Повышение надежности системы электроснабжения Жезказганской обогатительной фабрики путем совершенствования системы автоматического ввода резерва



В статье рассматривается возможность и преимущества повышения надежности системы электроснабжения промышленного предприятия путем совершенствования системы автоматического ввода резерва.

Ключевые слова: система электроснабжения, устройство быстродействующего автоматического ввода резерва, двигательная нагрузка.

Надежность электроснабжения предприятий следует повышать при приближении к источникам питания (ТЭЦ, ГПП и т. д.) и по мере увеличения мощности соответствующих звеньев системы, так как аварий в мощных звеньях приводят к более тяжелым последствиям, чем в мелких, и охватывают большую зону предприятия. Требования, предъявляемые к электроснабжению предприятий, зависят также от потребляемой ими мощности. Электроснабжение такого крупного объекта как обогатительная фабрика является очень важной и сложной частью, так как на обогатительной фабрике много высокомощных электроустановок [1].

Обогатительные комбинаты характеризуются значительной энергоёмкостью и высокими стандартами надежности передачи электроэнергии, в связи с этим, для выполнения условий по ранжированию электроснабжения цеха обогатительной фабрики отнесены в основном к 1-й, 2-й категориям. Мощности и технические условия энергопотребления будут во многом определяться техническими схемами, видами используемого сырья и прочим [1,2].

Для повышения надежности электроснабжения крупных промышленных предприятий и систем собственных нужд электростанций их питание должно осуществляться не менее чем от двух независимых источников. При наличии двух источников питания схему питающей подстанции выполняют с двумя секциями, которые для обеспечения взаимного резервирования соединяют между собой секционным выключателем [1, 2].

Команда на отключение выключателя рабочего питания и включение секционного подается от устройств автоматического включения резерва (АВР), в которых пусковые органы выполняют на основе контроля напряжения, частоты или угла между векторами напряжений взаиморезервируемых секций. Однако на подстанциях, питающих синхронные и асинхронные двигатели, с целью предотвращения несинхронной подачи резервного питания требуется снижение напряжения на секции до уровня, допустимого по условиям несинхронного включения, что увеличивает время перерыва питания [3].

Длительность перерыва питания при переключении секции на резервный источник оказывает значительное влияние на успешность самозапуска электродвигателей, так как в соответствии с [2–5] при снижении напряжения синхронные двигатели, нагруженные до 0,8–0,9 номинальной мощности уже через 0,2–0,4 секунды могут выпасть из синхронизма. Во время последующего восстановления питания из-за недостаточного асинхронного момента эти электродвигатели могут не втянуться в синхронизм и отключаются защитами [2–5].

Качество электрической энергии (КЭЭ) является ключевой основой для экономического роста и повышения уровней производительности. Работа электрооборудования крупных промышленных предприятий часто прерывается очень короткими по продолжительности провалами питающего напряжения, которые ведут к большим и дорогостоящим экономическим ущербам, хотя они происходят за миллисекунды.

Жезказганская обогатительная фабрика находится недалеко от источника генерации и запитана по шинопроводу. На всех отходящих ячейках РП, питающих объекты, установлено современное оборудование, однако существуют кратковременные нарушения электроснабжения, связанные с большой протяженностью изоляционных и поддерживающих конструкций шинопроводов, не обеспечивается бесперебойность сложных технологических процессов.

Диапазон мощностей электрических двигателей, применяемых на Жезказганской обогатительной фабрике, очень широк — от двигателей мощностью 380 кВт до двигателей мощностью 2 МВт и более. Наличие на фабрике большого числа разнообразных электрических двигателей и аппаратов, работающих на переменном и постоянном токе, усложняет условия их эксплуатации.

В последнее время для минимизации времени перерыва питания и глубины снижения напряжения при потере питания по какой-либо причине в системах электроснабжения с двигательной нагрузкой применяют устройства БАВР [3, 4]. Устройства БАВР позволяют осуществить синфазную подачу резервного питания. Сущность такого подхода заключается в том, что резервное питание подается на двигатели в момент совпадения по фазе векторов остаточного напряжения на двигателях и напряжения резервного источника питания, т. е. после первого проворота вектора остаточного напряжения на шинах на 360 или при допустимых отклонениях по углу.

Однако и в этих случаях успешный самозапуск двигателей не всегда обеспечивается. Современный уровень развития микропроцессорных технологий и выпуск быстродействующей коммутационной аппаратуры позволяют создавать устройства БАВР с более сложными алгоритмами, которые позволяют выполнить подачу резервного питания до достижения углом между векторами остаточного и резервного напряжений значений менее 40 –60 , что в большинстве случаев позволяет предотвратить нарушение динамической устойчивости двигательной нагрузки.

Известен ряд способов [3, 4] построения логики пускового органа БАВР на основе анализа параметров системы в режиме реального времени. Логика работы пускового органа БАВР при этом строится на сравнении уровней напряжений на взаиморезервируемых секциях, сравнении угла между напряжениями или токами основной и резервной секций, контроле направления тока или активной мощности на вводах основной и резервной секций.

Использование специальных алгоритмов в пусковом устройстве управления БАВР обеспечит время его реакции на возникшее нарушение в электроснабжении в пределах от 5 до 12 мс. Сверхбыстрое переключение на резервный источник питания происходит без остановки технологического оборудования [4].

К устройствам АВР предъявляются следующие требования:

1. Всегда находиться в готовности к действию и срабатывать при прекращении питания потребителей по любой причине и наличии нормального напряжения на резервном источнике питания;
2. Не допустить включения резервного источника на КЗ, линия рабочего источника должна быть отключена со стороны шин потребителей. Отключенное состояние выключателя контролируется при включении АВР;
3. Обладать однократностью действия для предотвращения многократного включения резервного источника на устойчивое КЗ;
4. Обеспечивать ускорение защиты после отработки АВР для быстрого отключения основного источника питания при включении на устойчивое КЗ (или запретить АВР в таком случае);
5. Иметь минимально возможное время срабатывания АВР для сокращения продолжительности перерыва питания потребителей и обеспечения успешного самозапуска электродвигателей;
6. Не допускать включения АВР при опасном снижении напряжения на резервном источнике;
7. Исключить опасные несинхронные включения синхронных электродвигателей и перегрузки оборудования;
8. Разрешать полное автоматическое восстановление доаварийного режима после восстановления питания на основном источнике

Пусковые устройства БАВР позволяют решить обозначенные задачи за минимальное время, не требуя согласования по времени с устройствами релейной защиты и автоматики смежных элементов сети. Собственное время реакции пусковых устройств БАВР на аварийные режимы в первичной сети, как правило, не превышает 20–30 мс [3, 4].

Литература:

1. Трофимов Ю. Ю., Егоров А. Н. Основные требования к системам электроснабжения горных предприятий и моделирование их режимов работы. — «Северо-восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова», г. Мирный, 2017.
2. Грудинский П. Г., Мандрыкин С. А., Улицкий М. С. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций — М.: «Энергия», 1974.
3. Сивокобыленко В. Ф., Деркачев С. В. Совершенствование пусковых органов БАВР в системах электроснабжения с двигательной нагрузкой. — Донецкий национальный технический университет, 2014.
4. «Техническая информация. Решения для производителей КРУ, КСО», ТавридаЭлектрик.
5. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций — М.: Энергоатомиздат, 1987.