Разработка мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности на предприятии. Освещение не брать

1 Краткая характеристика объекта исследования
Руководствуясь темой курсового проекта, к исследованию и модернизации был выбран объект – птицефабрика ООО «Труд» в п. Осьмино Ленинградской области. На балансе предприятия стоят энергопотребители 1-й категории надежности. Источниками питания электрической энергией ООО «Труд» являются ТЭЦ-21 220/110 кВ, ПС-258 «Осьмино», ПС «Птицефабрика».
Передача электрической энергии на исследуемый нами объект осуществляется по следующей схеме: с ТЭЦ-21 по высоковольтной линии классом напряжения 110 кВ электроэнергия поступает на понижающую подстанцию 110/10 кВ, далее по линии 10кВ напряжение поступает на подстанцию «Птицефабрика», где трансформируется в напряжение 0,4кВ при помощи двух масляных силовых трансформаторов ТМГ1000 10/0,4.
Далее опишем оборудование, установленное на ОРУ (открытом распределительном устройстве) ПС «Птицефабрика». ОРУ оборудовано Реклоузером, нелинейным ограничителем перенапряжений, разъединителями, силовыми трансформаторами (2 шт.) ТМГ1000 10/0,4, газовыми разрядниками.
Реклоузер предназначен для оперативных переключений в распределительной сети, отключения поврежденных участков линии электропередачи, автоматического повторного включения линии, ввода сетевого резервного питания.
Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) - аппараты современного поколения, пришедшие на смену вентильным разрядникам, предназначены для защиты электрооборудования от коммутационных и грозовых перенапряжений.

Также в подстанции ПС «Птицефабрика» установлен удин трансформатор собственных нужд ТСН-1 с номинальной мощностью 63 кВ∙А. Питание этого трансформатора осуществляется с вводов силовых трансформаторов подстанции.

2 Разработка энергосберегающих мероприятий
Проанализировав открытые данные о предприятии ООО «Труд», нам удалось вычленить необходимые технические данные для данной курсовой работы, а именно: электрическая мощность птицефабрики (полная - S_max, активная -P_max и реактивная - Q_max), коэффициент мощности в электрической сети фабрики, а также коэффициент загрузки силовых понижающих трансформаторов ПС «Птицефабрика», которые непосредственно питают электрической энергией птицефабрику. Все вышеописанные данные приведены далее.
S_max = 758 кВ∙А;
P_max = 610 кВт
Q_max = 450 кВар
COS_φmax = 610/758 = 0,8
K_ЗТ = 0,7 - коэффициент загрузки трансформатора.
Нагрузка в аварийный период потребителей 1-й и 2-й категорий (при выходе из строя одного трансформатора) составляет 454,8 кВ∙А.
Рассчитаем коэффициент загрузки трансформатора в часы максимальной нагрузки:
K_ЗТ =( S_max)/(2∙S_(ном.тр) )=( 758)/(2∙1000)=0,38
Как видно, трансформаторы имеют запас по мощности являются нгедогруженными.
При выходе из строя одного из двух трансформаторов подстанции ПС «Птицефабрика» нормируемая допустимая нагрузка в послеаварийный период составит:
1.4 ×S_ном > S_(1,2 кат.)= 1,4×1000> 454,8 кВ∙А;
После выхода из строя одного из двух трансформаторов, оставшийся в работе трансформатор сможет обеспечить бесперебойную работу потребителей 1-й и 2-й категорий.
Э_(тр.год2)=n∙((∆Р_хх+К_э∙I_хх/100∙S_(ном.тр) )∙Т_в+К_п^2 (∆Р_кз+К_э∙U_к/100∙S_(ном.τ) )τ)=
=2∙((4+0,05∙0,95/100∙1000)∙8000+〖0,56〗^2 (36+0,05∙10,5/100∙1000)∙6000=
= 1268320 кВт ∙ ч
Учитывая нагрузку 1-й и 2-й категорий, равной 60% от полной мощности предприятия, планируем к установке на подстанцию «Птицефабрика» 10/0,4 два трансформатора:
Предлагается к установки два понижающих масляных трансформатора ТМГ мощностью 630 кВ∙А каждый. Трансформаторы, которые предлагаются к установки – масляные. Выбрать сухие силовые трансформаторы, конечно, можно, однако они имеют более худшую теплоотдачу, а следовательно являются менее надежными в эксплуатации. Предлагаем устанавливать трансформаторы Минского трансформаторного завода. Этот завод прославился качественной сборкой и проектированием силового оборудования. Далее необходимо проверить возможность принятия такого решения по части загрузки трансформаторов.
Коэффициент загрузки трансформатора в часы максимальной нагрузки:
K_ЗТ =( S_max)/(2∙S_(ном.тр) )=( 758)/(2∙630)=0,6
Что практически вдвое меньше допустимой перегрузки 1,03. Делаем вывод, что два трансформатора мощностью по 630 кВ∙А каждый смогут обеспечить бесперебойным электропитанием всю нагрузку птицефабрики ООО «Труд» в часы нагрузочного максимума.
Рассчитаем допустимую нагрузку в послеаварийный период:
1.4 ×S_ном > S_(1,2 кат.)= 1,4×630> 454,8 кВ∙А;
Условие выполняется. Делаем вывод, что трансформатор мощностью 630 кВ∙А способен обеспечить электроэнергией потребителей 1-й и 2-й категорий надежности.
Э_(тр.год1)=n∙((∆Р_хх+К_э∙I_хх/100∙S_(ном.тр) )∙Т_в+К_п^2 (∆Р_кз+К_э∙U_к/100∙S_(ном.τ) )τ)=
=2∙((2+0,05∙0,97/100∙630)∙8000+〖0,56〗^2 (28+0,05∙10,5/100∙630)∙6000=
= 486704,38 кВт ∙ ч
где n - число трансформаторов;
Рхх, Рк.з, Iхх, Uк - каталожные данные трансформаторов;
Тв - действительное время работы трансформатора в год;
Кэ - экономический эквивалент реактивной мощности, кВт/кВар;
Кз.т - коэффициент загрузки трансформатора при максимальной нагрузке.
3 Увеличение коэффициента мощности
Увеличение коэффициента мощности сети – это снижение реактивной составляющей полной мощности нагрузки сети. На сегодняшний день существует множество способов снижения реактивной мощности. Среди них выделим основные:
Замена трансформаторов на другие с соединением обмоток типа звезда/звезда.
Использование специальных УКРМ – устройств компенсации реактивной мощности.
В данном проекте остановимся на втором способе. Цель устройства УКРМ – «поглотить» часть полной электрической мощности (реактивную составляющую).
На нашем предприятии основным источником возникновения индуктивной мощности являются трансформаторы на подстанции «Птицефабрика». Выброс этой индуктивной мощности и предлагается компенсировать. Помимо трансформаторов источниками индуктивной мощности могут являться электрические двигатели или переменного тока (асинхронные). Однако в нашем случае основными источниками являются всё же два трансформатора.
Предлагается к установке в трансформаторную подстанцию устройства КРМ-0,4 (от 20 до 1000кВар). Данное оборудование пригодно как для автоматического регулирования мощности, так и для ручного. На компенсаторах такого типа применяется ступенчатое регулирование реактивной мощности с довольно широким диапазоном регулирования. По заявлениям производителя предприятию удастся сэкономить до 40% на оплату электрической энергии.
Для более детального понимания устройства КРМ-0,4 предлагается обратить внимание на рисунок 1, приведенный ниже.

Рисунок 1 – КРМ-0,4. Общий вид шкафов

Известно, что применение устройства КРМ позволяет не только добиться экономии на оплате электроэнергии, но и продлить срок службы оборудования потребителя на 10%.
Также использование КРМ-0,4 позволит использовать кабели питания приёмников электрической энергии меньшего диаметра.
В основе оборудования лежат конденсаторные батареи. Согласно формуле 1, чем выше емкостная мощность цепи, тем ниже будет полная реактивная мощность.
Q=Q_L-Q_C (1)
Следуя этому принципу, применяя устройство КРМ на нашей птицефабрике, удастся понизить реактивную мощность. Устройтсва КРМ подразделяют на два типа по своему исполнению: с инертным газом и с пожаробезопасной смолой. Данное различие между типами весьма существенно. В нашем случае предлагается использовать КРМ, наполненный инертным газом между обкладками конденсаторов.
Аппарат состоит из следующих основных частей:
Конденсаторные батареи
Предохранители
Автоматические выключатели
Разъединители
Блоки контроля и управления
Регулятор коэффициента мощности
Коммутационная и иная аппаратура устройства КРМ-0,4 полностью автоматизирована. Это значит, что присутствие человека в работе данной системы минимизировано – это уменьшает риск возникновения внештатных ситуаций. Функционирование АСУ в КРМ-0,4 осуществляется посредствам протокола интерфейса RS-485. Вся коммутационная аппаратура связывается с управляющим контроллером ПЛК ЕКС по линиям связи и функционирует согласно заранее запрограммированным условиям работы.
Далее более подробно разберём технические параметры контроллера, который устанавливается в шкафу КРМ-0,4. Прибор соответствует требованиям ГОСТ IEC 61131-2. Является довольно устойчивым к помехам, провалам напряжения и колебаниям напряжения. Важным техническим параметром является устойчивость аппарата к электрическому разряда порядка 6 кВ.
В случае, если портов входа центрального контроллера не хватает, есть возможность подключения блоков расширения – это позволит увеличить суммарное количество портов на аналоговые и дискретные входы от 8-и до 16-и.
Программирование устройства предполагается выполнять на языке программирования С++. При заказе подрядчик обязуется детально проработать все необходимые функции контроля прибора, чтобы сделать работу устройтсва КРМ максимально продуктивной.