Повышение надежности электроснабжения потребителей н.п. Орлово Армизонского района Тюменской области с выбором оборудования на ПС 110/10 кВ "Орлово"

Распределительные электрические сети являются важным звеном в системе производства, передачи и потребления электрической энергии.

Большое значение для надежной работы электросетей имеет правильное выполнение и настройка устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики и в том числе правильный выбор рабочих параметров срабатывания аппаратуры РЗА.

Рационально выполненная система электроснабжения должна удовлетворять ряду требований экономичности и надежности, обеспечения надежного качества электроэнергии, безопасности и удобства эксплуатации, обеспечение уровней напряжения, стабильности частоты и т.д. В связи с тем, что ПС «Орлово» была построена в 1970 году оборудование морально устарело, и увеличились нагрузки. Необходимо провести реконструкцию подстанции. При этом должны по возможности применяться решения, требующие минимальных расходов цветных металлов и электроэнергии. Основным определяющим фактором при построении системы электроснабжения является характеристика источников питания, мощность и категорийность потребителей.

Нужно учитывать также требования ограничения токов К.З., а также условия выполнения простой и надежной релейной защиты и автоматики.

Вопросы рационального электроснабжения электросетьевого района на должны решаться в отрыве от общей энергетики. Решения по электроснабжению должны применяться с учетом перспективного плана электрификации района и кооперировании всех отраслей.

Подстанции 110/10 кВ предназначены для электроснабжения потребителей I; II; III категории.

Потребители I категории – потребители, которые должны иметь резервный источник снабжения, автоматизированный ДЭС. Внешнее электроснабжение осуществляется от ВЛ-10 кВ по кольцевому питанию (двухстороннее). Время отключения электроэнергии не должно превышать время работы АВР.

II категория – длительность перерыва электроснабжения не должна превышать 3 – 5 часов.

III категория – перерыв в электроснабжении возможен на период необходимой для замены или ремонта поврежденных элементов, но не более двух суток.

ПС 110/10 кВ рассчитана с расчетом перспективных нагрузок на 5 лет. Подстанции разделяют по оперативному току:

1. С постоянным оперативным током (он идет с аккумуляторной батареи), это ПС-110/10 кВ, на которых установлены МВ-110 кВ.

2. С выпрямленным постоянным током, все подстанции 110/10 кВ и вновь проектируемые.

3. С переменным оперативным током, все подстанции старого типа.

На силовом трансформаторе устанавливаются следующие устройства РЗА:

1. Устанавливается дифференциальная защита на двух реле, типа ДЗТ-11 – дифференциальное реле защиты с магнитным торможением 11 серии, для двухобмоточных трансформаторов, которые устанавливаются на фазе «А» и «С». Защита действия на отключение ввода 10 кВ и включение короткозамыкателя на стороне 110 кВ. Дифференциальная защита является основной защитой силового трансформатора:

-  реагирует на все виды КЗ,

-  быстродействующая t_сз = 0,1 сек.

-  обладает абсолютной селективностью.

-  обладает высокой чувствительностью.

2. Газовая защита силового трансформатора, реагирует на КЗ, которое возникает внутри бака силового трансформатора. Защита также реагирует на понижение уровня масла в силовом трансформаторе. Первая ступень защиты работает на отключение ввода силового трансформатора и включение короткозамыкателя со стороны 110 кВ.

3. Устанавливается МТЗ-110 кВ. Защита реагирует на внешнее КЗ. Защита выполнена двухступенчатой:

1-ая ступень работает с заданной выдержкой времени на отключение ввода силового трансформатора.

2-ая ступень работает с заданной выдержкой времени на включение короткозамыкателя 11 кВ.

4. защита от перегрузок устанавливается в токовых цепях дифференциальной защиты со стороны 110 кВ на одном реле типа РТ-40, которое устанавливается на фазе «А». На ПС без обслуживающего персонала защита выполняется трехступенчатой:

1-ая ступень работает на сигнал.

2-ая ступень, с выдержкой времени, работает на отключение потребителей.

3-яя ступень – резервная, срабатывает при отказе второй ступени.

5. Защита от перегрева трансформаторного масла, выполнена на термосигнализаторе типа ТС-100. Первая установка по «+» выставляется на 50-60ºС и работает на сигнал.

Вторая установка на «+» на 80-90ºС и работает на отключение силового трансформатора от сети.

Межсекционный выключатель СВ-10.

На нем предусмотрены следующие устройства релейной защиты и автоматики:

1.  МТЗ-10 кВ в 3-х фазном релейном исполнении, на реле РТ-40, собирается схема неполной звезды из трансформаторного тока. Защита работает с установленной выдержкой времени.

2.  Устанавливается АВР двухстороннего действия. Измерительный орган АВР выполнен на реле минимального напряжения типа АРН-54.

На ВЛ-10 кВ предусмотрены следующие устройства релейной защиты:

1.  устанавливается МТЗ-10 кВ на реле РТ-40 в 2-х фазном релейном исполнении.

2.  на мощных фидерах дополнительно устанавливается токовая отсечка мгновенного действия t_сз = 0,1 сек.

3.  устанавливается АПВ. Если привод включателя электромагнитный, то двукратное АПВ, а если привод пружинный – однократное реле.

Для увеличения надежности электроснабжения потребителей на ПС -110/10 кВ ПС «Орлово» необходимо:

1.  установить 2-ой трансформатор типа ТМН-6300/100; /∆-11.

2.  Реконструировать ОРУ-110 кВ, вместо отделителя и короткозамыкателя установить трансформаторный выключатель ВМТ-110 кВ.

3.  Вместо установленных ячеек К-37 установить ячейки К-59 с выключателями ВК-10 в КРУН-10 кВ шатрового типа.

4.  Построить вновь ВЛ-10 кВ в количестве 10 км.

5.  Дополнительно установить КТП-10/0,4 в количестве 10 штук.

Южные электрические сети – самое молодое предприятие энергосистемы «Тюменьэнерго» - образовано в 1983 году на базе Ялуторовского, Заводоуковского, Омутинского сетевых районов. Расположено оно на окраине города Заводоуковска. В зону обслуживания 19,7 кв. км вошли шесть административных районов: Ялуторовский, Упоровский, Омутинский, Юргинский, Армизонский, Заводоуковский, города Ялуторовск и Заводоуковск, 221 населенный пункт, 70 сельскохозяйственных предприятий.

Предприятие имеет достаточно развитую материальн0-техническую базу. За полтора десятилетия введено в эксплуатацию 12 подстанций 110 кВ и выше, суммарной мощностью 475 МВА, построено 1980 км высоковольтных линий220/10 кВ, выполнена реконструкция 15 подстанций 20/110/35 и 110/10 кВ, установлено 17 трансформаторов суммарной мощностью 186 МВА, количество трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ возросло до 1400, протяженность воздушных подстанций 10/0,4 кВ составила 5 тыс. км. На балансе предприятия 6700 км воздушных линий всех напряжений. Построены теплые стоянки, автотранспортный профилакторий, аккумуляторный, дистилляционный цехи. ЮЭС располагает 230 единицами автотранспорта и спецтехники, а в коллективе трудится 572 человека. На предприятии созданы следующие технические службы – это оперативно-диспетчерская служба, служба релейной защиты автоматики, служба подстанций, средств диспетчерско-технологического управления, службы воздушных линий и распределительных сетей, грозозащиты и изоляции, надежности и безопасности, отдел автоматизированных систем управления, отдел сбыта электроэнергии, бухгалтерия и многие другие.

Достаточная обеспеченность сельскохозяйственного предприятия необходимыми трудовыми ресурсами, их рациональное использование, высокий уровень производительности труда имеют большое значение для увеличения объема производства и повышения эффективности производства.

Трудовые ресурсы – это часть населения, обладающая физическими данными, знаниями, умениями и навыками труда в соответствующей отрасли экономики. На начальном этапе необходимо измерить наличие работников, их состав и уровень обеспеченности хозяйства рабочей силой. Добиться хороших показателей невозможно без хорошего трудоспособного коллектива, так как кадры – это основа любого предприятия.

Таблица 1

Численность персонала предприятия

Анализируя данные таблицы, видим, что среднесписочная численность ППП в 2004 году снизилась по сравнению с 2002 годом. Это произошло за счет снижения числа рабочих. Удельная численность ППП составила 1,86, что меньше чем в 2002 году - 2,03. Удельная численность ППП без привлеченного на ремонт персонала составило 1,76, что меньше чем в 2002 году – 1,96. Снижение произошло за счет рабочих – 1,16.

Основными показателями работы предприятия является поступление электроэнергии в сеть, расход, полезный отпуск и т.д. При анализе необходимо рассчитать динамику этих показателей, отклонение от плана.

Таблица 2

Основные технико-экономические показатели

Поступление энергии в сеть в 2004 году составило 1440,97 млн. кВтч, что больше чем в 2003 году – 55,88 млн. кВтч и меньше чем в 2002 году на 166,07 млн·кВт·ч. Объем товарной продукции увеличился по сравнению с планом на 49863,7 тыс. рублей, а с прошлым годом на 11873,5 тыс. рублей. Полезный отпуск энергии больше плана на 101,1 млн.кВтч и больше чем в 2003 году на 102,91 млн. кВтч. Все остальные показатели имеют тенденцию к росту.

В развитии предприятий постоянное внимание уделяется наиболее рациональному и эффективному использованию материальных, трудовых, финансовых ресурсов и природных богатств для обеспечения на каждом предприятии при наименьших затратах всемерного увеличения производства продукции.

Себестоимость – это материальные, денежные затраты на производство продукции.

Калькуляция – это исчисление себестоимости единицы продукции.

Таблица 3

Калькуляция и структура себестоимости распределения электроэнергии по РЭС

Из проведенного анализа следует, что в 2004 году производственная себестоимость по отношению к 2002 году увеличилась на 208,3%, в том числе основная оплата производственных рабочих на 107,6 %, отчисления на социальные нужды оплаты труда производственных рабочих на 68,8%, амортизация увеличилась на 182,6%. Наблюдается рост на расходы на содержание и эксплуатацию оборудования на 184,7%, можно отметить значительное увеличение общезаводских расходов на 641%. Рассматривая структуру себестоимости за 2004 год можно отметить, что наибольший удельный вес занимают расходы по содержанию и эксплуатации оборудования – 36,6%, общезаводские расходы – 25,8%, амортизация составляет 24% от общих затрат на электроэнергию.

Сравнивая структуру затрат 2003 года и 2002 года, можно отметить рост удельного веса по общезаводским расходам на 13,4% и снижение цеховых расходов на 3,8%, уменьшился удельный вес оплаты труда производственных рабочих на 2,9%. Это привело к снижению удельного веса отчислений на социальные нужды на 105%. Это связано с централизацией организационной структуры электросетей (сокращение подразделений по районам).

Основными затратами на предприятии является сырье и материалы, услуги производственного характера, топливо, энергия со стороны, затраты на оплату труда, амортизация и т.д. Из данных затрат складывается себестоимость товарной продукции.

Таблица 4

Анализ отклонений сметы затрат всего по предприятию, тыс. руб

Себестоимость товарной продукции увеличилась по сравнению с прошлым годом на 100272,7 тыс. рублей по сравнению с планом на 0,3 тыс. рублей. Увеличение произошло за счет роста таких статей как амортизация на 26807 тыс. рублей, отчисления на социальные нужды на 2910,7 тыс. рублей. Затраты на оплату труда возросли на 16239,9 тыс. рублей, сырье и материалы на 11582,6 тыс. рублей. Таким образом, произошло увеличение всех затрат по сравнению с прошлым годом.

Финансовое состояние предприятия, его устойчивость и стабильность зависят от результатов производственной, коммерческой и финансовой деятельности. Если производственный и финансовый план успешно выполняют, то это положительно влияет на финансовое положение предприятия. И, наоборот, в результате недовыполнения плана по производству и реализации продукции происходит повышение себестоимости, уменьшения выручки и сумма прибыли и как следствие ухудшение финансового состояния и его платежеспособности.

Таблица 5

Финансовые результаты от реализации электроэнергии

Анализируя данные таблицы 5, видим, что в 2004 году не выполнен план по реализации электроэнергии на 2222 тыс. кВтч, но увеличилась цена на отпуск на 11,08 и выросла себестоимость на 12,78 рублей, поэтому получилась сумма прибыли на 201 тыс. рублей меньше чем запланировали. Если сравнивать результаты по годам то видим, что реализация в отчетном году на 1,2% выше чем в базисном, цена электроэнергии увеличилась на 89,2%, а себестоимость на 85,3%, что значительно повлияло на финансовый результат, сумма прибыли увеличилась на 32,8%, а если рассматривать к прошлому году, то можно отметить, что в 2002 году был получен убыток на сумму 714 тыс. рублей. Это объясняется ростом тарифа. Рассматривая себестоимость без покупной энергии, видим, что она незначительна и занимает всего 26,2% в удельном весе общей себестоимости. Это говорит о том, что предприятие покупает электроэнергию по высоким ценам, что сказывается на финансовых результатах. Затраты в отчетном году окупились на 1 вложенный рубль вернулось 1,04 рубля, что больше на 2%, чем в базисном году. В прошлом году затраты не окупились, так как на вложенный рубль вернулось 98 копеек.

Рис.1. Расчетная схема ПС-110/10 кВ «Орлово»

Расчет токов короткого замыкания

ПС «Орлово» запитана от ПС «Армизонская» по линии 110 кВ. Провод алюминиевый со стальной жилкой сечением 120 мм² и длинной 22 км.

Ректанцы системы до ПС «Орлово»

Х_1max = 16.6 Ом, Х_min = 24.5 Ом

Они рассчитываются на ЭВМ и задаются в виде таблицы. Это сопротивление от генератора до СШ 110 кВ maх и min режимах работы энергосистемы.

Максимальный режим – это такой режим, при котором все генераторы включены в работу и сопротивление энергосистемы будет минимальным.

Минимальный режим – это такой режим, при котором часть генераторов выведены из работы и сопротивление энергосистемы будет максимальным.

Паспортные данные силового трансформатора типа ТМН – 6300/110 кВ, /∆ - 11.

Трансформатор трехфазный, оборудован РПН. Данные РПН: U_н = 115±9·1,78%, установлена с высокой стороны и имеет 9 ступеней регулировки с высокой и низкой стороны.

Uкз₁₂₆ = 11,7%; Uкз₁₁₀ = 11,1%; U_rp96.6 = 10.5%

1.  Определяем номинальные токи с высокой и низкой стороны силового трансформатора:

(3.1)

(3.2)

где S_H – номинальная мощность силового трансформатора, равная 6,3 МВА.

U_H1 и U_H2 – номинальное напряжение с низкой и высокой стороны трансформатора, равное 10,5 кВ и 115 кВ.

2.  Определяем сопротивление трансформатора:

 (3.3)

 (3.4)

где U_К.З.126 – максимальное напряжение порожного замыкания, равное 11,7%,

U_К.З.96,6 – минимальное напряжение порожнего замыкания, равное 10,5%,

U_min и U_max – минимальное и максимальное напряжение, равное 96,6 и 126 кВ.

3.  Составляем расчетную схему замещения:

Рис. 2 Расчетная схема замещения

Расчитываем токи короткого замыкания в точке К₁

(3.5)

(3.6)

где Х_1min – минимальное сопротивление питающей сети, равное 25,2 Ом,

Х_1max – максимальное сопротивление питающей сети, равное 9 Ом,

U_Н – номинальное напряжение сети, равное 115 кВ.

5.Расчитываем токи короткого замыкания в точке К₂:

(3.7)

(3.8)

6.Переводим токи КЗ со стороны 110 кВ на сторону 10 кВ

Расчет дифференциальной защиты

Дифференциальная токовая защита трансформатора выполнена с использованием реле типа ДЗТ-11, так как удовлетворяет требованиям чувствительности, регламентируемыми ПУЭ. Защита выполнена в виде одного комплекта в предложении, что требуемый минимальный коэффициент чувствительности, определенный в результате расчетов при КЗ на выводах низкого напряжения трансформатора не менее 1,5.

Реле типа ДЗТ-11имеет промежуточный насыщающий трансформатор тока и одну тормозную обмотку. Использование тормозной обмотки дает возможность не подстраивать минимальный ток срабатывания защиты от токов небаланса при внешних повреждениях, поскольку несрабатывание защиты в этих случаях обеспечивается торможением.

Указанное, обуславливается большой чувствительностью защиты.