Курсовое проектирование - Электроснабжения металлургического завода

Введение

Проектирование любого звена системы электроснабжения промышленного предприятия (участка, отделения, цеха или, завода в целом) должно начинаться с изучения технологических особенностей предприятия.

Проектируемая система должна удовлетворять условиям надёжности и экономичности, обеспечивать качество энергии у потребителя, безопасность, удобство эксплуатации и возможность развития. Зная технологию производства, можно легко и удобно составить схему электроснабжения любого технологического агрегата, линии или передела. Например: конвертер главного пролёта металлургического завода имеет много электроприёмников (привода быстрого и медленного поворотов, транспортёрные тракты, аспирация и др.); при составлении схемы нет необходимости записывать эти электроприёмники от разных секций одной подстанции, так как отключение хотя бы части электроприёмников отразится на работе конвертера. Однако есть электроприёмники и технологические агрегаты, осуществить питание которых необходимо только от независимых источников питания.

Зная динамику развития технологических нагрузок, необходимо учесть её дальнейшее развитие и возможность объединения с основной схемой. Проектируемые схемы должны обладать эксплуатационно-структурной гибкостью.

Исходные данные на проектирование

Электроснабжение металлургического завода

Генеральный план завода – рис. 1.

Сведения об электрических нагрузках завода – табл. 1

Ведомость электрических нагрузок ремонтно-механического цеха (вариант задания указывается преподавателем).

Питание возможно осуществить от подстанции энергосистемы, на которой установлены два трёхобмоточных трансформатора мощностью 60000 кВ каждый, с первичным напряжением 110 кВ и вторичным – 35, 20, 10, 6 кВ.

Мощность системы 1000 МВА; реактивное сопротивление системы на стороне 110 кВ, отнесённое в мощности системы, 0,7.

Стоимость электроэнергии 0,8 коп/кВт·ч.

Расстояние от подстанции энергосистемы до завода 5 км.

Краткая характеристика предприятия и электроприемников металлургического завода

На металлургическом заводе для выплавки стали используют электрические печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получили более широкое применение в металлургической промышленности. [4]

Дуговые печи имеют емкость 3 - 80 т и более. На металлургических заводах устанавливают печи емкостью 30 –80 тонн. В электрических печах можно получать очень высокие температуры (до 2000° С), расплавлять металл с высокой концентрацией тугоплавких компонентов иметь, иметь основной шлак, хорошо очищать металл от вредных примесей, создавать восстановительную атмосферу или вакуум (индукционные печи) и достигать высокого раскисления и дегазации металла.

Индукционные печи отличаются от дуговых способом подвода энергии к расплавленному металлу. Индукционная печь примерно работает так же как обычный трансформатор: имеется первичная катушка, вокруг которой при пропускании переменного тока создается переменное магнитное поле. Магнитный поток наводит во вторичной печи переменный ток, под влиянием которого нагревается и расплавляется металл. Индукционные печи имеют емкость от 50 кг до 100 т и более.

В немагнитном каркасе имеются индуктор и огнеупорный плавильный двигатель. Индуктор печи выполнен в виде катушки с определенным числом витков медной трубки, внутри которой циркулирует охлаждающая вода. Металл загружают в тигель, который является вторичной обмоткой. Переменный ток вырабатывается в машинных или ламповых генераторах. Подвод тока от генератора к индуктору осуществляется посредством гибкого кабеля или медных шин. Мощность и частота тока определяются емкостью плавильного тигля и состава шихты. Обычно в индукционных печах используется ток частотой 500 – 2500 гц. Крупные печи работают на меньших частотах. Мощность генератора выбирают из расчета 1,0 – 1,4 квт/кг шихты. Плавильные тигли печей изготавливают из кислых или основных огнеупорных материалов.

Кузнечно-штамповочные машины и прессы.

Сюда относятся машины, служащие для ковки и штамповки металлов в горячем и холодном виде в прессах, применяемых в производстве изделий из пластмасс, прессуемых в горячем виде.

Для производства мелких деталей в электропромышленности применяются электромагнитные прессы 0,5 – 2 тс; в них движение ползуна производится при помощи электромагнита постоянного тока, преодолевающего действие пружины, нормально поддерживающей ползун в поднятом положении. Питание электромагнита производится через полупроводниковый выпрямитель.

Кривошипные прессы холодной штамповки с усилием давления 16 – 4000 тс имеют мощность приводов 2 – 180 кВт; горячештамповочные – на 630 – 8000 тс – 28500 кВт. Наиболее мощные прессы (гидравлические) работают от насосноаккумуляторных станций при давлениях 200450 кгс/см2 . Сюда относятся гидравлические штамповочные прессы с усилием до 30000 тс, гидравлические ковочные прессы 100075000 тс. Мощности двигателей насосных станций гидропрессов составляют 2501500 кВт, а суммарные мощности насосных станций достигают 1012 МВт и более. Все приводы переменного тока 50 Гц, напряжением 380, 660, 6000 и 10000 В. Режим работы характеризуется чередованием х.х. с кратковременными толчками ударной нагрузки, вследствие чего часто применяют маховики и двигатели с повышенным скольжением. В некоторых случаях ковочные машины снабжаются установкой для эл. индукционного нагрева или подогрева обрабатываемого металла мощностью до 400500 кВА. По степени бесперебойности кузнечно-штамповочные машины и прессы относятся ко 2 категории. Наиболее бесперебойного питания требуют мощные гидропрессы, обрабатывающие уникальные поковки – валы и роторы крупных генераторов, заготовки для которых разогреваются в специальных печах до ковочной температуры иногда в течение нескольких суток. Например, слиток массой 220 т для поковки колонны длиной 23 м, диаметром 900 мм, массой 145 т на прессе 10000 тс греется перед поковкой в течение 6 суток. Технологический процесс ковки и штамповки – устойчив, тяжелое оборудование имеет постоянное расположение.

Металлургический завод относится к потребителям особой категории, так как прекращение электропитания производства, даже на непродолжительный промежуток времени, невозможна.

Условия окружающей среды

Климатические условия для расчета ВЛ и должны приниматься в соответствии с картами климатического районирования России и региональными картами по скоростному напору ветра и толщине стенки гололеда. [7]

Значение высшей температуры воздуха принимается по данным фактических наблюдений, а низшей температуры – по данным повторяемости 1 раз в 5 лет.

Провода ВЛ следует рассчитывать для работы в нормальном режиме, исходя из различных климатических условий по ветровым и гололедным нагрузкам.

При расчете ВЛ необходимо принимать следующие сочетания климатических условий:

высшая температура, ветер и гололед отсутствуют;

низшая температура, ветер и гололед отсутствуют;

провода покрыты гололедом, температура 5°С, гололед отсутствует;

нормальный скоростной напор ветра qmax , температура 5°С, гололед отсутствует;

провода покрыты гололедом, температура 5°С, скоростной напор ветра 0,25qmax (скорость ветра 0,5Vmax).

Определение расчетных климатических условий, интенсивности грозовой деятельности и пляски проводов для расчета и выбора конструкции ВЛ должны производиться на основании карт климатического районирования с уточнением по региональным картам и материалам многих наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов управлений гидрометеослужбы и энергосистем за скоростью ветра, интенсивностью гололедноизморозевых отложений и температурой воздуха, грозовой деятельностью и пляской проводов в зоне трассы сооружаемой ВЛ.

При обработке данных наблюдений должно быть учтено влияние микроклиматических особенностей на интенсивность гололедообразования и на скорость ветра в результате действия как природных условий (пересеченный рельеф местности, высота над уровнем моря, наличие больших озер и водохранилищ, степень залесенности и т. д.), так и существующих или проектируемых инженерных сооружений (плотины и водосбросы, прудыохладители, полосы сплошной застройки и т. п.).

Скоростной напор ветра на конструкции опор определяется с учетом его возрастания по высоте. Для отдельных зон высотой не более 15 м значение поправочных коэффициентов следует принимать постоянным, определяя его по высоте средних точек соответствующих зон, отсчитываемой от отметки земли в месте установки опоры.

Для участков ВЛ, находящихся в местах с сильными ветрами (высокий берег большой реки, резко выделяющаяся над окружающей местностью возвышенность, долины и ущелья, открытые для сильных ветров прибрежная полоса больших озер и водохранилищ в пределах 3-5 км), при отсутствии данных наблюдений максимальный скоростной напор следует увеличить на 40% (скорость ветра – на 18%) по сравнению с принятым для данного района.

Расчетные температуры воздуха принимают одинаковым для ВЛ всех напряжений по данным фактических наблюдений и округляются до значений, кратных пяти.

В отдельных районах территории, где отмечены повышенные скорости ветра при гололеде или где их можно ожидать, а также в районах, где возможно сочетание гололедноизморозевых отложений нормативные значения гололеда должны быть приняты в соответствии с данными о фактически наблюдаемых размерах гололеда и скорости ветра при гололеде.

Расчет ВЛ по аварийному режиму работы необходимо производить для следующих сочетаний климатических условий:

среднегодовая температура tэ, ветер и гололед отсутствуют;

низшая температура tmin, ветер и гололед отсутствуют;

провода и тросы покрыты гололедом, температура 5°С, ветер отсутствует;

провода и тросы покрыты гололедом, температура 5°С, скоростной напор ветра 0,25qmax.

При расчете приближений токоведущих частей к элементам опор ВЛ и сооружений необходимо принимать следующие сочетания климатических условий:

при рабочем напряжении: максимальный нормативный скоростной напор ветра qmax, температура 5°С;

при грозовых и внутренних перенапряжениях: температура +15°С, скоростной напор ветра q=0,1qmax (V≈0,3Vmax), но не менее 6,25 даН/м2;

для обеспечения безопасного подъема на опору под напряжением: температура 15°С, ветер и гололед отсутствуют.

Характеристика схем электроснабжения

Внутризаводское распределение электроэнергии выполняется по магистральной, радиальной или смешанной» схеме в зависимости от территориального размещения нагрузок, их величины, требуемой степени надежности питания. При прочих равных условиях применяются магистральные схемы как наиболее экономичные. [2]

Важным является обеспечение питания осветительных и силовых нагрузок в ночной период, в выходные и праздничные дни по возможности без больших затрат на дополнительные сетевые устройства. Наиболее удачно эта задача решается при однотрансформаторных цеховых подстанциях, которые для взаимного резервирования подстанций обычно связываются между собой перемычками низкого напряжения, рассчитанными на мощность до 15—30 % мощности трансформатора. Это дает возможность отключать часть трансформаторов в период малых нагрузок, что обеспечивает получение экономического эффекта за счет снижения потерь электроэнергии п повышения коэффициента мощности.

Схемы распределения электроэнергии внутри предприятий имеют ступенчатое построение. В большинстве случаев применяется две-три ступени, так как многоступенчатые схемы усложняют коммутацию и защиту. На небольших предприятиях применяются одноступенчатые схемы распределения электроэнергии с применением второй ступени лишь для удаленных от приемного пункта потребителей.

При системе глубоких вводов ПО—220 кВ распределение энергии на первой ступени между ПГВ производится по радиальным и магистральным воздушным или радиальным кабельным линиям 35—220 кВ от УРП или от подстанции энергосистемы.

При сооружении РП необходимо полностью использовать полную

пропускную способность коммутационных аппаратов: головных и секционных выключателей. Поэтому РП, как правило, целесообразно при числе отходящих линий 6—10 кВ не менее восьми или десяти.

Схема распределения энергии взаимосвязана с технологической схемой объекта:

питание электроприемников разных параллельных технологических потоков предусматривается от разных подстанции, РП или магистралей или от различных секции шин одной подстанции или РП, для того чтобы при аварии не остановились оба технологических потока;

в пределах одного потока все взаимосвязанные технологические агрегаты присоединяются к одному источнику (подстанции, РП, секции и т. д.), чтобы при прекращении питания потопа все входящие в его состав электроприемники были одновременно обесточены;

вспомогательные цепи выполняются так, чтобы их питание не нарушалось при любых переключениях питания силовых цепей параллельных технологических потоков во избежание ложных отключении и останова производства.

Магистральные схемы. При магистральных электроэнергия подается от основного энергетического узла или центра питания предприятия (ТЭЦ, ГПП) непосредственно к цеховым распределительным и трансформаторным подстанциям. Уменьшается число звеньев распределения и коммутации электроэнергии. В этом заключается основное и очень существенное преимущество этих схем.

Магистральные схемы целесообразны при распределенных нагрузках, при расположении подстанций на территории проектируемого объекта, благоприятствующем возможно более прямому прохождению магистралей от источника питания до потребителей энергии без обратных потоков энергии и длинных обходов. Они наиболее удобны при выполнении резервирования цеховых подстанций от другого источника в случае выхода из работы основного питающего пункта.

При магистральных схемах невозможно резервирование по вторичному напряжению соседних однотрансформаторных подстанции, так как они питаются по одной магистрали и одновременно выходят из работы. Для устранения этого недостатка близко расположенные однотрансформаторные подстанции питают от разных магистралей.

Число цеховых трансформаторов, питаемых от одной магистрали, обычно принимается равным двум при мощности трансформаторов 2500 и 1600 кВА; двум-трем при мощности 1000 кВА; пяти при мощности 630—250 кВА. Число трансформаторов тиристорных преобразователей данной технологической линии, питаемых от одной магистрали, можно принять равным пяти-шести. При большом числе трансформаторов и глухом их присоединении к магистрали максимальная защита на головном участке питающей магистрали загрубляется и может оказаться нечувствительной при КЗ в данном трансформаторе, что может вызвать необходимость установки предохранителей на ответвлении от магистрали к трансформатору. Это дает возможность селективно отключить трансформатор при повреждении в нем.

На крупных и средних предприятиях широкое применение нашли магистральные токопроводы 6—35 кВ. При больших потоках электроэнергии кабельные магистрали громоздки, трудно выполнимы, неэкономичны и требуют большого числа дефицитных кабелей. Поэтому на очень крупных энергоемких предприятиях широко применяются на первых ступенях электроснабжения магистральные токопроводы.

Магистральные токопроводы 10 и 6 кВ имеют преимущественное применение при токах более 1,5—2 кА. Целесообразность использования токопроводов 35 кВ определяется технико-экономическими расчетами.

Трасса токопроводов проходит через зоны размещения основных электрических нагрузок, в центре которых располагаются распределительные пункты, присоединяемые к токопроводам. При удачном выборе трассы токопроводов удается обеспечить питание от них примерно 70—75 % всех электрических нагрузок предприятия. Потребители, удаленные от трассы токопроиодов, могут питаться от выносных РП или непосредственно от ГПП. В отдельных случаях токопроводы могут быть также использованы для связи между двумя источниками питания, что удешевляет схему.

Часто используется присоединение токопроводов непосредственно к трансформаторам через отдельные выключатели, минуя сборные шины 6—10 кВ ГПГТ. Благодаря этому разгружаются вводные выключатели, присоединяемые к сборным шинам, и создается независимое питание токопроводов, что значительно повышает надежность электроснабжения.

Еще более рациональной является схема с подключением токопровода к одной из расщепленных обмоток трансформатора, но ее можно применить при равномерном распределении нагрузок между токопроводом и сборными шинами.

До настоящего времени схемы ответвлений от токопроводов, как правило, выполнялись с применением расщепленных (сдвоенных) реакторов, присоединяемых к токопроводу через разъединители, и с установкой включателей после реакторов на вводах в РП. Однако в связи с имевшими место разрушениями реакторов при одновременном прохождении тока КЗ по обеим обмоткам фазы реактора применение таких схем стало ограничиваться.

Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются главным образом в тех случаях, когда нагрузки расположены в различных направлениях от центра питания. Они могут быть двухступенчатыми или одноступенчатыми. Одноступенчатые схемы применяются главным образом на малых предприятиях, а двухступенчатые— на больших.

На рисунке 4 представлено токораспределение металлургического завода, на рисунках 5 и 6 структурная и принципиальная схемы электроснабжения соответственно.

Список используемых источников

Блок В.М. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей ВУЗов / В.М. Блок . – М . : Высшая школа, 1990.383 с.

Иванникова Н.Ю. Методические указания к курсовому проекту по курсу «Электроснабжение предприятий и электропривод» / Н.Ю. Иванникова. – Мурманск. : МГТУ, 2007. – 32 с.

Крючков И.П., Кувшинский Н.Н., Неклепаев Б.Н.

Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. - М . : Энергия, 1978.456 с., ил.

Мукосеев Ю.А. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов / Ю.А. Мукосеев. - М . : “Энергия”, 1973.584 с. с ил.

Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. В 2 т.- Т.1/ Под общ. ред. А.А.Федорова . - М . : Энергоатомиздат, 1986.568 с.

Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий. - М . : Энергоатомиздат, 1987.- 368 с.

http://www.ruscable.ru/info/pue/24.html