диплом электроснабжение НПС. Электроснабжение нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода "ухтанпс1"
 Скачать 1.43 Mb.
|
|
2. Разработка схемы электроснабжения НПС 2.1 Разработка схемы электроснабжения НПС Система электроснабжения должна обеспечивать стабильную и непрерывную подачу электроэнергии к "УХТА-НПС1". Так как НПС является потребителем I категории , то ее питание должно осуществляться от двух независимых источников питания. Исходными данными при разработке проекта электроснабжения объектов нефтяной промышленности является величина электрической нагрузки потребителей, а также место расположения ближайших источников электроэнергии и их параметры. Такими источниками, как правило являются главные понижающие подстанции (ГПП) с двумя трансформаторами. Основные условия проектирования схемы электроснабжения – надежность, экономичность и качество электроэнергии у потребителя. Для крупных предприятий наиболее надежной и экономичной является система электроснабжения с применением глубоких вводов, при которой сети 6-110 кВ максимально приближены к потребителям электроэнергии. Основными потребителями электроэнергии на стороне низкого напряжения являются калориферы, вентиляторы, насосы, запорная арматура, наружное и внутреннее электроосвещение. Надежность электроснабжения электропотребителей I категории обеспечивается наличием двухтрансформаторной подстанции с АВР, питающей от двух независимых источников питания по кабельным линиям 10 кВ, наличием АВР низковольтных комплектных устройств (НКУ). Потребители особой группы подключаются к щиту ЩСУ«0», имеющему резервный ввод от распределительного шкафа дизельной электростанции (ДЭС) НПС. Запуск ДЭС НПС производится автоматически при условии отсутствия напряжения на шинах ЩСУ«0». 2.2 Схема электроснабжения НПС  Рис. 2.1. Схема электроснабжения НПС. Трансформаторы Т1 и Т2 35/10 кВ в нормальном режиме работают раздельно по схеме неявного резерва, каждый на свою секцию шин КРУ. Автоматическое включение резерва на стороне низшего напряжения производится с помощью секционного выключателя. (Q8). Питание подводится по двум одноцепным взаиморезервируемым ЛЭП 35кВ. Питание высоковольтных двигателей и трансформаторов 10/0,4кВ производится от двух, взаиморезервируемых секций шин КРУ (рис. 2.1). Питание цепей защиты и управления электродвигателями и всего вспомогательного оборудования НПС на напряжение 220/380 В, осуществляется от трансформаторов собственных нужд, Т3 и Т4. 2.3 Расчет электрических нагрузок на стороне 10 кВ трансформаторной подстанции 35/10 кВ СТД-2500-2Р УХЛ4: СТД - синхронный трехфазный двигатель; 2500 - мощность двигателя, кВт ; 2 - число полюсов; Р - цикл вентиляции (Р - разомкнутый); УХЛ - климатическое исполнение (УХЛ, У) и категория размещения (4, 5) по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89. Условия эксплуатации : Окружающая среда невзрывоопасная. Допустимое содержание пыли в воздухе не более 0,2 мг/м3. Зажимы заземления и знаки заземления соответствуют требованиям ГОСТ 21130-75. По способу защиты человека от поражения электрическим током двигатели соответствуют классу I по ГОСТ 12.2.007.0-75. Технические характеристики:
Режим работы двигателей продолжительный (S1) по ГОСТ 183-74. Исполнение двигателей по степени защиты: разомкнутый цикл вентиляции - IР22, контактных колец - IР22. Обозначение степени защиты по ГОСТ 17494-87. Способ охлаждения - 1СW37А71 по ГОСТ 20459-87. Возбуждение двигателей осуществляется от бесщеточных возбудительных устройств серии БВУ ТУ 16-515.136-74 или статических возбудителей серии ВТЕ-320-6 ТУ 16-739.248-80. Электродвигатели асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ротором обдуваемые вертикальные взрывозащищенные ВАОВ предназначены для привода нефтяных подпорных насосов. Режим работы: продолжительный S1 от сети частотой 50 Гц; Исполнение по взрывозащите: 1ExdIIВТ4; Вид климатического исполнения:УХЛ1; Конструктивное исполнение по способу монтажа: IM 4011; Степень защиты: корпуса и коробки выводов - IP54; кожуха наружного вентилятора - IP 20; Способ охлаждения: ICA 0151; Электродвигатели имеют левое направление вращения; Изоляционные материалы обмотки статора класса нагревостойкости "F"; Структура условного обозначения: ВАОВ4 630- S4 У1 ВАОВ - взрывозащищенный, асинхронный, обдуваемый, вертикальный 4 - номер серии 630 - условная высота оси вращения S - условная длина станины 4 - число полюсов УХЛ1 - климатическое исполнение, категория размещения
Основные преимущества относительно аналога более совершенная конструктивная компоновка, за счет снижения осевой длины и увеличения диаметрального габарита, что привело к снижению уровня вибрации и акустических шумов; повышение механической прочности конструкции за счет применения стального оребренного корпуса (для части исполнений - оребрение снаружи, а для остальных - внутри корпуса), обеспечивающего надежность фиксации пакета статора в станине и улучшенную теплопередачу; равномерное распределение нагрева активной части машин; усовершенствование конструкции высоковольтного вводного устройства и крепления выводных проводов обмотки статора; введение электрической изоляции подшипниковых узлов; применение подшипников фирмы SKF (Швеция); применение взрывозащиты упрощенной конструкции лабиринтного типа; применение новой системы внутренней вентиляции для обеспечения эффективного охлаждения активных частей; применение элементов дистанционного управления (нагреватели, датчики температуры) работой Расчетная активная мощность высоковольтных двигателей определяется путем нахождения средней и максимальной мощности электродвигателей:  при С 0,75 М  при С 0,75 М где  С - средняя мощность электродвигателей, МВт  где К в - коэффициент включения, К в = 0,84; К з - коэффициент загрузки двигателей, К з = 0,76 – 0,84; Р ном - номинальная активная мощность единичного электродвигателя. Примем Кз = 0,84, т. е. его максимальное значение. Тогда средняя мощность определится: С - средняя мощность электродвигателей, МВт  Максимальная мощность:  Разделим С на М и получим: С/М = 6,42 / 9,1 = 0,70 < 0,75 Следовательно, расчетную активную мощность высоковольтных электродвигателей определим по формуле:   =0,9 соответственно заданию. Коэффициент мощности является опережающим, поэтому реактивная мощность принимается со знаком минус. Реактивная мощность высоковольтных электродвигателей НПС равна:  Полная мощность высоковольтных электродвигателей составит:  2.4 Выбор числа и мощности трансформаторов 35/10 кВ Правильный выбор трансформаторов, их числа и мощности- залог надёжной работы предприятия. Нефтеперекачивающая станция относится к потребителям I категории по надёжности электроснабжения, поэтому намечаем к установке два трансформатора с Sн=10000 (кВА). Sн.тр. ≥ Sр’ 10000 кВА > 7260 кВА – условия выполняются Проверяем трансформатор по коэффициенту загрузки в нормальном режиме работы: Кз=Sр’/ 2*Sн.тр. = 7260/20000 = 0,36 Для потребителей I категории Кз.доп. = 0,7 0,7 ≥ 0,36 – условия выполняются, следовательно выбираем трансформатор мощностью 10000 (кВА). Выберем трансформаторы с переключением ответвлений без возбуждения (ПБВ) на стороне ВН в диапазоне ± 2 х 2,5 %, с системой охлаждения вида «М», понижающие предназначены для передачи и распределения электроэнергии.
Параметры трансформатора ТМ 10000/35
Проверим, подходят ли выбранные трансформаторы с учетом потерь. Активные потери составляют 2 % от номинальной мощности. Реактивные потери составляют 10 % от номинальной мощности.  Полная мощность, с учетом потерь, в трансформаторах составит:  Следовательно, данный тип трансформаторов удовлетворяет нашим требованиям. 3. Расчет токов короткого замыкания для выбора первичного оборудования 3.1 Расчет токов короткого замыкания в именованных единицах Рассчитаем токи короткого замыкания на высшем напряжении с учётом подпитки от синхронных двигателей, так как в момент короткого замыкания они генерируют ток в систему. Расчёт будем вести в именованных единицах. Составим расчётную схему и схему замещения. Рис. 3.1 Принципиальная схема электроснабжения НПС  Примем за основную ступень напряжение Uб = 37 кВ и рассчитаем сопротивление отдельных элементов схемы замещения. а) для системы: xc1 =  ; xc1 =  = 1,5 Ом ;б) для ВЛ 35 кВ: r0 = 0,45 Ом/км, x0 = 0.4 Ом/км, l = 8 км. Активное и реактивное сопротивление ВЛ линии 35 кВ: R2 = R3 = r0 ∙l, R3 = 0,45∙8 = 3,6 Ом , x2= x3= x0 ∙l, x3 = 0,4∙ 8 = 3,2 Ом . в) для двухобмоточных трансформаторов Т1,Т2 (35/10кВ): x4 = x5 =  ;x4 = x5 =  = 14,4 Ом.г) для двигателей основных насосов СТД-2500: x6 = x7 = x8 = x9 = xd’’ ∙  ;x6 = x7 = x8 = x9 = 0,2 ∙  = 0,1 Ом ;Здесь xd’’ = 0,2 для синхронного двигателя, где  -полная мощность СД; д) для двухобмоточных трансформаторов Т3,Т4 (10/0,4кВ):  е) для двигателей подпорных насосов ВАОВ-630:  где -полная мощность ВАОВ;  – сверхпереходное сопротивление, =0,2;Рис. 3.2 Расчетная схема  Рис. 3.3 Схема замещения 1 и 2.   Рис. 3.4 2 Схема замещения Параметры преобразованной схемы замещения, определены следующим образом:  ;  ;  ;  ;  ; Суммарное приведенное индуктивное сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания К-1:  Для того чтобы определить нужно ли учитывать активное сопротивление в лини проверим, выполняется ли условие  < 0,33  0,085>0,034 Видно, что условие не выполняется, значит активное сопротивление следует учесть. Периодическая составляющая тока КЗ в точке К1: Iк1 =  Iк1 =  = 28,3 кАгде  суммарное сопротивление сети до точки К1: = x1 = 1,5 ОмУдарный коэффициент определим по графику  где  и  -суммарные сопротивления от источника до точки КЗ. данному значению отношения соответствует значение  ;Мощность КЗ в точке К-1:  Суммарное эквивалентное сопротивление схемы замещения от источника до точки короткого замыкания К-2:  ; Для того чтобы определить нужно ли учитывать активное сопротивление в лини проверим, выполняется ли условие: < 0,33  0,085<0,14 Видно, что условие выполняется, значит активным сопротивлением можно пренебречь.  Определим периодическую составляющую тока К-2:  ; Для того, чтобы определить периодическую составляющую тока К-2, следует учесть “подпитку” от электродвигателей.  Периодическая составляющая тока КЗ от источника питания:  Периодическая составляющая тока КЗ от электродвигателей:  Результирующий ток КЗ в точке К-2:  Определим ударный ток КЗ в точке К-2:  ; Ударный коэффициент для определения тока КЗ в точке К-2 определим аналогично, по графику [3]; данному значению отношения соответствует значение  ;Ударный ток КЗ от энергосистемы в точке К-2:  Ударный ток КЗ от электродвигателей:  Результирующий ударный ток КЗ в точке К-2:  кА Мощность КЗ в точке К-2:  ;   Результирующая мощность в точке К-2:  В качестве минимального тока КЗ, который необходим для проверки чувствительности релейных защит, используют ток двухфазного КЗ в наиболее удаленной точке. Минимальное значение тока КЗ можно определить по формуле:   Результаты расчета токов КЗ сведены в табл. 3.5 Аналогично рассчитаем токи КЗ для точек К3 и К4. Таблица 3.5
3.2 Расчет режима самозапуска для синхронных электродвигателей. Момент инерции электродвигателя JДВ=0,23 т*м2; момент инерции насоса JДВ=0,03 т*м2;. Коэффициенте загрузки электродвигателей МНА КЗ = 0.7, Уставка ЗМН-1 по напряжению 60 В. Уставка пуска АВР по напряжению 40 В. Уставка времени АВР 0,5 с. Уставка времени ЗПП 0,5с. Сопротивления питающей системы в максимальном режиме ХМАКС=0,55 Ом и минимальном режиме ХМИНС=0,62 Ом. Сверхпереходное сопротивление двигателя Хd!! =14,25 %; реактивное сопротивление работающего СТД –2500 в нагрузочном режиме Хd = 154,5 %.. Порядок расчета. 1. Находим номинальный момент электродвигателя МНОМ = 9550 РНОМ/nНОМ = 7962,5 Н*м. 2. Определяем механическую постоянную времени насосного агрегата ТА = 1000(JДВ +JНАС)*nС/(37,5 МНОМ), где JДВ и JНАС моменты инерции электродвигателя и насоса, кг*м2; nС = 3000 об/мин – синхронная скорость вращения; МНОМ - номинальный момент вращения электродвигателя, Н*м. При JДВ= 0,23 т*м2; JНАС = 0,03 т*м2; МНОМ = 7962,5 Н*м. получаем ТА = 2,61 с. 3. Определяем время перерыва питания при отключении выключателя ввода от ЗПП. При работе ЗПП время перерыва питания определяется по выражению TПП= TСнF + TЗПП + Т СН АВР + ТАВР, где TСнF – время снижения частоты на шинах, потерявших питание, до уставки срабатывания реле частоты ЗПП; ТЗПП- уставка времени ЗПП; Т СН АВР – время снижения напряжения на шинах от номинального до 0,4 UНОМ (до уставки АВР по напряжению); ТАВР - уставка времени АВР после снижения напряжения до 0,4 UНОМ. При отказе ЗПП по частоте и срабатывании ЗПП на основе защиты минимального напряжения (ЗМН-1) время перерыва питания определяется по выражению TПП= TСН1+ TЗМН1 + Т СН АВР + ТАВР, где TСН – время снижения напряжения на шинах, потерявших питание, до уставки срабатывания реле напряжения ЗМН; ТЗМН1- уставка времени ЗМН-1; Т СН АВР – время снижения напряжения на шинах от напряжения срабатывания ЗМН-1 до 0,4 UНОМ (до уставки АВР по напряжению);. От процесса снижения напряжения (от процесса выбега электродвигателей) на секции шин, потерявшей питание, зависят TСнF, TСН1, Т СН АВР . Оценим два предельных режима самозапуска после АВР. Режим 1. При минимально возможном времени перерыва питания, когда остаточная скорость электродвигателя будет наибольшей. Минимальное время перерыва питания будет при работе ЗПП в случае, когда TСнF = 0 и Т СН АВР = 0. В этом случае TПП= TЗПП + ТАВР. При значениях TЗПП= 0,3 с; ТАВР = 0,5 с из (8.16) получаем TПП = 0,8 с. Режим 2. Отказ ЗПП и срабатывание ЗМН-1. Найдем время TСН1 и Т СН АВР. Для этого можно использовать линейную зависимость времени снижения напряжения от величины снижения напряжения ТПП = U * TА/КЗ, Изменение напряжения за время Т СН1 происходит от UНОМ до 0,6 UНОМ (до уставки ЗМН-1 по напряжению 60 В). При этом по в (8.18) при коэффициенте загрузки электродвигателя КЗ = 0.7, U=0,4 и ТА = 2,61 с, получаем Т СН1 = 1.49 с. Аналогично изменение напряжения от 0,6 до 0,4 (до уставки пуска АВР по напряжению) происходит за Т СН АВР = 0,75 с. Подставляя в (8.16) Т СН1 = 1.49 с; TЗМН1 = 0,5 с; Т СН АВР = 0,75 с; ТАВР = 0,5 с и вводя запас 1 с, получим наибольшее время перерыва питания TПП = 4,24 с. 3. Определяем снижение частоты вращения электродвигателя (в относительных единицах) за время перерыва питания n = КЗ* TПП/ТА, где КЗ – коэффициент загрузки насосного агрегата; ТА – механическая постоянная времени насосного агрегата. При КЗ= 0.7 ТА = 2,61 с и времени перерыва питания TПП = 0,8 с получаем n = 0.22 от номинальной или n = 0.22 nНОМ = 660 об/мин. При времени перерыва питания TПП = 4,24 с получаем n = 0.64 от номинальной. 4. Определяем частоту вращения СД на момент восстановления питания n = 1 - n = 1- 0,24 = 0,76. при времени перерыва питания 0,8с и n = 1 - n = 1- 0,64 = 0,26 при времени перерыва питания 4.24с. 5. Определяем остаточное напряжение на шинах при самозапуске (в момент включения секционного выключателя при АВР) UОСТ = UС* Хd!!/(ХЭ+ХС), где ХС – реактивное сопротивление системы); Хd!! =14,25 % - реактивное сверхпереходное сопротивление самозапускающегося СТД-2500; Хd = 154,5 % - реактивное сопротивление работающего СТД –2500 в нагрузочном режиме.. При сопротивлениях системы в максимальном и минимальном режимах ХМАКС=0,55 Ом; ХМИНС=0,62 Ом. Изменение сопротивления СД от частоты вращения не учитываем и принимаем, что при остаточной скорости вращения сопротивление СД такое же, что и при пуске. Подставляя исходные данные, получаем UОСТ = 0,75UС в минимальном режиме энергосистемы и UОСТ = 0,76UС в максимальном режиме энергосистемы. 6. Определяем асинхронный момент, развиваемый электродвигателем в момент восстановления напряжения. Для СД нет точных формул для определения асинхронного момента. Поэтому следует использовать заводские пусковые характеристики. Для этого сначала определяем асинхронный момент по пусковой характеристике при номинальном напряжении. По пусковой характеристике при остаточной скорости 0.76 nС находим М = 1,86 МНОМ. Тогда при остаточном напряжении асинхронный момент будет МДВ = U2 ОСТ*М/(U2 НОМ*МНОМ). Подставляя исходные данные, получаем МДВ=1,07 МНОМ в минимальном режиме энергосистемы и МДВ=1,10 МНОМ в максимальном режиме энергосистемы. 7. Определяем момент сопротивления насосного агрегата на момент восстановления напряжения МС = МСО + (МС.НОМ – МСО) (n/nС)Р, где МСО – момент сопротивления на холостом ходу, для центробежных насосов НПС принимается равным 0,2МНОМ ; МС.НОМ – момент сопротивления при номинальной нагрузке; р – показатель степени, принимаемый равным 3 при пуске на закрытую задвижку и равным 2 при пуске на открытую задвижку. Получаем МС = 0,66 МНОМ, что меньше асинхронного момента двигателя (МДВ=1,07 МНОМ в минимальном режиме энергосистемы и МДВ=1,10 МНОМ в максимальном режиме энергосистемы).. Таким образом, при длительности перерыва питания 0,8 с асинхронный разгон СД до подсинхронной скорости будет успешным. Выполняя аналогичные расчеты для времени перерыва питания ТПП = 4,24 с, получаем: Dn = 0.24; n = 0,06; МДВ=0,96 МНОМ; МС = 0,2 МНОМ. Таким образом, и при наибольшем времени перерыва питания МС = 0,2 МНОМ меньше асинхронного момента двигателя (МДВ=0,96 МНОМ) асинхронный разгон СД до подсинхронной скорости будет успешным. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
