МИНИСТЕРСТВО МОНТАЖНЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ СССР

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «ЭЛЕКТРОМОНТАЖ»

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНЫЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

ТЯЖПРОМЭЛЕКТРОПРОЕКТ

ттт Ф.Б. ЯКУБОВСКОГО

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ СО СПЕЦИФИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ

НАЧАЛЬНИК ОТДЕЛА

В.В.Менчик

ОТВЕТСТВЕННЫЙ ИСПОЛНИТЕЛЬ

Т.Г.Лякишвва

МОСКВА 19 91

Система электроснабжения современного крупного металлургического предприятия по своей сложности, масштабам и режимам работы конкурирует с энергосистемами. Напряжение ПО кВ, считавшееся ранее системным, превратились в распределительное: напряжение по заводу; распределительным становится напряжение Ш0-2ЖкВ. На чертеже М64827-В приведена в качестве иллюстрации к сказанному структурная схема электроснабжения 110-220 кВ современного крупного металлургического производства*

В целях сокращения потерь электроэнергии и повышения надежности электроснабжения сокращается до минимума количество промежуточных трансформаций и коммутаций. Весьма эффективным средством достижения этих целей является глубокий ввод.

Система электроснабжения современного крупного предприятия строится по блочному принципу, исходя, как правило, из раздельной работы трансформаторов и линий. В большинстве случаев этого оказывается достаточно для бесперебойного питания электроприемников. Однако значительная протяженность сетей IIQ-22Q кВ, обусловленная широким внедрением глубоких вводов, приводит, как показывает опыт эксплуатации, к частым повреждениям и отключениям линий 1X0-220 кВ, что расстраивает сложный технологический процесс прокатного стана*

"Развал” технологической цеди происходит из-за повышенной чувствительности тиристорных преобразователей стана к внезапным перерывам электроснабжения и из-за недостаточного быстродействия устройств АВР.

Так, минимальное напряжение надежной работы тиристорных преобразователей составляет 0,9 V ном. В то же время низковольтная аппаратура, используемая в схемах управления электродвигателей переменного тока, имеет напряжение отпадания _v Иотп=(0,6-*0,65)1/ ном*

В то же время при частичной параллельной работе трансформаторов $ параллельная работа - на стороне Ш, раздельная на стороне ЕЙ) симметричное повреждение одного из источников приводит в отличив от раздельной работы, к уменьшению напряжения у всех потребителей данной подстанции, величина кото-

IW57-3

рого зависит от удаленности повреждения и не превышает величину 0,5 И ном. При несимметричных повреждениях в пяташей сети: на шинах Ж обеспечивается более высокий уровень остаточных фазных и линейных напряжений, однако, и он оказывается значительно ниже минимально допустимой величины 0,9 tf вом.

Следовательно, повреждения впитаювей сетйпри частичной параллельной работе трансформаторов будут приводить,как и при раздельной работе трансформаторов, к аварийным остановкам станов со всеми вытекающими отсюда последствиями. Более тою, частичная параллельвая работа трашформаторов повшает уязвимость проката) го стана к ваешным перерывам электроснабжения, ибо последние" буду* 4»зникать при повреждениях во всей питающей сети, В то же время применение раздельной или параллельной работы трансформаторов ГПП на стороне Ш при одновременном их подключении к половине пяташей сети, имеющей дву сто рош нее шатание, вдвое снижает уязвимость стана к вшашным перерывам электроснабжения из-ва уменьшения их количества,

. Следовательно, параллельная работа трансформаторов на стороне Щ в сочетании с раздельной работой на стороне Щ.

