Энергетическое хозяйство промышленного предприятия как объект управления. Системы электроснабжения

Энергетическое хозяйство промышленного предприятия как объект управления. Системы электроснабжения

 

Телемеханика - область науки, охватывающая теорию и технические средства контроля и управления объектами на расстоянии с применением специальных преобразованных сигналов для эффективного использования каналов связи.

 

Категории приемников электроэнергии

В отношении требуемой надежности электроснабжения приемники электроэнергии делят на три категории:

1) К I категории относятся приемники электроэнергии, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение особо важных элементов городского хозяйства. Эти приемники электроэнергии должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников, и перерыв их электроснабжения допускается лишь на время автоматического включения резерва (АВР). Примерами электроприемников I категории могут служить скиповый подъемник доменной печи, задвижки нагревательных печей, установки аварийной вентиляции и др.

Из электроприемников I категории выделяют приемники электроэнергии особой группы, внезапные перерывы питания которых угрожают жизни людей, создают угрозу взрыва и разрушения основного технологического оборудования. Примерами таких приемников электроэнергии являются электродвигатели некоторых задвижек и запорной арматуры, насосы охлаждения доменной печи, резервные маслонасосы мощных турбокомпрессоров, питание отдельных систем управления и др.

2) Приемники электроэнергии, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного числа городских жителей, отнесены ко II категории с менее строгими требованиями к бесперебойности их питания. Для этих приемников электроэнергии, как правило, предусматривают резервное питание, однако допускаются перерывы электроснабжения на время, необходимое для ручного включения резерва дежурным персоналом или выездной бригадой (для подстанций, где нет постоянного дежурного персонала). Практически же в большинстве случаев для приемников электроэнергии II категории также применяют автоматическое резервирование питания, так как это не требует больших капитальных затрат, тем более что во многих случаях в схемах распределения электроэнергии бывает трудно четко отделить электроприемники II категории от электроприемников I категории. Электроприемники II категории наиболее распространены.

К ним относятся приемники электроэнергии основных производств различных отраслей промышленности, горных разработок (кроме водоотлива и подъема), компрессоры, большинство насосов и вентиляторов и др.

3) Все прочие приемники электроэнергии, например вспомогательных цехов, цехов несерийного производства, неответственных складов и т. п., отнесены к III категории и допускают перерыв питания на время ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения продолжительностью до 1 суток.

 

Схемы электроснабжения

Схема электроснабжения промышленного предприятия определяется мощностью потребителей, их расположением на территории предприятия, требуемой надежностью электроснабжения, а также расположением и напряжением источников питания. Систему электроснабжения промышленного предприятия можно разделить на внешнее и внутреннее электроснабжение.

В систему внешнего электроснабжения входят линии, питающие ГПП или РП промышленного предприятия от шин подстанций энергосистем или от воздушных линий энергосистемы. Число питающих линий определяется передаваемой мощностью и требуемой надежностью электроснабжения. Электроснабжение может осуществляться при напряжении 10–330 кВ. На выбор напряжения для системы внешнего электроснабжения промышленного предприятия оказывает влияние наличие на предприятии мощных двигателей высокого напряжения (6 и 10 кВ), дуговых сталеплавильных печей и регулируемых электроприводов.

При внешнем электроснабжении на напряжении 10 кВ предприятие обычно получает питание по двум линиям, причем шины приемной РП секционируют выключателем. Такая схема позволяет автоматически восстановить питание всех потребителей в случае исчезновения напряжения на одной линии. При наличии на территории предприятия собственной электростанции ее распределительное устройство служит одновременно для связи с энергосистемой.

Внешнее электроснабжение при напряжении 35–330 кВ рекомендуется осуществлять двухцепными ВЛ. Применение двух одноцепных ВЛ для электроприемников I категории должно обосновываться технико-экономическими расчетами.

В систему внутреннего электроснабжения входят главная понизительная подстанция и распределительная сеть высокого напряжения предприятия вместе с распределительными пунктами и цеховыми понизительными или преобразовательными подстанциями. На систему распределения электроэнергии по территории промышленного предприятия влияют вид и местоположение источников питания.

