Электроснабжение и релейная защита нефтеперекачивающей станции

II РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НПС

Система электроснабжения должна обеспечивать стабильную и непрерывную подачу электроэнергии к НПС "Суторминская". Так как НПС является потребителем I категории [3], то ее питание должно осуществляться от двух независимых, взаиморезервируемых источников.

Исходными данными при разработке проекта электроснабжения объектов нефтяной и газовой промышленности являются величина электрической нагрузки потребителей, а также место расположения ближайших источников электроэнергии и их параметры. Такими источниками, как правило являются главные понижающие подстанции (ГПП) с двумя трансформаторами.

Основные условия проектирования рациональной схемы электроснабжения – надежность, экономичность и качество электроэнергии у потребителя. Для крупных предприятий наиболее надежной и экономичной является система электроснабжения с применением глубоких вводов, при которой сети 6-110 кВ максимально приближены к потребителям электроэнергии.

Система электроснабжения строится таким образом, чтобы все её элементы постоянно находились под нагрузкой, т.е. чтобы не было холодного резерва. Вместе с тем параллельно установленные трансформаторы и параллельные линии электропередачи должны работать раздельно, так как при этом снижаются токи короткого замыкания и удешевляются схемы коммутации и схемы релейных защит.

Согласно ПУЭ, потребители относятся к первой категории в отношении бесперебойности питания.

Это предъявляет к системе электроснабжения следующие требования:

·   Электроснабжение должно осуществляться от двух независимых источников питания по двум линиям;

·   Питание потребителей нефтеперекачивающей станции должно производится от двух трансформаторной подстанции, трансформаторы которой выбираются с учетом взаимного резервирования;

·   Перерыв в электроснабжении возможен лишь на время действия автоматики (АПВ и АВР).

 Схема системы электроснабжения нефтеперекачивающей станции, удовлетворяющая требованиям изложенным выше, представлена на листе 2 графической части.

2.2 Схема электроснабжения НПС

Рис. 2.1. Схема электроснабжения НПС

 На рис. 2.1. в соответствии с заданием приведена схема электроснабжения НПС для перекачки нефти по трубопроводу.

 Трансформаторы Т1 и Т2 35/10 кВ в нормальном режиме работают раздельно, каждый на свою секцию шин КРУ.

Автоматическое включение резерва на стороне низшего напряжения производится с помощью секционного выключателя. (Q4).

 Питание подводится по двум одноцепным взаиморезервируемым ЛЭП 35кВ. Питание высоковольтных двигателей и трасформаторов 10/0,4кВ производится от двух, взаиморезервируемых секций шин КРУ (рис. 2.1).

 Питание цепей защиты и управления электродвигателями и всего вспомогательного оборудования НПС на напряжение 220/380 В, осуществляется от трансформаторов собственных нужд, Т3 и Т4.

2.3 Расчет электрических нагрузок на стороне высшего напряжения трансформаторной подстанции 35/10 кВ при НПС

 Для расчета электрических нагрузок на стороне ВН, воспользуемся методикой, разработанной институтом Гипротюменьнефтегаз. В основе метода используется модель распределения в виде двухступенчатой кратчайшей функции.

Расчетная активная мощность высоковольтных двигателей по этому методу определяется следующим образом:

  при С £ 0,75 М (2.4.2)

  при С > 0,75 М (2.4.3)

где  (2.4.4)

  (2.4.5)

где Кв - коэффициент включения, Кв = 0,84;

Кз - коэффициент загрузки двигателей, Кз = 0,76 – 0,84;

Рном-номинальная активная мощность единичного электродвигателя.

Примем Кз = 0,84, т. е. его максимальное значение. Тогда средняя мощность определится:

Максимальная мощность:

Разделим С на М и получим:

С/М = 6,42 / 9,1 = 0,70 < 0,75

 Следовательно, расчетную активную мощность высоковольтных электродвигателей определим по формуле:

=0,9 соответственно заданию. Коэффициент мощности является опережающим, поэтому реактивная мощность принимается со знаком минус.

