Электроснабжение железнодорожного предприятия (применение аутсорсинга в электроснабжении нетяговых потребителей)

Электроснабжение железнодорожного предприятия (применение аутсорсинга в электроснабжении нетяговых потребителей)

МПС РОССИИ

РГУПС

Кафедра АСЭл

Автор Свиридов П. М.

Руководитель инженер Ожиганов Н. В..

Дипломный проект

на тему: «Электроснабжение железнодорожного предприятия (применение аутсорсинга в электроснабжении нетяговых потребителей)».

2007

РОСЖЕЛДОР

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

И9. 70. 3. ПЗ

2007Пример задания на дипломный проект

Кафедра «Автоматизированные системы электроснабжения»

Состав и объём дипломного проекта

Студента Свиридова П. М.. Группы ЭМ - 6 - 605

Руководитель проекта Н. В. Ожиганов

инженер

«6» февраля 2007 г.

Кафедра “Автоматизированные системы электроснабжения”

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

для разработки дипломного проекта

Студенту Свиридову П.М. шифр 05/01-ЭМ 3836

Посторонние низковольтные потребители подстанции депо:

- пост электрической централизации на 120 стрелок, заявленная мощность

Р = 72,4 кВт, cos ц = 0,85;

- станция перекачки мазута, заявленная мощность Р = 50,0 кВт, cos ц = 0,85.

2 Спецраздел

Применение аутсорсинга при электроснабжении нетяговых потребителей

3Технико-экономические расчеты

Технико-экономическое обоснование обновления устройств электроснабжения

4 Безопасность и экологичность решений проекта (работы)

4.1 Охрана труда

Разработка технологической карты по обеспечению безопасного производства работ при комплексной проверке состояния, ремонту и испытанию комплектной трансформаторной подстанции (КТП) 6 кВ

Консультант Воробьёв Е.Б.

4.2 Охрана окружающей среды.

Общая характеристика влияния на окружающую среду системы электроснабжения предприятия

Реферат

Дипломный проект содержит 106 страниц пояснительной записки, 10 рисунков, 11 таблиц, 17 использованных источников.

Тема проекта “Электроснабжение железнодорожного предприятия

Объект исследования - электроснабжение железнодорожного предприятия - локомотивного депо на станции «Отрожка».

Цель работы - проведение расчетов параметров электроснабжения локомотивного депо «Отрожка».

В процессе работы выполнен расчет параметров системы электроснабжения локомотивного депо «Отрожка». Рассмотрены мероприятия по охране труда, произведена оценка влияния предприятия на окружающую среду и указаны способы снижения этих влияний.

В результате работы определены характер и мощности нагрузок локомотивного депо «Отрожка», выполнен электрический расчёт питающей сети и токов аварийных режимов. На основе анализа сделан выбор проводников, основного оборудования для электроснабжения локомотивного депо «Отрожка» и мероприятий по защите электрооборудования от сверхтоков и перенапряжений.

Расчетный экономический эффект: На основании сметы затрат определена себестоимость реконструкции электроснабжения локомотивного депо «Отрожка», которая составляет … . Затраты на эксплуатацию электрооборудования депо составляют …. тыс. руб.

Содержание

Введение…………………………………………………………………….….

1 Реконструкция электроснабжения железнодорожного предприятия….....................................................................................................

1.1Систематизация и расчет электрических нагрузок…………………...

1.2Расчет электрической сети и выбор оборудования…………………...

1.3Расчет сверхтоков и выбор защитной аппаратуры……………………

2Применение аутсорсинга при электроснабжении нетяговых потребителей……………………………………………………………….......

3 Технико-экономическое обоснование обновления устройств электроснабжения……………………………………………………………...

4 Безопасность и экологичность решений проекта……………………..

4.1Охрана труда…………………………………………………………….

4.1.1 Общая характеристика и анализ потенциальных опасностей при работах по реконструкции системы электроснабжения локомотивного депо……………………………………………………………………………...

4.1.2 Организационные и технические мероприятия по обеспечению безопасности работ…………………………………………………………….

4.1.3 Технологическая карта по обеспечению безопасного производства работ при комплексной проверке состояния, ремонту и испытанию комплектной трансформаторной подстанции (КТП) 6 кВ………………….

4.2 Охрана окружающей среды…………………………………………….

Заключение……………………………………………………………………..

Список использованных источников…………………………………………

Приложение А………………………………………………………………….

Приложение Б…………………………………………………………………..

Введение

Система электроснабжения промышленного предприятия должна обеспечивать потребителей необходимым количеством электроэнергии при допустимых пределах показателей качества по графику потребления соответствующему плану выпуска продукции. Нормальный режим электроснабжения должен соответствовать условиям длительной работы при минимальных потерях электроэнергии.

Стационарная электроэнергетика железнодорожного транспорта является крупным потребителем электроэнергии. Наиболее крупными потребителями на железнодорожных узлах обычно являются различные депо по ремонту локомотивов и подвижного состава.

Электроэнергетика локомотивных депо является важнейшим элементом подъема производительности труда и улучшения его санитарно-гигиенических и эстетических условий. На современном этапе технического развития депо существенно расширилась область применения электроэнергии. Она используется во всех технологических процессах и способствует комплексной механизации и автоматизации работ по ремонту и эксплуатации локомотивов.