Внутреннее электроснабжение промышленных предприятий обычно осуществляют на напряжении 6–110 кВ, приближая высокое напряжение к центрам электрических нагрузок, что позволяет значительно сократить протяженность цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала, расход электроэнергии и отклонения напряжения.

Система водоснабжения

Комплекс сооружений и оборудования, предназначенных для забора, очистки и обработки воды, поступающей из источников водоснабжения, для хранения запасов воды, а также подачи и распределения ее между потребителями, называют системой водоснабжения или водопроводом.

Современные промышленные предприятия потребляют обычно много воды для производственных технологических целей и для различных энергетических установок. Вода необходима также для хозяйственно-питьевых, санитарно-гигиенических, противопожарных и других нужд.

Водопровод, предназначенный для снабжения производственной (технической) водой промышленного предприятия или отдельных его цехов, называют производственным. Для обеспечения хозяйственных и бытовых потребностей людей в городах и поселках, а также непосредственно на предприятиях служит хозяйственно-питьевой (или просто хозяйственный) водопровод.

В большинстве случаев на промышленных предприятиях вода для тушения пожара берется непосредственно из производственного или хозяйственно-питьевого водопровода, который в этом случае называют производственно-противопожарным или хозяйственно-противопожарным. Как правило, на промышленных предприятиях противопожарный водопровод совмещается с хозяйственным. Противопожарные водопроводы бывают высокого или низкого давления.

В водопроводах высокого давления вода для тушения пожара подается непосредственно от гидрантов под напором, имеющимся в водопроводной сети. Напор же воды во время тушения пожара создается специальными противопожарными насосами высокого давления, установленными на насосных станциях.

В противопожарных водопроводах низкого давления насосными станциями во время тушения пожара обеспечивается лишь увеличенный расход воды за счет включения в работу дополнительных или более мощных насосов. Повышенный же напор, необходимый для тушения пожара, создается в этом случае передвижными пожарными насосами (автонасосами, монопомпами), подвозимыми пожарной командой непосредственно к месту пожара и забирающими воду из водопроводной сети через гидранты.

Производственные сточные воды от различных объектов предприятия, а также бытовые сточные воды из производственных и служебных зданий предприятий принимаются, очищаются и отводятся с помощью канализационных сооружений.

В системах производственного водоснабжения отработанная вода во многих случаях не выбрасывается в водоем, а после соответствующей обработки снова используется в производстве. В отличие от прямоточной схемы производственного водоснабжение в этих случаях применяется последовательная, или оборотная, схема.

При последовательной схеме производственного водоснабжения отработавшая на одном объекте вода используется повторно или многократно непосредственно или после необходимой обработки. При такой схеме водоснабжения расход воды из источника сокращается по сравнению с прямоточной схемой в 2 раза и более.

Наиболее рациональной во многих случаях является оборотная схема производственного водоснабжения, при которой отработавшая вода охлаждается в градирнях или брызгальных бассейнах, очищается, если она была загрязнена в процессе работы, и вновь многократно используется для тех же целей.

Оборотная схема водоснабжения позволяет использовать источники ограниченной мощности. Она выгодна при расположении источника на значительном расстоянии от промышленного предприятия или при большой разнице между уровнями заводской площадки и воды в источнике и позволяет максимально уменьшить загрязнение водоемов сточными водами. При такой схеме из источника пополняются свежей технической водой только потери воды за счет утечек и испарения.

Вода, необходимая для нужд промышленного предприятия, забирается из различных источников.

 

Источники водоснабжения

Источники водоснабжения могут быть как поверхностными, так и подземными. В качестве поверхностных источников водоснабжения промышленных предприятий используют реки и озера. В приморских районах для производственного водоснабжения может быть использована также морская вода.

Подземные источники водоснабжения базируются на подземных водах, образуемых вследствие просачивания в глубь земли атмосферных и поверхностных вод. Для целей водоснабжения из подземных вод чаще всего используют артезианскую воду, заполняющую водоносные слои земли, заключенные между водоупорными породами.

В ряде случаев для питания промышленного предприятия используют так называемые подрусловые воды – мощные подземные потоки воды, обычно связанные с открытым потоком в речном русле и питающиеся за счет речной воды. Качество подрусловых вод, как правило, выше, чем качество воды в поверхностных источниках.

