Разработка аппаратной части распределительной трансформаторной подстанции

Аңдатпа

Дипломдық жобаны орындау барысында электр энергиясын таратуды автоматтандыру жүйесі әзірленді.

Дипломдық жоба технологиялық процестің сипаттамасын, сондай-ақ жүйенің жұмыс істеу принципін қамтиды. Автоматтандыру құрамдастары таңдалған, олардың техникалық сипаттамасы ұсынылған. Автоматтандырыл-ған бағдарлама алгоритмі әзірленді және жобаны визуализациялау бойынша жұмыс жүргізілді.

Қосалқы станса құрылысының техникалық-экономикалық негіздемесі және өміртіршілік қауіпсіздігі қаралды.

Аннотация

В ходе выполнения дипломного проекта была разработана система автоматизации распределения электрической энергии.

Дипломный проект включает в себя описание технологического процесса, а также принцип функционирования системы. Выбраны составляющие автоматизации, представлено их техническое описание. Разработан алгоритм автоматизированной программы и проведена работа по визуализации проекта.

Рассмотрены технико-экономическое обоснование сооружения подстанции и безопасность жизнедеятельности.

Abstract

In the course of the graduation project, a system for automating the distribution of electrical energy was developed.

The graduation project includes a description of the process, as well as the principle of the system. The components of automation are selected, their technical description is presented. The algorithm of the automated program was developed and the project visualization work was carried out.

The feasibility study of the construction of the substation and life safety are considered.

Содержание

Введение6

1 Теоретическая часть7

1. 1 Описание процесса распределения электроэнергии подстанции…. . 220/110/10 кв7

1. 2 Обзор технологических задач автоматизации подстанции 220/110/10кв8

1. 3 Постановка задач дипломного проекта9

2 Разработка аппаратной части распределительной трансформаторной подстанции10

2. 1 Разработка структуры и выбор компонентов системы автоматизации (контроллер, датчик, измерительные устройства) 13

2. 2 Разработка функциональной схемы проекта автоматизированной подстанции17

3 Программная часть автоматизированной подстанции18

3. 1 Выбор программного обеспечения18

3. 2 Разработка модели системы автоматизации распределения энергии в среде Tia Portal19

3. 3 Разработка подсистем21

4 Индидуальное задание по ТАУ25

4. 1 Устройство и описание системы стабилизации30

4. 2 Исследование системы стабилизации частоты двигателя без корректирующего звена39

4. 3 Исследование системы стабилизации частоты вращения двигателя

с введением корректирующего звена39

4. 4 Исследование заданной системы стабилтзации частоты вращения двигателя в программной среде Simulink39

5 Метрологическая часть47

5. 1 Задание48

5. 2 Структурная схема канала измерения температуры49

5. 3 Выбор средств измерения49

5. 4 Рачеты значения суммарной погрешности канала измерения температуры50

6 Безопасность жизнедеятельности51

6. 1 Идентификация и оценка опасных и вредных факторов на подстанциях при распределении электроэнергии55

6. 2 Расчет искусственного освещения в помещении подстанции56

6. 3 Расчет заземляющего устройтсва ОРУ 110 кв49

6. 4 Пожарная безопасность49

6. 5 Возможные чрезвычайные ситуации на подстанциях49

7 Технико-экономическое обоснование49

7. 1 Определение потерь электроэнергии в трансформаторах 10/0. 4 кВ49

Заключение59

Перечень сокращений и обозначений60

Список литературы61

Перечень сокращений и обозначений Введение

Казахстан обладает крупными запасами энергетических ресурсов (нефть, газ, уголь, уран) и является сырьевой страной, живущей за счет продажи природных запасов энергоносителей (80% экспорта - сырье, а доля промышленного экспорта сокращается ежегодно) . Электроэнергетика Казахстана развивается быстрыми темпами. До 2010 года Казахстан являлся нетто-экспортёром электроэнергии, а после 2010 года является нетто-импортером, то есть потребляет больше электроэнергии, чем производит.

Энергетические компании постоянно пытаются модернизировать электроэнергетические системы, используя цифровую технологию, иногда называемую "интеллектуальной энергосистемой". Например, более интеллектуальные счетчики (иногда называемые "интеллектуальными счетчиками") представляют собой определенный тип усовершенствованного счетчика, который более подробно идентифицирует потребление, чем обычный счетчик. Интеллектуальный счетчик может затем передавать свою информацию через какую-нибудь сеть обратно в локальную коммунальную службу для мониторинга и с целью начисления счетов (телеметрия) . Хотя все эти достигнутые в последнее время усовершенствования и обновления электроэнергетической системы являются полезными, требуется дополнительное усовершенствование. Существуют отчеты о том, что только в Соединенных Штатах половина генерируемой электроэнергии не используется, половина пропускной способности сетей электроэнергетичес-кой системы на большое расстояние не используется, и две трети локального распределения в стране не используются. Поэтому, очевидно, существует потребность в улучшении управления сетями электроэнергетической системы.

В дипломной работе проектируется автоматизированное распределение электроэнергии подстанции «УКПГ Прорва» 220/110/10кВ, функциональные схемы проекта, сопоставляя, выбираются все электрооборудования, предлага-ется технико экномическое обоснование сооружения автоматизированной подстанции, а также обеспечения безопасных условий труда обслуживающему персоналам подстанции.

Сооружение подстанции «УКПГ Прорва» 220/110/10 кВ, предлагаемое ди-пломной работой наиболее “интелектуальна” для энергосистемы Казахстана, потому что это один из шагов к обеспечению доступа к стабильной электроэнергии для всех потребителей.

1 Технологическая часть

1. Описание процесса распределения электроэнергии подстанции

Все технологические процессы любого производства связаны с потреблением энергии. На их выполнение расходуется подавляющая часть энергетических ресурсов.

Важнейшую роль на промышленном предприятии играет электрическая энергия - самый универсальный вид энергии, являющейся основным источником получения механической энергии.

Преобразование энергии различных видов в электрическую происходит на электростанциях. Электростанциями называются предприятия или уста-новки, предназначенные для производства электроэнергии. Топливом для электрических станций служат природные богатства - уголь, торф, вода, ветер, солнце, атомная энергия и др.

В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции могут быть разделены на следующие основные типы: тепловые, атомные, гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие, газотурбинные, а также маломощные электрические станции местного значения - ветряные, солнечные, геотермальные, морских приливов и отливов, дизельные и др.

Основная часть электроэнергии (до 80 %) вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС) . Процесс получения электрической энергии на ТЭС заключается в последовательном преобразовании энергии сжигаемого топлива в тепловую энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединённую с генератором) . Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанций служат каменный уголь, торф, горючие сланцы, естественный газ, нефть, мазут, древесные отходы.

Особенностью работы электростанций является то, что они должны вырабатывать столько энергии, сколько её требуется в данный момент для покрытия нагрузки потребителей, собственных нужд станций и потерь в сетях. Поэтому оборудование станций должно быть всегда готово к периодическому изменению нагрузки потребителей в течении дня или года.

Для обеспечения указанных требований энергосистемы оборудуют специальными диспетчерскими пунктами, оснащёнными средствами контроля, управления, связи и специальными схемами расположения электростанций, линий передач и подстанций. Диспетчерский пункт получает необходимые данные и сведения о состояниях технологического процесса на электростанциях (расходе воды и топлива, параметрах пара, скорости вращения турбин и т. д. ) ; о работе системы - какие элементы системы (линии, трансформаторы, генераторы, нагрузки, котлы, паропрово-ды) в данный момент отключены, какие находятся в работе, в резерве и т. д. ; об электрических параметрах режима (напряжениях, токах, активных и реактивных мощностях, частоте и т. д. ) .

В Казахстане, как и во многих других странах, для производства и распределения электроэнергии применяется трёхфазный переменный ток частотой 50Гц (в США и ряде других стран 60Гц) . Сети и установки трёхфазного тока более экономичны по сравнению с установками однофазно-го переменного тока, а также дают возможность широко использовать в качестве электропривода наиболее надёжные, простые и дешевые асинхрон-ные электродвигатели.

Наряду с трёхфазным током в некоторых отраслях промышленности применяют постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока (электролиз в химической промышленности и цветной металлургии, электрифицированный транспорт и др. ) .

Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места её потребления, прежде всего в крупные промышленные центры, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Но электроэнергию недостаточно передать. Её необходимо распределить среди множества разнообразных потребителей - промышленных предприятий, транспорта, жилых зданий и т. д. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500кВт и более), чем обеспечи-ваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи и получается большая экономия материалов за счёт сокращения сечений проводов. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых транс-форматорами. Трансформатор не является электрической машиной, т. к. его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Повы-шение напряжения осуществляется при помощи повышающих трансформаторов на электростанциях, а понижение - при помощи понижающих трансформаторов на подстанциях у потребителей.

Подстанции - это места, где уровень напряжения претерпевает изменения с помощью трансформатора. Помимо трансформаторов на подстанции будут размещаться выключатели (так называемые автоматические выключатели), счетчики, реле защиты и другое контрольное оборудование. Вообще говоря, большая подстанция получает питание через входящие линии электропередач при некотором напряжении (скажем, 400 кВ), при изменении уровня напряжения (скажем, до 132 кВ) с использованием трансформатора, а затем направляет его наружу через исходящие линии электропередач.

Трансформаторная подстанция - это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии.

Подстанции могут быть закрытыми или открытыми в зависимости от расположения её основного оборудования. Если оборудование находится в здании, то подстанция считается закрытой; если на открытом воздухе, то - открытой.

Оборудование подстанций может быть смонтировано из отдельных эле-ментов устройств или из блоков, поставляемых в собранном для установки виде. Подстанции блочной конструкции называются комплектными.

В оборудование подстанций входят аппараты, осуществляющие коммутацию и защиту электрических цепей.

Основной элемент подстанций - силовой трансформатор. Конструктивно силовые трансформаторы выполняются так, чтобы максимально отвести тепло, выделяемое ими при работе от обмоток и сердечника в окружающую среду. Для этого, например, сердечник с обмотками погружают в бак с маслом, делают поверхность бака ребристой, с трубчатыми радиаторами.

Комплектные трансформаторные подстанции, устанавливаемые непо-средственно в производственных помещениях мощностью до 1000 кВА, могут оснащаться сухими трансформаторами.

Для увеличения коэффициента мощности электроустановки на подстанциях устанавливают статические конденсаторы, компенсирующие реактивную мощность нагрузки.

Автоматическая система контроля и управления аппаратами подстанции следит за процессами, происходящими в нагрузке, в сетях электроснабжения. Она выполняет функции защиты трансформатора и сетей, отключает при посредстве выключателя защищаемые участки при аварийных режимах, осуществляет повторное включение, автоматическое включение резерва.

Трансформаторные подстанции промышленных предприятий подключаются к питающей сети различными способами в зависимости от требований надёжности бесперебойного электроснабжения потребителей.

Типовыми схемами, осуществляющими бесперебойное электроснабжение, являются радиальная, магистральная или кольцевая.

В радиальных схемах от распределительного щита трансформаторной подстанции отходят линии, питающие крупные электроприёмники: двигате-ли, групповые распределительные пункты, к которым присоединены более мелкие приёмники. Радиальные схемы применяются в компрессорных, насосных станциях, цехах взрыво- и пожароопасных, пыльных производств. Они обеспечивают высокую надёжность электроснабжения, позволяют широко использовать автоматическую аппаратуру управления и защиты, но требуют больших затрат на сооружение распределительных щитов, прокладку кабеля и проводов.

Магистральные схемы применяются при равномерном распределении нагрузки по площади цеха, когда не требуется сооружать распределительный щит на подстанции, что удешевляет объект; можно использовать сборные ши-нопроводы, что ускоряет монтаж. При этом перемещение технологического оборудования не требует переделки сети.

Недостатком магистральной схемы является низкая надёжность электроснабжения, так как при повреждении магистрали отключаются все электроприёмники, присоединённые к ней. Однако установка перемычек между магистралями и применение защиты существенно повышает надёжно-сть электроснабжения при минимальных затратах на резервирование.

От подстанций ток пониженного напряжения промышленной частоты распределяется по цехам с помощью кабелей, проводов, шинопроводов от цехового распределительного устройства до устройств электроприводов отдельных машин.

Для передачи и распределения электроэнергии широко применяются силовые кабели в резиновой, свинцовой оболочке; небронированные и бронированные. Кабели могут укладываться в кабельные каналы, укрепляться на стенах, в земляных траншеях, заделываться в стены.

2. Обзор технологических задач автоматизации подстанции

Автоматизация технологического процесса подстанции - совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы, позволяющей осуществлять управление самим технологическим процессом без непосред-ственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений. Соответственно, в результате автомати-зации технологического процесса подстанции создаётся АСРЭ.

Основа автоматизации технологических процессов подстанции - это перераспределение, энергетических потоков в соответствии с принятым критерием управления.

Под АСРЭ подстанции понимается распределенная иерархическая система, работающая в темпе протекания технологического процесса. Система интегрирует в себя информацию со всех смежных подстанционных систем, таких как РЗА (релейная защита и автоматика), ПА (противоаварий-ная автоматика), АИИС КУЭ (Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии), система контроля, мониторинга и управления основным оборудованием, ОМП (определения места повреждения), РАС (регистрации аварийных событий) и передает данную информацию на верхние уровни иерархии управления режимами и эксплуатацией электрических сетей. АСРЭ подстанции обеспечивает минимизацию потерь в системе распределения, улучшение качества электроэнергии и обеспечить функции управления отключениями. Коммуникации внутри системы осуществляются с использованием стандартных промышленных протоколов, таких как МЭК 60870-5-10x, DNP 3. 0, Modbus, Profibus. Предпочтительней использование протокола МЭК 61850, который является наиболее актуальной разработкой в области коммуникационных технологий для систем управления в энергетике.

1. 3 Постановка задач дипломного проекта

Задачи:

1 Обзор литературы по технологическим задачам распределения электроэнергии подстанции 220/110/35 кв;

2 Разработка аппаратной части распределительной трансформаторной подстанции;

3 Сравнительный анализ аппаратных частей прототипа и модернизиро-ванной системы;

4 Разработка макета трансформаторной подстанции распределения электроэнергии в среде Tia Portal;

5 Исследование макета трансформаторной подстанции распределения электроэнергии в среде Tia Portal ;

6 Исследование системы стабилизации частоты двигателя с корректирующем звеном и без него;

7 Произвести выбор технических средств измерения температуры (первичных преобразователей и вторичных измерительных приборов), обосновать данный выбор;

8 Расчет искусственного освещения в помещении подстанции и заземляющего устройства ОРУ 110 кВ;

9 Определение потерь электроэнергии в трансформаторах 10/0. 4 кВ.

1. 3. 1 Описание прототипа на примере подстанции УКПГ ПРОРВА

1- Генератор, 2- Подстанция, 3- Линии электропередач, 4- Потребители

Рисунок 1. 1 - Схема распределения электроэнергии на “УКПГ прорва”

Вырабатываемая электрическая энергия с генератора поступает на подстанцию. Далее подстанция понижает электрическую энергию до 220/110/35 кВ, и через линии электропередач передает к потребителям. Передает по стандарту не проверяя на потери и аварийные ситуации, соответственно переизбыток или недостаток электрической энергии может привести промышленное предприятие к непредвиденным обстоятельствам.

2 Разработка аппаратной части распределительной подстанции

2. 1 Разработка структуры и выбор компонентов системы автоматизации (контроллер, реле, измерительные устройства)

2. 1. 1 Структура автоматизированного распределения электроэнергии на подстанции будет состоять из датчиков, счетчиков и промышленного контроллера. В автоматизированной системе распределения электроэнергии подстанции расположено 10 аналоговых датчиков, 3 дискретных и один контроллер распределения электроэнергии. Аналоговые датчики предназначены для замера информации с 2 подсистем. Дискретные датчики предназначены для функционирования системы, то есть отвечают за пуск и стоп подсистем и за работу всей подстанции.

Выбор компонентов автоматизированной системы распределения электроэнергии.

Аналоговые датчики:

1 Датчик замера напряжения трансформатора;

2 Датчик замера входящего напряжения на подстанцию;

3 Датчик замера напряжения ЛЭП;

4 Датчик температуры обмоток трансформатора;

5 Датчик замера напряжения у потребителя;

6 Датчик положения коммутационных аппаратов;

7 Датчик информации о турбогенераторе;

8 Датчик информации о трансформаторе;

9 Датчик информации о подстанции;

10 Датчик информации о ЛЭП.

Дискретные датчики:

1 Отключение трансформатора;

2 Отключение подачи напряжения на ЛЭП;

3 Отключение питания подстанции.

2. 1. 2 Анализ аппаратных частей выбранных для модернизированной системы подстанции

Рисунок 2. 1 - Датчик температуры обмоток трансформатора

1. Датчик температуры обмоток температуры трансформатора VAISALA в ТП. Датчик температуры в помещении со встроенным чувстви-тельным элементом служит для измерения обмоток высокой и низкой температуры трансформатора.

Таблица 2. 1 - Технические характеристики VAISALA

Рисунок 2. 2 - Датчик замера входящего напряжения на подстанцию ДНХ-3000-Л

2. В конструкции датчика напряжения ДНХ‑3000-Л применен прецизионный датчик Холла, что в сочетании с используемой схемой компенсационного типа позволило получить неплохие технические характеристики. Высокая точность измерений достигается благодаря целому ряду новых конструктивных решений, которые дополняют традиционное для таких датчиков исполнение.

Таблица 2. 2 - Технические характеристики ДНХ-3000-Л

... продолжение

Комплексные трансформаторные подстанции и высоковольтные предохранители в электроэнергетических системах

Конструктивные и Технологические Аспекты Прокладки Кабелей и Электропроводов в Цеховых Сетях: Требования и Рекомендации по Обеспечению Безопасности и Надежности Эксплуатации

Технико-экономические расчеты электроснабжения холодильной установки цеха No 25 и определение затрат на электрические сети

Подстанции: устройство, типы и методы питания

Оценка параметров электроснабжения производственных предприятий: трансформаторов, подстанций и распределительных устройств

Организация и Обеспечение Надежной Работы Топливохозяйства Теплогенераторных Установок, Работающих на Газообразном Топливе, с учетом Безопасности Эксплуатации и Минимизации Аварийных Ситуаций

Повышение эффективности и надежности городских электросетей Казахстана через инновации в управлении потоком реактивной мощности

Методы Оптимизации Распределения Электрических Нагрузок в Промышленных Системах Электроснабжения на основе Картограмм и Центров Нагрузок

Выбор и расчет электроаппаратов для нормального и аварийного режимов работы

Технико-экономические показатели и расчётные затраты при установке трансформаторов типа ТДНС 16000/35 в НТКС и НТС

• Информатика
• Банковское дело
• Оценка бизнеса
• Бухгалтерское дело
• Валеология
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Религия
• Общая история
• Журналистика
• Таможенное дело
• История Казахстана
• Финансы
• Законодательство и Право, Криминалистика
• Маркетинг
• Культурология
• Медицина
• Менеджмент
• Нефть, Газ
• Искуство, музыка
• Педагогика
• Психология
• Страхование
• Налоги
• Политология
• Сертификация, стандартизация
• Социология, Демография
• Статистика
• Туризм
• Физика
• Философия
• Химия
• Делопроизводсто
• Экология, Охрана природы, Природопользование
• Экономика
• Литература
• Биология
• Мясо, молочно, вино-водочные продукты
• Земельный кадастр, Недвижимость
• Математика, Геометрия
• Государственное управление
• Архивное дело
• Полиграфия
• Горное дело
• Языковедение, Филология
• Исторические личности
• Автоматизация, Техника
• Экономическая география
• Международные отношения
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда