Рассмотрены основные факторы, которые следует учитывать при разработке электрических подстанций для питания промышленных потребителей. Обращено внимание на некоторые инновационные технологии, которые могут улучшить надежность и эффективность подстанций.
Выбор правильной конфигурации подстанции
Правильная конфигурация подстанции - это первое, что должны рассматривать компании, относящиеся к тяжелой промышленности, чтобы гарантировать, что подстанция сможет справиться с их энергетическими потребностями. Для выполнения этого важного шага, изготовители должны понимать систему или процесс, который они собираются обеспечить электроэнергией. Они также должны понимать, какие нагрузки ожидаются в системе, и как предполагается их обеспечивать. Это означает знание того, необходимы ли электрические двигатели, и какие типы двигателей доступны (синхронные или асинхронные).
Например, большие электродвигатели могут вызвать проблемы с падением напряжения, если система не обладает достаточными возможностями, чтобы справляться с нагрузками включения двигателей. Это может привести к проблемам качества электроэнергии, вопросам совместимости с требованиями подключения к сети снабжения электрической энергией, срабатыванию реле отключения других критических нагрузок, и возможно, даже к повреждению дорогостоящих двигателей, компрессоров, или другого оборудования. При проведении анализа системы, проектирование подстанции должно включать защитные средства, позволяющие избежать этих проблем. К таким средствам относятся применение электрического оборудования соответствующей мощности, конденсаторных батарей, статических синхронных компенсаторов, и других средств, осуществляющих стабилизацию напряжения.
Помимо размеров электродвигателей, при проектировании подстанции следует принимать во внимание типы методов включения оборудования, применяемых в данной ситуации. К таким методам могут относиться прямые запуски при полном напряжении, частотно-регулируемые электроприводы, и плавные пуски. Выбор метода запуска оборудования важен в связи с тем, что он оказывает влияние на выбор мощности трансформаторов, и тех подходов, которые изготовители электрического оборудования применяют для регулирования напряжения.
Необходимо также изучить и требования к надежности. В ряде случаев, даже очень незначительное прерывание подачи энергии может обойтись предприятию в миллионы рублей убытка, связанного с повреждением оборудования, или необходимостью отбраковки продукции. В таких случаях в системе должны присутствовать уровни избыточности.
Другим критичным соображением является тип энергии, доступный у поставщика электроэнергии. Промышленные пользователи должны задать себе следующие вопросы:
- Для поставки электроэнергии используется одинарный или двойной фидер?
- Двойной фидер относится к радиальному, или к кольцевому типу?
- Какова надежность системы поставки электроэнергии (на какой уровень коротких замыканий она рассчитана)?
- Каковы условия соединения в случае падения напряжения или снижения качества электроэнергии?
Если эти требования недостаточно гибкие, и система явно слабее, чем требуется, то в качестве части решения может потребоваться дополнительная поддержка напряжения и применение фильтрующего оборудования.
Существует множество конфигураций конструкций подстанций, которые должны обеспечить требуемую мощность. Будь это двойная система шин с одинарным выключателем, полуторная схема, кольцевая система шин с четырьмя выключателями, или другая конфигурация, для принятия лучшего решения промышленные заказчики должны представлять применение подстанций, и понимать собственные потребности. После того, как конфигурация подстанции выбрана, ее изготовители могут переходить к анализу различных технологий используемого оборудования, и его влияния на конструкцию подстанции.
Создание безопасной подстанции
Нефтехимическая промышленность, и в частности, отрасль, добывающая нефть и газ, не может позволить себе недооценить необходимость в повышенной безопасности, особенно в свете привлекших внимание взрывов заводов, произошедших в последние годы. Эти взрывы повлекли гибель и серьезные травмы персонала. Производственный риск, после каждого такого события, увеличивает общественные проверки, штрафы и введение более жестких требований.
Сама по себе подстанция является источником присущего ей большого количества опасностей. Цель подстанции заключается в понижении высокого напряжения получаемой электроэнергии до среднего напряжения, используемого на производстве. Работающий на коммутационном оборудовании персонал, находится вблизи возможных мест аварийного появления электрической дуги, взрыва трансформаторов, и других источников опасности. Большинство аварий и травм происходят во время проведения работ по обслуживанию. При проектировании подстанции и используемого оборудования, изготовители подстанции могут несколько снизить объем времени, в течение которого обслуживающий персонал должен находиться в контакте с оборудованием - это существенное увеличение безопасности. В ряде случаев, более безопасное оборудование может даже требовать меньшего уровня средств персональной защиты, что позволяет техническому персоналу более эффективно выполнять свою работу. Возможность предоставления более безопасных условий работы может также способствовать привлечению к обслуживанию опытных инженеров и техников, которых, обычно, не хватает.
Защита от электрической дуги
Появление электрической дуги является одной их наиболее опасных ситуаций в промышленной окружающей среде. Дугостойкое коммутационное оборудование содержит внутренние подавители дуги, направляющие ее в дугогасильные камеры, которые безопасно выводят образовавшиеся газы через клапаны, открывающиеся под давлением воздуха, вызванного появлением дуги.
Передние, задние, и боковые панели дугостойкого оборудования сконструированы таким образом, чтобы они могли выдержать высокое давление до того, как откроются предохранительные клапаны и давление снизится. Соединительные фланцы, и материал прокладок, имеют термическую герметизацию, и удерживают горячие газы, не давая воспламениться горючим материалам, находящимся вблизи оборудования.
Другой технологией, помогающей защититься от появлений электрической дуги, является система дуговых выключателей, ослабляющих дугу. Такие системы используют для обнаружения дуги оптоволоконные датчики. Самые быстрые системы такого рода способны идентифицировать появление дуги со скоростью света (за 2.5 миллисекунды) перед отключением главного выключателя, минимизируя вспышку дуги. Дуговые выключатели могут, во многих случаях, уменьшить энергию дуги на 80 процентов. Это значительно снижает риск травматизма и повреждения собственности.
Многие промышленные операторы также используют ультрабыстрые выключатели, которые, в случае появления дуги переключают ее на землю. Это очень быстрое срабатывание первичных выключателей (менее чем 1.5 миллисекунды), вместе с быстрым и надежным обнаружением замыкания, гарантирует, что дуга погаснет почти немедленно после ее появления.
Дистанционный мониторинг
Используя дистанционное наблюдение, обслуживающий персонал может выполнять большую часть прогнозирования и профилактики, не входя внутрь подстанции. Интегрированные системы управления впервые могут объединить информацию о работе предприятия и подстанции в одно, интегральное представление. Точно таким же образом, объединенная система управления энергией с системами управления топками на электростанции автоматически предпринимает необходимые действия, и реагирует на возникающие проблемы.
Бес использования интегрированных систем наблюдения и контроля, операторы подвергаются большей опасности, поскольку им необходимо вручную выполнять задачи обслуживания оборудования.
