Лекция №1. Три категории надежности электроснабжения. Обеспечение электроэнергией в зависимости от категории. Определение электрических нагрузок и составление графиков

• Название: Три категории надежности электроснабжения. Обеспечение электроэнергией в зависимости от категории. Определение электрических нагрузок и составление графиков
• Дата: 27.05.2021
• Размер: 91.85 Kb.
• Имя файла: Лекция №1.docx
• Тип: Документы; #210694

Раздел 1. Основы электроснабжения нефтяной отрасли

Тема 1.1 Категории надежности электроснабжения и определение электрических нагрузок.

Тема занятия: Три категории надежности электроснабжения. Обеспечение электроэнергией в зависимости от категории. Определение электрических нагрузок и составление графиков.

В зависимости от характера технологического процесса. конкретных условий работы и назначения потребители электроэнергии (электроприемники) нефтяных и газовых промыслов предъявляют те или иные требования к надежности электроснабжения. В соответствии с этими требованиями и ПУЭ все электроприёмники деляться на следующие три категории:

• 
  Электроприёмники I категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.
  
• 
  Особая группа (выделяется из состава  первой категории) электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
  
• 
  Электроприёмники II категории  — электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
  
• 
  Электроприёмники III категории  — все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.
  

Электроснабжение первой и особой категории

Согласно п. 1.2.19 ПУЭ 7 электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Согласно п. 1.2.19 ПУЭ 7 для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроснабжение электроприемников первой категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление нормального режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

Электроснабжение второй категории

Согласно п. 1.2.20 ПУЭ 7, электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Допускается питание электроприемников II категории по одной ВЛ, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 сут. Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току ВЛ. Допускается питание электроприемников II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату.
При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 сут. допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора.

Электроснабжение третьей категории

Согласно п.1.2.21 ПУЭ 7, для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

Чем ближе к источнику энергии находится рассматриваемая ступень электрической сети, тем больше ущерб при прекращении её питания, так по мере приближения ступени сети к источнику возрастает число питаемых ею потребителей. Поэтому уровень надежности системы электроснабжения повышают по мере перехода к более высоким ступеням системы.

Определение электрических нагрузок

Режим работы потребителей электроэнергии не остается постоянным, а изменяется в различные часы суток, дни недели и месяцы года. Соответственно изменяется и нагрузка всех звеньев выработки, передачи и распределения электроэнергии: генераторов электростанций, ЛЭП и трансформаторов.

Изменение нагрузок электростанций, подстанций, трансформаторов и других электроустановок удобно изображать в виде графиков нагрузки, откладывая по горизонтальной оси время, в течении которого рассматривается изменение нагрузки, а по вертикальной оси-нагрузки. Здесь и в дальнейшем под нагрузкой подразумеваются величина. Представляющая в данном конкретном случае интерес,- активная мощность, сила тока или реактивная мощность.

Наиболее распространённым является метод построения графиков нагрузки по разности показаний электрических счетчиков. Эти показания заносят в протокол через каждые 15-30 мин., вычитают из последующего показания предыдущее. Получают разность показаний. В результате деления разности показаний на 0,25 или на 0,5 для перехода к часовой нагрузке и умножая на коэффициент счетчика получают среднюю нагрузку за истекшие 15или 30 мин.

Таким образом, суточные графики показывают изменение нагрузок в течение суток. Их строят по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии через каждый час либо каждые полчаса (для выявления получасового максимума нагрузки).



Рис. 1 Суточный график нагрузки

Помимо суточных графиков нагрузки, большое значение имеют также годовые графики по продолжительности. Они показывают длительность работы установки в течение года с различными нагрузками. Ими пользуются при планировании работы трансформаторов на подстанциях для определения наиболее целесообразного числа включенных трансформаторов.

Годовой график по продолжительности строится по характерным суточным графикам нагрузок электрической установки.

Таким образом, годовые графики активной и реактивной нагрузок по продолжительности, построенные на основании суточных или месячных графиков нагрузок, позволяют уточнить величину годового потребления электроэнергии, наметить режим работы трансформаторов на подстанциях в течение года, правильно выбрать компенсирующие устройства.



Рисунок 2 Построение годового графика по продолжительности

При расчете электрических нагрузок подстанции, нефтепромысла, цеха, линии электропередачи пользуются следующими коэффициентами, терминами и понятиями:

Установленная мощность Р_у- номинальная мощность электроприемника, указанная в его паспорте. Для электродвигателя-это мощность. указанная заводом в его паспорте в килловатах. Для электроламп-мощность, указанная на стекле в ваттах.

Номинальная мощность трансформатора указывается в его паспорте. Чтобы найти ощность. Например. Варочного трансформатора в килловаттах, необходимо его номинальную мощность в киловольтамперах умножить на коэффициент мощности. (Cos ψ).

Присоединеная мощность-это мощность, которую электродвигатель будет потреблять из сети, если он полностью нагружен. При этом мощность. потребляемая из сети. Будет больше его номинальной мощности на величину потерь в двигателе.

Поэтому присоединенная мощность

Р_прис=Р_у/ƞ_д, где ƞ_д-к.п.д. электродвигателя (1.1)

Потребляемая мощность Р_п- это мощность, которую потребитель потребляет из сети. Она зависит от числа работающих двигателей, нагрузки каждого электродвигателя и его к.п.д.

Для расчета ЛЭП, трансформаторов, и других элементов сетей введено понятие- максимальная длительная мощность.

Как известно, электрическая нагрузка ЛЭП и питающих трансформаторов непрерывно меняется. Такая нагрузка вызывает нагрев элементов сети, например, трансформатора, который, работая длительное время с изменяющейся нагрузкой, нагревается до некоторой установившейся температуры.

Очевидно, можно найти такую постоянную, не меняющуюся нагрузку, при которой трансформатор. работая длительное время. нагревается Для такой же установившейся температуры, что и при меняющейся нагрузке. Эта постоянная, не меняющаяся (условно) нагрузка. которая вызывает в элементах сети такой же нагрев, как действительная меняющаяся нагрузка, и называется максимально длительной мощностью.

По максимальной длительной мощности (её называют еще расчетной мощностью) выбирают электрооборудование и площадь сечения линий электропередачи, при которых температура проводов во время длительной работы не будет превышать допустимой величины.

Расчет электрических нагрузок сводиться к определению максимально длительной мощности двумя методами: по средней мощности и коэффициенту спроса.

Средняя мощность Р_ср за некоторый промежуток времени представляет собой чаcтное от деления потребления электрической энергии Э за этот промежуток времени на время t

Р_ср=Э/t (1.2)

Потребляемую электрическую энергию определяют по показаниям счетчика за время t. Этим способом можно определить среднюю активную и среднюю реактивную мощность Q_ср. Для этого в первом случае нужно списать показания активноuо, а во втором случае- показания реактивного счетчиков.

Кроме того, Р_ср по данным удельным расходам электроэнергии и производительности.

Р_ср=Э_уm/t_n (1.3)

где Э_у- уделный расход электроэнергии на единицу продукции (например, на 1т нефти или на 1м проходки), кВтч,

m- число единиц продукции (в тоннах нефти или в метрах проходки),

t_n- время, в течении которого получено m единиц продукции, ч.

Силу тока средней нагрузки I_ср за время t для трехфазной цепи можно найти по формуле

I _ср= Р_ср/ U_н Cos ψ, (1.4)

где U_н-напряжение питающей сети, В

Cos ψ – коэффициент мощности группы электроприёмников.

Если известна средняя нагрузка Р_ср, то максимальную длительную (расчетную) мощность Р_расч для большого числа электродвигателей примерно равной мощности можно приближенно подсчитать по формуле

Р_расч=Р_ср(1+1,5/ ), (1.5)

а расчетную формулу тока

I_расч=I_ср(1+1,5/ ), (1.6)

где n- число электродвигателей, - суммарная присоединенная мощность всех электродвигателей, определяемая по формуле (1.1).

Ориентировочно для нефтепромысла с незначительной долей световой нагрузки можно принимат. Что

Р_расч=(1,2-1,2)Р_ср (1.7)

и соответственно

I_расч=(1,2-1,2)I_ср (1.8)

Если величина Р_ср неизвеста, то максимальную длительную (расчетную) мощность можно определить по коэффициенту спроса k_с

Р_расч= k_с

где ∑Ру – суммарная установленная мощность токориемников (1.9)

При определении величины расчетной нагрузки для нефтепромысла в целом необходимо найти величину расчетной нагрузки для каждой группы электроприемников (отдельно для станков-качалок, для перекачек и т.д).

Общая расчетная мощность нефтепромысла будет приблизительно равна арифметической сумме расчетных мощностей отдельных групп электроприемников (из-за несовпадения максимумов нагрузок рекомендуется эту сумму уменьшать н 10-15%).

ДЛЯ ИНФО:

Годовые графики активной и реактивной нагрузок по продолжительности, построенные на основании суточных или месячных графиков нагрузок, позволяют уточнить величину годового потребления электроэнергии, наметить режим работы трансформаторов на подстанциях в течение года, правильно выбрать компенсирующие устройства

Электрической нагрузкой какого-либо элемента сети называется мощность, которой нагружен данный элемент сети. Например, если по кабелю передается мощность 120 кВт, то нагрузка кабеля равна тоже 120 кВт. Точно так же можно говорить о нагрузке на шины подстанции или на трансформатор и т. д. Величина и характер электрической нагрузки зависят от потребителя электрической энергии, который может быть назван приемником электрической энергии.

Наиболее распространенным и важным приемником на нефтяных промыслах является электродвигатель - трехфазный двигатель переменного тока. Электрическая нагрузка электродвигателя определяется величиной и характером механической нагрузки.

Главными потребителями электрической энергии на нефтяных промыслах являются трехфазные двигатели переменного тока. Главными потребителями электрической энергии на нефтяных промыслах являются трехфазные двигатели переменного тока. Трансформаторы через кабели или воздушные провода питаются либо от более мощной подстанции, либо от промежуточного распределительного пункта высокого напряжения. Во всех случаях покрытие нагрузок осуществляется от генераторов электрической станции. При этом минимальное значение нагрузка имеет на конечном пункте, например на нефтяном промысле.

По мере приближения к источнику питания нагрузка растет за счет потерь энергии в передающих звеньях (в проводах, трансформаторах и т. д.). Наибольшего значения она достигает у источника питания - у генератора электрической станции.

Поскольку нагрузка измеряется в единицах мощности, она может быть активная Р_кВт, реактивная Q_кBap и полная S = √(P² + Q²) кВА.

Нагрузка также может быть выражена в единицах тока. Если, например, по линии протекает ток I = 80 А, то эти 80 А являются нагрузкой линии. При прохождении тока по любому элементу установки выделяется тепло, в результате чего этот элемент (трансформатор, преобразователь, шины, кабели, провода и др.) нагревается.

Допустимые мощности (нагрузки) на данные элементы электротехнической установки (машины, трансформаторы, аппараты, провода и др.) определяются величиной допустимой температуры. Ток, протекающий по проводам, помимо потерь мощности, вызывает потери напряжения, которые не должны превышать величин, регламентированных руководящими указаниями.

В реальных установках нагрузка в виде тока или мощности не остается в течение суток неизменной, и поэтому в практику расчетов введены определенные термины и понятия различных видов нагрузок.

Номинальная активная мощность электродвигателя - мощность, развиваемая двигателем на валу при номинальном напряжении и токе якоря (ротора).

Номинальная мощность любого приемника, кроме электродвигателя это потребляемая им активная мощность Р_н (кВт) или полная мощность S_н (кВА) при номинальном напряжении.

Паспортная мощность Рпасп электроприемника в повторно-кратковременном режиме приводится к номинальной длительной мощности при ПВ = 100% по формуле P_н = P_пасп√ПВ

При этом ПВ выражен в относительных единицах. Например, двигатель с паспортной мощностью Р_пасп = 10 кВт при ПВ = 25%, приведенный к номинальной длительной мощности ПВ = 100%, будет иметь мощность P_н = 10√25 = 5 кВт.

Групповая номинальная мощность (установленная мощность) - сумма номинальных (паспортных) активных мощностей отдельных рабочих электродвигателей, приведенных к ПВ = 100%. Например, если Р_н1 = 2,8, Р_н2 = 7, Р_н3 = 20 кВт, Р_4пасп= 10 кВт при ПВ = 25%, то P_н = 2,8 + 7 + 20 + 5 = 34,8 кВт.

Расчетная, или максимальная активная, Рм, реактивная Qм и полная Sм мощность, а также максимальный ток Iм представляют собой наибольшие из средних величин мощностей и токов за определенный промежуток времени, измеряемый 30 мин. Вследствие этого расчетная максимальная мощность иначе называется получасовой или 30-минутной максимальной мощностью Рм = Р30. Соответственно, Iм=Iзо.

Расчетный максимум тока Iм = I30 = √(P_м² + Q_м²)/(√3Uн) или Iм = I30 =P_м/(√3U_нСosφ), где Сosφ - средневзвешенное значения коэффициента мощности за расчетное время (30 мин.)