Общие принципы определения ущерба от нарушений электроснабжения

Проблема оценки ущерба от нарушений электроснабжения, вызываемых отказами электрооборудования, возникает как при проектировании, так и при эксплуатации энергетических объектов. При проектировании потребность в характеристике ущерба ощущается, как правило, когда определяется экономическая эффективность капитальных вложений, при выборе вариантов технических и организационно-хозяйственных решений, влияющих на степень надежности электроснабжения потребителей. При эксплуатации характеристики ущерба от отказов находят применение в задачах определения экономической эффективности капитальных вложений в действующее производство при реконструкции, модернизации и техническом перевооружении объектов энергетики. Кроме того, сведения об ущербе необходимы для решения комплекса задач:

- построения графиков отключений и ограничений потребителей при дефицитах мощности и энергии в энергосистемах и энергообъединениях;

- размещения устройств автоматической аварийной разгрузки (САОН, АЧР);

- определения величины и мест размещения аварийных запасов оборудования и материалов;

- определения эффективности организационно-технических мероприятий и др.

Количественное и качественное проявление экономических потерь, возникающих от несовершенства принимаемых технических и организационно-хозяйственных решений, проявляется в перечисленных задачах по-разному. Существенно в них различается и информационная осведомлённость принимающего решения о возможных последствиях, которые следует ожидать при практической реализации намеченных решений. Многообразие задач порождает и многообразие моделей и методов учёта последствий ненадёжного электроснабжения потребителей. Поэтому очень важно, чтобы информация о возможном ущербе соответствовала постановке и условиям решаемой задачи.

В самом общем виде понятие «ущерб» представляет стоимостное выражение реакции потребителей электроэнергии и смежных систем на нарушения функциональных режимов связей, объединяющих эти системы с рассматриваемой системой энергетики.

На выбор формы модели оценки ущерба и её параметров оказывают влияние многие факторы, среди которых можно отметить следующие:

1. Назначение модели: а) оценка фактического ущерба от реально имевших место нарушений электроснабжения; б) оценка среднего ожидаемого ущерба от возможных погашений нагрузки на действующих промышленных объектах; в) прогнозирование ущерба на действующих или проектируемых предприятиях.

2. Временной уровень исследований, использующих сведения об ущербе: а) долгосрочное прогнозирование; б) проектирование; в) эксплуатация; г) текущее оперативное управление.

3. Иерархический уровень принятия решений: а) энергообъединения; б) районные энергосистемы; з) узлы электроснабжения промышленных районов; г) системы внутреннего и внешнего электроснабжения отдельных потребителей.

4. Характер отключения нагрузки: а) внезапное; б) плановое; в) эпизодическое; г) регулярное.

5. Наличие и достоверность информации: а) о составе отключаемых производственных объектов у потребителей; б) о технико-экономических показателях производства; в) о технологической схеме, объёме и размещении запасов продукции и других резервов производства; г) о фактическом состоянии производства в момент отключения нагрузки.

6. Возможность управления ущербом: а) за счёт выбора состава отключаемых электроприёмников и производственных объектов у потребителей; б) путём изменения частоты, глубины и длительности отключений; в) созданием специальных или использованием существующих резервов производства.

В настоящее время сформировались два основных принципа определения ущерба от нарушений электроснабжения потребителей. Первый основан на детальном подсчёте всех потерь и затрат, являющихся следствием отказа, второй – на использовании удельных характеристик ущерба, определяемых с той или иной степенью приближения, агрегированных в пределах типа технологического производства, отрасли или промышленности в целом.

Первый принцип получил название микромоделирования. Он используется в задачах, где возможно получение достаточно подробных сведений о питаемом производстве, изменения нормальной работы которого при нарушениях электроснабжения будут рассматриваться.

Второй принцип – макромоделирования – обеспечивает исходную информацию о возможном ущербе для решения крупномасштабных задач, когда последствия отключений потребителей можно оценить только ориентировочно, а технические решения, в которых используются сведения об ущербе, затрагивают надёжность энергосистемы или её крупных узлов.

Очевидно, что первый принцип позволяет получить более точную оценку ущерба, но требует обширной первичной информации. Второй принцип основывается на ограниченных исходных данных и даёт возможность оценить приближённо величину ущерба. Тем не менее, второй принцип для целого комплекса системных задач является единственно возможным, и считается, что его точность для этих задач приемлема. Таким образом, микромоделирование и макромоделирование имеют практическую значимость и взаимно дополняют друг друга.

При проектировании промышленных СЭС, где возможно получение достаточно подробной информации, обеспечивающей реализацию микромоделирования, предпочтение должно отдаваться первому пути оценки ущерба. Этот путь обеспечивает возможность решения практически любых задач, требующих сведений об ущербе от нарушений электроснабжения. Однако реализация его пока встречает некоторые затруднения из-за отсутствия информации. Получение её требует проведения подробных расчётов для конкретного производства или характерной группы предприятий.

Если таких сведений нет, то приходится идти на использование макромоделей, полученных с наименьшей степенью агрегирования, т.е. по объектам, близким по составу к питаемым от рассматриваемой СЭС. При этом необходимо чётко представлять допустимые условия их применения.

Нарушения электроснабжения потребителя вызывают несколько составляющих ущерба, возникающих в разных взаимосвязанных системах. Обычно различают следующие составляющие:

- ущерб потребителей электроэнергии;

- ущерб потребителей продукции или услуг, при производстве которых произошло нарушение электроснабжения;

- ущерб окружающей природной среде;

- ущерб энергоснабжающей организации.

Последняя составляющая при анализе надёжности электроснабжения на уровне отдельной производственной СЭС обычно не рассматривается ввиду малого её влияния на суммарный ущерб. Составляющая, которая учитывает влияние на окружающую среду, в расчётах подобного рода также обычно не фигурирует, поскольку допустимое нормативными требованиями это влияние крайне ограничено, а реальное воздействие должно оцениваться по специальным методикам.

Отказы в питающих СЭС происходят относительно редко и достаточно быстро ликвидируются. Поэтому их влияние на смежные предприятия (особенно при наличии запасов, сырья и готовой продукции) не сказывается. Только при «жёсткой» связанности работы смежных предприятий с рассматриваемым производством эту составляющую необходимо учитывать в обязательном порядке. Так, перед началом проектирования следует проанализировать, к какой категории можно отнести внешние связи предприятия – к сильным (жёстким) или слабым.

Источники питания потребителей и построение схемы электроснабжения

 Категория: Выбор схем, напряжений и режимов присоединения промышленных предприятий к субъектам электроэнергетики

 Опубликовано 29.10.2013 21:26

 Автор: Administrator

 Просмотров: 537

Для крупных и средних предприятий существует несколько стадий (этапов) принятия технических решений, зависящих от параметров электропотребления: выбор площадки (трассы) строительства; подготовка запроса на получение технических условий на технологическое присоединение; разработка схемы электроснабжения с указанием всех мест присоединения 6УР и подстанций 5УР; согласование технических условий на присоединение. Во всех случаях необходимо участие электриков: в предпроектных работах, когда формируется инвестиционный замысел и обосновываются инвестиции; в инвестиционном проектировании, когда до рабочей документации разрабатывается технико-экономическое обоснование (проект, проектные соображения, технико-экономические расчеты, утверждаемая часть рабочего проекта).

Для мини-предприятий на напряжении 0,4 кВ, занимающих одно здание (ограниченную территорию) или часть его, как правило в районе с развитыми электрическими сетями, решение принимается в одну стадию. Чаще по коэффициенту спроса или комплексными расчетами определяют нагрузку Р'. Принимается один, два (по условиям надежности электроснабжения), три или больше вводов (по значению мощности или планировке). Готовят запрос в энергоснабжающую организацию, с которой и уточняются границы и место ввода 2 из 6УР. Вводный щит (шкаф) традиционно по условиям обслуживания (безопасности) устанавливают вблизи входа со свободным подходом во всех случаях.

Для мелких предприятий, питающихся от 3 из 6УР, возникают варианты питания и размещения ТП 10/0,4 кВ. Техническими условиями могут задаваться другие потребители, присоединяемые по 0,4 кВ. Технические решения также принимаются одностадийно.

При определении источников питания производств и цехов промышленного предприятия для построения схемы электроснабжения в целом должны быть соблюдены следующие общие требования:

обеспечение удобства и безопасности в эксплуатации, требуемая надежность в нормальном и послеаварийном режимах;

обеспечение экономии по капитальным вложениям, эксплуатационным расходам, потерям электроэнергии;

повышающаяся надежность электроснабжения при движении снизу вверх по уровням системы электроснабжения.

Аварии на более высоких уровнях (ТЭЦ, ГПП и т. д.) приводят к более тяжелым последствиям и охватывают большую зону предприятия.

Для реализации этих требований при построении системы электроснабжения исходят из следующих положений:

1. Источники высокого напряжения следует максимально приближать к потребителям электроэнергии, а прием ее рассредоточивать по нескольким пунктам на территории предприятия.

2. При выборе элементов схемы необходимо исходить из условия их постоянной работы под нагрузкой, при таком режиме повышается надежность электроснабжения и уменьшаются потери электроэнергии.

3. Следует предусматривать раздельную работу параллельных цепей схемы (ЛЭП, трансформаторов и т. п.), при этом снижаются токи КЗ, упрощаются коммутация и релейная защита подстанций.

Выбор площадки (трассы) для строительства производится до начала проектирования комиссией, которая рассматривает материалы генерального проектировщика, заключения заинтересованных сторон и составляет акт, утверждаемый заказчиком вместе с заданием на проектирование после обязательного согласования с местной администрацией.

На этой стадии достаточно определить основные электрические показатели, на основе которых решаются принципиальные возможности присоединения (наличие или сооружение источников питания энергосистем), кооперирование в части транспорта и ремонта (единичная масса наибольшего трансформатора, количество электродвигателей и их средняя мощность), обеспеченность людскими ресурсами (электровооруженность труда и производительность труда электриков).

После утверждения задания и открытия финансирования в составе ТЭО или до него разрабатывают схему электроснабжения предприятия (см. рис. 2.1. и 2.2) и схематический план промышленного узла с нанесением проектируемого предприятия и основных подстанций и сетей энергосистемы (см. рис. 2.8). Эти материалы вместе с балансами электроэнергии и проектными нагрузками направляют для получения технических условий, которые определяют 6УР.

В качестве исходных данных уже имеется предварительный генеральный план, на который электротехнический отдел (отдел специализированного или технологического института, выполняющий электроснабжение на стадии ТЭО) и другие сетевые и не основные отделы (выдают задание на размещение) наносят свои объекты. В результате всех заданий составляется таблица параметров электропотребления, содержащая Рmax.

Генплан и таблица вместе с неформализуемыми сведениями по особенностям технологии определяют заводские источники питания и схему электроснабжения. Опираясь на уровни системы электроснабжения, классифицируют объекты по Рmax, считая каждый из них самостоятельным. Объекты, тождественные мини-предприятиям, в такую таблицу не попадают. Исключение составляют специальные случаи, связанные, например, с потребителями особой группы I категории или с обеспечением качества электроэнергии (питание цепей управления электроприводами непрерывных линий). Электроснабжение отдельно стоящих зданий и сооружений 2УР осуществляется на стадии рабочей документации без специального рассмотрения в ТЭО.

Цеха известковый, огнеупорный, электроремонтный, металлоконструкций питаются от трансформаторов 10/0,4 кВ как потребители 3УР. Нагрузка доменного, прокатных (покрытий, гнутых профилей и др.) цехов делает необходимым сооружение в каждом из них РП 10 кВ, что образует в общем случае 4УР. Многое можно решить с помощью не технико-экономических расчетов, а профессионально-логического анализа. Например, для цеха изложниц достаточно установить шесть трансформаторов 61000 кВА и не сооружать РП 10 кВ. Но если в цехе намечается установка высоковольтных двигателей или рядом появляются сооружения, где также будут установлены трансформаторы (бытовые 2400 кВА, газоочистка – два высоковольтных ввода), то РП становится необходимым. В механическом и кузнечно-термическом цехах сооружаются свои РП, но если они расположены на расстоянии противопожарного разрыва с проездом,то можно принять одну распределительную подстанцию.

Группируя цеха по производству и генеральному плану, определяют нагрузки, представленные подстанциями 4УР и трансформаторами 3УР, составляющие в сумме 20–40 МВт и более для каждого района (цеха). Здесь возможны варианты. Например, для одного из заводов в блоке прокатных цехов (прокатное производство) в составе двух мелкосортных и двух проволочных станов, сред несортного, непрерывно-заготовочного станов и блюминга при расчетной нагрузке 180 МВт и единичной мощности двигателя блюминга 20 МВт была сооружена ПГВ – подстанция 220/10 кВ с трансформаторами 2х200 МВА. Для другого завода с таким же набором цехов было сооружено пять ГПП (ПГВ) на 110 кВ [2 (240) + 3 (263) МВА]. В первом случае от пуска первого цеха до последнего прошло 12 лет, во втором каждую подстанцию пускали вместе со своим (или с первым из группы цехов) цехом.

Очевидна необходимость сооружения ГПП для кислородной станции, горно-обогатительного производства, наиболее крупных прокатных цехов (станов). На количество ГПП сильно влияют наличие ТЭЦ и ее расположение. При размещении ее в центре завода (что сейчас не практикуется) и сооружении четырех и более секций на ГРУ – 10(6) кВ удавалось питать прокатные цеха на генераторном напряжении – передавать мощность до 40 МВт.

Используя фактические статистические данные (см. табл. 3.6) и результаты расчета электрических нагрузок комплексным методом можно определить нагрузки по производствам и цехам. Цех водоснабжения включает оборотные циклы (строятся вместе с цехами), а также административные и ремонтные здания. Чаще каждая насосная станция оборотного цикла с высоковольтными электродвигателями имеет свою распределительную подстанцию и обязательно ТП 10/0,4 кВ. Известны случаи сооружения ГПП специально для насосных станций (оборотный цикл крупных цехов, водозаборы, удаленные очистные сооружения). Рассредоточены объекты теплосилового, газового, транспортного цехов, цеха сетей и подстанций. Нагрузки этих объектов на последующих стадиях запитываются от ближайшей ГПП (или РП 10 кВ).

Определив предварительно подстанции 5УР (4УР) и составив схему (см. рис, 2.2), необходимо разработать варианты присоединения ГПП (РП) к энергосистеме, одновременно рассмотрев необходимость сооружения (расширения) источников питания энергосистемы, строительства или усиления электрических сетей. Строительство крупного и среднего заводов осуществляется очередями. Поэтому сооружение сразу нескольких УРП (ТЭЦ) энергосистемы не производится (см. рис. 2.2 – первой сооружали подстанцию 220/110 кВ «Лесная»).

За каждым из трансформаторов (см. рис. 4.3, ж, к–о) имеется распределительное устройство, принадлежащее энергосистеме, от которого питаются несколько потребителей. Заводские подстанции 5УР могут питаться от этого РУ непосредственно. При использовании таких РУ высокого напряжения (как это осуществлено ГПП-22, ГПП-24, ГПП-15 от 220 кВ подстанций «Восточная» и «Степная» – см. рис. 2.2) потребитель будет обеспечен питанием с высокой надежностью.

Допустив, что все трансформаторы (автотрансформаторы) установлены на напряжение 220/110 кВ (см. рис. 4.3), и приняв значение экономической мощности согласно табл. 4.2, можно считать, что двух линий 110 кВ достаточно для электроснабжения предприятия средней величины. Экономическая мощность одной линии от 10 до 60 МВт, при выходе ее из строя можно передавать по другой линии как предельную всю суммарную мощность (с соответствующим совмещением максимумов).

Магистральное питание

Рис. 4.4. Основные виды структур СЭС: а – радиальная сеть; б – магистральная сеть; в – кольцевая (замкнутая) сеть; г – петлевая сеть

От схем подстанций, представленных на рис. 4.3, а–в, в целом нельзя питать предприятия исходя из условий обеспечения надежности, схемы г–е достаточно распространены, но предпочтительнее питание заводских подстанций от отходящих линий, выполненных по схемам к–м (наиболее встречающимся).

Если принять трансформаторы на схемах рис. 4.3, а–е, з, и как заводские, то возникает вопрос о структуре системы электроснабжения, включающей трансформаторы и отходящие линии к потребителям 5УР–3УР. Существуют три вида питания (радиальное, кольцевое, магистральное) и четыре типа структуры: радиальная, магистральная, кольцевая, петлевая (рис. 4.4). Области применения структур имеют свои особенности для 5УР и для 3УР.

Для крупного предприятия необходимо напряжение 220 кВ и выше. На УРП энергосистем в этом случае устанавливают автотрансформаторы 220/110 кВ с предельными по экономической мощности ВЛ (см. табл. 4.3 и рис. 2.2). Присоединение ГПП на 220 кВ требует увеличения количества питающих линий. Наиболее приемлемой для предприятия по надежности и экономичности с учетом сооружения УРП за счет предприятия является схема с одной рабочей секционированной и обходной системой шин как на стороне 220, так и на стороне 110 кВ. В этом случае обеспечивается нужное количество присоединений и маневренность в различных режимах.

Внешнее электроснабжение (см. рис. 4.3) проектируется, как правило, институтом «Энергосетьпроект» на основе планов перспективного развития энергосистемы или отдельных ее частей в соответствии с заданием, полученным от генерального проектировщика на электроснабжение предприятия в целом, и выданными техническими условиями [ТЭО и проекты (как стадия) внутреннего электроснабжения (ГПП, ПГВ; воздушные и кабельные ЛЭП, токопроводы; РП и ТП; цеховые электрические сети)]. Сети проектируют последовательно во времени и в направлении сверху вниз, начиная с самого высшего уровня системы электроснабжения (предприятие в целом).

Рабочую документацию выполняют одновременно по всем уровням (см. рис. 2.3–2.7) независимо и параллельно. Внутреннее электроснабжение предприятий проектируется отраслевыми проектными и специализированными институтами (Гипрохим, Гипромез, «Тяжпромэлектропроект», «Электропроект» и др.). При проектировании электроснабжения больших предприятий к работе привлекают сразу несколько десятков проектных институтов. В этих случаях отраслевой проектно-технологический институт выступает в качестве генерального проектировщика, который осуществляет контроль за соответствием технических решений на стадии рабочей документации утвержденному ТЭО (проекту) и техническим условиям, стоимостям и параметрам электропотребления (с конца 90-х годов эту функцию взял на себя руководитель проекта – «управляющий проектом»).

За рубежом и в нашей стране все большее распространение получает разработка предложений-тендеров (tender), которые представляют на рассмотрение предполагаемому заказчику. В тендере кратко представлены технические решения по сооружению, расширению, реконструкции предприятий, цехов, отдельных агрегатов и других объектов (для оценки необходимости инвестиций). Электрики должны разрабатывать схему электроснабжения для формулировки требований к энергосистеме и разделения границ, для принятия условий на присоединение и для определения затрат.