Проектирование системы электроснабжения промышленного предприятия

 

Расчет мощности трансформаторов проводим, учитывая их перегрузочную способность. Перегрузка зависит от особенностей графика нагрузок, который характеризуется коэффициентом заполнения графика [2]:

 

,                                                                                                                      (4.10)

 

где – средняя расчетная мощность группы потребителей за наиболее загруженную смену, получающих питание от выбранного трансформатора, кВА; – максимальная расчетная полная мощность группы потребителей, кВА.

Подставим известные величины в выражение (4.10), получим:

 

 (4.11)

 

Длительная допустимая нагрузка трансформатора S_доп равна:

 

S_доп=0,3·S_н.т.·(1-К_з.г.),                                                                                  (4.12)

 

где S_н.т - номинальная мощность трансформаторов.

Подставим известные  значения в (4.12):

 

S_доп1 = 0,3·3000·(1 – 0,84) = 147, кВА; (4.13)

S_доп2 = 0,3·5800·(1 – 0,84) = 274,1, кВА. (4.14)

 

Перегрузочная способность трансформатора характеризуется коэффициентом загрузки трансформаторов (4.15):

 

,                                                                                              (4.15)

 

где - суммарная номинальная мощность рассматриваемых трансформаторов, кВА.

Подставим данные в (4.15):

 

  (4.16)

  (4.17)

 

Коэффициент допустимой перегрузки µ_л трансформаторов зимой за счет снижения их нагрузки в летнее время рассчитывается:

 

µ_л1 = 1 - К_з.т1 = 1 – 0,67= 0,33;                                                                (4.18)

µ_л2 = 1 - К_з.т2 = 1 – 0,43 = 0,67.                                                                (4.19)

 

Так как перегрузка не должна превышать 15% принимаем µ_л = 0,15. Определим суммарный коэффициент кратности допустимой перегрузки µ. Для этого суммируем допустимую перегрузку в часы максимальной нагрузки с допустимой перегрузкой трансформаторов зимой, получаем:

 

µ₁ = 1 + + µ_л1 = 1 + + 0,14 = 1,126;  (4.20)

µ₂ = 1 + + µ_л2 = 1 + + 0,14 = 1,136.                                         (4.21)

 

Суммарная допустимая мощность трансформаторов при их одновременной работе с учетом систематической перегрузки:

S_допΣ1 = µ₁·ΣS_н.т1 = 1,126·3·3000 = 14584, кВА;                                       (4.22)

S_допΣ2 = µ₂·ΣS_н.т2 = 1,136·2·5800 = 14484,4, кВА.                                    (4.23)

 

Суммарная допустимая мощность трансформаторов  превышает полную мощность предприятия. Можно сделать вывод, что для  установки на ГПП подходят два трансформатора по 5800 кВА или три трансформатора по 3000 кВА.

Окончательный выбор можно сделать  после экономического расчета.

 

 

4.2 Экономический расчет

 

Паспортные данные выбранных  типов трансформаторов, для которых  проводится экономический расчет, приведены в таблице 4.2. Используя методику, изложенную в [1, 2] проведем экономический расчет.

Сначала определим приведенные  потери мощности по выражению:

 

,   (4.24)

 

где – потери холостого хода, кВт; = 0,02 – коэффициент изменения потерь,  кВт/кВАр [5]; – ток холостого хода в % от номинального; – номинальная мощность трансформатора,  кВА; – коэффициент загрузки трансформаторов; – потери короткого замыкания, кВт; – напряжение короткого замыкания в % от номинального.

Подставляя  данные в формулу (4.24), найдем значения приведенных потерь мощности трансформаторов:

 

 

За год  потери электрической энергии в трансформаторах:

 

.                                                                                                    (4.27)

 

Подставляя значения в выражение (4.27), получим значения годовых потерь электроэнергии:

 

,  кВт·ч; (4.28)

,  кВт·ч. (4.29)

 

Следом найдем стоимость годовых потерь электрической энергии:

 

,                                                                                                       (4.30)

 

где = 1,93 – стоимость одного кВт · ч электроэнергии,  руб./кВт · ч.

Подставляя  известные величины в выражение (4.16), получим значения стоимости годовых потерь электроэнергии:

 

, руб; (4.31)

,  руб. (4.32)

 

Капитальные затраты определяются по формуле:

 

 ,                                                                                                                     (4.33)

где – капитальные затраты одного трансформатора, руб.; n – число устанавливаемых трансформаторов, шт.

Подставляя  известные величины в выражение (4.33), получим значения капитальных затрат:

 

,  руб; (4.34)

,  руб. (4.35)

 

Определим амортизационные отчисления:

 

.                                                                                                                 (4.36)

 

Подставляя известные величины в выражение (4.36), получим значения амортизационных отчислений:

 

,  руб; (4.37)

,  руб. (4.38)

 

Суммарные годовые эксплуатационные расходы определяются по следующему выражению:

 

.                                                                                                                 (4.39)

 

Подставляя данные в выражение (4.39), получим значения суммарных годовых эксплуатационных  расходов:

 

 , руб; (4.40)

,руб. (4.41)

 

Суммарные приведенные  затраты:

 

,                                                                                                                 (4.42)

 

где – нормативный коэффициент, который принимается по справочной литературе равным 0,15.

Подставляя  известные величины в выражение (4.42), получим значения суммарных приведенных затрат:

 

, руб; (4.43)

,  руб. (4.44)

 

Таким образом, проведя технико-экономический расчёт, можно сделать вывод, что вариант с двумя трансформаторами типа ТМ-6300/35 является экономически выгодным, чем вариант с тремя трансформаторами типа ТМ-4000/35. Следовательно, на ГПП устанавливаем два трансформатора ТМ-6300/35. Технические характеристики данного трансформатора приведены в таблице 4.2.

Трансформаторы ГПП выбирают так, чтобы при отказе одного из них, остальные обеспечили бы работу производства на время замены выбывшего трансформатора. При этом необходимо учитывать, возможно, ограничение нагрузки без ущерба непрерывного технологического процесса, использование допустимой перегрузки трансформатора, а также резерва соседних ГПП и ТЭЦ. Степень резервирования зависит от вида металлургического производства, сменности работы, характера профиля мощности и т.д. При отсутствии точных сведений о режиме работы трансформатора, а также других технических и технологических данных, степень загрузки трансформаторов ГПП при нормальном режиме можно ориентировочно принимать в пределах 70 – 75% [2].

 

 

 

5 ВЫБОР МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ГЛАВНОЙ ПОНИЗИТЕЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ

 

5.1 Определение центра  активных нагрузок

 

Чтобы определить расположение ГПП воспользуемся картограммой электрических нагрузок, которая представляет собой генплан предприятия с нанесёнными электрическими нагрузками. Этот метод использует нахождение центра нагрузок [1, 2].

Для нахождения радиусов окружностей картограммы электрических нагрузок используем формулу для радиуса окружности:

 

, (5.1)

 

где Р_мi – максимальная расчетная активная нагрузка i-го цеха, кВт; m – масштаб для определения площади круга.

Так для первого цеха радиус круга  будет равен:

 

 м. (5.2)

 

С учетом масштаба генерального плана (1:10000) на рисунке радиус будет равен r₁ = 6,2 мм. Результаты вычислений радиусов кругов для всех цехов приведены в таблице 5.1.

 

 

 

 

 

Таблица 5.1 – Данные для построения картограммы активных нагрузок     

Номер цеха	Радиус, мм	Координаты центра круга, (X;Y), (1:10000)
1	6,30	(73; 530)
2	5,56	(574; 535)
3	5,35	(1070; 460)
4	6,35	(73; 230)
5	4,35	(434; 330)
6	5,56	(744; 330)
7	6,76	(1080; 260)
8	4,45	(74; 35)
9	4,35	(543; 45)
10	4,35	(1030; 50)

 

 

Определим координаты центра нагрузки по формулам:

 

;  (5.3)

, (5.4)

 

где – координаты i-го цеха, Р_mi – максимальная мощность i-го цеха; n – число цехов.   

Подставляя данные нам  значения в (5.3) и (5.4), получим:

 

 мм; (5.5)

 мм; (5.6)

 

Расположение центра активных нагрузок представлено на рисунке 5.1.

 

 

5.2 Определение зоны рассеяния  центра электрических нагрузок

 

Распределение случайных координат  ЦЭН подчиняется нормальному закону распределения (закону Гаусса-Лапласа) [2]:

 

                                                                         (5.7)

 

где х, y – текущие значения координат; а_х, а_y - математическое ожидание или среднее значение; σ_x, σ_у – дисперсии случайных координат.

Числовые характеристики находим из следующих выражений:

 

, м; (5.8)

, м; (5.9)

 

Для расчета  используем формул (5.10)

 

.                                                                                                   (5.10)

 

Подставляя значения в выражение (5.10) отдельно для x и для y :

 

 м^-1;  (5.11)

 м^-1. (5.12)

 

Значения полуосей эллипса рассчитаем с помощью формулы (5.13) [2]:

 

                                                                                                      (5.13)

 

Подставляя значения в (5.13) отдельно для х и отдельно для y получим значения полуосей эллипса:

 

 м; (5.14)

 м. (5.15)

 

Зона рассеяния представлены на рисунке 5.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 5.1 – Картограмма  активных нагрузок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

Выбор количества трансформаторных цеховых подстанций (ТП) в каждом цехе и места их расположения проводится в соответствии с указаниями ПУЭ. Правильный, технически и экономически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторных подстанций промышленных предприятий имеет существенное значение для рационального построения схемы электроснабжения этих предприятий. Для электроснабжения цехов предприятия рассмотрим вариант с тремя ТП. На каждой ТП установлено два цеховых трансформатора. В соответствии с генеральным планом предприятия примем три ТП (рисунок 6.1).

Распределим цеха предприятия на три группы. Первая образована цехами №1, №2, №4, вторая – цехами №3, №7, третья цехами - №5, №6, №8, №9, №10.

 

S_т.п.1м= + + S_М4 = 754,46+546,54+846,52=2368, кВА;

S_т.п2м.=S_М5 + S_М6 + S_М8 + S_М9 + S_М10 = 447,64+446,44+368,47+540,43+ +376,33=2143,24, кВА; (6.1)

S_т.п3м= + = 765,23+1253,53=1361,53, кВА,

 

где S_мi – максимальная расчетная нагрузка i-го цеха.