 

Водозаборные сооружения

Комплекс сооружений, предназначенных для забора воды из источника, называется водозаборным сооружением. Водозаборы часто совмещаются с насосными станциями первого подъема.

Водозаборы могут быть береговыми, когда вода забирается из источника непосредственно у берега реки или водоема. Такие водозаборы сооружают при достаточной глубине реки у берега, достаточной устойчивости берега и допустимой загрязненности воды. При отсутствии какого-либо из указанных факторов водоприемные устройства выносят непосредственно в русло реки (русловый водозабор) или сооружают ковшовые водозаборы, представляющие собой разновидность обычных береговых водозаборов, перед которыми устраиваются искусственные водоемы - ковши.

Для предотвращения попадания в водозаборные сооружения плавающих предметов (бревен, мусора, водорослей, рыбы и др., а в зимнее время льда и шути) на этих сооружениях устанавливают решетки и сетки.

Вода, поступая внутрь сетки, проходит через нее в обе стороны и попадает в приемную камеру. Механические примеси, находившиеся в воде, остаются при этом на полотне сетки. По мере эксплуатации сетка загрязняется, затем поворачивается и очищается струей напорной воды, подаваемой с наружной стороны сетки. Смываемые с сетки загрязнения попадают в грязевой лоток и сбрасываются в канализацию. Сетка приводится во вращение электродвигателем.

 

Насосные станции

Наиболее ответственным звеном в системе водоснабжения промышленного предприятия являются насосные станции.

Насосная станция представляет собой комплекс оборудования и аппаратуры, обеспечивающих: подачу заданного количества воды в требуемом направлении и при определенном давлении, необходимые переключения в схеме, регулирование подачи воды, автоматическую работу оборудования или управления им, контроль за работой отдельных элементов схемы и основными технологическими параметрами.

На насосной станции устанавливают насосы различных типов, задвижки, затворы и другую трубопроводную арматуру, контрольно-измерительные приборы, аппаратуру для автоматизации работы насосной станции и контроля за ее работой, вентиляционное и другое оборудование.

По своему назначению и расположению в общей схеме водоснабжения насосные станции бывают:

· Насосные станции первого подъема забирают воду из источника водоснабжения и передают ее на очистные сооружения или непосредственно в сеть (если очистка воды не требуется).

· Артезианские насосные станции являются разновидностью насосных станций первого подъема в тех случаях, когда снабжение потребителей хозяйственно-питьевой водой производится из артезианских скважин за счет подземных источников (на артезианских насосных станциях устанавливают специальные насосы - как правило, по одному или по два на станции).

· Насосные станции второго подъема подают потребителям очищенную воду, обычно из резервуаров чистой воды.

· Циркуляционные насосные станции сооружаются при наличии на предприятии оборотных систем водоснабжения и служат для приема из цехов отработавшей горячей воды и подачи ее на водоохлаждающие устройства, а также для подачи охлажденной воды обратно в цеха для технологических нужд.

· Повысительные насосные станции сооружают в тех случаях, когда на данном участке требуется создание увеличенного напора воды по сравнению с напором, имеющимся в остальной системе водоснабжения.

Сети водоснабжения представляют собой совокупность магистральных (питающих) водоводов, по которым вода подается от насосных станций в районы ее потребления, и распределительных линий, по которым вода поступает из магистральных водоводов к отдельным потребителям. По своей конфигурации сети бывают кольцевые и тупиковые.

 

Очистка воды

Вода, получаемая из естественных источников, содержит различные механические и химические примеси, растительные и животные организмы. Количество и состав этих примесей весьма разнообразны и зависят от многих факторов.

Основными способами очистки воды являются:

1. Осветление воды - удаление из воды взвешенных в ней веществ.

  Осветление воды достигается отстаиванием ее в отстойниках, пропуском воды через слой ранее выпавшего осадка в так называемых осветлителях, фильтрованием поды через слой зернистого фильтрующего материала в фильтрах.

Для ускорения процесса осаждения взвешенных частиц в воду добавляют различные химические вещества, называемые коагулянтами. В результате реакции коагулянтов с содержащимися в воде солями образуются хлопья, которые быстро осаждаются и увлекают за собой взвешенные в воде частицы.

2. Обеззараживание - уничтожение содержащихся в воде бактерий.

Обеззараживание воды производят главным образом путем ее хлорирования. Под действием хлора находящиеся в воде бактерии погибают. Хлорирование осуществляется газообразным (жидким) хлором или в некоторых случаях – раствором хлорной извести.

Важной характеристикой воды, определяющей пригодность ее для тех или иных нужд, является ее жесткость, которая определяется содержанием в ней солей калия и магния, выраженным в миллиграмм-эквивалентах на 1 л воды (м-экв/л).

Смягчение воды производится либо путем выделения и осаждения солей специальными реагентами, либо путем фильтрации воды через слой материала, называемого катионитом. Катиониты обладают способностью обменивать катионы содержащегося в них натрия или водорода на катионы кальция или магнии, растворенного в воде

 

Охлаждение оборотной воды

В системах оборотного водоснабжения отработавшую нагретую воду перед ее повторным использованием необходимо охладить до заданной исходной температуры. Для охлаждения оборотной воды применяют специальные сооружения, такие как градирни, брызгальные бассейны, пруды-охладители. На всех этих сооружениях охлаждение воды происходит за счет испарения части воды и передачи части тепла холодному воздуху.

В прудах-охладителях испарение воды происходит непосредственно с водной поверхности без каких-либо дополнительных устройств.

В брызгальных бассейнах охлаждаемая вода разбрызгивается через специальные сопла, что увеличивает поверхность соприкосновения воды с воздухом, а следовательно, и интенсивность ее охлаждения.

 

Запасные емкости

Для компенсации неравномерности подачи и потребления воды в системах водоснабжения устраивают водонапорные башни или резервуары. На промышленных предприятиях во многих случаях такие сооружения одновременно предназначаются для хранения неприкосновенного запаса воды для снабжения водой наиболее ответственных потребителей в случае аварии на насосных установках, а также для тушения пожара. Неприкосновенный запас при этом рассчитывается как дополнение к регулирующему запасу. Неприкосновенный противопожарный запас воды должен обеспечить возможность тушения пожара в течение времени, установленного нормативными документами.

Водонапорные запасные резервуары располагают обычно в земле. Водонапорная башня представляет собой бак, установленный на требуемой по расчету высоте на специальной поддерживающей конструкции.

Основные понятия

· Телеуправление (ТУ) – это управление положением или состоянием дискретных объектов и объектов с непрерывным множеством состояний методами и средствами телемеханики.

Телеуправление предусматривают, как правило, в том случае, если в процессе работы телемеханизируемого объекта требуется периодически производить оперативные переключения, а также при необходимости осуществления переключений, связанных с локализацией возможных аварийных состояний объекта, если эти переключения невозможно (или нецелесообразно) осуществлять средствами автоматики.

· Объем телерегулирования ( ТР), сопровождаемый телеизмерением соответствующего технологического параметра, должен быть достаточным для возможности поддержания диспетчером необходимых значений энергетических параметров в контролируемой системе.

Возможны два способа телерегулирования:

1. телерегулирование методом телеуправления по принципу „больше – меньше" (подгонка);

2. кодовое или аналоговое задание уставок автоматическим регуляторам, установленным на контролируемых пунктах.

Выбор способа ТР зависит от типа и конструктивных особенностей исполнительных механизмов и функциональных возможностей используемого телемеханического оборудования.

· Телесигнализация (ТС) – это получение информации о состоянии контролируемых и управляемых объектов, имеющих ряд возможных дискретных состояний, методами и средствами телемеханики.

Объем телесигнализации должен обеспечить передачу на пункт управления предупреждающих и аварийных сигналов и, когда это необходимо, отображение состояния и положения основных элементов системы энергоснабжения и состояния устройств телемеханики.

Сигналы, поступающие на пункт управления, можно разделить на две группы:

1. Сигналы первой группы не требуют прихода персонала на контролируемый объект, т.е. носят показательный характер. К этой группе относятся сигналы о положении оборудования, о перегрузках, о предель­ных значениях контролируемых параметров и т.п. На основании этих сигналов диспетчерский персонал осуществляет централи­зованный контроль и управление системой энергоснабжения. Сигнализация этого вида должна быть достаточно подробной и четкой, для того чтобы диспетчер мог правильно ориентироваться в складывающейся обстановке и эффективно управлять кон­тролируемой системой.

2. Сигналы второй группы требуют прихода обслуживающего персонала непосредственно на контролируемое сооружение (подстанцию, насосную, компрессорную) для выполнения там определенных действий. К этой группе относятся сигналы о сра­батывании различных защит, о повреждении изоляции, о неис­правностях в оперативных цепях и т.п. Сигналы этой группы, приходящие на пункт управления с одного контролируемого сооружения, целе­сообразно объединить в один или два общих вызывных сигнала. Действительно, независимо от характера отдельных сигналов, относящихся к этой группе, действия диспетчера должны быть всегда одинаковыми – необходимо направить персонал на объект для принятия мер по устранению неисправности. При по­лучении общего вызывного сигнала персонал, придя на место, определяет характер неисправности по положению указателей местной сигнализации.

· Телеизмерения текущих значений па­раметров (ТИТ) должны обеспечить диспетчерскому персо­налу возможность измерения основных электрических или энер­гетических параметров, характеризующих работу системы энер­госнабжения и необходимых диспетчеру как для рационального оперативного управления системой, так и для возможности ло­кализации и ликвидации аварий и контроля показателей, свя­занных с защитой окружающей среды.

При определении объема ТИТ в первую очередь необходимо рассмотреть возможность замены отдельных телеизмерений теле­сигнализацией предельных значений контролируемых парамет­ров или отклонений их от установленной нормы. В системах управления энергоснабжением ТИТ, как правило, осуществляют или по вызову диспетчера, или непрерывно циклически в соот­ветствии с задачами, поставленными перед системой управле­ния.

· Телеизмерения интегральных параметров (ТИИ) должны обеспечить возможность составления энергети­ческих балансов и выполнения расчетов различных технико-экономических показателей работы системы энергоснабжения.

Телеизмерения интегральных параметров в СОУ и АСДУ осуществляют по вызову на визуальные средства отображения информации или автоматически через заданные промежутки времени с выводом показаний на печатающее устройство. В АСУЭ интегральные телеизмерения, кроме того, могут осуще­ствляться постоянно с вводом результатов измерений в вычис­лительную машину для дальнейшей обработки их по заданной программе.

 

Виды и объемы информации

Информация может иметь качественный или количественный характер. Информация первого вида характеризует качествен­ные изменения состояния контролируемого объекта (например, включение или отключение масляного выключателя) или хода технологического процесса, построена по типу «да – нет» и носит дискретный характер.

Количественная информация содержит текущие значения контролируемых величин или параметров, определяющих ход тех­нологического процесса. Количественная информация характери­зует только непрерывные во времени сообщения (например, ве­личину электрического тока, напряжения, мощности, давления, расхода жидкости или газа и других физических или химиче­ских величин).

Качественная информация обеспечивает функции телесигна­лизации и телеуправления, количественная – телеизмерения и телерегулирования.

В промышленных системах управле­ния энергоснабжением используются следующие основные виды и объемы информации (суммарно для всех видов энергоснабжения предприятия):

 

Таблица 1

Основные виды и объемы информации

Вид системы управления	Общее число объектов информации
	ТУ	ТР	ТС	ТИТ	ТИИ	ТС (диагностика)
СОУ	200	50	1000	300	-	-
АСДУ	400	100	2000	500	200	1000
АСУЭ	600	150	3500	1500	800	6000

 

 

Схема передачи информации

Обозначения:

П – приемник;

ЛС – линия связи;

ИС – источник связи;

ПС – получатель сообщения;

КС – канал связи;       

ИП – источник помех.

 

Принципы построения АСУЭ

1. Структурная схема построения АСУЭ по функциональному признаку.

Основной критерий построения – временной критерий.

 2. Структурная схема построения АСУЭ по организационному признаку.

Основной критерий построения – административно-технологический критерий.

Рис.4 Структурная схема построения АСУЭ по функциональному признаку

 

Рис.5 Структурная схема построения АСУЭ по организационному признаку

Система электроснабжения