Энергообследование промышленного предприятия: как и зачем? Часть 1. Обследование схемы внешнего электроснабжения
Энергетическое обследование любого промышленного предприятия состоит из нескольких основных направлений.
Это, в первую очередь, анализ режимов работы внешней и внутренней систем электроснабжения, что позволяет понять общую структуру электропотребления предприятия и оценить ситуацию с качеством электрической энергии во внутренних сетях и на границе раздела балансовой принадлежности.
Такой анализ выполняется с использованием архивных данных об электропотреблении на протяжении нескольких последних лет и дополняется данными натурных измерений. Последние позволяют уточнить динамические параметры изменения нагрузок и выявить существование возможных проблем с качеством электрической энергии, способных приводить к сбоям и нарушениям технологических процессов, снижая, таким образом, надежность и эффективность работы системы электроснабжения и приводя к увеличению затрат на производство конечной продукции.
Обследования системы внешнего электроснабжения предприятия является одним из важнейших и первоочередным направлением работ. Здесь на основании архивных данных от систем коммерческого (технического) учета электроэнергии определяются значения потребляемых предприятием активных и реактивных мощностей и энергий, составляются балансы мощностей и определяется допустимость режимов потребления реактивной мощности по каждой из питающих линий.
Это, в первую очередь, анализ режимов работы внешней и внутренней систем электроснабжения, что позволяет понять общую структуру электропотребления предприятия и оценить ситуацию с качеством электрической энергии во внутренних сетях и на границе раздела балансовой принадлежности.
Такой анализ выполняется с использованием архивных данных об электропотреблении на протяжении нескольких последних лет и дополняется данными натурных измерений. Последние позволяют уточнить динамические параметры изменения нагрузок и выявить существование возможных проблем с качеством электрической энергии, способных приводить к сбоям и нарушениям технологических процессов, снижая, таким образом, надежность и эффективность работы системы электроснабжения и приводя к увеличению затрат на производство конечной продукции.
Обследования системы внешнего электроснабжения предприятия является одним из важнейших и первоочередным направлением работ. Здесь на основании архивных данных от систем коммерческого (технического) учета электроэнергии определяются значения потребляемых предприятием активных и реактивных мощностей и энергий, составляются балансы мощностей и определяется допустимость режимов потребления реактивной мощности по каждой из питающих линий.
Выполнение натурных измерений позволяет заметно увеличить объем данных для обследования и показать на существующие проблемы.
В данной статье, в частности, для иллюстрации приводятся результаты обследования одного из крупнейших металлургических предприятий. Например, на Рис. 1 и Рис. 2 представлены регистрограммы, полученные при выполнении измерений в сети 220 кВ такого комбината. Сразу обращает на себя внимание динамика изменения активной и реактивной мощностей, показывающая относительную нестабильность поддерживаемых режимов. В кривых напряжений хорошо видны многочисленные кратковременные снижения напряжения, обусловленные процессами коммутации печных трансформаторов. Осциллограмму такого режима можно видеть на Рис. 2, где показан бросок тока намагничивания, достигающий величины 5-6 крат от номинального тока трансформатора. Такие броски токов и возникающие вследствие них провалы напряжения негативно влияют на режимы работы основного технологического оборудования. В частности, резко сокращается коммутационный ресурс используемых печных выключателей.
Пример обработки архивных данных об электропотреблении предприятия можно видеть на Рис. 3. Видны положительные тренды изменения активной и реактивной мощностей. Например, активная мощность на рассматриваемом интервале растет, а реактивная - снижается, что свидетельствует о росте производства и улучшении режимов по реактивной мощности.
Полученные данные о режимах работы предприятия (архивные и по результатам измерений) используются для разработки математических моделей (Рис. 4). При этом степень подробности модели определяется решаемыми задачами, а сами модели используются для выполнения самых разных задач (о многих из них речь пойдет далее). При этом одними из основных решаемых задач являются анализ уровней напряжения в разных режимах работы сети, уровней загрузки основных элементов сети (линии, трансформаторы, токоограничивающие реакторы и т.д.) и выявление участков сети с повышенными уровнями оплачиваемых потерь электрической энергии. Для снижения потерь могут быть разработаны и проанализированы мероприятия по компенсации реактивной мощности, реализация которых в сетях металлургических комбинатов имеет свои особенности вследствие наличия резкопеременных и несинусоидальных электропотребителей.
Полученные данные о режимах работы предприятия (архивные и по результатам измерений) используются для разработки математических моделей (Рис. 4). При этом степень подробности модели определяется решаемыми задачами, а сами модели используются для выполнения самых разных задач (о многих из них речь пойдет далее). При этом одними из основных решаемых задач являются анализ уровней напряжения в разных режимах работы сети, уровней загрузки основных элементов сети (линии, трансформаторы, токоограничивающие реакторы и т.д.) и выявление участков сети с повышенными уровнями оплачиваемых потерь электрической энергии. Для снижения потерь могут быть разработаны и проанализированы мероприятия по компенсации реактивной мощности, реализация которых в сетях металлургических комбинатов имеет свои особенности вследствие наличия резкопеременных и несинусоидальных электропотребителей.
Наличие высоких уровней гармонических искажений в сетях может приводить к сбоям в работе технологических процессов и и значительным ущербам от недоотпуска продукции, поэтому на измерения и анализ источников гармоник мы обращаем особое внимание. Обратим также внимание, что установленный по ГОСТ 321442013 диапазон измерений гармоник до 40-го порядка в настоящее время является недостаточным и мы проводим измерения в большем диапазоне (до 100-200 гармоник). Это является особенно важным в сетях металлургических комбинатов, где в последнее время начинают активно внедряться частотно-регулируемые электроприводы на базе активных выпрямителей (active front-end), спектры токов которых принципиально не содержат гармоник низких порядков, но имеют повышенные уровни гармоник порядков выше 35-37.
Выполняемое в ходе натурных измерений осциллографирование режимов также позволяет выявить возможные высокочастотные перенапряжения, возникающие при отключениях нагрузок вакуумными (и другими) выключателями. На Рис. 5 показан процесс отключения печного трансформатора 110 кВ, в ходе которого кратность перенапряжений составляет недопустимые 2,96 о.е. (265,5 кВ фазного напряжения в сети 110 кВ), что, естественно, крайне негативно влияет на изоляцию оборудования.
Выполняемое в ходе натурных измерений осциллографирование режимов также позволяет выявить возможные высокочастотные перенапряжения, возникающие при отключениях нагрузок вакуумными (и другими) выключателями. На Рис. 5 показан процесс отключения печного трансформатора 110 кВ, в ходе которого кратность перенапряжений составляет недопустимые 2,96 о.е. (265,5 кВ фазного напряжения в сети 110 кВ), что, естественно, крайне негативно влияет на изоляцию оборудования.
Полученные на основании результатов предыдущих этапов данные используются для разработки мероприятий по компенсации реактивной мощности, позволяющих исключить штрафные санкции со стороны энергоснабжающей организации за повышенное потребление реактивной мощности. Определяются параметры устройств УКРМ и наиболее оптимальные места их установки. При этом сотрудники ООО "ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИКИ" имеют опыт работы как с простейшими устройствами на базе конденсаторных батарей, так и фильтрокомпенсирующими устройствами и устройствами динамической компенсации типа СТК (статический тиристорный компенсатор) и СТАТКОМ (статический компенсатор на базе управляемого источника напряжения). Последние устройства позволяют также обеспечить нормализацию показателей качества электроэнергии по таким показателям, как уровни гармонических искажений напряжения и быстрые колебания напряжений (доза фликера).
Ну, и в заключение... Для примера, по итогам проведенного на металлургическом предприятии обследования схемы внешнего электроснабжения было выявлено:
1. при текущих уровнях нагрузок и схеме питания потребителей поддерживаемые режимы формально являются удовлетворительными с точки зрения обеспечения питания электропотребителей завода;
2. высокие уровни загрузки отдельных элементов сети, в первую очередь трансформаторов и автотрансформаторов ГПП, не позволяют обеспечить длительную работу сети в ремонтных режимах, связанных с выводом части оборудования из работы;
3. выполненные расчеты режимов работы электрических сетей завода при повышенном уровне нагрузок (с учетом перспективы повышения мощности печей и нагрузок собственных нужд) и текущей схеме питания потребителей показали на невозможность обеспечения приемлемых уровней загрузки оборудования при существующих номинальных мощностях трансформаторов и реакторов, сечениях линий электропередач 220 кВ и 110 кВ и имеющихся возможностях по изменению конфигурации сети;
4. существующий уровень потребления реактивной мощности не удовлетворяет требованиям энергоснабжающих организаций, требуется выполнение мероприятий по КРМ;
5. предложенные решения по реконструкции сетей 220 и 110кВ и выполнению мероприятий по КРМ в сетях 10кВ позволяют обеспечить работу сети в нормальных ремонтных режимах с учетом перспективы повышения мощности нагрузок предприятия в 15-летний период.
3. выполненные расчеты режимов работы электрических сетей завода при повышенном уровне нагрузок (с учетом перспективы повышения мощности печей и нагрузок собственных нужд) и текущей схеме питания потребителей показали на невозможность обеспечения приемлемых уровней загрузки оборудования при существующих номинальных мощностях трансформаторов и реакторов, сечениях линий электропередач 220 кВ и 110 кВ и имеющихся возможностях по изменению конфигурации сети;
4. существующий уровень потребления реактивной мощности не удовлетворяет требованиям энергоснабжающих организаций, требуется выполнение мероприятий по КРМ;
5. предложенные решения по реконструкции сетей 220 и 110кВ и выполнению мероприятий по КРМ в сетях 10кВ позволяют обеспечить работу сети в нормальных ремонтных режимах с учетом перспективы повышения мощности нагрузок предприятия в 15-летний период.
