Введение
Электроэнергетика как отрасль промышленности зародилась в России в конце XIX в. Первоначально электроэнергию вырабатывали с помощью электрохимических источников (батарей), затем получили распространение генераторы, приводимые в движение поршневыми паровыми либо гидравлическими двигателями. На электростанциях небольшой мощности использовались двигатели внутреннего сгорания. Наиболее распространенными видами топлива в то время были мазут и каменный уголь. Электростанции строились для снабжения энергией конкретных объектов (промышленных предприятий, элеваторов, элементы городского хозяйства) и работали изолированно друг от друга. Электроэнергия передавалась на незначительные расстояния: электростанции соединялись с потребителем линиями длиной не более 1-2 км. При этом использовались невысокие значения напряжения. Случаи использования напряжения выше 10 кВ в России носили единичный характер (к 1913 г. протяженность подобных высоковольтных линий составляла 109 км).
Единые стандарты отсутствовали: применялись постоянный, однофазный переменный, трехфазный переменный ток; частоты и напряжения в сетях различались. Начиная с 1890-х гг. получили распространение центральные электростанции, обеспечивавшие освещение и транспорт в крупных городах. Крупнейшей из электростанций России до первой мировой войны стала московская тепловая электростанция (ТЭС мощностью 58 МВт).
К последнему предвоенному 1913 году суммарная установленная мощность электростанций России составила 1,1 тыс. кВт, выработка электроэнергии - около 2 млрд. кВт.час, что соответствует показателям одного энергоблока современной крупной электростанции.
В ходе Первой мировой и Гражданской войны электроэнергетическое хозяйство было в значительной мере разрушено. Принципиально новым этапом развития отрасли стал послевоенный план ГОЭЛРО - государственный план электрификации России. В его утвержденном в 1921 году виде план ГОЭЛРО выходил за рамки электроэнергетики и представлял собой комплексный стратегический план развития экономики страны на базе ее электрификации. План предусматривал: Программу А - использование и восстановление существующих электростанций; Программу В - строительство новых электростанций; Программу С - развитие экономики на основе электрификации на перспективу 10-15 лет.
Основными принципами плана ГОЭЛРО являлись: концентрация производства электроэнергии на крупных станциях с централизацией энергоснабжения потребителей; согласование строительства мощностей с развитием экономики данного региона; развитие электрических сетей; создание крупных энергосистем. Если раньше станции, как правило, располагались рядом с потребителями, то в соответствии с планом ГОЭЛРО их стали строить у крупнейших местных источников энергии (месторождений топлива, лучших створов рек). Каждая станция создавалась для энергоснабжения потребителей на определенных территориях. Поэтому станции получили название электроцентралей или государственных районных электростанций (ГРЭС).
Следующий период развития электроэнергетики - со времени выполнения плана ГОЭЛРО (начало 1930-х гг.) до начала Великой Отечественной войны (22 июня 1941 г.). На этом этапе темпы развития отрасли ускорились, электроэнергетика росла опережающими темпами по сравнению с другими отраслями Советской экономики. В 1931 г. объем ввода новых мощностей впервые превысил 1 млн. кВт в год. К середине 1930-х гг. производство электроэнергии увеличилось на порядок по сравнению с довоенным уровнем 1913 года. Вместо тридцати районных электростанций, предусмотренных планом ГОЭЛРО, к середине 1930-х гг. было введено сорок.
К середине 1930-х гг. страна в основном отказалась от импорта энергетического оборудования. Развитие отечественного энергомашиностроения позволило распространить практику наращивания мощности действующих станций. В 1930-х гг. мощность целого ряда ГРЭС была существенно увеличена по сравнению с уровнем, заложенным в плане ГОЭЛРО.
В годы Великой Отечественной войны значительная часть энергетического потенциала была разрушена: установленная мощность электростанций сократились более чем на 40 %; было выведено из строя 10 тыс. км линий высокого напряжения свыше 10 кВ. Однако уже в военное время началось восстановление отрасли. К 1945 г. протяженность сетей превысила довоенный уровень, а суммарная мощность генерации СССР достигла довоенного уровня и превысила его в 1946 г.
В послевоенные годы электроэнергетика в количественном и качественном отношениях быстро развивалась. В 1947 г. СССР вышел на второе место в мире после США по производству электроэнергии. К 1950 г. установленная мощность электростанций достигла 19,6 ГВт против 11,2 ГВт в 1940 г.
В послевоенные годы активно внедрялись системы удаленного и автоматического управления процессами производства и передачи электроэнергии: противоаварийные устройства, устройства телемеханики управления подстанциями и ГЭС, новые средства связи для оперативно-диспетчерского управления и т.д. Автоматизируются технологические процессы ТЭС.
Важный этап развития энергетики - ввод в эксплуатацию Волжских ГЭС и дальних электропередач 400-500 кВ. В 1956 г. введена в эксплуатацию первая электропередача 400 кВ Куйбышев - Москва. Ввод в работу этой электропередачи позволил присоединить на параллельную работу с энергосистемами Центра Куйбышевскую энергосистему района Средней Волги. Этим было положено начало объединению энергосистем различных районов и созданию ЕЭС европейской части СССР. В 1957 г. создано ОДУ ЕЭС европейской части СССР.
Во второй половине 50-х гг. завершился процесс объединения энергосистем Закавказья и продолжилось объединение энергосистем Северо-Запада, Средней Волги и Северного Кавказа. В конце 50-х - начале 60-х гг. созданы ОДУ Северо-Запада, Средней Волги, Северного Кавказа, Сибири и Средней Азии.
Формирование ЕЭС страны потребовало создания высшей ступени иерархии диспетчерского управления. В 1969 г. создано Центральное диспетчерское управление - ЦДУ ЕЭС СССР.
В 1970 г. начался новый этап развития энергетики страны - формирование ЕЭС СССР.
С пуском в 1954 г. первой в мире атомной электростанции в г. Обнинске открылась эра атомной энергетики, в последующие десятилетия заметно изменившей структуру энергобаланса и саму энергосистему страны.
Атомная энергетика стала приобретать промышленные масштабы. В 1964г. были введены в эксплуатацию два энергоблока с водо-водяными реакторами (ВВЭР) на Белоярской и Нововоронежской АЭС. Во второй половине 1960-х гг. введены следующие энергоблоки на этих АЭС. Максимальная мощность энергоблоков, введенных на АЭС в эти годы, составила 365 МВт, а суммарная мощность атомных электростанций к концу десятилетия превысила 1 ГВт.
Атомная энергетика занимает важное место в энергетике России. Относительная однородность оборудования создает хорошие условия для его совершенствования, модернизации оборудования и эксплуатации.
Кроме своего прямого назначения - производства электроэнергии - гидроэнергетика решает дополнительно важнейшие для общества и государства задачи. Прямая выгода от них заключается в создании систем питьевого и промышленного водоснабжения; развитии судоходства; создании ирригационных систем в интересах сельского хозяйства; рыборазведении; регулировании стока рек, позволяющем осуществлять борьбу с паводками и наводнениями, обеспечивая безопасность населения.
Гидроэнергетика - ключевой элемент обеспечения системной надежности ЕЭС страны, так как располагает более чем 90 % резерва регулировочной мощности. Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС наиболее маневренны и способны при необходимости существенно увеличить объемы выработки энергии в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот показатель измеряется часами, а для атомных - сутками.
Важнейший элемент повышения надежности работы энергетических систем - развитие гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Графики потребления электроэнергии современных энергообъединений отличаются высокой степенью неравномерности, что создает трудности как с покрытием пиков, так и в еще большей степени с прохождением ночных провалов суточных графиков электрической нагрузки. Особенно актуальна эта проблема для энергосистем европейской части России, где преобладают низкоманевренные блоки ТЭС, ТЭЦ и АЭС. В этой ситуации ГАЭС обладают максимальными маневренными преимуществами. В отличие от других типов маневренных электростанций, способных покрывать только пиковые нагрузки, ГАЭС могут работать и в насосном режиме в период провала графика электрической нагрузки, обеспечивая более благоприятный базисный режим для ТЭС и АЭС.
Целью курсового проекта является решение вопроса по проектированию электрооборудования подстанции коксохимического производства.
Проект выполнен в соответствии с заданием.
1. Общая часть
.1 Характеристика потребителей
Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) в отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприёмники разделяются на три категории.
Электроприёмники I категории - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.
Электроприёмники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.
Из состава электроприёмников I категории следует выделить особую группу приёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. К особой группе можно отнести приёмники аварийной вентиляции, электродвигатели задвижек и запорной аппаратуры, аварийное освещение ряда цехов некоторых химических производств.
Для электроснабжения особой группы электроприёмников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.
Электроприёмники II категории - электроприёмники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
Рекомендуется обеспечивать эти приёмники электропитанием от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. При нарушении электроснабжения допустимы перерывы на время, необходимое для включения резервного питания.
Электроприёмники III категории - все остальные приёмники, не подходящие под определения I и II категории. Для электроприёмников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для замены или ремонта необходимого элемента системы, не превышают 1 суток.
Потребители коксохимического производства
относятся к I и II
категории, поэтому для их электроснабжения необходимы два независимых взаимно
резервирующих источника питания.
.2 Выбор схемы электроснабжения
Электрические сети внутри объекта выполняются по магистральным, радиальным и смешанным схемам.
Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются в тех случаях, когда пункты приёма расположены в различных направлениях от центра питания. Они могут быть одно- или двухступенчатыми. На небольших объектах и для питания крупных сосредоточенных потребителей используются одноступенчатые схемы. Двухступенчатые радиальные схемы выполняются для крупных и средних объектов с подразделениями, расположенными на большой территории. При двухтрансформаторных подстанциях каждый трансформатор питается отдельной линией по блочной схеме линия - трансформатор. Пропускная способность блока в послеаварийном режиме рассчитывается исходя из категорийности питаемых потребителей. При однотрансформаторных подстанциях взаимное резервирование питания небольших групп приёмников первой категории осуществляется при помощи кабельных или шинных перемычек на вторичном напряжении между соседними подстанциями. Радиальная схема характеризуются тем, что от источника питания, отходят линии, питающие крупные электроприемники или групповые распределительные пункты, от которых, в свою очередь, отходят линии, питающие прочие мелкие электроприемники.
Достоинство радиальных схем:
обеспечивают надёжность питания;
легко применяются элементы автоматики.
Недостатки: большие затраты на установку распределительных пунктов и проводку кабелей и проводов.
Магистральные схемы напряжением от 6 до 10 кВ применяют при линейном размещении подстанций на территории объекта, когда линии от центра питания до пунктов приёма могут быть проложены без значительных обратных направлений. Магистральные схемы выполняются одиночными и двойными, с односторонним и двусторонним питанием.
Одиночные магистрали применяются тогда, когда отключение одного потребителя вызывает необходимость отключения всех остальных потребителей. Надёжность схемы с одиночными магистралями можно повысить, если питаемые или ТП расположить так, чтобы была возможность осуществить частичное резервирование по связям низкого напряжения между ближайшими подстанциями.
Схемы с двойными («сквозными») магистралями применяются для питания ответственных и технологически связанных между собой потребителей одного объекта.
Одиночные и двойные магистрали с двусторонним питанием («встречные магистрали») применяются при питании от двух независимых источников, требуемых по условиям обеспечения надёжности электроснабжения для потребителей первой и второй категории.
Смешанные схемы питания, сочетающие принципы радиальных и магистральных систем распределения электроэнергии, имеют наибольшее распространение на крупных объектах. Степень резервирования определяется категорийностью потребителей. Потребители первой категории должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников. В качестве второго источника питания могут быть использованы секционированные сборные шины электростанций или подстанций, а также и перемычки в сетях на низшем напряжении, если они подают питание от ближайшего распределительного пункта.
Достоинство магистральных схем:
не требуют установки распределительного щита на подстанции;
распределение энергии осуществляется по схеме блок-трансформатор-магистраль, что упрощает и удешевляет сооружение цеховой подстанции;
надёжно для электроснабжения потребителей первой, второй, третьей категории.
Недостатки магистральных схем:
повреждение магистрали приводит к отключению всех потребителей, питаемых от нее.
Для данного курсового проекта выбираем радиальную схему электропитания, так как достоинством её является, обеспечение высокой надёжности питания и в этой схеме легко могут быть использованы элементы автоматики. Также радиальная схема является простой и наглядной, что повышает ее оперативную надежность, а также возможность легкого приспособления схемы к изменяющимся условиям работы, как в эксплуатации, так и при расширении станции, возможность ремонтов оборудования РУ без нарушения нормальной работы присоединений.
Так как потребители проектируемой подстанции
относятся к I и II
категориям по бесперебойности электроснабжения, выбираем радиальную схему с
секционированием шин, которая обеспечивает наличие двух независимых источников
питания.