;.не является средством повышения надежности электроснабжения Прокатною Стана,

'Кроме того, при частичной параллельной работе через трансформаторы возможнопротекание уравштельногб тока 1у|, обусловленного разность» потенциалов межд? источяиками пита-ния и опредяемого по приближенной формуле

•^гдв

Ином

Ск - напряжение короткого замыкания трансформаторов;

,'р Щ'у

£ ^ напряжения нетечнюсов; кВ*

Wi59-3

IX ном х,§ - номинальные напряжения источников, кВ;

Хур    -    уравнительный    ток (в полях от номинального

тока трансформатора)

Протекание уравнительного тока через трансформаторы связано с необходимостью завышения мощности трансформаторов, что снижает технико-экономические показатели системы электроснабжения*

- Следует отметить также, что параллельная работа трансформаторов ГПП и НТВ на стороне НН приводит к значительному увеличению токов короткого замыкания в сети НН, что усложняет схему электроснабжения и ухудшает ее технико-экономические показатели*

Ввиду оказанного параллельная работа трансформаторов ГПП и НТВ на стороне НН в сочетании с раздельной работой на стороне Ш для электроснабжения прокатных станов не применяется*

При проектировании ГПП или НТВ обращается особое внимание на величину системной составлявшей тока короткого замыкания на шинах НН, Как известно, короткие замыкания в сети НН трансформаторов могут вызвать в сети Ш снижение напряжения, превышающее допустимую величину для потребителей (электродвигателей, тиристорных преобразователей), подключенных к другим ИШ и ПЕВ, Снижение напряжения в сети Ш предприятия при К.З, в сети НН панной ГПП определяется по формула

А Нее. = j~ $&Щепо.е. ' ^гт

Л U - снижение напряжения в сети ВН при К,3, в сети НН;

-S кн - системная составляющая мощности &х фазногоиК*3₀ в сети НН;

£кв - системная составляющая мощности 3-х фазного К.З.

в сети Ш.    *    .

Как указывалось ранее, допустимое снижение напряжения составляет:

- для электродвигателей - (0,35-0,4) 1| ном;

IW57-3

- для тиристорных преобразователей - 0,1 Ином*

Таким образом максимально допустимое значение системной составившей модности 3-х фазного К.З. в сети НН данной ГШ составляет:    *

S ^кнд_0П * (0,35-0,4) $ кВ - при наличии на предприятии электродвигателей:

S кНдоп = 0,1 S КВ - при наличии на предприятии тиристорных преобразователей*

Для электроснабжения главных приводов прокатных станов в стране применяется напряжение 6-10 кВ с широким использова- j нием понижающих трансформаторов с развепленной на две ветви обмоткой низшего напряжения (НН)* Применение для этой ы,вви напряжения 35 кВ, используемого для мощных электросталвплавильных печей, связано с применением понижающих двухобмоточных трансформаторов без расщепления обмотки НН. Применение напряжения 35 кВ является для отечественных станов новш техническим решением, позволяющим несколько упростить схему, уменьшить потери электроэнергии и количество единиц СКУ, однако суммарная мощность СКУ при переходе от 10 кВ j* 35 кВ не уменьшается*

Кроме того, переход на более высокий класс напряжения связан с применением значительно более дорогостоящего электрооборудования* Широко применяемые в стране глубокие вводы 110-220 кВ сокращают до минимума протяженность сетей Ш, поэтому экономия потерь электроэнергии за счет повышения напряжения электроснабжения незначительна.

Более подробно этот вопрос изложен в приложении I*

.Подключение трансформаторов 110-220 кВ к сети выполняется, как правило, с помощью кабелей I10-220 кВ (с пластмассовой изоляцией или маедонаполненных) по схеме "блок-ляния--траЬсформатор"*

Предусматривается передача отключающих сигналов (ГЮС) от завит трансформаторов IIQ-220 кВ на головные выключатели по кабелям связи*

Питашая сеть 6*10 кВ от трансформаторов ГШ выполняется 8-т фазным симметричным токо проводом, от заводских источников - кабелями. Распределительная сеть 6-10 кВ выполняется кабелями. С цевью повышения удобства эксплуатации и сокращения протяженности кабельных сетей 6-10 кВ в прокатных цехах и комплексах предусматривается необходимое количество распределительных подстанций (РП)ь в первую очередь - в местах сосредоточения двигателей. Питание РП осуществляется по радиальным схемам.

Питание цеховых подстанций осуществляется, как правило, по магистральной схеме* при этом под одну магистраль подключаются трансформаторы только одшгг"электропомещения в количестве на более двух-трех*

При магистральном питании трансформаторов технологических агрегатов количество трансформаторов, подключаемых к одной магистрали, определяется требованиями технологии*

В качестве примеров на следующих чертежах приведены схемы электроснабжения ряда прокатных станов;

на чертежах MS4827-9, II и 12 - комплекс стана 2500 на чертежах М37640-30,-“ 31 - комплекс стана 2000 холояной

да0кагки|ИАМ^ К

на чертеже МЗЮ,8М64277-ЭП2 .-2 комплекс стана 2000 горючей прокатки алюминия.

Ш. КАЧЕСТВО ЭЖШ-СГРИЧЕСШЙ ЭНЕРГИИ, КОМПЕНСАЦИЯ.

РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Одной из наиболее сложных проблем, с которой приходится сталкиваться при проектировании систем электроснабжения различных электроустановок является проблема качества электрической энергии. Внедрение злектротехнологии вызывает широкое применение тиристорных преобразователей. Этот процесс при всей его технологической эффективности сопровождается ух уд-

IW57-3

шепнем качества электроэнергии, что отрицательно сказывается на надежности электроснабжения; значительно повышаются активные потери в электрических машинах, трансформаторах, проводниках, происходит ускоренное старение изоляции кабелей и электрооборудования, снижается качество и надежность работы систем автоматики, телемеханики и связи, увеличиваются погрешности счетчиков, снижается эффективность устройств компенсации емкостных токов однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ* так как большие остаточные токи высших гармоник создают повышенную опасность перехода однофазного в двухфазное повреждение кабеля, ухудшается работа источников света.

В большинстве еду чаев оказывается невозможным использование батарей конденсаторов для компенсации реактивной мощности. В приложении 2 приведен пример расчета качества электрической энергии в сети 10 кВ с тиристорными преобразователями и конденсаторными батареями, на чертеже М64528-9 - без конденсаторных батарей.

Для уменьшения влияния нагрузок этих специфических электро приемников на качество электрической энергия применяется;

- создание локальных сетей для специфических нагрузок;

-^.подключение специфических нагрузок к точкам электрической сети с минимально возможной индуктивностью (максимально возможным уровнем токов короткого замыкания); ,

применение специальных компенсирующих устройств (СКУ).

Как известно, работа прокатных станов сопровождается значительными изменениями активной и реактивной мовности, -что вызывает изменения напряжения в электрических сетях, пре-выоаювие нормативные значения. Для снижения изменений напряжения до нормативных величин применяются освоенные отечественной электротехнической промышленностью специальные тиристорные компенсаторы реактивной мовности ТКРМ (см.приложение 3), подключаемые к шинам 6-10 кВ ударных нагрузок*?

На Щтежв M64528-I8 приведен пршер расчета тиристорных компенсаторов реактивной важности.

'I

Насшвнность современного прокатного стана тиристорными преобразователями является причиной значительных искажений формы кривой напряжения сетей, превышавшиш нормативные значения.

Одной из основных и наиболее перспективных мер по уменьшению искажений формы кривой напряжения и улучшению тем самым качества электроэнергии является применение в сетях 6-10 кВ силовых резонансных фильтров, настроенных на частоты, преобладающие в амплитудных спектрах токов преобразователей и подключаемых параллельно нагрузке.

В условиях электросетей 6-10 кВ с вентильными преобразователями эффективно применение фильтров с ограниченным диапазоном регулирования индуктивности реакторов, настраиваемых перед включением и периодически подстраиваемых в процессе эксплуатации (в отключенном состоянии)« Фильтры являются много-функционал ьными устройствами, снижающие искажения кривой тока и напряжения и одновременно повышающие коэффициент мощности. .При выборе параметров фильтров учитывается требование о. снижении действующего значения высших гармоник напряжения до величин, регламентируемых ГОСТ 13109-87 на .качестш^эде1^ра^,юс-*кой энергии.

В сетях с вентильными нагрузками может возникать необходимость в параллельной работе, фильтров одной гармоники. Параллельная работа фильтров также обуславливается схемами электроснабжения и режимами работы сетей. Рассогласование параллельно работающих фильтров приводит к увеличению тока в цепях таких фильтров - так называемому перекосу* Этот перекос учитывается соответствующим увеличением мощности фильтров по сращению с точно настроенными фильтрами#

!На чертеже М64686-7 приведен расчет токов высших гармоник, а на чертежа М64686-9 - расчет фильтров*высших гармоник.

.    - Во избежание резонансных явлений в сети рекомендуется

•следующий порядок включения фильтров: Ф5-Ф?т§П-Ф13. Отключе-ше должно-производиться в обратном порядке^

Фазы фильтра соединяются в звезду с изолированной нулевой точкой. На чертежа M64538-I0 приведена схема главных электрических соединений фильтра*

Обозначу*		* ' Нашеноващ©	Коя. ЛИО» тов
ЗЮ.8М64277-ЭП2.2 лист 50		Схема электроснабжения стана 2000 горячей прокатки ''" 'г _	■ I
i M64827-8		Комплекс I очереди ЦГП-2500, Электроснабжение 110-220 кВ. "	■ I
* . ' :%б4827-П ■ ' ' .	- ■	Электроснабжение 10 кВ главных приводов стана	I •
•• M64827-I2 ■ • )		Электроснабжение 10 кВ вспомогательных механизмов стана 2500 а ' - =	I
'М64528-9 ,		Расчет качества электрической энергии в сети 6 кВ без кон-•денеаторных батарей.	I
' M64528-I8		Расчет мощности тиристорных компенсаторева	I
М64686-7		Расчет токов- высших гармоник	3
М64686-9		Расчет фильтров высших, гармоник. ■	3
164538-10		Главная схема электрических соединений фильтра*	I
V		Схема электрических соединений 3-х трансформаторной ГШ-220 кВ со специальной схемой та ътъртте 17) к5Ь с использованием расщепления трансформаторов,..
310о8Ш4277-ЭП2-2 nudm SL		Главные электрические соединения.	I
		Схема электрических соединений 4-х трансформаторной ГЛП-110 кВ.	*
; ' М37640-30		Структурная схема электроснабжения.	.-I
		соедкне-
■	M^HSP-2				Тт

Обозначит a • Найменоваше Коя. лас тов Схема электрических соединений 6-ти трансформаторной ГПП-220 кВ, M64827-9 .Г - ■ Электроснабжение' комплекс*-' собственно ДГП-2500 ,1 s .I''- 3-х трансформаторная v \ ГПП-220-кВ.,- } ; M64I95-4 ' Строительное задание 0РУ-220 кВ, План -. ^ ;■ I ' ; f* ■■' 4-х трансформаторная . РЩг110 кВ* • M37492-I5 .-■ j i Строительное задание на установку трансформаторе® »... ■; • .ТРДЦНК-63000/110 кВ. I i ' > - • -*sr Г ■ • ‘ M64676^3 ... , . ■ i j ■ . ^. v. 6-ти трансформаторная ГПП-220 кВ, ->РД.:- --- . Строительное задание 'на" здание и электротехнические помещения 6-ти. трансформаторной ГПП-220 кВ.ауду.^-^"' -Щ-.- В - > • M64679-3 Строительное задание на здание и электротехнические помещения РП-220 кВ с -применением ячеек с элепазовей изоляцией^ г . ч > ... : * - / r Vf

№157-2 m.

1

I. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НА1РУЗКИ, ГРАФИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

В настоящее время наиболее монные электроустановки _Со епецифинескими нагрузками (прокатные и электростале плавил ьте цехи) находятся на крупных металлургических заводах, при этом прокатные станы потребляют во 200-250 мВт, мощности электрических печей постигают величины I0G-I25 мВ.А.

Строительство современных мойных электроустановок со специфическими нагрузками, особенно прокатных цехов, связано с большими затратами и ставит при проектировании электроснабжения сложный комплекс проблемных вопросов, решение которых имеет целью создание наважной, экономической, гибкой и удобной в эксплуатации системы электроснабжения*Sx

Как известно)потребители электроэнергии электроустановок -со специфическими нагрузками делятся на следующие основные .группы:

_г I. Потребители с циклическим резкопеременным графиком нагрузки (главные приводы прокатных станов, электродуговые сталеплавильные печи) - ударные нагрузки*

■ 2* Потребители с нелинейным характером нагрузки (тиристорные преобразователи, электродуговые сталеплавильные печи, газоразрядные лампы, установки электро дуговой сварки) - нелинейные нагрузки*

3. Потребители с несимметричной нагрузкой - (электро-дуговые сталеплавильные печи, установки электродуговой сварки) несимметричные нагрузки*

4. Двигатели переменного тока, силовые общепромышленные установки, имеющие относительно ровные график - спокойные линейные симметричные нагрузки.

Основной для решения комплекса вопросов при проектиро-.. вании электроснабжения электроустановок со специфическими нагрузками являются графики активных и реактивных ударных нагрузок.

44

Графики упарныт нагрузок подразделяются на: -

а)    индивидуальные - для отдельных электроприемннковГпрокатная

клеть, электропечь и т.л.);

б)    групповые - для группы э лектро приемников, подключен

ных к данной секции шин подстанции;

в)    суммарный - - для всех электро приемников с ударной наг

рузкой ванной электроустановки*

Групповые графики при проектировании получают с помощью графического сложения индивидуальных графиков, суммарные -с помощью графического сложения групповых графиков* ,

Режимы и графики работы прокатных станов, которым посвящается данная работа, весьма разнообразны и существенно зависят от выполняемых программ прокатки, имеющих циклический характер, при этом продолжительность цикла не превышает, как правило, 2-3 минут, что значительно меньше 3-х постоянных вденет нагрева элемента сети (30 мин,)*

Поэтому в качестве расчетного графика для прокатив го стана принимается график активных и реактивных нагрузок за цикл наиболее тяжелой программы прокатки*

Ввиду малой продолжительности цикла прокатки и отсутствием в расчетном графике 30-ти минутного максимума нагрузки, в качестве расчетной по нагреву нагрузки принимается среднеквадратичная (эффективная) нагрузка ( Р_ср_г{с^ Яс?мъ_} Ъср.кв) ) за никл прокатки (Т), определяемая по формулам:

рсря = \Г¥Т7Щ^    с»

Qtp.kg. ■= \}j~ CQ^[T)cf-t    ₍₂₎

о ^с

Scp.kg. -~ -]/Qcp^Kt    ⁽³⁾

т-/5?-5

Особое значение при проектировании электроснабжения прокатных станов и решений вопросов качества электрической энергии имеют слевуюшяе показатели расчетного графика унарных нагрузок:

а)    максимальные (пиковые) нагрузки (Рмакс, Омане, £ макс);

б)    минимальные нагрузки (Рмин* ©мин*■ g мин)

в)    изменения нагрузок { ДР_} &^:    Ьопределяе-

мые по формулам:

^:ЩР - Рмакс - Рман^

Д 0 « Омакс/^ Qmbh д g «Дмакс - £мин.

В качестве иллюстрации на рис*1*3 приведены графики нагрузок стана холодной прокатки 2000 (режим бесконечной прокатки)* на рис.4 и 5 графики нагрузок главных приводов става

2500 горячей прокатки»

Кроме того, на чертеже 310.8М64284-ЭСI.1 лист 24 привел пены графики нагрузок стана горячей прокатки алюминия»

. П»;Э|]ШР(ЗСНАБЖШЩ

Крупные масштабы промышленных предприятий, непрерывность технологического процесса, тяжелые условия работы электроустановок а электрооборудования предъявляют особые требования к надежности и бесперебойности питания*

Поэтому электроснабжение крупного металлургического завода обеспечивается, как правило, от энергетической системы и-заводских электростанций*».

Для резервирования питания наиболее ответственных потребителей. бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства, предусматривается третий.независимый источник питания*