Комплексное обследование и создание цифрового двойника электрических сетей предприятия (V)

Надежность электроснабжения промышленных предприятий влияет на качество выпускаемой продукции и безопасность персонала.

Аварийный останов производства при повреждениях в питающей сети приводит к существенному экономическому ущербу, а восстановление технологического процесса занимает длительное время (от нескольких часов). Поэтому важно регулярно проводить аудит питающих электрических сетей, вовремя отслеживать неисправности оборудования и следить за качеством электроэнергии.

Типовые проблемы, связанные с электрическими сетями промышленных предприятий:

• Неселективное или ложное срабатывание релейной защиты
• Изменение схемы питания, связанной с расширением производства или заменой оборудования
• Высокие потери в сети, перегрузка оборудования, отклонение напряжения от номинальных параметров
• Качество электроэнергии (провалы напряжения, гармонические искажения)
• Проблема пуска двигателей и отключения контакторов при просадке напряжения

Указанные выше проблемы влияют на многие аспекты в работе:

• Безопасность рабочего персонала
• Безопасность оборудования
• Срок службы оборудования
• Аварийный простой
• Качество выпускаемой продукции

Что предлагает компания Siemens для решения этих проблем

Это обследования и разработку мероприятий, направленных на повышение надежности и качества электроснабжения промышленного предприятия.

Возможные направления:

• Расчёты и анализ потерь активной и реактивной мощности и энергии в электрических сетях;
• Анализ фактической загрузки электротехнического оборудования как в ремонтный, так и в нормальном режиме работы сети;
• Оптимизация режима работы распределительных сетей для нормальных и ремонтных режимов по уровню напряжения в центрах питания, активной и реактивной мощности, и потерям мощности в элементах сети;
• Расчет и анализ статической и динамической устойчивости электротехнических систем при аварийных режимах или переключениях диспетчера для определения наиболее чувствительного электрического и технологического оборудования к провалам напряжения и разработки мероприятий по повышению надежности его электроснабжения;
• Расчёт пусков и самозапусков электродвигателей с учетом различных нагрузочных характеристик двигателей, последовательный (ступенчатый) пуск множества двигателей, остаточные уровни напряжения на шинах ГПП, РУ, ТП и клеммах нагрузок при пуске и самозапуске ЭД, плавный пуск ЭД (УПП, ПЧ);
• Анализ схем внутреннего и внешнего электроснабжения, в том числе оценка независимости источников питания и технико-экономическое обоснование применения БАВРа. Определение параметров независимости и надежности взаимно резервирующих источников питания промышленных предприятий;
• Разработка и сопровождение единой расчётной цифровой/математической моделей схемы электроснабжения промышленного предприятия для всех стадий жизненного цикла электрической части объекта: планировании нового объекта, проектирование, строительство, пусконаладка, сдача в эксплуатацию, эксплуатация оперативным персоналом заказчика, принятие решений о модернизации;
• Расчёт симметричных и несимметричных токов КЗ на шинах промышленного предприятия (0,4-35 кВ) и прилегающей сети 110-220 кВ для анализа уставок РЗА и противоаварийной автоматики, в том числе анализ взаимовлияния технологических и электрических защит. Проверка селективности работы устройств РЗА и ПА;
• Анализ качества ЭЭ. Разработка мероприятий по снижению текущего и перспективного уровня гармонических искажений до допустимого ГОСТ 32144 и оценка их эффективности;
• Организация ведения статистки отказов электрооборудования для анализа и дальнейшей разработки мероприятий по повышению надежности промпредприятий.

Построение цифрового двойника электрической сети предприятия

Неселективное или ложное срабатывание релейной защиты

Типовые проблемы, связанные с устройствами релейной защиты:

• Отсутствие селективности срабатывания релейной защиты
• Нечувствительность устройств защиты к определенным повреждениям
• Ложные срабатывания
• Останов производства при внешних коротких замыканиях
• Избыточные срабатывания защит минимального напряжения при пуске электродвигателей

Решение

• Создание математической модели сети
• Расчет уставок релейной защиты, их координация
• Выдача рекомендаций по замене уставок или устройств релейной защиты

Анализ установившегося режима

Типовые проблемы установившихся режимов:

• Необходимость расширения производства / замена оборудования
• Отклонение напряжения от номинальных параметров
• Необходимость изменения схемы заземления
• Перегрузки оборудования при секционировании
• Высокие потери

Решение

• Расчеты и моделирование текущего состояния сети (потери, ток, напряжение с учетом изменения нагрузки в течение дня)
• Разработка оптимальной конфигурации сети, выбор мест установки и параметров устройств компенсации реактивной мощности
• Разработка концепций системы заземления
• Разработка системы автоматизированного управления электрической сетью
• Технико-экономический анализ предлагаемых решений

Анализ качества электроэнергии. Расчет и анализ гармоник

Типовые проблемы, связанные с качеством электроэнергии:

• Повышение уровня гармонических искажений
• Нагрев или взрывы компенсирующих устройств реактивной мощности
• Снижение момента на валу электродвигателей с прямым пуском

Решение

• Проведение измерений на объекте заказчика
• Проведение анализ качества (P,Q) электроэнергии на основании результатов измерений
• Расчет и выявление резонансных гармоник
• Разработка фильтро-компенсирующих устройств и оценка их рабочих показателей

Анализ динамического поведения системы и расчет переходных процессов

Типовые проблемы, связанные с динамическими процессами в электрической системе:

• Пуск двигателей происходит не с первого раза
• Отключение контакторов при просадке напряжения
• Возникновение провалов напряжения

Решение

• Моделирование и анализ перенапряжений и других переходных процессов
• Анализ коммутационных воздействий и их влияния на показатели системы
• Оценка допустимого напряжения
• Определение необходимого уровня изоляции оборудования и системы
• Моделирование и анализ динамического поведения системы при коротких замыканиях
• Моделирование систем постоянного тока

Экономический эффект

Оценка экономического эффекта

• Экономического эффект является индивидуальным для каждого предприятия и для его оценки необходимо анализировать текущую карту аварийных событий на производстве.
• Достижение оптимального решения проблемы благодаря проведенным измерениям и анализу

Основные факторы окупаемости

• Отсутствие простоев оборудования связанных с проблемами электросети;
• Сокращение времени поиска и устранения неисправностей в сети предприятия.
• Отсутствие излишних инвестиций в оборудование
• Увеличение срока службы оборудования

Примеры решений

Расчет дугового разряда для заводов цементной компании

Проблемы:

• Дуговой разряд был причиной несчастных случаев, происходивших на промышленных предприятиях заказчика.
• Было принято решение о проведении соответствующих расчетов для оценки безопасности работы на электроустановках.
• Были проведены работы на 3 заводах заказчика в России, планируется проведение расчетов еще на одном.

Выполнение проекта:

• Сбор данных и построение модели электрической сети;
• Проведение расчета установившегося режима и коротких замыканий, анализ результатов;
• Анализ пуска электродвигателей;
• Анализ селективности работы устройств релейной защиты;
• Определение риска возникновения дугового разряда для каждого электрического распределительного щита;
• Маркировка панелей в соответствии с результатами исследования;
• Определение необходимых средств индивидуальной защиты, которые следует использовать при работе с каждым электрическим щитом.

Результаты проекта:

• Обеспечение безопасной работы персонала
• Обеспечение селективного срабатывания устройств защиты
• Рекомендации по замене оборудования

Анализ уставок релейной защиты на деревоперерабатывающем предприятии

Проблема: