Проектирование электроэнергетического и электротехнического оборудования и систем.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижневартовский государственный университет Проектирование электроэнергетического и электротехнического оборудования и систем ЗО Рысев Дмитрий Валерьевич rysev_dmitry@list.ru 2020 Проектирование любого технического объекта связано с созданием, преобразованием и представлением в принятой форме образа еще не существующего объекта. Проектирование выполняется организациями или отдельными специалистами (юридическими или физическими лицами), являющимися членами соответствующих саморегулирующихся обществ (СРО). Содержание проектной документации, форма ее представления, правила составления чертежей регламентируются специальными нормативными документами. 2 Основные принципы проектирования: - декомпозиция и иерархичность описаний объектов; - многоэтапность и итерационный характер проектирования; - типизация и унификация проектных решений и средств проектирования. 3 Составные части процесса проектирования стадии этапы проектные процедуры операции Основными этапами проектирования являются: - предпроектные исследования; - техническое задание; - инженерные изыскания; - технический проект; - рабочая документация; - экспертиза, испытание или согласование; - внедрение в производство или сооружение. 4 Что необходимо знать проектировщику Средства проектирования Инженерная деятельность Инженерпроектировщик Предмет проектирования 5 Требования к проекту Условия эксплуатации и основные сведения о качестве изделий - условия эксплуатации Конструктивно-технические требования - общие конструктивные требования - показатели назначения - оперативность обслуживания - показатели надежности - удобство обслуживания - эргономические показатели - безопасность - эстетические показатели - заданный срок службы - технологические показатели - приспособленность к хранению - показатели транспортабельности - механическая прочность и жесткость, электрическая прочность - показатели унификации - патентно-правовые показатели - экологические показатели - показатели безопасности обслуживающего персонала обслуживания - устойчивость к воздействиям климатических факторов - специальные требования - эксплуатационные требования - конструктивно-технологические и производственные требования 6 Оформление рабочего проекта Виды схем электрическая (Э) гидравлическая (Г) пневматическая (П) газовая (Х) кинематическая (К) вакуумная (В) оптическая (Л) энергетическая (Р) схема деления (Е) комбинированная (С) ГОСТы по ЕСКД Типы схем структурная (1) функциональная (2) принципиальная (3) схема соединений (4) схема подключения (5) схема общая (6) схема расположения (7) схема объединенная (0) 7 Схема принципиальная 8 Схемы подключения 9 Монтажная схема 10 Обозначение ГОСТ 2.102-2013 ГОСТ 2.104-2006 ГОСТ 2.118-2013 ГОСТ 2.119-2013 ГОСТ 2.701-2008 ГОСТ 2.702-2011 ГОСТ 2.710-81 ГОСТ 2.721-74 Название ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов ЕСКД. Основные надписи ЕСКД. Техническое предложение ЕСКД. Эскизный проект ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению ЕСКД. Правила выполнения электрических схем ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения ГОСТ 2.722-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Машины электрические ГОСТ 2.723-68 ГОСТ 2.725-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, автотрансформаторы и магнитные усилители ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Устройства коммутирующие ГОСТ 2.727-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Разрядники, предохранители ГОСТ 2.728-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы ГОСТ 2.729-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы электроизмерительные ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые ГОСТ 2.731-81 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы электровакуумные ГОСТ 2.732-68 ГОСТ 2.745-68 ЕСКД. Обозначения условные графические ЕСКД. Обозначения условные графические установки электротермические ЕСКД. Обозначения условные графические обозначений ЕСКД. Обозначения условные графические коммутационные и контактные соединения ЕСКД. Обозначения условные графические электромеханических устройств ЕСКД. Обозначения условные графические ГОСТ 2.747-68 ГОСТ 2.755-87 ГОСТ 2.756-76 ГОСТ 2.767-89 в схемах. Источники света в схемах. Электронагреватели, устройства и в схемах. Размеры условных графических в электрических схемах. Устройства в схемах. Воспринимающая часть в электрических схемах. Реле защиты Кроме этого есть ПУЭ, СНиПы, СанПиНы, СП, РП, приказы, отраслевые стандарты и т.д. 11 В качестве объектов проектирования электроэнергетического и электротехнического оборудования и систем могут выступать: • Системы электроснабжения городов и предприятий в целом • Линии электропередачи • Электропривод • Печи • Фильтрокомпенсирующие устройства • Системы РЗ и ПАА • Электрические и электронные аппараты • Автоматизированные системы управления технологическими процессами • АИИС КУЭ и АСКУЭ • Производственное освещение и освещение предприятий 12 Проектирование системы электроснабжения (СЭС) промышленного предприятия ее можно разделить на соответствующие уровни абстрагирования и выделить следующие подсистемы I уровень - 1. Система электроснабжения; II уровень: 1.1. Система канализации электрической энергии; 1.2. Система распределения электрической энергии; 1.3. Система преобразования электрической энергии; 1.4. Система защиты, автоматики и управления; 1.5. Система потребления электрической энергии; 1.6. Система выработки электрической энергии (предусматривается для сложных систем особо крупных промышленных предприятий); III уровень (рассмотрим на примере блока 1.6): 1.6.1. Система генерации электрической энергии; 1.6.2. Система преобразования электрической энергии на внутризаводской электрической станции; 1.6.3. Система распределения электрической энергии на внутризаводской электрической станции; 1.6.4. Система защиты, автоматики и управления на внутризаводской электрической станции. 13 Основные требования, предъявляемые к системам электроснабжения: • обеспечение системой заданной степени надежности электроснабжения потребителей; • экономичность, обусловленная минимумом приведенных затрат (капитальные вложения, амортизационные отчисления и отчисления на содержание ремонтного персонала); • гибкость, позволяющая без существенных переделок схемы обеспечить питание электроустановок при изменении их местоположения и мощности, а также при резком изменении электропотребления; • обеспечение системой заданного качества электроэнергии в соответствии с принятым ГОСТ 32144-2013 • обеспечение системой электроснабжения возможности поэтапного ввода в эксплуатацию технологических установок предприятия с соблюдением непрерывности питания ответственных потребителей, без преждевременных капитальных затрат. • обеспечение возможности расширения и развития, как отдельных элементов (РП, ГПП, РУ, ЛЭП и т.д.), так и системы электроснабжения в целом из-за того, что предприятие имеет перспективу роста. 14 Общие принципы построения систем электроснабжения: • принцип глубокого ввода высокого напряжения; • принцип децентрализации приема и распределения электрической энергии; • принцип глубокого секционирования всех звеньев системы электроснабжения; • принцип отказа от холодного резерва; • принцип раздельной работы параллельных линий и трансформаторов. 15 Проектные процедуры при проектировании систем электроснабжения, электротехнических объектов и отдельных электроустановок 1. Анализ электропотребителей по мощности, напряжению, надежности, производственно-технологическим зависимостям, территориальному расположению и т. д. Что дает:… (1, 2) 2. Определение оптимального решения о сети Включает:… (1,2,3,4,5) 3. Определение технических параметров при выборе конкретного электрооборудования, которое необходимо заказать и учесть при составлении спецификации, а также детальная разработка взаимосвязей конструктивной части, подготовки кабельных трасс, технологии монтажа, процесса управления и т. п. 4. Технико-экономические расчеты - экономическая оценка материальных и монтажных затрат. Этот частный процесс предусматривает составление соответствующих смет. 5. Расчеты по определению параметров электроустановок системы электроснабжения на основании необходимых методов с учетом техникоэкономических требований. 6. Контроль правильности и качества решения с помощью соответствующих средств и методов. 7. Координация для реализации организационных межотраслевых связей в процессе обоснования и проектирования. 16 В процессе проектирования большое значение имеют следующие документы: • действующие общегосударственные нормативные материалы для принятия типовых решений, ограничения; • технологические нормы проектирования и нормали, которые систематизируют процессы поиска решений, формирование комплексов оборудования и хранения унифицированной проектной документации; • типовые проекты с полным повторным применением (типовые проектные решения подстанций, центров питания и т. д.) или частным повторным применением (такие типовые элементы электроустановок СЭС, как автоматизированные приводы, установки управления подстанциями, простейшие подстанции и т. д.); • базисные основные решения (проекты и часть проектов) с унифицированным использованием материала, но с учетом местных условий (например, освещение улиц, установки электроснабжения строительства и др.). 17 Принципиальный алгоритм определения параметров оборудования 18 Одним из важнейших принципов организации сети, который обеспечивает требуемый уровень надежности при минимизации капитальных и операционных затрат, является унификация главных схем электрических соединений. Схемы РУ выбираются в соответствии со стандартом СТО 56947007— 29.240.30.010—2008 «Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кВ. Типовые решения». Отступление от типовых решений допускается при наличии дополнительных технико-экономических обоснований. Стандарт регламентирует область применения схем электрических соединений в зависимости от класса напряжения электроустановки, конфигурации электрической сети, вида ПС, значимости присоединений и требований по уровню надежности их подключения и др. 19 Классификация подстанций Т — тупиковые, О — ответвительные, П — проходные и У — узловые 20 Основные требования, предъявляемые к схемам заводских подстанций Схемы РУ подстанций должны - обеспечить требуемую надежность электроснабжения потребителей ПС в соответствии с категориями электроприемников и транзитных перетоков мощности по межсистемным и магистральным связям в нормальном и послеаварийном режимах; - учитывать перспективу развития ПС; - учитывать требования противоаварийной автоматики; - обеспечивать возможность и безопасность проведения ремонтных и эксплуатационных работ на отдельных элементах схемы без отключения смежных присоединений; - обеспечивать наглядность, экономичность и автоматичность. 21 Типовые схемы распределительных устройств 35–220 кВ 22 Блок «линия - трансформатор» с разъединителем - 1 - применяется в РУ 35-220кВ для тупиковых однотрансформаторных ПС при их питании короткой линией, не имеющей ответвлений. Блок «линия - трансформатор» с выключателем - 3 Н - применяется в РУ 20-500кВ для тупиковых или ответвительных однотрансформаторных ПС при необходимости автоматического отключения поврежденного трансформатора от ВЛ, питающей несколько ПС. Два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий – 4 Н - применяются в РУ 35-220 кВ для тупиковых или ответвительных двухтрансформаторных ПС, питаемых по двум ВЛ. Мостик с выключателями в цепях линий и ремонтной перемычкой со стороны линий - 5 Н - применяется в РУ 35-220 кВ для проходных двухтрансформаторных ПС с двухсторонним питанием при необходимости сохранения в работе двух трансформаторов при отказе ВЛ в нормальном режиме работы ПС (при равномерном графике нагрузок). Мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов - 5 АН - применяется в РУ 35-220 кВ для проходных двухтрансформаторных ПС с двухсторонним питанием при необходимости сохранения транзита при отказе в силовом трансформаторе, при необходимости отключения одного из трансформаторов в течение суток (неравномерный график нагрузок). 23 «Заход - выход» - 6 - применяется в РУ 110-220 кВ для проходных или ответвительных однотрансформаторных ПС с двусторонним питанием, начальный этап более сложной схемы. Треугольник - 6 Н - применяется в РУ 110-750 кВ для двухтрансформаторных ПС, питаемых по двум ВЛ, при необходимости секционирования транзитной ВЛ. Может использоваться в качестве начального этапа развития схемы «трансформаторы шины». 6 Н является альтернативой схемам «мостиков», предпочтительной по многим показателям. Четырехугольник - 7 - применяется в РУ напряжением 110-750 кВ для проходных двухтрансформаторных ПС, питаемых по двум ЛЭП, при необходимости выполнения секционирования. Шестиугольник - 8 - применяется в РУ 110-330 кВ для двухтрансформаторных узловых ПС с четырьмя ВЛ или с другим соотношением из шести присоединений. Одна рабочая секционированная выключателем система шин - 9 - применяется в РУ 20-220 кВ для ПС с наличием парных ВЛ и ВЛ, резервируемых от других ПС, нерезервируемых ВЛ, но не более одной на секцию, при отсутствии требований сохранения в работе всех при-соединений при выводе в ревизию секции шин. Одна рабочая секционированная по числу трансформаторов система шин с подключением трансформаторов к секциям шин через развилку из выключателей 9 Н - применяется в РУ 110-220 кВ для ПС с наличием парных ВЛ и ВЛ, резервируемых от других ПС, нерезервируемых ВЛ, но не более одной на секцию, при наличии требований к сохранению в работе силовых трансформаторов. 24 Одна рабочая секционированная система шин с подключением ответственных присоединений через «полуторную» цепочку - 9 АН - применяется в РУ 110-220кВ для ПС с наличием парных ВЛ и ВЛ, резервируемых от других ПС, нерезервируемых ВЛ и при повышенных требованиях к сохранению в работе особо ответственных ВЛ и транс-форматоров. Одна рабочая секционированная выключателем и обходная системы шин - 12 применяются в РУ 110-220 кВ для ПС с пятью и более присоединениями, не допускающими даже кратковременную потерю напряжения на присоединении при плановом выводе выключателей из работы, а также в РУ с устройствами для плавки гололеда и при наличии прочих обоснований. Одна рабочая секционированная выключателями и обходная системы шин с подключением трансформаторов к секциям шин через развилку из выключателей 12 Н - применяются в РУ 110-220 кВ для ПС с пятью и более присоединениями, не допускающими даже кратковременную потерю напряжения на присоединении при плановом выводе выключателей из работы и при повышенных требованиях к сохранению в работе силовых трансформаторов. Две рабочие системы шин - 13 - применяются в РУ 110-220 кВ для ПС с пятью и более присоединениями при повышенных требованиях к их сохранению в работе, допускающих потерю напряжения при повреждении в зоне сборных шин на время оперативных переключений с целью перевода присоединений на другую систему шин, а также при необходимости деления сети. 25 Две рабочие и обходная системы шин - 13 Н - применяются в РУ 110-220 кВ для ПС с пятью и более присоединениями при повышенных требованиях к их сохранению в работе, а также при наличии присоединений, не допускающих даже кратковременную потерю напряжения при плановом выводе силовых выключателей из работы, а также при необходимости деления сети. Схема применяется в РУ с устройством для плавки гололеда. Две рабочие секционированные выключателями и обходная системы шин с двумя обходными и двумя шиносоединительными выключателями - 14 - применяются в РУ 110-220 кВ мощных узловых ПС с 3-4 силовыми трансформаторами и числом присоединений более 15 при повышенных требованиях к их сохранению в работе, а также присоединений, не допускающих даже кратковременную потерю напряжения при плановом выводе силовых выключателей из работы, а также при необходимости деления сети. Схема применяется в РУ с устройством для плавки гололеда. Трансформаторы-шины с присоединением линий через два выключателя - 15 применяются в РУ 330-750 кВ с целью обеспечения полного резервирования подключения ВЛ через два выключателя. Трансформаторы-шины с полуторным присоединением линий - 16 - применяются в РУ 220-750 кВ ПС при пяти и более линиях, подключаемых в «полуторную» цепочку, при необходимости подключения ВЛ через два выключателя. Полуторная схема - 17 - применяется в РУ 220-750 кВ ПС с шестью и более присоединениями при повышенных требованиях к обеспечению их надежного 26 подключения. Алгоритм выбора схем для РУ 110 и 220 кВ 35 кВ 27 28