Зайцев Г.З., Джаншиев С.И. Дипломное проектирование. Методические указания к выполнению дипломного проекта (работы)
Подождите немного. Документ загружается.
21
4.3. Выбор числа и мощности трансформаторов
При выборе числа трансформаторов на подстанции следует учитывать
указания седьмого издания ПУЭ о необходимости питания нагрузок первой и
второй категории от двух независимых источников.
При выборе мощности трансформаторов следует учитывать указания ПУЭ
о целесообразности отключения в послеаварийном режиме электроприемников
третьей категории и о допустимости
и целесообразности послеаварийной и
систематической перегрузки трансформаторов.
В соответствии с ГОСТ 14209-97 «Руководство по нагрузке силовых
масляных трансформаторов» допускается следующая перегрузка
трансформаторов:
- распределительных (до 2,5 МВ·А включительно):
послеаварийная – 80 %;
систематическая (для однотрансформаторных подстанций) – 50%;
- средней мощности (свыше 2,5 МВ·А до 100 МВ·А включительно):
послеаварийная – 50%;
систематическая (для однотрансформаторных подстанций) – 50%;
- большой мощности (свыше 100 МВ·А):
послеаварийная – 30%;
систематическая (
для однотрансформаторных подстанций) – 30%.
Рекомендации ГОСТ 14209-97 о допустимой перегрузке
распределительных трансформаторов отражены также в главе 4.3 РД
34.20.185-94.
ГОСТ 14209-97 введен в действие с 01.01.2002 г.
4.4. Расчет токов короткого замыкания, выбор аппаратов и
токоведущих частей распределительных устройств
Расчет токов короткого замыкания и выбор электрооборудования
производится в соответствии с Руководящими указаниями по расчету токов
короткого
замыкания и выбору электрооборудования (РД 153-34.0 – 20.527 –
98),а также с действующими ГОСТ на расчеты токов короткого замыкания
(КЗ) в сетях до и выше 1 кВ.
При расчете токов КЗ необходимо руководствоваться следующим:
- расчет токов КЗ в сетях до 1 кВ нужно выполнять всегда в именованных
единицах;
- расчет токов КЗ при одной ступени
напряжения в схеме также следует
выполнить в именованных единицах;
- при наличии в схеме нескольких (двух и более) ступеней напряжения
расчеты токов КЗ могут быть выполнены как в именованных, так и в
относительных базисных единицах. При этом следует учитывать, что
применение относительных базисных единиц упрощает расчеты,
производимые вручную.
22
При выборе электрооборудования следует пользоваться современными
каталогами отечественных и зарубежных фирм-изготовителей.
4.5.Сравнение и выбор вариантов технических решений
Сооружение и эксплуатация СЭС всегда связано со значительными
материальными и денежными затратами. В связи с этим важным элементом
любого дипломного проекта по электроснабжению является выбор варианта
технического решения, требующего минимума затрат
.
Все технико-экономические расчеты, связанные с выбором варианта
схемного решения, параметров и элементов СЭС, оценкой надежности и т.п.
должны выполняться в логической связи и последовательности с
техническими расчетами.
При разработке дипломного проекта могут возникать следующие задачи,
решаемые на основе технико-экономических расчетов.
1. Выбор источника питания. Задача возникает в тех
случаях, когда имеется
несколько источников. Эта задача характерна для темы №5.
2. Выбор напряжения питания. Задача возникает в тех случаях, когда на одном
или нескольких источниках имеются разные напряжения. Эта задача может
представлять интерес для тем № 1…5, 7.
3. Выбор схем распределения электроэнергии на территории объекта. Задача
представляет интерес для
тех же тем, что и в предыдущем случае.
4. Выбор мощности трансформаторов и низковольтных компенсирующих
устройств. Задача может представлять интерес для цехов небольшой
мощности (до 1,5 … 2 МВ·А) при низком значении коэффициента мощности
нагрузки.
5. Выбор стратегии установки и ввода в эксплуатацию трансформаторов двух
смежных мощностей на ГПП или ПГВ (подстанции глубокого
ввода). Задача
актуальна в тех случаях, когда известны темпы роста электрической нагрузки
подстанции в течение расчетного периода.
6. Определение экономической целесообразности и степени использования
установленных на предприятии синхронных двигателей для компенсации
реактивной мощности. Задача связана с тем, что у некоторых синхронных
двигателей дополнительные потери активной мощности, вызванные
генерацией реактивной мощности
, весьма велики.
7. Выбор напряжения и варианта схемы распределительной сети (6 или 10 кВ).
Задача может возникать в тех случаях, когда напряжение приводных
двигателей равно 6 кВ.
8. Выбор конструкции и способа прокладки линий электрической сети. Эта
задача, как правило, возникает при проектировании электроснабжения
энергоемких предприятий.
9. Выбор оборудования разных предприятий-изготовителей или
поставщиков,
гарантирующих различные сроки службы, когда оборудование с большим
сроком службы является более дорогим.
23
10. Выбор оборудования различных предприятий-изготовителей или
поставщиков, когда продавцы гарантируют различный уровень сервисного
обслуживания.
Данный перечень не является исчерпывающим. В реальных проектах
могут возникать и другие задачи, решение которых требует технико-
экономического сравнения вариантов.
Не следует выбирать для сравнения надуманные варианты, не
рекомендованные действующими правилами, указаниями, строительными
нормами, заведомо обладающие
худшими технико-экономическими
показателями. Так, например, иногда при выборе числа и мощности
трансформаторов на ГПП (ПГВ) студенты производят сравнение варианта с
двумя трансформаторами большей мощности и варианта с тремя
трансформаторами меньшей мощности с одновременным вводом всех
трансформаторов в эксплуатацию. При этом всегда экономичнее оказывается
вариант с двумя трансформаторами, позволяющий, как правило
, обеспечить
необходимую надежность электроснабжения. Вариант ГПП (ПГВ) с тремя
трансформаторами на практике используется редко. Он может оказаться
конкурентоспособным только в одном случае – при разновременном вводе
трансформаторов в эксплуатацию. Следовательно, выбирать этот вариант для
сравнения можно только тогда, когда известна динамика роста электрических
нагрузок по годам.
Сравниваемые варианты должны быть сопоставимы
в энергетическом и
техническом отношении.
Это означает, что в общем случае они должны быть сопоставимы по:
а) надежности электроснабжения;
б) качеству электрической энергии;
в) удобству, простоте и безопасности монтажа и эксплуатации;
г) возможности роста нагрузок и электропотребления в течение расчетного
периода;
д) обеспечению самозапуска электродвигателей ответственных
механизмов;
е) обеспечению баланса реактивной
мощности в узлах нагрузки;
ж) организации электроремонта;
з) степени защиты изоляции от промышленного загрязнения;
и) соответствию требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ).
Приведенный список в конкретных случаях может быть сокращен или
дополнен с учетом местных условий.
Условие сопоставимости вариантов по надежности означает, что все
рассматриваемые варианты должны обеспечивать надежность
электроснабжения не
ниже требуемой. В настоящее время требуемая степень
надежности электроснабжения определяется действующими ПУЭ в
зависимости от категории электроприемников потребителя. Если все
требования ПУЭ к обеспечению надежности выполняются в каждом из
сравниваемых вариантов, то в условиях массового проектирования
24
фактическое различие параметров, характеризующих их надежность, не
учитывается.
Сопоставимость вариантов по качеству электроэнергии означает, что во
всех сравниваемых вариантах показатели, характеризующие качество
электроэнергии, не должны выходить за пределы допустимых значений,
установленных действующими нормами. В настоящее время эти нормы для
систем электроснабжения общего назначения определяются ГОСТ 13109-97.
Если нормы ГОСТ 13109-97 во всех сравниваемых
вариантах
соблюдаются, то фактическая разница значений показателей качества
электроэнергии, характеризующих эти варианты, также не учитывается.
На практике могут быть, однако, случаи, когда необходимость в учете
значений показателей надежности и качества электроэнергии все же
возникает. В этом случае как составляющие денежных потоков,
характеризующих варианты, должны быть определены ожидаемые ущербы от
перерывов
электроснабжения и понижения качества электроэнергии. При этом
должны использоваться соответствующие положения Гражданского кодекса
РФ.
Сопоставимость вариантов с точки зрения удобства, простоты и
безопасности монтажа и эксплуатации означает принятие таких инженерных
решений, которые обеспечивали бы практически равные условия их
соответствия указанным требованиям. Так, например, камеры типов КРУ и
КСО являются по этим
признакам несопоставимыми, т.к. камеры КРУ
обеспечивают гораздо более высокий уровень удобства, простоты и
безопасности монтажа и эксплуатации, чем КСО, хотя требуют более высоких
капитальных вложений. Поэтому камеры типа КРУ, как правило, применяют в
распределительных устройствах (РУ) 6-10 кВ мощных ответственных
подстанций и распределительных пунктов (РП) с большим количеством
отходящих линий,
а камеры типа КСО – на небольших РП и подстанциях.
В общем случае более высокие степени удобства, простоты и
безопасности монтажа и эксплуатации обеспечиваются широким применением
комплектных устройств, а также элементов и узлов заводского изготовления:
комплектных трансформаторных, преобразовательных и выпрямительных
подстанций, ячеек распредустройств, конденсаторных установок, тиристорных
возбудителей синхронных двигателей и т.п
., а также шинопроводов до 1 000 В
и токопроводов 6-10 кВ. Как правило, комплектное оборудование
несколько дороже, чем оборудование, поставляемое в виде отдельных
элементов с проведением сборочно-монтажных работ на месте, но применение
комплектного оборудования создает дополнительный социально-
экономический эффект, который трудно оценить в денежном выражении.
Так как любая система электроснабжения является системой
длительного
действия, а электрические нагрузки и электропотребление с течением времени
растут, то все сравниваемые варианты должны обеспечивать возможность
такого роста в течение некоторого периода без реконструкции. К последней
могут быть отнесены работы по замене опор и проводов воздушных линий,
прокладка дополнительных кабельных линий или замена кабелей, увеличение
25
числа ячеек РУ с прокладкой присоединяемых линий, реконструкция цеховых
сетей, замена трансформаторов ГПП (ПГВ) трансформаторами большей
мощности и т.д. Если рассматриваемые варианты отличаются по этому
признаку, то затраты на реконструкцию по сравниваемым вариантам должны
быть отражены в денежных потоках, характеризующих варианты.
Если на предприятии имеются электродвигатели, самозапуск которых
должен быть
обеспечен, то это предъявляет дополнительные требования к
минимально допустимым мощностям источников питания и трансформаторов
ГПП и ПГВ. Этим требованиям должны удовлетворять все сопоставляемые
варианты.
Все рассматриваемые варианты должны обеспечивать баланс реактивной
мощности в узлах нагрузки. Это означает, что суммарная мощность
источников реактивной мощности (включая питающие сети) во всех вариантах
должна
быть равна реактивной нагрузке.
Сопоставимость вариантов по организации электроремонта
обеспечивается в тех случаях, когда организация ремонтов и технического
обслуживания оборудования во всех вариантах предполагается одинаковой. В
тех случаях, когда, например, сравнивается оборудование различных
предприятий – изготовителей, обеспечивающих разный уровень сервисного
обслуживания, варианты должны быть приведены к сопоставимому виду
путем учета этого различия
в затратах.
Требования сопоставимости вариантов по степени защиты изоляции от
промышленных загрязнений относятся к тем предприятиям, территория
которых полностью или частично находится в зоне таких загрязнений, а также
к тем, которые сами являются их источниками.
Последнее из приведенных выше условий сопоставимости, касающееся
выполнения требований ПУЭ, является наиболее общим. Необходимость и
возможность отступлений от ПУЭ (например, связанная с появлением новой
техники) должна в каждом конкретном случае обосновываться специально. В
практической инженерной деятельности такие отступления должны
согласовываться с органами Ростехнадзора.
При сравнении вариантов должны учитываться только те элементы,
которыми варианты отличаются друг от друга.
Как правило, для сравнения вариантов следует использовать либо
приведенные
затраты, либо срок окупаемости.
В тех случаях, когда затраты меняются по годам расчетного периода,
следует применять для сравнения вариантов суммарные дисконтированные
затраты за весь расчетный период. Такая ситуация характерна, например, для
случая изменения нагрузки объекта по годам.
В приведенных затратах следует учитывать капитальные вложения,
издержки на техническое обслуживание и ремонты,
амортизационные
отчисления и издержки на покрытие потерь энергии. При этом значение
нормы дисконта (коэффициента приведения) можно принять равной 0,08 …
0,12. Значения ежегодных издержек на техническое обслуживание, ремонты и
амортизацию принято выражать в долях (процентах) от капитальных
26
вложений. Такой подход к определению перечисленных составляющих
ежегодных издержек пригоден для решения всех задач сравнения вариантов,
кроме выбора оборудования разных фирм-изготовителей. В связи я этим при
решении задач сравнения схем и напряжений во всех вариантах следует
ориентироваться на оборудование одних и тех же фирм.
При расчетах по суммарным дисконтированным затратам
в случае
определения коммерческой эффективности варианта следует учитывать
затраты по годам их совершения.
Учитываются следующие составляющие:
Капитальные вложения, налог на добавленную стоимость, издержки на
текущий ремонт и обслуживание, издержки на капитальный ремонт, налог на
имущество, издержки на оплату потерь электроэнергии. Амортизационные
отчисления в этом случае не учитываются вместо них учитываются
капитальные затраты, совершаемые в год замены изношенного оборудования.
И в приведенных затратах, и в дисконтированных затратах потери энергии
оцениваются по тарифу на покупаемую электроэнергию. Для потребителей,
оплачивающих электроэнергию по двухставочному или
дифференцированному тарифу, вычисляется средний тариф в рублях за
киловатт-час. Для потребителей, покупающих электроэнергию по
одноставочному тарифу, этот тариф и
следует применить для оценки затрат на
оплату потерь.
В некоторых случаях в дипломном проекте (работе) необходимо
выполнить расчет надежности.
В проекте могут определяться количество, продолжительность и
вероятности нарушений электроснабжения и вероятности нарушений
электроснабжения или вероятность нормального электроснабжения
конкретного потребителя или их групп.
Количество и продолжительность нарушений электроснабжения
необходимо определять в
случае сравнения вариантов с учетом ущерба от
перерывов питания. Вероятности нарушений или вероятность их отсутствия
определяются во всех остальных случаях.
В качестве нарушений электроснабжения могут рассматриваться либо
только полный перерыв питания, либо различные виды ограничений в
питании, либо и то и другое вместе. Чаще всего рассматриваются первый и
третий случаи.
Главным
допущением при расчете надежности является допущение о том,
что все элементы системы электроснабжения могут находиться только в двух
состояниях – работоспособном или аварийно-восстановительном ремонте. При
более точном расчете учитывается третье состояние – планово-
предупредительный ремонт. Показатели, характеризующие эти состояния
(показатели надежности элементов) приводятся в справочной и учебной
литературе.
27
Основные этапы расчета:
1. Упрощение схемы путем исключения элементов, не влияющих на
результаты расчета, и замены одним эквивалентным элементом всех элементов
схемы, соединенных последовательно в смысле надежности.
2. Выявление условий возникновения рассматриваемых нарушений
электроснабжения, представление их либо в виде блок-схем надежности, либо
аналитически с помощью аппарата алгебры логики.
3. Вычисление искомых
показателей надежности с помощью инженерного
метода (при использовании блок-схемы надежности) или с помощью логико-
вероятностных методов (при использовании логических функций).
4.6. Вопросы защиты и автоматики
В рассматриваемом разделе прежде всего должны быть выбраны виды
устанавливаемых защит. Выбор должен быть выполнен в соответствии с
требованиями ПУЭ, со ссылками на конкретные
параграфы.
Далее должен быть произведен расчет параметров срабатывания защит, в
том числе проверка их чувствительности. В случае необходимости, когда
выдержка времени максимальной токовой защиты зависит от величины
протекающего тока, следует проводить согласование защит. С учетом того, как
задана зависимость времени от тока, согласование должно быть выполнено
графически или аналитически.
Выполняя расчеты
, следует учитывать применяемую элементную базу
релейной защиты и автоматики. Как правило, необходимо ориентироваться на
современную цифровую (микропроцессорную) базу. При этом следует
руководствоваться «Общими техническими требованиями к
микропроцессорным устройствам защиты и автоматики». Применение
релейно-контактных схем должно быть специально обосновано.
В электроустановках до 1кВ, там, где это требуется действующими
нормами, следует
применять устройства защитного отключения (УЗО) и
дифференциальные автоматы. Следует также обратить внимание на указания
ПУЭ о необходимости в ряде случаев применения защиты от перегрузки.
Основным видом противоаварийной автоматики в системах
электроснабжения является автоматический ввод резервного питания (АВР),
область применения которого установлена ПУЭ.
28
4.7 . Молниезащита
При решении вопросов молниезащиты следует ориентироваться на
действующую Инструкцию по устройству молниезащиты зданий, сооружений
и промышленных коммуникаций, утвержденную приказом №280 от
30.06.2003 Минэнерго России. Действовавшая ранее Инструкция по
устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87) утеряла
силу. Следует обратить внимание на то, что основные положения новой
инструкции существенно отличаются от
положений инструкции,
действовавшей ранее.
4.8. Вопросы безопасности жизнедеятельности
Примерная структура данного раздела такова:
- выявляются и анализируются вредные и опасные производственные
факторы, влияющие на персонал, эксплуатирующий систему
электроснабжения проектируемого объекта;
- разрабатывается комплекс мер по защите персонала от действия
выявленных факторов;
- разрабатывается система противопожарной защиты объекта.
При разработке комплекса мер по защите персонала следует помнить,
что
основным инженерным решением в сетях выше 1000 В является защитное
заземление, а в электроустановках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью-
защитное заземление. Кроме того, в установках до 1000 В в случаях,
предусмотренных ПУЭ, должно применяться защитное автоматическое
отключение питания.
В тех случаях, когда расчет защитного заземления не выполнен в
специальном разделе, его необходимо
произвести в настоящем разделе.
Противопожарные мероприятия, разрабатываемые в проекте, должны
соответствовать действующим Указаниям по проектированию
противопожарных мероприятий, систем пожаротушения и обнаружения
пожара на энергетических объектах.
4.9. Организация эксплуатации и сметно-финансовый расчет
Эксплуатационные издержки в существенной степени зависят от
организации эксплуатации объекта, в связи с этим в первую очередь следует
рассмотреть вопросы организации эксплуатации для принятого в проекте
варианта. Далее для этого же варианта следует провести сметно-финансовый
расчет, включающий в себя:
- составление сметы затрат на сооружение проектируемого объекта;
- определение состава и численности обслуживающего персонала и на
основе этого – годового фонда заработной платы;
- расчет ежегодных эксплуатационных издержек;
29
- определение удельных технико-экономических показателей (например,
удельных капитальных вложений, себестоимости передачи, трансформации и
распределения электроэнергии и т.п.);
- составление таблицы технико-экономических показателей проекта.
Для составления сметы целесообразно предварительно составить
спецификацию выбранного в проекте электрооборудования. Смету следует
составлять в действующих ценах, значения которых определяются по прайс-
листам, данным отделов капстроительства
предприятий или через Интернет.
Затраты на строительные и монтажные работы могут быть определены,
например, по таблице 7.4 Справочника по проектированию электрических
сетей под редакцией Д.Л. Файбисовича 2005 года издания (далее – справочник
Файбисовича).
Состав эксплуатационного персонала определяется, исходя из
рассмотренных ранее в настоящем разделе принципов организации
эксплуатации. Численность персонала предприятий электрических сетей
определяется действующими Нормативами численности промышленно-
производственного персонала электрических сетей, утвержденными РАО ЕЭС
России. Для промышленных предприятий не существует единых норм,
регламентирующих численность персонала. В этом случае следует
ориентироваться на нормы, принятые на фирмах-владельцах предприятий или
на аналогичных объектах.
При определении годового фонда заработной платы следует исходить из
средней заработной
платы электротехнического персонала проектируемого
объекта или объекта, аналогичного проектируемому. Если эти данные
неизвестны, то можно исходить из данных о средней заработной плате по
стране на тот период, когда производится проектирование (данные могут быть
получены из Интернета). Необходимо учитывать единый социальный налог,
нормируемый в процентах от заработной платы.
Ежегодные издержки включают в
себя амортизационные отчисления,
затраты на обслуживание и ремонты, а также затраты на оплату потерь
электроэнергии.
Амортизационные отчисления определяются в долях от капитальных
вложений. Нормы этих отчислений зависят от срока полезного использования
оборудования, утвержденного постановлением Правительства РФ от 1 января
2002 г. №1. Эти нормы приведены в Справочнике Файбисовича. В проектных
расчетах допускается
также использование норм амортизации, установленных
постановлением Совета Министров СССР от 1 января 1991 г. №1. Значения
этих норм приводятся в таблице 33.1 книги «Экономика и управление в
энергетике» выпущенной под редакцией Н.Н. Кожевникова в 2003 г. (Далее –
книга Кожевникова).
Затраты на обслуживание и ремонты, исключая составляющую затрат на
заработную плату, в упрощенном виде
могут быть определены как доли от
капитальных вложений (см. табл. 6.2 в Справочнике Файбисовича или табл.
33.1 в книге Кожевникова).
Вопрос оценки потерь электроэнергии был рассмотрен выше – в п. 4.5.
30
Перечень технико-экономических показателей проекта и в том числе
удельных показателей согласовывается дипломником с руководителем проекта
и консультантом по организационно-экономической части.
4.10. Графическая часть
Объем графической части составляет не менее шести листов формата А1.
Все чертежи должны быть выполнены в соответствии с действующими
ГОСТ и системой ЕСКД в целом.
Все конструктивные чертежи и планы объектов должны быть выполнены
в масштабах, соответствующих стандартному ряду. Выбранный масштаб
должен быть указан в штампе.
Плакат технико-экономических показателей проекта может быть
выполнен без штампа.
Все чертежи, включая плакат, должны быть подписаны автором и
руководителем (консультантом) проекта.