Проектирование системы электроснабжения Локомотивного депо и прилегающего к нему района города Белогорска

Для линий в сетях напряжением 10 кВ должны предусматривать устройства релейной защиты, действующие на отключение линии при многофазных КЗ, а также устройства защиты при однофазных замыканиях на землю, действующие либо на сигнал, либо на отключение.

К устройствам релейной защиты, действующим на отключение предъявляются следующие требования: селективность (избирательность) действия, быстрота действия, чувствительность, надежность работы.

Основной называется защита, предназначенная для работы при всех или части видов КЗ в пределах всего защищаемого элемента (например, 100% длины линии) со временем, меньшим, чем у других установленных защит. Резервной называется защита, предусматриваемая для работы вместо основной данного элемента в случаях ее отказа или вывода из работы, а также вместо защит смежных элементов при их отказе или в случаях отказов выключателей смежных элементов.

Максимальные токовые защиты с относительной селективностью реагируют на ток в защищаемом элементе. Они приходят в действие при превышении тока в месте их включения, некоторого заранее установленного значения. Токовые защиты выполняются с выдержкой времени.

Еще одним видом токовой защиты является токовая отсечка, работающая без выдержки времени.

В качестве релейной защиты отходящих присоединений 10 кВ для локомотивного депо и прилегающего района города выбирается токовая отсечка и МТЗ.

1.13.1 Защита ввода

Ток срабатывания МТЗ отстраивается от максимального рабочего тока протекающего через вводной выключатель:

,(110)

Выбранная защита проверяется по чувствительности:

,(113)

гдеI_к.min⁽³⁾ - ток КЗ в минимальном режиме работы питающей системы при КЗ в конце защищаемого участка.

Чувствительность защиты является достаточной, если при КЗ в конце защищаемого участка к_ч ?1,5

Условие соблюдается 1,59 > 1,5.

В качестве токовых реле защиты устанавливается реле типа РТ - 40/6.

1.13.2 Защита отходящих присоединений

Электроснабжение района города осуществляется кабельными линиями 10 кВ РП.

Кабельная распределительная сеть состоит из петлевых схем. Надежность электроснабжения обеспечивается за счет питания от двух секций шин РП.

Релейная защита кабельных линий распределительной сети 10 кВ выполняется обычно в виде максимальных токовых защит (МТЗ).

На примере приводится расчет релейной защиты кабельной линии от РП до КТПГ№2.

В качестве тока срабатывания защиты применяют наибольшее значение I_с.з., найденное по следующим расчетным условиям.

Обеспечение возврата пускового органа защиты в начальное положение после его срабатывания при отключении внешнего КЗ определяется по формуле, А:

,(114)

гдек_зап - коэффициент запаса, учитывает погрешность реле, принимают 1,2;

к_с,з - коэффициент самозапуска, учитывает возможность увеличения тока защищаемой линии, принимаем равным 1,25 ;

I_{раб.мах} - максимальный ток в линии в нормальном режиме, А;

А

Определяется ток срабатывания реле по выражению:

А

Для защит с реле имеющих плавную регулировку (РТ-40), для данного случая, полученное значение тока срабатывания реле принимают за окончательное. Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности, который определяется по формуле:

,(115)

гдеI⁽³⁾_к.мин - ток трехфазного КЗ в минимальном режиме работы РП при КЗ в конце защищаемого участка;

k_ч - коэффициент, учитывающий расчетный вид и место КЗ, схему соединения трансформаторов тока и реле, по /12, с.134/

Условие соблюдается 4,51 > 1,5, принимается к установке реле РТ-40/7

Первичный ток срабатывания ТО определяется из условия надежного несрабатывания ее при трехфазном коротком замыкании в конце защищаемой линии.

Для петлевых схем питающих группу силовых трансформаторов, должно выполняться условие отстройки от суммарного броска намагничивающих токов этих трансформаторов, от РП по КТПГ№2:

,(116)

Где к_отс - коэффициент отстройки, принимаем 1,3 для реле РТ-40;

?I_ном.тр - сумма номинальных токов трансформаторов, присоединенных к защищаемой линии.

А

Выбранная защита проверяется по чувствительности:

,(117)

гдеI_к.min⁽²⁾ - минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемого участка

Чувствительность защиты является достаточной, если при КЗ в конце защищаемого участка к_ч ?1,5

,(118)

А

Условие соблюдается 3,24 > 1,5.

1.13.3 Двухступенчатая максимальная токовая защита секционного выключателя

Для защиты секционного выключателя от много фазных КЗ устанавливаем двухступенчатую токовую защиту:

1 ступень - МТЗ без выдержки времени;

2 ступень - МТЗ с выдержкой времени.

