Проектирование электроснабжения участка

Описание работы:

Тип работы: курсовая работа
Электроснабжение участка цеха, включающего в себя 2 печи электрошлакового переплава. Индивидуальный и групповой график нагрузки участка. Токи короткого замыкания на шинах печной подстанции. Напряжение на понизительной подстанции. Схема питания участка.
Скачать бесплатно Проектирование электроснабжения участка
Загрузить Проектирование электроснабжения участка

Реклама от Google

Чебоксары — 2006 г.

Пояснительная записка состоит из 35 страниц, включает в себя 11 иллюстраций, использовано 6 источников.

ПЕЧЬ, КРИСТАЛЛИЗАТОР, ШИНА, ПОДДОН, ОТЛИВКА.

В данном курсовом проекте мною было спроектировано электроснабжение участка цеха включающего в себя 2 печи электрошлакового переплава, для получения слитка весом 0,25т, флюсоплавильную печь У-560. Был составлен индивидуальный и групповой график нагрузки участка. Разработана схема электроснабжения участка, выбрано силовое оборудование ЭТУ. Рассчитаны токи короткого замыкания на шинах печной подстанции. Разработана схема управления, защиты и сигнализации. Подобраны контрольно-измерительные приборы.

2.ПЛАН УЧАСТКА ЦЕХА

4.ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

5.ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЕ КАК ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.

6.РАСЧЁТ ГРУППОВОГО ГРАФИКА СИЛОВОЙ НАГРУЗКИ УЧАСТКА

7.РАСЧЁТ ТОКОВ КОРТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА КОМПЛЕКТНОЙ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ

8.ВЫБОР КОМПЛЕКТНОЙ ТРРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ

9.РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ШИНАХ ПЕЧНОЙ ПОДСТАНЦИИ

10.КОМПЛЕКТНАЯ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ

12.РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ СРАБАТЫВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

В настоящее время большое внимание уделяется разработке тех видов техники и технологии, которые обеспечивают значительную экономию сырьевых энергетических и трудовых ресурсов. В связи с этим большое значение приобретает развитие электротермических технологий и установок ЭТУ.

В ряде случаев ЭТУ являются специфическими приёмниками электроэнергии. Зачастую они предъявляют повышенные требования к надёжности и стабильности электроснабжения. Поэтому их проектировка и эксплуатация требует особого подхода. Многие ЭТУ характеризуются высоким уровнем генерируемых гармоник, резко колебательным режимом, повышенным уровнем потребления реактивной мощности. Это заставляет принимать специальные меры по предотвращению их влияния на качество электроэнергии в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Требования научно-технического прогресса диктуют необходимость совершенствования промышленной электроэнергетики: создание экономичных, надёжных систем электроснабжения промышленных предприятий, развития электрических сетей и электрооборудования, автоматизированных электроприводов и систем управления.

Средняя мощность, кВА

Напряжение на понизительной подстанции: 11кВ.

Рисунок.2.- Схема питания участка

Схему электрошлакового процесса можно представить следующим образом. В водоохлаждаемой трубе (кристаллизатор), закрытой снизу водоохлаждаемым поддоном, находится ванна жидкого шлака, в которую опускаются расходуемые заготовки – электроды. Электроды и поддон подключается к источнику питания.

Ванна жидкого металла является проводником с определенной проводимостью и при протекании через неё тока играет роль нагревателя – преобразователя электрической энергии в тепловую. Выделяемое тепло поддерживает высокую температуру шлака и оплавляет расходуемые заготовки (электроды). Расплавленный электрод каплями стекает вниз, образуя в кристаллизаторе ванну жидкого металла, которая постепенно затвердевая формирует слиток. Для компенсации сплавления электродов, последние непрерывно подаются вниз. Электрошлаковые печи обычно питаются от источников переменного синусоидального тока промышленной частоты.

При контакте стенки кристаллизатора с расплавленным шлаком на ней образуется тонкая корочка застывшего шлака – шлаковый гарнисаж, который при наплавлении слитка препятствует прямому контакту жидкого и твёрдого металла с поверхностью кристаллизатора. Наличие шлакового гарнисажа оказывает глубокое влияние на распределение тепла в печи и металлургические процессы.

Характер застывания слитка при ЭШП коренным образом отличается от такового в обычной изложнице, так как металл поступает в кристаллизатор непрерывно с небольшими массовыми скоростями одновременно с его застыванием.

Поэтому в кристаллизаторе ванна жидкого металла ограниченного объёма. Причём за счёт изменения режима ЭШП можно обеспечить изменение скоростей наплавления и кристаллизации металла. Это позволяет получать неизменную во времени плавки конфигурацию жидкой металлической ванны, что создаёт условия для получения равномерной структуры слитка по её высоте.

Электрошлаковый переплав по своему принципу бездуговой процесс. Это связано с тем, что при горении в шлаке дуги происходит ухудшение качества металла за счёт его насыщения газами – продуктами разложения составляющих шлака. В связи с этим дуговой режим при ЭШП считается аварийным. Время плавки на ЭШП разделяются на основной и вспомогательный периоды. Основной период плавки, в процессе которого происходит наплавление слитка, включает в себя переплав металла и вывод усадочной. Последний служит для улучшения качества металла в верхней части слитка, что позволяет снизить его обрезь и повысить выход годного металла. Для осуществления вывода раковины вводимая в ванну мощность в конце плавки постепенно снижается. Длительность периода переплава металла зависит от химсостава переплавляемого металла, развеса слитка и химсостава шлака.

Во вспомогательный период осуществляется подготовка печи к плавке и наведения в кристаллизаторе ванны жидкого шлака. В этот период производятся следующие подготовительные операции:

1. Остывание слитка в кристаллизаторе после предыдущей плавки;

2. Выгрузка слитка и застывшего шлака из кристаллизатора и удаление их с печи;

3. Снятие с печи огарков электродов и установка новых электродов в электродержатель;

4. Чистка кристаллизатора и поддона;

5. Окончательная сборка печи (установка кристаллизатора, шайбы-затравки, центровка электродов и т.д.)

Длительность подготовительных операций на печах малой и средней ёмкости колеблется в пределах 1,2-4,5ч. После их окончания приступают к периоду наведения шлаковой ванны в кристаллизаторе. На печах ЭШП применяются твёрдый и жидкий старты. При твёрдом старте шлак расплавляется непосредственно в кристаллизаторе печи расходуемым электродом. При жидком старте шлак предварительно расплавляют во флюсоплавильной печи, затем заливают в кристаллизатор либо сверху, либо сифонным способом.

Шлаки для ЭШП должны соответствовать определённым требованиям. Они должны обладать:

1. Высокой рафинирующей способностью, позволяющей добиваться максимального очищения металла от примесей;

2. Способностью формировать гладкую поверхность слитка, не требующей дополнительной механической обработки;

3. Достаточно высоким удельным сопротивлением, что обеспечивает эффективность выполнения шлаковой ванны роли приёмника и преобразователя электроэнергии.

Применение того или иного шлака определяется конкретными технологическими условиями переплава металла заданного химсостава. Так при ЭШП сталей и сплавов, содержащих легкоокисляющиеся элементы, обычно применяется безкислородный шлак АНФ-1П; при необходимости максимального очищения металла от серы используется шлак АНФ-6 и т.д. При переплаве в глухие кристаллизаторы наиболее распространённым является шлак АНФ-6; При переплаве с вытяжкой слитка или перемещением кристаллизатора обычно используется шлак типа АНФ-28 или АНФ-29.

В процессе ЭШП происходит значительное улучшение качества металла вследствие:

1. Исключения взаимодействия жидкого металла с атмосферой и футеровкой при его выплавке и формирование слитка;

2. Обработки жидкого металла высокоактивным расплавленным шлаком;

3. Замедленной и направленной кристаллизацией металла в водо-охлаждаемом кристаллизаторе.

Электрошлаковые печи являются одними из основных агрегатов специальной электрометаллургии, позволяющими получать слитки и отливки высокого качества. Они широко применяются на металлургических и машиностроительных заводах. Масса выплавляемых слитков и отливок лежит в пределах от нескольких десятков килограммов до сотен тонн. Для электрошлаковых процессов существует широкая номенклатура печей различных конструкций с установленной мощностью от 630 до 15000 кВ·А. Электрошлаковые печи разделяются на металлургические печи электрошлакового переплава (ЭШП), в которых получают гладкие слитки различных фор сечения, и на печи электрошлакового литья (ЭШЛ), предназначенные для получения отливок сложной формы.

Основным элементом электрошлаковой печи является ванна расплавленного шлака, который является электролитом и имеет достаточно высокую ионную проводимость. Электрошлаковый процесс в принципе бездуговой, что обеспечивается подбором питающего ванну напряжения (35-55)В, положением электрода в шлаке и уровнем вводимой мощности. Поэтому электрошлаковая печь как приёмник электроэнергии представляет собой печь сопротивления косвенного действия с жидким нагревателем.

Обычно электрошлаковые печи питаются переменным током промышленной частоты. Это связано с тем, что на переменном токе интенсивно развито рафинирование металла шлаком.

Для улучшения электрических характеристик крупных печей, а в последнее время и печей средней ёмкости иногда используется переменный ток пониженной частоты (2-10) Гц. Обычно питание таких установок производится реверсивным постоянным током с помощью двух преобразователей типа ТВ-9. Вообще возможно питание не только симметричным, но и несимметричным током, в результате чего возникает управляемая постоянная составляющая тока, которая может быть использована для электрохимической оптимизации металлургических процессов.

Однако применение многоамперных тиристорных преобразователей усложняет и удорожает установку, снижает надёжность её работы. Поэтому пока наиболее распространённым родом тока является переменный ток промышленной частоты. Питание электрошлаковых печей производятся в зависимости от мощности либо от цеховой сети напряжением 0,4 кВ, либо от высоковольтных печных подстанций напряжением 6-10 кВ через специальные понизительные трансформаторы.

Одной из основных схем питания является схема электрод-поддон. Из-за низких вторичных напряжений в печах протекают значительные вторичные токи, что вызывает необходимость иметь сложные токоподводы со сравнительно низкими электротехническими характеристиками. Особенностью токоподводов печей ЭШП по сравнению с ДСП является большая роль активных и реактивных сопротивлений электрода в общем сопротивлении токоподвода. Значительная реактивность токоподвода определяет низкие значения коэффициента мощности, который уменьшается с увеличением развеса слитка. В результате этого выплавка слитков массой более 30-40 т. по схеме электрод-поддон на переменном токе промышленной частоты применяется редко.

Для снижения реактивности многоэлектродных печей ЭШП широко используются m/2 бифилярные схемы питания. Электрошлаковые печи с числом электродов, кратным двум, могут питаться по двух фазной схеме, кратным шести, по шестифазной. Во всех этих схемах осуществляется попарное бифилирование электродов и ветвей короткой сети, что позволяет значительно снизить реактивное сопротивление токоподводов.

Для компенсации реактивной мощности и повышения cosφ до требуемой системой значения на питающих шинах распредустройств устанавливаются батареи статических конденсаторов.

Электрошлаковые печи как электротехнологические агрегаты имеют циклический характер работы. Цикл плавки разбивается на «горячее» время, в течение которого происходит переплав электрода, и «холодное», которое затрачивается на остывание слитка, наведение шлаковой ванны и подготовительные операции. Коэффициент включения зависит от развеса слитка и технологических особенностей плавки.

Печи малой и средней ёмкости обычно устанавливаются группами по 5-10 и более печей. За счёт сдвига циклов их работы коэффициент включения электрошлаковой нагрузки цеха приближается к единице.

Нагрузка электрошлаковой печи при правильно выбранном электрическом режиме является спокойной, без КЗ и бросков тока, исключая кратковременный начальный этап периода наведения шлаковой ванны при «твёрдом старте». В период переплава кривые тока и напряжения промодулированны переменным сигналом с частотой 1-5Гц, отражающим процесс изменения проводимости шлаковой ванны, при нарастании и отрыве капель электродного металла. Из-за его небольшой величины влияние капельного переноса на энергетический режим и питающую сеть незначительно.

Во время плавки нагрузка печи является неравномерной. Это связано с тремя основными факторами – нестационарностью теплового режима в начальный период плавки, изменению геометрических размеров слитка и уменьшением сопротивления подводящей сети при сплавлении электрода. На рисунке 1 показана типичная кривая изменения мощности печи при переплаве электродов в гладкий кристаллизатор со значительной конусностью, Из него видно, что во время плавки вводимая мощность закономерно уменьшается, особенно сильно в период выведения усадочной раковины.

Рисунок.3.-Изменение мощности электрошлаковой печи во время плавки.

Большинство электрошлаковых печей малой и средней являются однофазной нагрузкой, Для уменьшения влияния несимметрии нагрузки принимаются меры по равномерному распределению однофазных печей по фазам сети, что обычно возможно в цехах ЭШП и ЭШЛ из-за значительного количества установок. Сложнее обстоит дело с отдельно установленными крупными печами. В этих случаях необходимо применение различных симметрирующих устройств на стороне высокого напряжения трансформатора. Электрошлаковые установки требуют высокой надёжности электропитания. При перерыве питания, длительность которого зависит от развеса слитка, нарушения структуры слитка становится достаточным для его отбраковки. Поэтому электрошлаковые печи относятся ко второй категории по надёжности питания. Однако установки обеспечивающие водоснабжение печей ЭШП и ЭШЛ, относятся к потребителям первой категории, так как перерыв в водоохлаждении поддонов, кристаллизаторов и дорнов может привести к их прожогу, взрыву печи или выплеску шлака и металла, опасному для жизни.

Характер воздействия колебаний напряжения на качество слитка и отливки определяется динамическими характеристиками электрошлаковой печи. Колебания напряжения вызывают колебания мощности шлаковой ванны с удвоенной частотой. Такие колебания ПСН трансформатора отработать не могут. Воздействие колебаний мощности на качество слитка и отливки определяется возникающими при этом колебаниями температуры шлаковой ванны Θш. скорости оплавления металла G, фронта кристаллизации слитка Кфр и толщины шлакового гарнисажа δг. Последние приводят к изменению диаметра наплавляемого слитка и возникновению гофр и пережимов.

Динамические характеристики этих возмущений описываются передаточными функциями:

;

;

;

.

Где — оперативные относительные отклонения параметров f;

— относительные коэффициенты передачи при воздействии на температуру, скорость плавления и толщину гарнисажа. мощности; — коэффициент передачи при воздействии скорости плавки на коэффициент фронта кристаллизации слитка(металла); — постоянные времени шлаковой и жидкой металлической ванн и шлакового гарнисажа.

Электрошлаковая печь представляет собой инерционный объект со значительными постоянными времени, составляющими единицы и десятки минут. Известно, что такие объекты являются эффективными высоких частот. Частоты среза, выше которых реакция составляет менее 5% возмущения, составляет для всего спектра ёмкостей печей десятые доли герца. Это свидетельствует о том, что промышленные электрошлаковые печи на колебания напряжения практически не реагируют.

Электрические нагрузки характеризуют потребление электроэнергии отдельными приёмниками или группой приёмников, предприятия в целом.

Правильное определение ожидаемых электрических нагрузок при проектировании является основой для рационального электроснабжения предприятия. От их значения зависит выбор всех токоведущих элементов и аппаратов и технико-экономические показатели проектируемой системы электроснабжения.

График нагрузки рассчитываем для участка содержащего 2 печи электрошлакового переплава рассчитанной для выплавки оси трактора массой 250 кг, и одной флюсоплавильной печи У-560.

Групповой график нагрузки составляю с использованием индивидуальных графиков нагрузки ЭШП-0,25 и ФПП У-560.

Рисунок.4.- Индивидуальный график нагрузки печи ЭШП.

Рисунок.5.- Индивидуальный график нагрузки ФПП У-560.

Цикл работы ЭШП-0,25 составляет 96 минут, из них на получение отливки уходит 28 минут, оставшиеся 68 минут составляет межплавочный простой. Для начала работы печи необходимо наличие шлака, который получают в флюсоплавильной печи, исходя из этого можно составить общий график нагрузки для ЭШП и ФПП который будет иметь вид:

Рисунок.6.- График нагрузки печи ЭШП и ФПП.

Исходя из того, что на участке предусмотрено 2 печи ЭШП, работа ведётся в три смены, за смену необходимо совершить 2 плавки, перед каждой плавкой необходимо 8кг жидкого флюса и необходимости получения максимального «сглаженного» группового графика получили следующий вид группового графика нагрузки:

Рисунок.7.- Групповой график нагрузки.

Для нахождения среднего значения нагрузки необходимо определить площадь описываемую ломаной графика нагрузки для этого разделим график на определённое количество прямоугольников.

где Si -мощность выбранного интервала времени,

ti — интервал времени в течение которого мощность остаётся постоянной.

S =8*100+5*125+7*140+(3*360+5*325+5*280+4*260+5*250+5*200+1*100)*2 = 800+625+980+(1080+1625+1400+1040+1250+1000+100)=17395 кВА*мин.

Среднее значение нагрузки рср:

где t — суммарное время работы.

Среднеквадратичные нагрузки находим по формуле:

где t — суммарное время работы.

S∑кв =8*100^2+5*125^2+7*140^2+(3*360^2+5*325^2+5*280^2+4*260^2+5*250^2+5*200^2+1*100^
2)*2 = 295325+4203650=4498975.

;

где tвкл — продолжительность включения приёмника в цикле,

Тц – продолжительность цикла.

.

.

Sзаявл = Smax 1.1=360∙1.1=396 кВА;

;

.

Для анализа работы энергетических систем, выбора релейной защиты, средств ограничения токов короткого замыкания и работоспособности электрического оборудования в аварийных режимах рассчитываю предполагаемые токи короткого замыкания (К.З.). При расчёте используются следующие допущения:

— в течение всего процесса К.З. ЭДС всех генераторов системы совпадают по фазе;

— не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и независящими от тока индуктивные элементы короткозамкнутой цепи;

— пренебрегаю намагничивающими токами силовых трансформаторов;

— не учитываются ёмкости всех элементов короткозамкнутой цепи, включая воздушные и кабельные линии;

— трёхфазная система принимается симметричной.

Рисунок.8.- Схема снабжения участка цеха.

Для расчёте тока К.З. шинах печной подстанции, в начале рассчитаем токи при К.З. на шинах КТП. Для этого зададимся базисными величинами.

Для гидрогенератора типа СВ395/250-12

Для трансформатора типа ТДН-80000/110

Для воздушной линии электропередачи ВЛ-1, ВЛ-2

Для турбогенератора типа Е-12-2УЗ

Для реактора типа РБ10-1600-0,25УЗ

Для трансформатора типа ТД-16000/35

Для воздушной линии электропередачи ВЛ-3, ВЛ-4

Для трансформатора типа ТДТН-25000/110

Используя полученные выражения получим значения относительных базисных сопротивлений для каждой обмотки трансформатора.

Для кабельной линии электропередачи К-1, К-2

Схема снабжения будет иметь вид:

Рисунок.9.- Схема замещения схемы снабжения.

Преобразуем вышеприведенную схему:

;

;

;

;

Для определения тока К.З. от гидрогенераторов определим расчётное сопротивление:

Так как Х >3 тогда ток короткого от гидрогенератора найдём следующим образом:

Для определения тока К.З.от турбогенераторов определим расчётное сопротивление:

для такого значения Х

Определим ток короткого замыкания:

На проектируемом участке находятся следующие потребители электроэнергии: