Обеспечение качества электроснабжения объектов

сегодняшний день одной из основополагающих задач энергетики является повышение качества и надежности электроснабжения как промышленных, так и общественных потребителей. На первое место выходят задачи внедрения наиболее прогрессивных и рациональных решений, позволяющих оптимизировать затраты на электроснабжения и снизить последствия аварийных ситуаций в системах энергоснабжения.
Решение данных задач возможно только при грамотном анализе режимов работы энергосистемы, обоснованном выборе основных элементов систем электроснабжения, расчете параметров линий электропередач, а также распределительных сетей.
При выборе электрооборудования рассматривались различные типы оборудования и выбраны те, которые удовлетворяют как в номинальном, так и в аварийном режимах, а также обеспечивают наибольшую на ...

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ АНАЛИЗА 4
1.1 Краткая характеристика объекта модернизации 4
1.2 Основные требования, предъявляемые к системам электроснабжения 4
1.3 Основные проблемы в электроснабжении промышленных предприятий 11
2. ВОЗМОЖНЫЕ НАРУШЕНИЯ НОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 17
2.1 Обеспечение надежности электроснабжения 17
2.2 Нарушения нормального режима электроснабжения 23
3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 32
3.1 Статистические показатели надежности электрооборудования в системах электроснабжения 32
3.2 Влияние качества электроэнергии на надежность систем электроснабжения 34
3.3 Повышение надежности работы электрооборудования, релейной защиты и автоматики 39
3.4 Рекомендуемые меры по повышению надежности систем электроснабжения 46
3.5 Анализ параметров надежности подстанции 49
3.6 Расчет отклонений напряжения 54
3.7 Разработка критериев принятия решений при эксплуатации оборудования 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 65
ВВЕД

В настоящее время определяющей задачей отечественной энергетики является реконструкция существующих систем электроснабжения и оборудования в соответствии с современными тенденциями и требованиями. Модернизация должна затрагивать электростанции и понизительные станции различных систем энергоснабжения. Цель данной реконструкции очевидна – обеспечение требуемого уровня надежности и качества электроснабжения потребителей всех категорий электроснабжения.
Так, использование устаревших и изношенных систем электроснабжения, силового оборудования, устройств релейной защит может приводить к возникновению аварийных ситуаций, либо снижению качества и надежности электроснабжения потребителей.
В настоящее время к надежности электроснабжения и качеству поставляемой электроэнергии предъявляются высокие т ребования. Качество электроэнергии должно соответствовать ГОСТ 13109-99.
Целью данной выпускной квалификационной работы является Обеспечение качества электроснабжения объектов подстанции 220/10 кВ предприятия «ТП Олекма».
Для выполнения поставленной в данной работе цели необходимо:
‒ Провести анализ факторов, влияющих на надежность функционирования оборудования подстанции;
‒ Оценить возможность бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией;
‒ Произвести технико-экономическое сравнение нескольких вариантов и выбирается наиболее выгодный из них;
‒ Рассмотреть методы повышения надежности систем электроснабжения.
Предметом исследования являются показатели экономической эффективности модернизации. Объектом исследования является понижающая подстанция «ТП Олекма» 220/10 кВ.

[23] В других случаях опасным является прекращение электропитания систем КИП и автоматических блокировок.Как видно из рассмотренного выше материала наиболее частыми причинами наружения электроснабжения на подстанции становятся повреждения силовых кабельных линий, силовых трансформаторов а также коммутационного оборудования.Наиболее частыми причинами, как было указано, повреждения кабельных линий являются механические, вследствие земляных работ и нарушения технологии прокладки линий. Решение данных вопросов выходит за рамки данной работы.Однако, выход из строя вследствие нарушения кабельной изоляции также происходит достаточно часто, соответственно необходимо произвести замену кабельных линий. Для замены выбраны кабельные линии 10 кВ кабелем ААШВ. 2.3 Методы диагностического контроля состояния электрооборудованияНачальным этапом оценки технического состояния при формировании систем диагностирования является определение номенклатуры дефектов (составление словаря классов состояния оборудования), которые представляют наибольшую опасность для нормального функционирования оборудования и должны обнаруживаться в процессе диагностирования. Для этого необходимо обобщить и проанализировать опыт эксплуатации оборудования, результаты специальных исследований, разделить дефекты на диагностируемые и не диагностируемые, на явные и скрытые, проранжировать дефекты по вероятности их появления, степени опасности и скорости развития и, по возможности, классифицировать их по причинам возникновения. Далее проводится выбор диагностических сигналов, т.е. определяется природа явлений, сопутствующих дефектам (электромагнитные, тепловые, оптические, химические и, другие сигналы), создаются новые или используются имеющиеся инструментальные средства измерения диагностических сигналов.После этого в результате целенаправленной специализированной "обработки - выделяют из диагностических сигналов диагностические параметры, например, размах колебаний, амплитуды и фазы составляющих частот и т.д. На основе диагностических параметров формируются диагностические признаки, т.е. устанавливается соответствие определённой области значения диагностического параметра определённому значению диагностического признака. На этом этапе необходимо проранжировать средства измерения по надежности, точности, количеству измеряемых диагностических параметров, простоте использования, стоимости, выделить виды контроля без отключения оборудования. Диагностические параметры и признаки анализируются с точки зрения надежности, чувствительности, информативности, спектра обнаруживаемых дефектов, возможности ранней диагностики, наличия отработанных методик диагностики.Структурная схема системы диагностического контроля представлена на рисунке 3. На следующем этапе формирования системы диагностирования определяется совокупность максимально возможных параметров состояния оборудования и соответствующих диагностических параметров (признаков), которые могут быть измерены, для оценки технического состояния оборудования. Избыточность параметров в этой совокупности на данном этапе необходима, чтобы в дальнейшем выбрать из всех возможных параметров наиболее доступные для измерений, имеющие минимальные ошибки определения диагностических симптомов и позволяющие обнаруживать дефекты на стадии их зарождения. Рисунок 2.1 – Схема диагностического контроляЭта задача решается на основе многочисленных исследований влияния тех или иных дефектов на различные параметры состояния и, как следствие, диагностические параметры (характеристики) сигналов контролируемого оборудования. После этого наступает этап оптимизации совокупности измеряемых параметров состояния и диагностических параметров (признаков). Эта совокупность в идеале должна отразить развитие всех дефектов, определяющих ресурс работоспособности отдельных узлов или объекта в целом[21]. Предпочтение отдаётся тем параметрам (признакам), которые в основном зависят от характера и степени развития дефектов и слабо зависят от режимов и условий работы оборудования, наиболее доступны для контроля, имеют наименьшие ошибки определения диагностических симптомов (признаков) и позволяют обнаруживать дефекты на стадии их зарождения. Выделяется группа диагностических параметров для опорного вида контроля, измерение которых проводится постоянно или с заданной периодичностью, и группа параметров для дополнительных видов контроля, которые используются для уточнения характера дефекта, степени опасности и стадии его развития, локализации дефекта и т.п.. Желательно, чтобы параметры систематического опорного контроля позволяли определять состояние оборудования без вывода его из работы, проводить раннюю диагностику и охватывали широкий спектр обнаруживаемых дефектов, чтобы служить индикаторами как можно большего числа дефектов[22]. Желательно также, чтобы параметры (признаки) дополнительного контроля указывали бы только на один вид дефекта, чтобы наиболее определенно уточнять вид дефекта. Большинство дополнительных параметров определяются на выведенном из работы оборудовании.Таким образом, задача оптимизации диагностических параметров решается с учетом средств и методов измерений и анализа диагностических сигналов. После определения необходимых видов контроля уточняется совокупность контролируемых параметров, набор получаемых диагностических признаков и критерии их оценки: множество пороговых значений самих контролируемых параметров и динамики их изменений. Далее составляется словарь классов технического состояния объекта, описывается взаимосвязь значения признаков и классов состояния, т.е. каждый класс описывается в пространстве состояний признаков. При необходимости, выбирается способ распознавания - определение класса состояния по значениям диагностических параметров исследуемого объекта. Ситуации распознавания одного и того же класса состояния по результатам различных видов контроля используются для подтверждения дефекта. Ситуации распознавания класса состояния объекта одним видом контроля используются для уточнения характера и локализации дефекта. Диагностирование объекта должно завершаться общей оценкой технического состояния на основании результатов всех проведенных на исследуемом объекте видов контроля. После диагностики состояния узлов оборудования разрабатываются правила оценки класса технического состояния оборудования в целом.После решения задачи оптимизации диагностических параметров окончательно выбирают методы и технические средства измерений и анализа диагностических сигналов. На этом же этапе осуществляют выбор точек контроля и режимов работы оборудования во время измерений в процессе диагностирования. Основной задачей такого выбора является оптимизация затрат на измерения без потери качества диагностирования. Это обусловлено тем, что методы диагностирования не обеспечивают полной достоверности оценки состояния оборудования.[16] Результаты контроля включают в себя ошибки, определяемые рядом факторов: погрешности измерительных приборов, влияние внешних помех, влияние условий контроля, несовершенство методов измерений, квалификация персонала и т.п. Поэтому всегда существует вероятность получения ложного результата:- работоспособное оборудование может быть признано негодным к дальнейшей эксплуатации - ложный дефект или ошибка первого рода. Такие ошибки увеличивают затраты на ремонтное обслуживание оборудования;- неработоспособное оборудование может быть признано годным к дальнейшей эксплуатации - необнаруженный дефект или ошибка второго рода. Такие ошибки приводят к аварийному повреждению оборудования и увеличению затрат на аварийно-восстановительный ремонт.Вывод трансформатора в ремонт должен осуществляться при состояниях его элементов, предшествующих критическим, т.е. до наступления необратимых изменений. Следует также учитывать, что многие элементы трансформатора не имеют резервирования и переход этих элементов в неработоспособные состояния аналогичен его отказу. Критическим состоянием для рассмотренного выше случая развития виткового КЗ является развитие ползущего разряда (состояние d). Требуемая для диагностики степень детализации состояний каждого элемента трансформатора определяется изученностью физики их изменений с установлением градаций этих состояний. С практической точки зрения важно наличие средств контроля, позволяющих количественно установить факт перехода элементов из одних состояний в другие. Например, из-за помех не всегда удается зафиксировать наличие в масляном канале ЧР, значения которых менее 10-8Кл [13].Определение оптимального времени вывода трансформатора в ремонт по результатам анализа текущего состояния его элементов возможно, если известны интенсивности перехода элементов трансформатора из одних состояний в другие, вплоть до критического. В настоящее время для прогнозирования трансформаторов широко используют данные о скорости изменения диагностических параметров между последовательными испытаниями. Переход элемента трансформатора из одного состояния в другое возможен лишь при наличии одновременного действия одного или нескольких неблагоприятных факторов. В случае неудовлетворительных результатов контрольных испытаний при своевременном прекращении действия этих неблагоприятных факторов можно предупредить процесс дальнейшего ухудшения состояния трансформатора. Например, ЧР в масляном канале между обмоткой и ближайшим к ней картонным барьером (состояние 2) можно уменьшить или даже прекратить, если принять меры по улучшению циркуляции масла в каналах или провести вакуумную очистку масла [6, 12].3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ3.1 Статистические показатели надежности электрооборудования в системах электроснабженияНадежность электрических станций, подстанций, линий электропередачи, систем электроснабжения, преобразовательных установок, источников питания является основным техническим требованием, предъявляемым к таким установкам.В широком смысле под надежностью понимают свойство системы или изделия сохранять свои параметры в заданных пределах при заданных условиях эксплуатации. Применительно к системам электроснабжения нормальным следует считать режим, при котором потребители обеспечиваются электроэнергией заданного качества и количества в точном соответствии с графиком ее спроса и схемой электроснабжения, предусмотренной для условий длительной работы.[3]Надежность системы электроснабжения определяется надежностью ее отдельных элементов (генерирующих агрегатов, линий электропередачи, коммутационной аппаратуры, устройств защиты и автоматики и др.), схемы (степенью резервирования) и режима (запасами статической и динамической устойчивости), а также жизнеспособностью или живучестью системы, т.е. ее способностью выдерживать системные аварии без катастрофических последствий. Отказы оборудования в работе неизбежны даже при хорошем качестве оборудования и высоком уровне эксплуатации. Отказы происходят в силу ряда объективных причин случайного характера и, прежде всего, из-за того, что в условиях эксплуатации оборудование может подвергаться нерасчетным воздействиям, учет которых потребовал бы неоправданно больших запасов.В зависимости от постановки задачи надежность можно характеризовать различными показателями. Применительно к системам электроснабжения в качестве основных показателей надежности принимают число и длительность нарушений нормального режима системы электроснабжения. На основе количественных оценок надежности возможна оценка экономической эффективности системы электроснабжения.Оптимальный уровень надежности электроэнергетических установок определяют, оценив ущерб, нанесенный потребителям перерывом электроснабжения, а также убытки, обусловленные аварийным ремонтом, и расходы, связанные с повышением надежности. Система электроснабжения должна работать так, чтобы при ограниченной надежности ее элементов обеспечивалась оптимальная надежность электроснабжения.Требования к надежности системы электроснабжения определяют выбор объемов и способов резервирования.Требования, предъявляемые к надежности системы электроснабжения, во многом определяются технологией производства, поэтому рациональные решения по обеспечению требуемой надежности могут быть найдены при совместном рассмотрении вопросов технологической схемы производства и системы электроснабжения.Отказы элементов системы электроснабжения определяются большим числом факторов, носящих случайный характер, и поэтому могут рассматриваться как случайные события. Это и предопределяет необходимость анализа надежности на основе теории вероятностей.Для правильного понимания дальнейшего материала следует указать, что понятие элемента системы электроснабжения является в определенной степени условным. Дело в том, что в зависимости от постановки задачи одна и та же часть системы электроснабжения может рассматриваться и как система, и как элемент. Например, при анализе общей надежности системы электроснабжения предприятия, цеховые подстанции (ЦП) или распределительные устройства (РУ) могут приниматься за элементы системы электроснабжения. Однако при анализе надежности электроснабжения отдельных цехов эти же ЦП или РУ целесообразно рассматривать как систему.[9]Если мы принимаем РУ как систему и оцениваем его надежность, то элементами этой системы могут быть комплектные устройства, составляющие данную подстанцию. В свою очередь, если нашей целью является изучение надежности комплектного устройства, то оно будет представлять собой систему, состоящую из отдельных элементов — разъединителей, выключателей, трансформаторов тока, шин и т.д.Различают неремонтируемые (невосстанавливаемые) и ремонтируемые (восстанавливаемые) элементы. Под неремонтируемыми элементами понимают элементы, восстановление которых после отказа считается невозможным (нецелесообразным). Однако это не означает, что данные устройства не могут ремонтироваться.Под ремонтируемыми (восстанавливаемыми) элементами понимают такие, работа которых после отказа может быть возобновлена после проведения необходимых восстановительных работ. 3.2 Влияние качества электроэнергии на надежность систем электроснабженияКачество электроэнергии влияет не только на технологический процесс производства и производительность труда и механизмов, но и на потери электроэнергии, работу релейной защиты, автоматики и т.д. Поэтому качество электроэнергии является одним из основных требований, обеспечивающих нормальную работу системы электроснабжения.В процессе эксплуатации электрической сети происходит постоянное изменение нагрузок потребителя, влияющее на значение показателей качества электрической энергии (ПКЭ). Современные технические средства не позволяют точно поддерживать заданное значение ПКЭ в любой момент времени, поэтому действующий стандарт ГОСТ 13109–97 устанавливает допустимые пределы изменения ПКЭ для всех нормируемых величин.ПКЭ, закон изменения которых можно предугадать на основе известных технологических процессов, отклонение которых, имеет систематический характер – нормируются, к ним относятся: установившиеся отклонения напряжений, колебания напряжений, искажение синусоидальности напряжений, искажение симметрии напряжений. Нормирование ПКЭ, отклонения которых происходит в результате случайных процессов, аварийных ситуаций или природных явлений невозможно.В нормальном режиме работы системы электроснабжения показатели качества электроэнергии (ПКЭ) не должны выходить за пределы допустимых значений, которые приведены в ГОСТ 13109—98.Этот ГОСТ указывает на необходимость установления на границе балансовой принадлежности системы электроснабжения требуемых значений ПКЭ, которые должны определяться по согласованию между договаривающимися сторонами. При подключении нового промышленного потребителя контроль ПКЭ проводят до и после его присоединения. Периодичность контроля ПКЭ осуществляется в зависимости от самого показателя и от потребителя. Длительность измерений ПКЭ должна быть не менее 1 сут. Контроль ПКЭ необходимо осуществлять также в характерных точках системы электроснабжения.[1]Наиболее значительное влияние на надежность работы приемников электроэнергии и технологических установок оказывают такие ПКЭ, как отклонения, несимметрия и несинусоидальность напряжения.Основными факторами, вызывающими отклонения напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий, являются следующие:изменение режимов работы приемников электроэнергии;изменение режима работы источника питания; нерациональное подключение однофазных и ударных нагрузок к элементам системы электроснабжения.Изменение напряжения на зажимах приемника электроэнергии даже в пределах, установленных ГОСТ, вызывает изменение его технико–экономических показателей. Кроме того, отклонения напряжения влияют на показатели питающей сети за счет изменения потерь мощности и электроэнергии.[14]Существенное влияние оказывают отклонения напряжения на надежность работы асинхронных двигателей (АД), которые являются наиболее распространенным промышленным приемником электроэнергии. Приближенно можно считать, что вращающий момент АД пропорционален квадрату напряжения на его зажимах. Поэтому при снижении напряжения уменьшается вращающий момент и несколько снижается частота вращения АД, так как увеличивается его скольжение. Снижение частоты вращения зависит также от закона изменения момента сопротивления Мс и от загрузки АД.При малых загрузках двигателя частота вращения ротора будет больше номинальной (при номинальной нагрузке двигателя). В таких случаях понижение напряжения не приводит к уменьшению производительности механизмов, так как не происходит снижения частоты вращения двигателей ниже номинальной.При значительном снижении напряжения на зажимах электродвигателя, работающего с полной нагрузкой, Мс механизма может превысить Mвр, что приведет к “опрокидыванию” двигателя, т.е. к его остановке. При правильном выборе мощности электродвигателя и элементов цеховой электрической сети явления “опрокидывания” двигателей, как правило, исключаются.. Изменения потерь активной мощности в АД соизмеримы с потерями в цеховой электрической сети и оказывают при этом заметное влияние на электропотребление. При отклонении же напряжения на — 10 % от Uном ток двигателя увеличивается на 10 %. Поэтому с точки зрения нагрева более опасными являются отрицательные отклонения напряжения.Отклонения напряжения влияют и на надежность работы других приемников электроэнергии. Так, для дуговых печей сопротивления установлено, что в зависимости от параметра регулирования уменьшение напряжения, подводимого к печному трансформатору, снижает активную мощность печи. Поэтому одним из условий повышения надежности и улучшения энергетического режима работы дуговых печей является регулирование напряжения под нагрузкой.Не симметрия напряжения не оказывает заметного влияния на работу кабельных и воздушных линий, однако у трансформаторов наблюдается значительное сокращение срока службы.Токи нулевой последовательности постоянно проходят через за землители и отрицательно сказываются на их работе, вызывая высушивание грунта и увеличение сопротивления растеканию.Несинусоидальные режимы, обусловленные протеканием токов высших гармоник по элементам системы электроснабжения промышленного предприятия, вызывают дополнительные потери активной мощности и электроэнергии. Наибольшие потери имеют место в трансформаторах, двигателях и генераторах.При наличии высших гармоник в кривой напряжения более интенсивно протекает процесс старения изоляции. Так, например, при несинусоидальности в 5 % через 2 года эксплуатации в 2 раза увеличивается tgδ конденсаторов. Ускоренное старение изоляции наблюдается и в силовых кабелях.Высоки гармоники достаточно часто обеспечивают перетекания однофазного КЗ в двухфазное. Это происходит в местах первичного пробоя из-за прожигания кабеля вследствие воздействия токов высокой частоты. Таким образом, высшие гармоники в кривой напряжения питающей сети приводят к сокращению срока службы силовых кабелей, повышению аварийности в кабельных сетях, увеличению числа необходимых ремонтов.