Ток срабатывания отсечки отстраивается от тока трехфазного КЗ на шинах 10 кВ, и определяется по выражению, А:

Определяется ток срабатывания реле защиты, А:

Ток срабатывания МТЗ отстраивается от максимального рабочего тока протекающего через секционный выключатель:

1.15.1 Телемеханика

Средства телемеханики (телесигнализации, телеизмерение и телерегулирование) применяются для диспетчерского управления электроустановкой и ее контроля. Обязательным условием применения средств телемеханики является наличие технико-экономической целесообразности: повышение эффективности диспетчерского управления, т.е. улучшение ведения режимов производственных процессов, ускорение ликвидации нарушений и аварий, повышение экономичности и надежности работы электроустановок, снижение численности персонала и отказ постоянного дежурства персонала, уменьшение площадей производственных помещений и так далее.

Объемы телемеханизации электроустановки определены отраслевыми положениями и установлены совместно с объемами автоматизации. При этом средства телемеханизации в первую очередь используются для сбора информации о работе, состоянии основного коммутационного оборудования, изменениях при возникновении аварийных состояний, а также для контроля за выполнением распоряжений по производству переключений (плановых, ремонтных, оперативных). При определении объемов телемеханизации электроустановок без постоянного дежурства персонала в первую очередь должна быть рассмотрена возможность применения простейшей телесигнализации (аварийно-предупредительная телесигнализация на два или более сигналов).

Телеуправление должно применятся на объектах без постоянного дежурства персонала, допускается его применение на объектах с постоянным дежурством персонала при условии частого и эффективного использования. Для телеуправляемых установки операция телеуправления, также как и действие устройств защиты и автоматики, не требует дополнительных оперативных переключений на месте (с выездом или вызовом оперативно персонала).

Телесигнализация предусматривает:

для отображения на диспетчерском пункте положения и состояния основного коммутационного оборудования тех электроустановок, находящемся в оперативном управлении или ведении диспетчерских пунктов, которые имеют существенное значение для режима работы системы энергоснабжения;

для ввода информации в вычислительные машины или устройства обработки информации;

для передачи аварийных и предупредительных сигналов.

Для телесигнализации состояния или положения оборудования электроустановок используется в качестве датчика один вспомогательный контакт или контакт реле-повторителя.

Телеизмерения передачи основных электрических или технологических параметров (при работе электроустановки), необходимых для установления и контроля оптимальных работы всей системы энергоснабжения в целом, а также для предотвращения или ликвидации возможных аварийных процессов. При выполнении телеизмерений учитывается необходимость местного отчета параметров на контролируемых пунктах. Измерительные преобразователи (датчики телеизмерений), обеспечивающие местный отчет показаний установлены вместо щитовых приборов, при этом сохраняется класс точности измерений.

Питание устройств телемеханики (как основное, так и резервное) на диспетчерском пункте осуществляться совместно с питанием аппаратуры каналов связи и телемеханики.

Переход на работу от источников резервного питания при нарушении электроснабжения основных источников предусмотрен автоматизированным.

1.15.2 Сигнализация

Различают следующие виды сигнализации:

· Предупреждающая сигнализация;

· Аварийная сигнализация.

Предупреждающая сигнализация

Предупреждающая сигнализация предназначена для оповещения обслуживающего персонала о нарушениях нормального режима работы отдельных частей или установки в целом, требующих принятия мер для их устранения, например перегрузка, нарушение изоляции, обрыв цепей управления и так далее. Индивидуальные цепи предупреждающей сигнализации имеют указательные реле, по которым определяются характер и место повреждения. Сигналы подаются от реле, фиксирующих изменение нормального режима (контактный термометр, реле контроля изоляции и так далее) с выдержкой времени. Выдержка времени может быть индивидуальной или централизованной.

Аварийная сигнализация

Аварийное отключение выключателей сопровождается индивидуальным сигналом - световым (мигание лампы сигнализации положение «Отключено»), применяемым в схемах на постоянном (выпрямленном) оперативном токе. Центральная сигнализация выполняется с повторностью действия. Для обеспечения повторности действия первичные импульсы должны быть кратковременными.

Устройства сигнализации установлены в РП на щите управления, а также основной контроль за состоянием оборудования, который ведет оперативно-дежурный персонал, производится на щите диспетчерского управления.

Устройства аварийной и предупредительной сигнализации постоянно должны быть в состоянии готовности к работе и периодически опробоваться.

Особое внимание следует обращать на наличие оперативного тока, исправность предохранителей и автоматических выключателей во вторичных цепях, а также цепей управления выключателями.

1.15.3 Учет электроэнергии на РП

Учет электроэнергии на РП относится к техническому учету.

Расчетным учетом электроэнергии называется учет выработанной, а также отпущенной потребителям электроэнергии для денежного расчета за нее. Техническим (контрольным) учетом электроэнергии называется учет для контроля расхода электроэнергии внутри электростанций, подстанций, предприятий, в зданиях, квартирах и т.п. Требования, предъявляемые к контрольным счетчикам в отношении класса точности, значительно ниже, чем требования, предъявляемые к расчетным счетчикам, поскольку по контрольным счетчикам не производят денежных расчетов. Поэтому контрольные счетчики могут подключаться к измерительным трансформаторам тока класса точности 1.

Для измерения реактивной энергии установлены специальные счетчики с дополнительными последовательными катушками.

Учет реактивной электроэнергии должен обеспечивать возможность определения количества реактивной электроэнергии, полученной потребителем от электроснабжающей организации или переданной ей.

Счетчики для расчета электроснабжающей организации ОАО «Амурэнерго», с потребителем ЭЧС-45 установлены на границе раздела сети (по балансовой принадлежности) электроснабжающей организации и потребителя.

Счетчики размещены в легко доступном для обслуживания помещении, в сухом и достаточно свободном нестесненном для работы месте с температурой в зимнее время не ниже +10^о С. Счет установлены на вводном присоединении и на отходящих присоединениях.

1.16 Расчет емкостного тока замыкания на землю

Следовательно, в компенсации нет необходимости

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Проектирование системы элеКтроснабжения района города прилегающего к Локомотивному депо

2.1.1 Климатические условия

Район, в котором производится проектирование, характеризуется следующими климатическими условиями: район по ветру III, ветер северо-западный, район по гололеду II, низшая температура -42^о С, высшая температура 36^о С, число грозовых часов в год составляет 45, средняя скорость ветра 2,6 м/сек, нормативная глубина промерзания грунта 3,2 м, высота снежного покрова составляет 40 см, температура образования гололеда от -3^о С до -5^о С, степень загрязненность атмосферы I.

2.1.2 Потребители

Основными потребителями электрической энергии являются городское население. Систематически увеличивается расход электроэнергии на бытовые нужды городского населения в результате все большего насыщения электробытовыми приборами. На ряду с этим в новых домах устанавливаются напольные электроплиты для приготовления пищи, в результате чего годовое электропотребление семьи возрастает примерно в 2 - 2,5 раза.

Помимо этого в общей нагрузке квартир немаловажную роль играют электроприемники не связанные с приготовлением пищи (например телевизоры, кондиционеры, компьютеры, обогреватели и другие электроприемники). Помимо потребителей жилого сектора, имеются промышленные предприятия и различные сторонние нагрузки. Сторонними нагрузками являются закрытые территории военных складов и топливные базы.

2.1.3 Население

Население города Белогорска составляет примерно 67 тысяч человек. Численность населения в проектируемом районе города составляет около 3,5 тыс. человек. Все данные приведены из наблюдений статистического отдела города Белогорска.

2.1.4 Характеристика района застройки

Территория прилегающего района города к Локомотивному депо делится на промышленную зону и селитебную. Потребителями селитебных зон являются жилые дома и общественно-коммунальные учреждения. Режим электропотребления жилых домов определяется укладом жизни населения, а электропотребление коммунальных учреждений - особенностями их технологического процесса и заданным графиком работы.

Количество этажей жилых зданий от 1 до 5. В жилом районе в радиусе до 800 м присутствуют - детский садик, продовольственные магазины, библиотека, парикмахерские, поликлиника, гаражи для автомобилей, железнодорожные организации, котельная. Средняя продолжительность эксплуатации жилых зданий составляет 22 года. Некоторые здания сданы в 2004 году (жилой дом на 120 квартир, магазин). Для приготовления пищи в жилых зданиях используются электрические плиты.

2.2 Расчёт электрических нагрузок коммунально-бытовых потребителей

Электрические нагрузки определяют для выбора и проверки токоведущих элементов (шин, кабелей, проводов), силовых трансформаторов, а также для расчёта потерь напряжения, выбора защиты и компенсирующих устройств.

При определении расчетных нагрузок жилых зданий пользуются методом «Удельной расчетной нагрузки», представленным в /8, с.5/. Основой расчета электрической нагрузки дома являются нагрузки квартир, отличающиеся видом кухонной плиты и добавляются нагрузки силовых электроприемников. Далее определяются нагрузки общественных зданий. Следующим этапом является определение нагрузок распределительных линий напряжением до 1 кВ и трансформаторных подстанций, а затем - сетей напряжением 10 кВ.

Расчетная активная нагрузка квартир, приведенная к вводу жилого здания, линии или к шинам напряжением 0,38 кВ трансформаторной подстанции, определяется по формуле, кВт:

P_кв = Р_кв.уд·n, (131)

Где р_кв.уд--удельная расчетная нагрузка электроприемников квартир (домов), зависящая от типа применяемых кухонных плит и числа квартир (домов), присоединенных к вводу жилого здания, линии, трансформаторной подстанции, кВт/квартиру;

n -- число квартир, присоединенных к элементу сети.

Р_кв.уд определяется по /8, с.7/

Расчётная нагрузка всего жилого дома в целом, определяется по формуле, кВт:

P_ржд = Р_кв+0,9Р_c, (132)

Где Р_кв - расчётная нагрузка электроприёмников квартир, кВт;

Р_с - расчётная нагрузка силовых электроприёмников, кВт.

Под расчётной нагрузкой силовых электроприёмников понимают нагрузку лифтовых установок, а также нагрузку электродвигателей санитарно - технических устройств. Количество этажей в районе города не превышает пяти этажей, в связи с этим лифты и насосы отсутствуют поэтому принимается:

P_р.ж.д. = Р_кв (133)

Коэффициент спроса для расчета нагрузок рабочего освещения и вводов общественных зданий следует принимать по таблице 7, содержащейся в /1/. В качестве примера производится расчет детского сада, рисунок 20

P_д/с = Р_.уд·n_д/с, (134)

где Р_уд - удельная нагрузка на одно место, принимаемая 0,46 кВт/место;

n_д/с - количество мест на которое рассчитан детский сад.

Удельные расчетные нагрузки определены для квартир средней площадью 55 м² с посемейным заселением и приведенные в /8/.

В соответствии с приведёнными выше сведениями, производится расчёт активной нагрузки квартир для различных типов зданий.

В качестве примера подробно показан расчет электрических нагрузок электроприемников, подключенных к КТПГ№4.

Для расчета приводится план расположения жилых зданий подключенных к КТПГ№4 изображенный на рисунке 20.

Рисунок 16 - План расположения домов подключенных к КТПГ№4

Для сто вартирного жилого здания №1, расчётная нагрузка питающих линий и вводов на шинах РУ- 0,4 кВ КТПГ№4 определяется по формуле (132), при этом примем Р_кв.уд = 1,5, n =100, таким образом получается, кВт:

P_{кв р}¹⁰⁰ = 1,5·100 = 150 кВт

Q_{кв р}¹⁰⁰=150^.0,2=30 кВар

Определяется полная расчетная мощность по формуле, кВА:

S_р=,(135)

S_р==152,97 кВА

Для определения расчетной нагрузки магазина расположенного в жилом здании №1 необходимо знать площадь магазина.

Площадь магазина составляет 27 м²:

P_{маг р}= 0,23·27 = 6,21 кВт

Q_{маг р}=6,21^.0,7=4,347 кВар

S_р==7,58 кВА

Результаты расчета по остальным зданиям приводятся в виде конечного результата в таблице 35.

Таблица 35 - Результаты расчета нагрузок по КТПГ№4

Расчётная нагрузка питающей трансформаторной подстанции при электроснабжении потребителей различного назначения (жилых домов, общественных зданий или помещений) определяется по формуле:

P_р = Р_{зд.макс.} + К₁· Р_зд.1 + К₂· Р_зд.2 + … + К_n· Р_зд..n , (136)

где Р_{зд.макс.} - наибольшая из нагрузок зданий, питаемых трансформаторной подстанцией, кВт;

Р_зд.1, Р_зд..n - расчётные нагрузки всех зданий, кроме здания, имеющего наибольшую нагрузку Р_{зд.макс.}, питаемых трансформаторной подстанцией, кВт;

К₁, К₂ …К_n - коэффициенты, учитывающие долю электрических нагрузок общественных зданий и жилых домов в наибольшей расчётной нагрузке (Р_{зд.макс.}), принимаемые по таблице 14 / 9/.

Для ТП №4, за наибольшую нагрузку зданий принята нагрузка стоквартирного жилого дома, т.е. Р_{зд.макс} = 156,21 кВт

P_р⁴ = 156,21 + 0,9 · 90 + 0,4 · 75,9 + 0,8 · 8,625 + 0,8 · 33,075 + 0,8 · 39,382= =332,7 кВт

Q_р⁴ = 34,347 + 0,9 · 18 + 0,4 · 18,975 + 0,8 · 6,03 + 0,8 · 14,22 + 0,8 · 16,934= =87,88 кВар

кВА

Расчетная мощность по остальным КТПГ приведена в пункте 2.3 для выбора трансформаторных подстанций. Данные получены от энергоснабжающей организации ЭЧС-45.

Рисунок 21 - Схема КТПГ

3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Основная цель расчета

Необходимость в проектировании системы электроснабжения «Локомотивного депо» вызвана тем, что изменился вид ремонта подвижного состава, увеличилась мощность предприятия, так как были введены новые виды ремонта, которые ранее не производились. Возникла необходимость повышения надежности электроснабжения оборудования, так как 33% электроприемников относятся ко второй категории электроснабжения.

Все выше перечисленные факторы потребовали пересмотра существующей системы электроснабжения, и встала необходимость решения поставленных технических и экономических задач.

При проектировании электроснабжения предприятия к рассмотрению были предложены две схемы электрической сети. Проведя технико-экономическое сравнение двух вариантов, выбрали наиболее выгодный, который соответствует всем выше перечисленным требованиям.

Затраты на потребляемую предприятием электроэнергию складываются из расчетов с энергоснабжающей организацией по договору на энергоснабжение и затрат на содержание энергохозяйства предприятия.

Численность персонала электроучастка, осуществляющего ремонт, обслуживание электротехнического оборудования Локомотивного депо, составляет 14 человек. При этом 4 человека дежурный персонал, остальные относятся к ремонтному персоналу, который занимается ремонтом электрооборудования в порядке текущей эксплуатации. При проектировании предусматривается, что обслуживающий персонал электроучастка произведет монтаж электрической сети 0,4 кВ без вмешательства посторонних монтажных организаций, тем самым дополнительная численность персонала не требуется. Поэтому дополнительные расходы на заработную плату и отчисления на социальные нужды отсутствуют.

При проектировании электроснабжения предприятия, добавляется дополнительное электрооборудование, которое ранее не входило в состав предприятия. К установке принимаются комплектные трансформаторные подстанции (КТП), располагающиеся внутри цехов. Количество КТП составляет 3 штуки.

Для обслуживания трех новых КТП потребуется дополнительное привлечение специалистов. Норматив численности для ремонта и обслуживания трансформаторов КТП приблизительно равен 14,4 чел. на 100 единиц оборудования. Для предприятия дополнительная численность составляет 0,43 чел. Из расчета видно, что увеличение численности персонала для обслуживания КТП не требуется, обслуживание объектов будет производиться персоналом электроучастка.

Для начисления заработной платы рабочим электроучастка, основой является тарифная система, которая включает в себя тарифно-квалификационные справочники, тарифные сетки и тарифные ставки.

На основании принятых сроков полезного использования оборудования определяются годовые размеры амортизационных отчислений по каждому виду, А:

,(139)

Где Т_СЛ - срок службы i-го оборудования (принимается в соответствии с Постановлением №1 Правительства РФ от 1.01.02 г. «Классификация основных средств, включаемых в амортизационные группы»), лет.

Капитальные вложения в принятый вариант электрической сети предприятия сводятся в таблицу 43.

Таблица 43 - Капиталовложения в проект

Издержки на содержание и эксплуатацию оборудования (Р_сэо) связывают с амортизационными отчислениями по базовому предприятию в %, т.е. издержки на монтаж и ремонт. Дополнительные расходы на содержание и эксплуатацию оборудования определены согласно «Нормативам затрат на ремонт в % от балансовой стоимости конкретных видов основных средств электростанций» РАО ЕЭС России:

,(140)

где: Р_СЭО= 0,4 % для кабельных линий

Р_СЭО= 3,7 % для силового оборудования

тыс.руб.

Цеховые расходы принимаются равными 0,5% от капитальных вложений:

тыс.руб.(141)

Общехозяйственные расходы принимаются равными 3% от капитальных вложений:

тыс.руб. (142)

Полная себестоимость (Псеб) включает все статьи калькуляции, связанные с реализацией проекта:

,(143)

тыс.руб.

Себестоимость продукции - это важный экономический показатель, который характеризует уровень использования основных фондов предприятия, степень механизации и автоматизации производственных процессов, уровень производительности труда, качество эксплуатации оборудования, является основой ценообразования, используется для расчета прибыли и рентабельности.

Себестоимость электроэнергии - это отношение производственной себестоимости к полезному отпуску электроэнергии. Себестоимость калькуляционной единицы определяется по выражению:

,(144)

Производится расчет себестоимости электроэнергии для «Локомотивного депо» по формулам приведенным выше.

Годовой расход электроэнергии предприятием определяется по выражению: