Разработка автоматизированной системы управления энергохозяйством Сосногорского ЛПУМГ

Включение ячеек MCset в АСУ ЭС позволит решать задачи оптимизации системы электроснабжения. Это означает поиск путей для снижения прямых и косвенных эксплуатационных расходов и для обеспечения бесперебойной подачи электроэнергии. Для достижения этой цели ячейки MCset предоставляют необходимую информацию о работе ЦРП-10 кВ.

Определение максимального  режима работы сети электроснабжения

Так как планируется  строительство электростанции собственных нужд на КС «Ухтинская» на базе газотурбогенераторов ГТГ-1800 с трехфазными синхронными генераторами с выходным напряжением 10,5 кВ, то можно предложить следующий режим работы сети представленный на рисунке 1.6. ЭСН будет основным источником питания как для потребителей на КС «Ухтинская», так и потребителей КС-10, то есть два основных ввода на ЦРП-10 кВ будет от ЗРУ-10 кВ расположенного в здании ЭСН. В качестве третьего ввода будет использоваться один ввод от энергосистемы, который будет работать в параллель с ЭСН, второй ввод от энергосистемы отключен, и будет использоваться в качестве резервного. Таким образом, необходимо определить количество постоянно работающих генераторов на ЭСН, при этом примем, что генераторы будут брать на себя всю нагрузку, располагающуюся на территории двух КС. Известно, что в среднем за год КС-10 потребляет , тогда расчетная мощность потребителей составит

 

,

(1.2)

 

где – потребляемая электроэнергия, за год;

 – число часов в году.

 кВт.

Мощность, потребляемая электроустановками КС «Ухтинская»  , составляет . Таим образом, полная мощность, которую должны обеспечить генераторы ЭСН, составит

 

,

(1.3)

 

 кВт.

При работе генераторов  с сетью с нулевым перетоком  мощности возможны следующие варианты (номинальная мощность 1-го турбогенератора  ):

• 3 турбогенератора в работе, тогда каждый работает с загрузкой 1122,5 кВт, при аварии (выходе одного генератора из строя) будет работать два генератора с загрузкой 1683,8 кВт, генераторы близки к перегрузке.
• 4 турбогенератора в работе, тогда каждый работает с загрузкой 841,9 кВт, при аварии (выходе одного генератора из строя) будет работать три генератора с загрузкой 1122,5 кВт (на 62%).

Таким образом, для обеспечения  нормальной надежной работы системы  необходимо, чтобы в работе постоянно  находилось 4 турбогенератора.

Расчет токов короткого замыкания

Рассчитаем ток трехфазного короткого замыкания на шинах ЦРП-10 кВ. Для этого составим схему замещения прямой последовательности (рисунок 1.7). Определим сопротивления элементов входящих в схему замещения.

Сопротивление турбогенератора  ГСБ-18000-10,5-1500УХЛ2

 

,

(1.4)

 

 Ом.

 

,

(1.5)

 

 кВ.

Сопротивление системы, определим, зная ток трех фазного  к.з. на шинах ЗРУ-10 кВ ПС-110/35/10

 

,

(1.6)

 

Ом.

Активное и реактивное сопротивление кабельной линии ААБ2 (3х185) от ЗРУ-10 кВ на ПС-110/35/10 до ЦРП-10 кВ

 

, .

(1.7)

 

 Ом,

 Ом.

Активное и реактивное сопротивление воздушной линии  АС-150 (3х150) от ЗРУ-10 кВ на электростанции собственных нужд до ЦРП-10 кВ

 

, .

(1.8)

 

 Ом,

 Ом.

Активное и реактивное сопротивление трансформаторов расположенных в КТП-10/0,4 кВ

 

, .

(1.9)

 

Трансформатор с номинальной  мощностью 1000 кВА (Т1, Т3, Т6, Т11)

Ом,

Ом.

Трансформатор с номинальной  мощностью 630 кВА (Т2, Т5, Т8, Т9)

Ом,

.

Трансформатор с номинальной мощностью 400 кВА (Т4, Т7, Т10, Т12, Т13)

Ом,

 

Ом.

Для определения токов  к.з. в максимальном режиме определим  эквивалентные сопротивления и  ЭДС. Значения эквивалентных сопротивлений и соответствующих токов 3-х фазного к.з. представлены в таблице 1.9. Ток 3-х фазного к.з. определяется по формуле

 

,

(1.10)

 

где – эквивалентное ЭДС, кВ;

 – эквивалентное сопротивление  до точки к.з., Ом.

 

Таблица 1.9 – Расчет токов к.з. в максимальном режиме

Точка к.з.	Эквивалентное  сопротивление
1	1,34	4,701
2	7,59	0,830
3	11,07	0,570
4	7,50	0,841
5	13,77	0,458
6	10,97	0,575
7	7,47	0,844
8	13,92	0,453
9	11,02	0,572
10	11,03	0,572
11	13,87	0,455
12	7,61	0,829
13	13,77	0,458
14	13,88	0,454

 

Определим ток 3-х и 2-х  фазного короткого замыкания  в минимальном режиме работы энергосистемы. В минимальном режиме работает два  генератора, соответствующие эквивалентные  сопротивления приведены в таблице 1.10.

Ток 2-х фазного к.з. определится по формуле

 

,

(1.11)

 

Таблица 1.10 – Расчет токов к.з. в минимальном режиме и токов замыкания на землю

Точка к.з.	Эквивалентное сопротивление
1	3,43	1,836	1,590	0,21
2	9,68	0,651	0,564	1,46
3	13,16	0,479	0,415	1,06
4	9,59	0,657	0,569	0,88
5	15,86	0,398	0,344	0,44
6	13,06	0,483	0,418	0,47
7	9,56	0,660	0,571	0,68
8	16,01	0,394	0,341	1,25
9	13,11	0,481	0,417	0,78
10	13,12	0,481	0,416	0,83
11	15,96	0,395	0,342	0,99
12	9,70	0,650	0,563	1,56
13	15,86	0,398	0,344	0,43
14	15,97	0,395	0,342	1,04

 

Определим токи замыкания  на землю по формуле

 

,

(1.12)

 

где - емкость 1 км фазы сети относительно земли, Ом/км.

 – длина кабеля от трансформатора 110/35/10 на понизительной подстанции до конца защищаемого кабеля, км.

Значения токов замыкания  на землю представлены в таблице 1.10.

Проверка электрических  аппаратов установленных в ячейках ЦРП-10 кВ

Вводные и отходящие ячейки тип AD1 укомплектованы выключателями LF1 со следующими данными:

 – номинальное рабочее  напряжение, кВ;

 – номинальный ток отключения, кА;

 – ток термической стойкости,  кА;

 – допустимое время действия  тока термической стойкости, с;

 – динамической стойкости,  кА;

 – время отключения, с.

Проверка выключателя  по электродинамической стойкости

 

,

(1.13)

 

,

.

Проверка выключателя  по термической стойкости

 

,

(1.14)

 

где – тепловой импульс от тока,

– предельный сквозной ток, кА;

 – время срабатывания защиты, с.

,

.

Следовательно .

Проверка выключателя  по отключающей способности

 

,

(1.15)

 

где – периодическая составляющая тока к.з., А;

 – апериодическая составляющая тока к.з., А;

 – постоянная времени затухания  апериодической составляющей тока  к.з., с;

,

.

Следовательно, условие  по отключающей способности выполнено.

Проверим разъединителя  установленного в шкафу секционного разъединителя типа GL1.

Проверка разъединителя  по электродинамической стойкости

.

Проверка разъединителя  по термической стойкости

.

Выбор защит  КТП-10/0,4

Произведем выбор уставок  защит для оной из цеховых КТП (ТП-1). В реле Sepam 2000 используются следующие защиты: максимальная токовая защита и токовая отсечка с действием на отключение, защита от перегрузки и защита от замыканий на землю с действием на сигнал.

Токовая отсечка

Ток срабатывания токовой  отсечки выбираем по условию отстройки от максимального тока 3-х фазного к.з. за трансформатором 1000 кВА [3]

 

,

(1.16)

 

где – коэффициент надежности;

 – максимальный ток 3-х  фазного к.з. за трансформатором  1000 кВА.

А.

Чувствительность к  току двухфазного к.з. в месте  установки защиты в минимальном  режиме работы электросети

 

,

(1.17)

 

.

Максимальная токовая  защита

Ток срабатывания МТЗ  выбираем по условию отстройки от тока самозапуска

 

,

(1.18)

 

где – коэффициент самозапуска;

 – коэффициент возврата  реле;

 – номинальный ток трансформатора, А.

А.

Время срабатывания МТЗ  выбираем по условию согласования с  отсечкой секционного выключателя 0,4 кВ КТП

 

,

(1.19)

 

с.

Защита от перегрузки

Ток срабатывания защиты

 

,

(1.20)

 

А.

Время срабатывания защиты принимаем 10с.

Защита от замыканий  на землю

 

,

(1.21)

 

где – коэффициент учитывающий бросок емкостного тока.

А.

 

2. Анализ промышленных шин для систем автоматизации

 

Одним из требований предъявляемых к современным автоматизированным системам с распределенным интеллектам, к которым относится разрабатываемая АСУ-Э, это использование унифицированных средств и систем автоматизации, программно-технических комплексов и интерфейсов взаимодействия уровней управления. По мере того, как интеллект системы становился все более распределенным, все очевиднее проявлялась потребность в общем, стандартном средстве связи, как между отдельными интеллектуальными устройствами, так и между ними, что позволило бы упростить визуализацию и управление контролируемым процессом. В результате появилось нескольких стандартов промышленных шин, применяемых в качестве средств связи различных устройств на цеховом уровне.