Реактивная мощность высоковольтных электродвигателей НПС равна:

  (2.4.6)

Полная мощность высоковольтных электродвигателей составит:

  (2.4.7)

2.4. Выбор числа и мощности трансформаторов

 Число трансформаторов выбирается из соображений надежности в зависимости от категории электроснабжения потребителей.

Категорию проектируемого объекта по надежности электроснабжения принимают в соответствии с ПУЭ [13].

К первой категории относятся потребители, отключение электроснабжения которых влечет за собой опасность для жизни людей, ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования, нарушение сложного технологического процесса.

К второй категории - массовый срыв выпуска продукции, простой рабочих, механизмов, промышленного транспорта, нарушение нормальной деятельности значительного количества городских жителей.

К третьей категории - все остальные потребители. Для потребителей третьей категории рекомендуется применять подстанцию с одним трансформатором.

Электроприёмники установок по добыче, подготовке и транспортировке нефти и газа практически все относятся к первой категории надежности. Для электроснабжения потребителей первой категории надежности должны быть предусмотрены два независимых источника электроснабжения.

Согласно руководящим документам для большинства объектов нефтяной и газовой промышленности в районах Западной Сибири с учетом сложности размещения и эксплуатации подстанций рекомендовано выбор единичной мощности трансформаторов и автотрансформаторов двухтрасформаторных подстанций производить из условия 100% резервирования электроснабжения потребителей. Сюда отнесены объекты нефтедобычи, переработки попутного газа, компрессорные станции магистральных газопроводов с газотурбинными приводными агрегатами, нефтеперекачивающие станции магистральных нефтепроводов.

 Произведём выбор силовых трансформаторов. Выбираем силовые трансформаторы из условия:

где - полная максимальная нагрузка подстанции;

 Выберем двухобмоточные масляные трансформаторы типа ТМ 10000/35, технические данные которых сведены в табл. 2.4

Таблица 2.4

 Параметры трансформаторов ТМ 10000/35

 Проверим, подходят ли выбранные трансформаторы с учетом потерь. Активные потери составляют 2 % от номинальной мощности. Реактивные потери составляют 10 % от номинальной мощности.

 Полная мощность, с учетом потерь, в трансформаторах составит:

 Следовательно, данный тип трансформаторов удовлетворяет нашим требованиям.

Коэффициент загрузки трансформаторов:

  (2.5.10)

Для I категории , следовательно,  соответствует.

III РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

3.1. Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах

 Электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения должно быть устойчивым к токам КЗ и выбираться с учетом этих токов.

На рис. 3.2 приведена расчетная схема, а на рис. 3.3 схема замещения, построенная в соответствии со схемой на рис. 2.1.

В нормальном режиме все секционные вакуумные выключатели находятся в отключенном состоянии, силовые трансформаторы работают раздельно на отдельные секции шин.

Наиболее тяжелый режим работы может наступить при КЗ в момент перевода нагрузки с одного силового трансформатора на другой, т. е. когда секционный выключатель Q4 включен (рис. 3.2). Этот режим принят за расчетный.

 Преобразовывать сложные схемы при помощи именованных единиц неудобно. В этом случае все величины выражают в относительных единицах, сравнивая их с базисными. В качестве базисных величин принимают базисную мощность Sб и базисное напряжение Uб. За базисную мощность принимают суммарную мощность генераторов, мощность трансформатора, а чаще число, кратное 10, например 100 МВ×А. За базисную мощность принимаем значение100 МВ×А.

 В качестве базисного напряжения принимаем напряжение высокой ступени 35кВ - Uб1=37,5кВ и Uб2=10,5кВ - базисное напряжение на низкой стороне 10кВ. Составим расчётную схему и схему замещения цепи короткого замыкания. Ниже приведена схема электроснабжения НПС (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Расчетная исходная схема

Cхема замещения имеет следующий вид:

Рис. 3.3. Схема замещения

Т.к. точка КЗ значительно удалена от источника питания и его мощность велика, по сравнению с суммарной мощностью электроприемников, то периодическая составляющая тока КЗ:

 ; (3.1.11)

 Определим базисные токи (Iб) для каждой ступени трансформации:

 -базисный ток на высокой стороне (3.1.12)

 -базисный ток на низкой стороне (3.1.13)

Найдем сопротивления отдельных элементов сети в относительных единицах и подсчитаем суммарное эквивалентное сопротивление схемы замещения от источника до точки короткого замыкания:

а) для системы при заданной мощности КЗ:

 ; (3.10)

  (3.1.14)

б) для ВЛ:

 , (3.1.15)

где , , ;

 , (3.1.16)

где , , ;

в) для двухобмоточных трансформаторов Т1,Т2 (35/10кВ):

  (3.1.17)

г) для двухобмоточных трансформаторов Т3,Т4 (10/0,4кВ):

  (3.1.18)

д) для двигателей основных насосов (СТДП-2500-2УХЛ4):

  (3.1.19)

где -полная мощность СД;

  (3.1.20)

– сверхпереходное сопротивление, =0,2;

е) для двигателей подпорных насосов (ВАОВ-630 L-4У1):

  (3.1.21)

где -полная мощность ВАОВ;

  (3.1.22)

– сверхпереходное сопротивление, =0,2;

На рис.3.4 приведена преобразованная схема замещения.

Рис. 3.4. Преобразованная схема замещения

Параметры преобразованной схемы замещения, определены следующим образом:

;

; ;

;

;

Суммарное приведенное индуктивное сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания К-1:

  (3.1.23)

Для того чтобы определить нужно ли учитывать активное сопротивление в лини проверим, выполняется ли условие < 0,33 [3]

  (3.1.24)

0,085>0,034

Видно, что условие не выполняется, значит активное сопротивление следует учесть.

 Определим периодическую составляющую тока К-1:

  (3.1.25)

Для выбора и проверки электрооборудования по условию электродинамической стойкости необходимо знать ударный ток КЗ (iуд):

Ударный ток КЗ в точке К-1:

  (3.1.26)

где куд – ударный коэффициент;

Ударный коэффициент определим по графику

 [3], (3.1.27)

где  и -суммарные сопротивления от источника до точки КЗ.

  данному значению отношения соответствует значение ;

Мощность КЗ в точке К-1:

  (3.1.28)

 Суммарное эквивалентное сопротивление схемы замещения от источника до точки короткого замыкания К-2:

 ; (3.1.29)

 Для того чтобы определить нужно ли учитывать активное сопротивление в лини проверим, выполняется ли условие:

< 0,33 [3]

  (3.1.30)

0,085<0,14

Видно, что условие выполняется, значит активным сопротивлением можно пренебречь.

  (3.1.31)

 Определим периодическую составляющую тока К-2:

 ; (3.1.32)

Для того, чтобы определить периодическую составляющую тока К-2, следует учесть “потпитку” от электродвигателей.

  (3.1.33)

Периодическая составляющая тока КЗ от источника питания:

  (3.1.34)

Периодическая составляющая тока КЗ от электродвигателей:

  (3.1.35)

Результирующий ток КЗ в точке К-2:

Определим ударный ток КЗ в точке К-2:

 ; (3.1.36)

Ударный коэффициент для определения тока КЗ в точке К-2 определим аналогично, по графику

 [3];

данному значению отношения соответствует значение ;

Ударный ток КЗ от энергосистемы в точке К-2:

 (3.1.37)

Ударный ток КЗ от электродвигателей:

  (3.1.38)

Результирующий ударный ток КЗ в точке К-2:

 кА

Мощность КЗ в точке К-2:

 ; (3.1.40)

Результирующая мощность в точке К-2:

 В качестве минимального тока КЗ, который необходим для проверки чувствительности релейных защит, используют ток двухфазного КЗ в наиболее удаленной точке. Минимальное значение тока КЗ можно определить по формуле:

  (3.1.41)

  (3.1.42)

Результаты расчета токов КЗ сведены в табл. 3.1.8.

Таблица 3.1.8

Результаты расчета токов КЗ

IV ВЫБОР ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТИПОВЫХ ЯЧЕЕК КРУ-10 кВ

4.1. Выбор сечения и марки кабелей

Сечение кабелей выбирают по техническим и экономическим соображениям.

Произведем выбор сечений по расчетным токам. За расчетные токи потребителей примем их номинальные значения.

Для основных двигателей номинальный ток определится:

  (4.13)

где Рном – номинальная мощность электродвигателя, кВт;

Uном – номинальное напряжение, кВ;

сos φ – коэффициент мощности электродвигателя.

Для подпорных двигателей номинальный ток определится:

Для трансформаторов типа ТМ 10000/35 номинальный ток определится:

 , (4.14)

где Sном.т – номинальная мощность каждого из трансформаторов, кВ*А;

 Uном – номинальное напряжение; 110 кВ.

Для параллельно работающих линий, питающих ЗРУ-10кВ в качестве расчетного тока принят ток послеаварийного режима, когда одна питаю-щая линия вышла из строя. Расчетный ток для этого случая определим по величине расчетной мощности:

  (4.15)

где S.р – полная расчетная мощность электродвигателей, кВ*А;

 Uном – номинальное напряжение, 10кВ.

Результаты расчета сведены в табл. 4.6.

 Таблица 4.6

Выбор сечений и марки кабелей

Условие выбора сечения жил кабеля по допустимому нагреву при нормальных условиях прокладки: номинальный ток должен быть меньше либо равен допустимому току.

 . (4.16)

Проанализировав данные табл. 4.2 можно сделать вывод, что выбранные сечения удовлетворяют нашим условиям.

4.2 Выбор ячеек КРУ

В качестве распределительного устройства 10 кВ применим закрытое распределительное устройство (ЗРУ). ЗРУ состоит из отдельных ячеек различного назначения.

Для комплектования ЗРУ-10 кВ выберем малогабаритные ячейки КРУ серии К-104 Кушвинского электромеханического завода. Данные ячейки отвечают современным требованиям эксплуатации, имеют двухсторонний коридор обслуживания, выкатные тележки с вакуумными выключателями, безопасный доступ к любому элементу КРУ. Релейный и кабельный отсеки отделены от отсека коммутационных аппаратов металлическими перегородками, все коммутации производятся только при закрытой наружной двери, имеются функциональные блокировки.

В состав КРУ серии К-104 входят вакуумные выключатели с электромагнитным приводом, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, предохранители, разъединитель с заземляющими ножами, релейный шкаф с аппаратурой, клапаны сброса давления в сочетании с датчиками дуговой защиты.

КРУ серии К-104 предназначены для установки в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий. Обслуживающая среда должна быть невзрывоопасной, не содержать агрессивных газов и испарений, химических отложений, не насыщенной токопроводящей пылью и водяными парами.

4.3. Выбор шин

В качестве сборных шин выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения размером 80х6 мм. Длительно допустимый ток при одной полосе на фазу составляет Iдоп = 740А. Условие выбора:

 ; (4.3.50)

 Проверим шины на электродинамическую стойкость к токам КЗ.

Шину, закрепленную на изоляторах можно рассматривать как многопролетную балку.

 Наибольшее напряжение в металле при изгибе:

 , (4.3.51)

где М – изгибающий момент, создаваемый ударным током КЗ, Н×м;

W – момент сопротивления, м3.

Изгибающий момент для равномерно нагруженной многопролетной балки равен:

 , (4.3.52)

где F-сила взаимодействия между проводниками при протекании по ним ударного тока КЗ, Н;

– расстояние между опорными изоляторами,

 , (4.3.53)

где – расстояние между токоведущими шинами, = 0,35 м;

 – коэффициент формы, =1,1.

Момент сопротивления:

 , (4.3.54)

где b,h – соответственно узкая и широкая стороны шины, м.

Тогда наибольшее напряжение в металле при изгибе:

Допустимое напряжение при изгибе для алюминиевых шин 70 МПа.

Следовательно выбранные шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

Для проверки возможности возникновения механического резонанса в шинах определим частоту свободных колебаний шин:

  (4.3.55)

где – пролет шины, =1,1 м;

 – модуль упругости материала шин, для алюминия =7,2×1010 Н/м2;

 – масса единицы длины шины,  = 0,666 кг/м;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5