

в) необхідністю використання вторинних енергоресурсів;

г) великою віддаленістю деяких підприємств від енергосистем.

По мірі розвитку електроспоживання стають складнішими і системи електропостачання промислових підприємств. В них включаються мережі високих напруг, розподільчі мережі, а в деяких випадках і мережі промислових ТЕЦ. Виникає необхідність впроваджувати автоматизацію систем електропостачання промислових підприємств виробничих процесів, здійснювати в широких межах диспетчеризацію процесів виробництва з застосуванням телесигналізації і телеуправління і вести активну роботу по економії електроенергії.

Сучасні промислові підприємства характеризуються безперервним зростанням електроспоживання, збільшенням питомих витрат електроенергії і питомих щільностей навантажень, які досягають 0,65кВ·А/м² за рахунок різкого зростання виробничих потужностей і розширення області застосування електроенергії в технологічних процесах, в т. ч. в електролізі в електротермії. В електросталеплавильних цехах питома щільність навантажень досягає 3-4 кВА/м².

Все більшу питому вагу посідають великі енергоємні підприємства чорної і кольорової металургії, хімії та ін., які пред’являють серйозні вимоги до надійності і економічності електропостачання. Вони характеризуються великими значеннями сумарних встановлених потужностей електроспоживачів.

Потужність встановлених тр-рів на гірничо-збагачувальних комбінатах досягає 200-300МВ·А з тенденцією подальшого зростання. Споживаєма великими комбінатами потужність складає 300-500 МВт, а по планах на найближче майбутнє вона досягне 700-1000 МВт. Сильно виросли потужності окремих виробництв і цехів. Споживаєма потужність комплекса доменної печі об’ємом 5000м³ наближається до 50 МВ·А, коксохімічного виробництва - 50-60 МВ·А, конверторного цеха з широко-полосним станом гарячої прокатки - 190 МВ·А, з широко-полосним станом холодної прокатки більше 100МВ·А. Різко виросли одиничні потужності окремих електроспоживачів і агрегатів. Потужність сучасної електролізної серії досягає 150-185МВ·А, дугової електропечі 100-125МВ·А, феросплавної електропечі 63МВ·А, електродвигунів прокатних станів 20МВт. В найближчий час потужність синхронних електродвигунів кисневих турбокомпресорів досягне 20-40МВт, а двигунів електроповітродувок доменних печей -60МВт.

Важливі додаткові вимоги до електропостачання пред’являють:

а) електроспоживачі з різко перемінними що циклічно повторюються ударними навантаженнями;

б) електроспоживачі, що вимагають безперебійності живлення при всіх режимах системи електропостачання.

Кожне виробництво існує постільки, поскільки його обладнання забезпечує роботу технологічних машин, що випускають промислову продукцію. Все обладнання приводиться в рух в даний час електродвигунами. Для їх нормальної роботи застосовується електроенергія як найбільш гнучка і зручна форма енергії, яка забезпечує роботу виробничих механізмів.

При цьому електроенергія повинна відповідати нормам якості. Основними показниками якості електроенергії є стабільність частоти і напруги, синусоїдальність напруги і струму та симетрія напруги. Від якості електроенергії залежить якість випущеної продукції та її кількість.

Зміни технологічних процесів виробництва, пов’язані, як правило, з їх ускладненням, приводять до необхідності модернізації і реконструкції систем електропостачання. В таких системах замість чергових встановлюється ЕОМ, що забезпечує управління системою електропостачання. Ця ЕОМ одержує інформацію в вигляді сигналів про стан системи електропостачання, роботі захисту та автоматики і на основі цієї інформації забезпечує чітку роботу технологічного обладнання. При цих умовах, черговий, що знаходиться на пульті управління, тільки спостерігає за проходженням технологічного процесу і вмішується в цей процес тільки в випадку його відхилення або відмов системи захисту, автоматики і телемеханіки.

Із сказаного видно, що сучасне виробництво пред’являє високі вимоги до підготовки інженерів-фахівців в області промислового електропостачання; одночасно потрібна значна кількість інженерів, що володіють знаннями в області автоматики, обчислювальної техніки та енергозберігаючих технологій.

Перехід на автоматизовані системи управління може бути успішним тільки при наявності засобів автоматики та кваліфікованих інженерів в області автоматизованого електропостачання.

Слід відмітити, що на більшості промислових підприємств нашої країни застосовуються старі системи ручного обслуговування, і вони повинні реконструйовуватися в умовах експлуатації і жорсткої конкуренції як з боку вітчизняних так і зарубіжних виробників.

Необхідність наукового підходу до керування системи електропостачання великих підприємств, застосування автоматизованих систем керування з використанням комп’ютерних технологій та обчислювальної техніки диктується, з однієї сторони, складністю сучасних систем електропостачання, наявністю різноманітних внутрішніх взаємозв’язків, а також недостатньо високими характеристиками надійності пристроїв автоматики, що знаходяться в експлуатації; з другої сторони, можливістю негативного впливу великих споживачів електроенергії на роботу енергосистеми.

Реальними гарантами застосування керованої обчислювальної техніки в системах електропостачання можна вважати наступне:

а. характер виробництва, передачі, прийому і розподілу електроенергії між споживачами є неперервним, без інерційним, скороминучим; об’єкт управління - розвинута складна технічна система;

б. керовану обчислювальну техніку доцільно застосовувати в системах з високим рівнем автоматизації технологічного процесу, з значними інформаційними потоками в системах контролю і керування; система електропостачання великих промислових підприємств відносяться якраз до таких систем;

в. сучасний рівень автоматизації систем електропостачання на підприємствах дозволяє використовувати наявні засоби локальної автоматизації в АСУ електропостачанням;

г. високі темпи розвитку виробництва обчислювальної техніки, вдосконалення її елементної бази ведуть до зниження вартості обчислювальної техніки, що в свою чергу дозволяє розширити сферу її застосування.

Основною особливістю АСУ електропостачанням є уніфікація, єдиний підхід, універсальність рішень для систем електропостачання підприємств незалежно від характеру виробництва, в той час як для автоматизованої системи управління технологічними процесами (АСУТП) характерні різноманітність і індивідуальність в залежності від виду виробництва. Тому можна розробляти універсальні принципи побудови АСУ електропостачанням.

Важливою особливістю системи електропостачання є неможливість створення запасів основного продукту - електроенергії. Вся одержана електроенергія негайно споживається. При непередбачених коливаннях навантажень необхідна точна і негайна реакція системи управління, що повинна компенсувати виниклий дефіцит.

Системі електропостачання великого підприємства властиві наявність глибоких внутрішніх зв’язків, що не дозволяють подрібнювати системний, комплексний підхід, що враховує взаємовплив факторів, і облік їх динамічності. Під впливом різноманітних збурень проходять безперервні зміни стану системи.

Застосування засобів керованої обчислювальної техніки в системах електропостачання є закономірним продовженням розвитку автоматизації цих систем. Існуючі засоби локальної автоматизації вирішують слідуючі основні задачі: захисту, регулювання напруги, регулювання потужності конденсаторних батарей та ін. Одним із засобів вдосконалення автоматики є використання керованих ЕОМ та комп’ютерів. Логічні можливості ЕОМ практично безмежні, що дозволяє реалізувати досить складні алгоритми керування. Можливості нагромадження і статистичної обробки інформації дозволяє вирішити задачі аналізу і самоконтролю системи. Централізація функції контролю і керування дозволяє коректувати керовану систему практично на любому рівні.

Модель керування системою електропостачання може включати в себе слідуючі рівні: перший - пристрої автоматики, датчики електричних і технологічних параметрів; другий - аналіз первинної інформації, її обробка; третій - контрольно-обчислювальна операційна система; четверта - оптимальне керування, видача керуючих сигналів на виконавчі органи.

Створення універсальної системи керування системою електропостачання, яка могла би знайти застосування на всякому великому підприємстві незалежно від характеру виробництва, можна розглядати як перший крок до створення інтегрованої автоматизованої системи управління, яка об’єднує безпосереднє керування електропостачанням з управлінням енергогосподарством, технологією виробництва і адміністративно-господарськими питаннями. Комплекс керованих обчислювальних машин слід застосовувати для вирішення задач оптимального управління виробництвом з врахуванням всіх сторін діяльності підприємства.

Для покращення техніко-економічних показників систем промислового електропостачання необхідно:

вдосконалення стандарту номінальних потужностей силових трансформаторів, наприклад застосування кроку 1,35 замість 1,6-кроку, що застосовується зараз, дозволить скоротити встановлювані трансформаторні потужності, створить умови для економії електроенергії в трансформаторах; роботи, пов’язані з обґрунтуванням необхідності рішення цієї задачі виконувались на кафедрі ЕПП МЕІ.

випускати трансформатори із з’єднанням обмоток зірка-зигзаг або трикутник-зигзаг, що знизить капіталовкладення і зменшить втрати електроенергії; замінити, де це можливо, симетруючі і фільтро-компенсуючі пристрої раціональними схемними рішеннями;

створення ефективного математичного забезпечення автоматизованих систем управління електропостачанням, що включає в себе розробку найбільш універсальних алгоритмів і програм по розрахунку режимів і надійності СЕС, що дозволяли би враховувати реальні умови функціонування систем і її динамічність.

Все це повинно сприяти скороченню капіталовкладень і економії електроенергії в умовах експлуатації.

Головною проблемою в найближчому майбутньому є створення раціональних схем електропостачання промислових підприємств, що пов’язане зі слідуючим:

вибором і застосуванням раціонального числа трансформації.

В даний час існують системи електропостачання з недопустимо великою кількістю трансформацій; так, наприклад, на одному металургійному комбінаті є напруги - 500, 220, 110, 35, 10, 6, 3, 0,5, 0,38 і 0,22кв. або, наприклад, групи нових промислових підприємств, створено за останні ≈20 років мають напругу 500, 220, 110, 35, 10, 6, 0,38 і 0,22кв. Такі великі кількості напруг тягне за собою не оправдано велике число трансформації (п’ять-шість).

Застосування на промислових підприємствах раціональних напруг приведе до скорочення числа трансформації до двох-трьох. В цьому випадку економія електроенергії становитиме не менше 10-15% всього її споживання промисловим підприємством.

Причинами появи нераціональних систем електропостачання в промисловості є їх постійне зростання і реконструкція при локальному вирішенні задач електропостачання всякий раз, коли настає необхідність реконструкції цих систем. Застосування напруги 20кв могло би сприяти різкому скороченню числа трансформацій;

вибором і застосуванням раціональних напруг. Застосування раціональних напруг в системах електропостачання промислових підприємств дає значну економію по втратах електроенергії. Розроблена на кафедрі ЕПП МЕІ методика вибору раціональних напруг дозволяє застосувати для систем електропостачання напруги, що забезпечують оптимальні економічні показники.

Причинами застосування нераціональних напруг є постійне зростання електроспоживання і вирішення окремих завдань електропостачання, та вимоги енергосистем здійснювати живлення на напрузі, яка є в даній енергосистемі. Нераціональні рішення в цьому напрямку приводять до того, що в експлуатації знаходяться системи електропостачання, в яких втрати електроенергії доходять до 35-40%.

3. правильним вибором місця розташування цехових і головних розподільчих (понижувальних) підстанцій. Розміщення живильних підстанцій у відповідних центрах електричних навантажень забезпечує мінімальні річні приведені затрати. Всяке зміщення живильної підстанції з центра електричних навантажень веде до збільшення цих затрат і підвищенню витрат електроенергії.