volume-1_section-1

10

СЕКЦИЯ1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХПРЕДПРИЯТИЙ

ОСОБЕННОСТИДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КЛЮЧЕВСКОГОНЕФТЯНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

В.С. Великосельский Томский политехнический университет

ЭЛТИ, ЭСПП, группа 9332

Децентрализованные потребители преобладают в малоосвоенных районах страны, но и в областях, включенных в единую энергосистему, их достаточно.

Мой дипломный проект посвящен электроснабжению Ключевского нефтяного месторождения, поэтому расскажу об особенностях электроснабжения децентрализованных потребителей электроэнергии на примере данного месторождения.

При проектировании децентрализованных систем электроснабжения обычно рассматриваются следующие варианты построения источников электроэнергии: дизельная электростанция, ветроустановка, солнечная электроустановка, микрогидроэлекростанция.

В данном случае мы имеем дело с большим, порядка сотен километров, удалением от освоенных районов области, что при сравнительно низкой суммарной установленной мощности электроприемников (3,6 МВт) обуславливает нецелесообразность применения ВЛЭП для построения электроснабжения месторождения. Альтернативные источники энергии также не будут эффективны в данном случае, так как ветровая нагрузка в данном районе непостоянна, низка солнечная активность и отсутствуют мощные потоки воды, способные приводить в действие микрогидроэлектростанцию. На рисунке приведена принципиальная схема питающих сетей 6 кВ, которая дает представление об электроснабжении Ключевского месторождения. Источником электроэнергии в данном случае является энергоблок, состоящий из 3-х газопоршневых и одного дизельноо генератора марки

Caterpillar.

На стадии проектирования можно выделить следующие основные проблемы:

-электроснабжение кустов осуществляется по ВЛЭП напряжением 6 кВ. Удаленность кустов от источника питания обуславливает

11

большие потери напряжения, что неблагоприятно отражается на потребителях электроэнергии.

-основные электроприемники месторождения – электроприводы, управляемые тиристорными преобразователями. Их суммарная установленная мощность близка к мощности генераторов. Тиристорные преобразователи, питающих регулируемые электроприводы лебедки, ротора и насосов мощностью по 1000 кВт обуславливают появление в питающем напряжении высших гармонических составляющих. Искажения питающего напряжения такой величины неблагоприятно влияют на работу генераторных установок и на работу других электроприемников.

-на месторождении имеется большое количество электроприемников, требующих бесперебойного питания электроэнергией, имеющие повышенные требования к качеству потребляемой электроэнергии.

С большим падением напряжения в ВЛЭП можно бороться переключением отпаек трансформаторов понижающих КТПН.

Для улучшения качества питающего напряжения и, следовательно, повышения надежности и безотказности производства работ, принимаются следующие меры:

-совершенствуется система компенсации реактивной мощности на буровых установках. Для этого вместо батарей статических конденсаторов предлагается применять выпускаемые промышленностью фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ). ФКУ состоит из включенных последовательно конденсаторов и дросселей, образующих фильтры высших гармонических составляющих тока и может генерировать на общие шины 6 кВ емкостную реактивную мощность до 1000 кВАр.

-предлагается устанавливить тиристорный преобразователь (ТП) на общие шины НН в комплектное тиристорное устройство, закороченный по силовому выходу постоянного тока на сглаживающий дроссель. ТП работает с углами управления близкими к 90о и потребляет с общих шин НН реактивную мощность, величина которой зависит от величины тока ТП Управление тиристорным преобразователем осуществляется, как правило, системой автоматического регулирования (САР). В зависимости от необходимого режима работы САР позволяет:

-поддерживать на общих шинах ВН заданный баланс реактивной мощности;

-поддерживать на общих шинах ВН заданный уровень напряже-

ния;

12

-поддерживать cosφ=1, при этом буровая установка не будет потреблять из сети, либо отдавать в сеть реактивную мощность.

По предварительной оценке предложенные мероприятия позволяют улучшить качество электроснабжения, продлить срок службы электрооборудования, а также существенно уменьшить затраты на обслуживание и ремонт (до 7%).

Некоторые электроприемники, такие, как компьютеры, собирающие информацию с микропроцессорных счетчиков, станции управления погружных насосов и другие, требующие непрерывного электропитания, нуждаются в установке источников бесперебойного питания (ИБП). Источник бесперебойного питания - это автоматическое устройство, основная функция которого – питание нагрузки за счет энергии аккумуляторных батарей при попадании сетевого напряжения или выхода его параметров (напряжение, частота) за допустимые пределы. Кроме этого, в зависимости от схемы построения, ИБП корректируют параметры электропитания. Различают три схемы построения ИБП: резервный (off-line), интерактивный (line-interaktive) и он-лайн (on-line). Проведенный анализ схем построения ИБП покзал, что наиболее перспективным вариантом является схема он-лайн (on-line), которая рекомендуется к установке на предприятиях. Принцип работы он-лайн ИБП построен на двойном преобразовании напряжения: ходное напряжене трансформируется в постоянное при помощи выпрямителя, а затем обратно в переменное напряжение при помощи инвертора. Он-лайн ИБП используется для питания файловых серверов и рабочих станций локальных вычислительны сетей, а также любого другого оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания. Считается, что схема онлайн является самым совершенным на сегодняшний день решением, позволяющим полностью защитить нагрузку от всех существующих неполадок электропитания.

Научный руководитель: Г.Н. Климова, к.т.н., доцент, ЭСПП, АЭЭФ, ЭЛТИ, ТПУ.

13

ОСОБЕННОСТИРАСЧЕТАУСТАВОКРЕЛЕЙНОЙЗАЩИТЫ СИСТЕМЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯКОНЕЧНОЙМОЩНОСТИНА ПРИМЕРЕНЕФТЯНОГОМЕСТОРОЖДЕНИЯ«СНЕЖНОЕ»

С.Н. Ложников Томский политехнический университет

ЭЛТИ, ЭСПП, группа 9331

В нашей стране существует разветвленная электрическая сеть, которая питает важные технические объекты. Но не достатком этой сети является то, что не везде возможно произвести питание от этой сети. Решая эту проблему, используют локальные сети которые распространяются только по территории малой области. Генерируемые мощности в таких сетях очень малы по сравнению с мощностью глобальной сети. Для уменьшения вероятности повреждения генератора необходимо предъявлять жесткие требования к срабатыванию средств релейной защиты.

Расчет токов короткого замыкания ведется в соответствии с утвержденной методикой. Но необходимо учесть, что при проектном расчете зачастую параметры отличаются до 10% от действительных параметров оборудования, а необходимо работать непосредственно с паспортными данными установленного аппарата. Поэтому к схемам замещения для реального объекта необходимо подойти с большей ответственностью. Также при расчетах токов КЗ в распределительных сетях 6-35 кВ необходимо учитывать активное сопротивление ли-

ний[1,4].

Для расчетов токов короткого замыкания необходимо составить схему замещения [1] на которой приведены мощности нагрузки, для расчета максимальной токовой защиты (МТЗ), параметры элементов сети, и точки для которых необходимо рассчитать токи КЗ. Схема замещения для месторождения приведена на рисунке 1.

14

Рис. 1. Схема замещения для расчета токов КЗ месторождения «Снежное»

Особенности расчета токовых защит линий.

Расчет параметров срабатывания максимальных токовых защит главным образом состоит из выбора тока срабатывания органов защиты и выбора времени задержки по току. Для токовых отсечек чаще всего выбирается только установка по току, но иногда- и уставка по времени.

Ток срабатывания МТЗ выбирается в амперах по условию, несрабатывания зашиты при сверхтоках послеаварийных перегрузок,

I = Кн Ксзп I

сз IВ раб.мах

где Кн =1.0-1.4 коэффициент надежности, Ксзп- Коэффициент самозапуска, выбираются по условию обеспечения необходимой чувствительности защиты ко всем видам КЗ [1,2].

Для выбора минимального значения тока в реле рассматриваются все виды КЗ. Например, для двухфазной схемы МТЗ защищаемой линии ток для реле нужно выставлять, исходя от токов двухфазного КЗ. А при тех же видах КЗ, но за трансформатором с соединением обмоток Y/D или D/Yo, присоединенном к защищаемой линии, важно учесть схему выполнения защиты: для двухрелейной схемы расчетное значение

следовательно, чувствительность защиты повышается в 2 раза и получается одинаковой при трехфазном и всех видах двухфазных КЗ. Надо

15

отметить ,что чувствительность защиты оценивается по наибольшему из вторичных токов любой из фаз, проходящих по устройству релейной защиты. Т.к. ТП питаются от линии отпайками для повышения чувствительности при дальнем резервировании на месторождении используется трех релейная схема защиты линии.

Выдержка времени вводится для замедления действия защиты с целью обеспечения селективности действия защиты последующего элемента по отношению к защитам предыдущих элементов. Так как на месторождении не предусмотрена защита трансформаторов на ТП, тогда необходимо согласовывать время срабатывания защиты с автоматическими выключателями по стороне 0,4 кВ. Иначе из-за неселективной работы защита отключатся присоединения работающие нормально.

Преимуществом токовых защит в локальных сетях, из-за их простоты в схеме электроснабжения, является то, что в них не происходит накопления выдержек времени от звена к звену. А так как линии питаемые от ЗРУ на месторождении должны отключаться раньше генераторов питающих шины, для того чтобы станция осталась в работе, время срабатывания МТЗ линии должно быть меньше времени срабатывания МТЗ генератора и тем более токовой отсечки на генераторе. При этом условии, можно будет заменить питающую промысел линию на работающую без останова и вторичного пуска энергокомплекса.

Основной недостаток МТЗ заключается в наличии относительно большой выдержки времени. Поэтому максимальную токовую защиту применяют совместно с быстродействующей токовой отсечкой. Селективность токовой отсечки обеспечивается соответствующим током срабатывания. Ток срабатывания отсечки выбирается большим максимального тока в месте установки защиты. Токовая отсечка, как правило, не защищает всей длинны линии и не может быть основной за-

щитой [1,3].

Но для защиты в сетях малой мощности, для уменьшения ущерба оборудования, отсечка выполняется чувствительной к КЗ в любой точке линии. Для этого отстройку следует проводить на трехфазное КЗ со стороны низшего напряжения трансформатора самой удаленной и мощной КТП.

Такая методика расчета уставок, для срабатывания релейной защиты, значительно занижает токи срабатывания т.к. расчет идет на то, что трансформатор ограничивает мощность короткого замыкания, тем самым снижая расчетные токи КЗ.

16

Кроме того при отстройке токовой отсечки линии, по которой питается несколько трансформаторов, необходимо проверить надежность несрабатывания отсечки при суммарном значении бросков тока намагничивания всех трансформаторов, подключенных к защищаемой линии[3].

Особенности защит генераторов.

В цепях статоров генераторов возможны междуфазные КЗ, а также замыкания на землю, межвитковых замыкания. Эти повреждения приводят к выгоранию изоляции обмоток, и выплавлению стали статора. Поэтому устройства РЗиА должны очень быстро снять возбуждение и отключить поврежденную машину или машину работающую на КЗ на ее зажимах.

Ток междуфазного КЗ зависит от места повреждения. Для двухполюсного генератора, отключенного от сети, ток трехфазного КЗ может быть определен ориентировочно из выражения

где α- доля замкнувших витков, т.е. отношение числа замкнувших витков к общему числу витков обмотки, Еффазная ЭДС генератора, Rппереходное сопротивление в месте повреждения, R и Х – активное и реактивное сопротивление фазы генератора[3,4].

Синхронные генераторы как правило работают на генераторном напряжении 3-10 кВ, а следовательно с изолированной нейтралью. Значение тока однофазного КЗ на землю зависит как от эквивалентного сопротивления сети по отношению к земле, так и от места замыкания и оказывается прямо пропорциональным доле замкнувших витков α. Ток замыкания на землю приблизительно равен :

Iα(1) =3 α ω Соэк Еф

где ω- круговая частота напряжения сети, Соэкэквивалентная емкость фазы сети на землю.

Непосредственную опасность для машин представляют однофазные замыкания, при которых в месте повреждения возникает дуга, оплавляющая активную сталь статора. Необходимо отключать поврежденную машину, если ток замыкания на землю превышает 5А.

При расчете токовой отсечки обычно отстраиваются от тока трехфазного КЗ, а коэффициент. отстройкиКотс принимают 1.1-1.3

Iсз = Котс IКЗ(3)

Ток срабатывания реле вычисляют по следующей формуле

IСР = КсхКч IСЗ

17

Для защиты генератора принимаем Котс=0,8-0,9 это ускорит срабатывания защиты, Ксхзависит от соединения трансформаторов тока.

Работа МТЗ отслеживает перегрузки генератора и отстраивается зависимости от номинального тока генератора указанного в технической документации на конкретный генератор.

Заключение

Рассмотренные выше методы расчета и выборы коэффициентов, применительно к электроснабжению месторождения позволяют определить уставки релейной защиты. Применяя указанные особенности расчета уставок сетей конечной мощности можно снизить вероятность работы в ненормальных режимах, а так же повысить чувствительность срабатывания защит. И как следствие увеличить срок службы дорогостоящего оборудования и повысить надежность функционирования системы.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Шабад М.А. Максимальная токовая защита. - Л.: Энергоатомиз-

дат, 1991.- 96 с.

2.Соловьев А.Л. Методика расчета уставок для защит серии

Sepam. - С.Петербург: 2006.- 70 с.

3.Кривенко В.В. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1981.- 328 с.

4.Справочник по релейной защите. Под ред. М.А. Берковича - М.- Л.: Госэнергоатомиздат, 1963.- 512 с.

Научный руководитель: Н.Г.Волков к.т.н., доцент, ЭСПП, ЭЛТИ, ТПУ.

ПОВЫШЕНИЕНАДЕЖНОСТИ ИУРОВНЯАВТОМАТИЗАЦИИ ПОДКЛЮЧЕНИЯПОТРЕБИТЕЛЕЙЭНЕРГИИКСЕТЯМ6-10 кВ

А.С. Марулёв Томский политехнический университет

ЭЛТИ, ЭСПП, группа 9331

Традиционно наиболее слабым звеном в системе электроснабжения являются воздушные распределительные сети 6(10) кВ – последний этап на пути электрической энергии к почти всем сельскохо-

18

зяйственным потребителям (птицефабрикам, фермерским хозяйствам и др.), коттеджным поселкам, а также городам с малоэтажной застройкой, средним и малым промышленным предприятиям, электрифицированным железным дорогам, газопроводам и нефтепроводам.

Первоочередным мероприятием, направленным на повышение надежности электроснабжения в условиях значительной протяженности распределительной сети 10 кВ и нашедшим широкое применение, является многократное резервирование линий. Однако, практика показала, что традиционные способы резервирования недостаточно эффективны. Требуется их дальнейшее совершенствование. В частности, в действующих сетях при наличии сечений проводов, уменьшающихся к концу линий, невозможно обеспечить полноценное электроснабжение потребителей в послеаварийных режимах только сооружением резервных перемычек. Кроме того, их наличие усложняет оперативное обслуживание сети, снижает уровень безопасности.

Традиционно проблема «длинных фидеров» в отечественной электроэнергетике решалась путем разукрупнения линий 10 кВ за счет сооружения новых подстанций, а также строительства новых линий 10 кВ, разукрупняющих существующие. Однако разукрупнение линии 10 кВ – мероприятие, во-первых, требующее значительных капитальных затрат, а во-вторых – иногда просто невозможное в силу конкретных местных особенностей прохождения линии.

Зарубежный опыт говорит о том, что выходом из сложившейся ситуации (при этом, как правило, более дешевым) может быть децентрализованная автоматизация аварийных режимов работы распределительной сети.

Суть децентрализованной автоматизации заключается в оснащении распределительной сети пунктами автоматического секционирования, которые позволяют отключать только аварийных участок сети на базе локальной информации о повреждении, обрабатываемой непосредственно в самом пункте без использования каких-либо каналов связи (рис. 1). За счет того, что из строя выводится только конкретный участок сети, уменьшается число потребителей, на которых одновременно может отразиться повреждение. Благодаря повышению быстродействия релейной защиты и автоматики, сокращается длительность перерывов электроснабжения.

19

Аппаратом, который позволяет реализовать принцип децентрализованной автоматизации сети является вакуумный реклоузер.

Реклоузер (от английского recloser – переключатель) – пункт автоматического секционирования воздушных распределительных сетей столбового исполнения.

Реклоузер объединил практически все виды противоаварийной защиты и автоматики, применяемые в распределительных сетях: многократное АПВ (автоматическое повторное включение), АВР (автоматический ввод резерва), МТЗ (максимальная токовая защита), ЗЗЗ (защиты от замыканий на землю), и др. На протяжении всего срока службы реклоузер не нуждается в каком-либо обслуживании. На западе такие устройства относятся к системе «maintenance-free» (англ. – без обслуживания).

Реклоузер допускает, но не требует наличия каналов связи с центром питания, тем самым обеспечивая полностью автономную работу, и дает возможность проводить децентрализованное управление автоматикой распределительных сетей. Кроме того, реклоузер позволяет в режиме реального времени вести различные журналы оперативных и аварийных режимов в распределительной сети. Это дает возможность проводить комплексный анализ работы сети, планировать ее оптимизацию и развитие, визуализировать сеть, осуществлять местную и дистанционную реконфигурацию.

Реклоузер – это надежное и довольно простое в эксплуатации устройство, позволяющее отключать токи короткого замыкания за минимальное время, при этом за такое же время восстанавливать электроснабжение на не поврежденных участках.

Надежность электроснабжения - одно из направлений, где можно применять данное устройство. С другой стороны, реклоузеры обладают очень мощным энергосберегающим потенциалом. Благодаря тем алгоритмам, которые в них встроены, можно вести технический