Улучшение использования электроэнергии возможно только в совокупности с осуществлением мероприятий по оптимизации технологического процесса, совершенствованию режима эксплуатации электроприёмников (ЭП) и внедрению более экономичного оборудования. В связи с необходимостью повышения производительности труда в деповском хозяйстве внедряются конвейерные линии, новые устройства и технологические процессы, увеличивается установленная мощность электроприемников, и повышается электровооруженность труда /1/.

В результате работ, проведенных непосредственно в производственных условиях многих депо различных дорог, была получена универсальная энергетическая характеристика, отражающая зависимость удельного расхода электроэнергии на ремонт условного локомотива по энергоемкости от годовой производительности депо в целом. Изменение нагрузки депо существенно влияет на удельный расход электроэнергии. Эксплуатационные характеристики отдельных цехов и отделений (мелких цехов) локомотивного депо существенно отличаются. Наряду с современным оборудованием весьма велика доля морально и физически устаревшего.

За последнее десятилетие созданы новые конструкции и виды электротехнического оборудования силовых и измерительных трансформаторов, реакторов, коммутационных аппаратов, устройств защиты от перенапряжений. Правильное проектирование системы электроснабжения депо, рациональное размещение подстанций в центре электрических нагрузок и равномерное распределение электрических нагрузок, уменьшит потери электроэнергии, повысит уровень надежности электроснабжения, приведет к уменьшению приведенных затрат и снижению удельных норм расхода электроэнергии.

Вместе с тем, в условиях рыночных отношений становится всё более актуальной проблема совершенствования эксплуатации системы электроснабжения нетяговых потребителей железнодорожного транспорта. Всё большее число предприятий используют систему аутсорсинга позволяющую повысить производительность труда и освободить железнодорожные подразделения от выполнения непрофильных функций.

Целью проекта является проведение расчётов для реконструкции системы электроснабжения при модернизации технологического оборудования локомотивного депо находящемся на Лискинском отделении Юго-Восточной железной дороги.

Целью специального вопроса является проблема совершенствования обслуживания нетяговых потребителей путём применения системы аутсорсинга.

1 Реконструкция электроснабжения железнодорожного предприятия

1.1 Систематизация и расчет электрических нагрузок депо

В связи с установкой нового оборудования и возрастанием электропотребления в данном локомотивном депо необходимо произвести реконструкцию системы электроснабжения. При этом ставятся следующие задачи:

- обеспечить электроэнергией заданного качества все электроприёмники;

- создать надёжную и гибкую систему электроснабжения;

- обеспечить выполнение требований новых нормативов по электробезопасности;

- максимально сохранить существующее электрооборудование пригодное для дальнейшей эксплуатации;

- соблюсти требования по экологии и утилизации демонтируемого оборудования.

Проектируемое локомотивное депо имеет следующие характеристики.

Год пуска в эксплуатацию - 1870 г., разрядность депо - внеклассное.

Основные производственные участки расположены возле главного корпуса имеющего три железнодорожных пути. Площадь территории депо 58600 м2, в том числе застроенная - 41170 м2.

Общая полезная длина путей - 4260 м2, из них 2924 м2- на тяговой территории и 1336 м2- в зданиях депо.

Электрифицировано - 1274 м путей.

Общая полезная площадь цехов - 16142,6 м2, в том числе :

- стойловой части - 6728,4 м2

- мастерских и подсобных цехов - 5549,4 м2

- служебно-бытовых помещений - 3864,8 м2

В депо имеется:

- цех для капитального ремонта КР-1 и текущего ремонта ТР-3 электропоездов с прилегающими вспомогательными цехами и отделениями;

- цех текущего ремонта ТР-2, ТР-1 и ТО-3 дизель - поездов;

- пункт технического обслуживания электропоездов открытого типа без смотровой канавы на одно стойло (пять секций);

- пункт технического обслуживания дизель - поездов открытого типа, совмещённый с экипировкой на одно стойло (четыре секции)

- пункт обмывки электропоездов и дизель - поездов открытого типа.

Имеются также экипировочные и другие устройства, в том числе:

- база запаса топлива;

- склад сырого песка на 1000 м3 с пескосушилкой;

- пункт экипировки тепловозов типа ЧМЭ-3 и путевой техники

Электропоезда работают на полигонах Мичуринск - Воронеж - Россошь, протяжённостью 440 км; Валуйки - Воронеж, протяжённостью 260 км, Воронеж - Поворино, протяжённостью 320 км.

Применение вибродиагностического комплекса «Вектор - 2000» позволяет своевременно оценивать техническое состояние подшипников качения, зубчатых передач, тяговых двигателей моторных вагонов электропоездов и снизить количество случаев неисправности мотор-вагонного подвижного состава (МВПС) в эксплуатации.

Восстанавливаются изношенные и изготавливаются новые узлы и детали МВПС. Всего восстанавливается 21 наименований узлов и деталей, изготавливается 65 наименований изделий из капрона и резины, ежемесячно восстанавливается 150 - 200 банок аккумуляторных батарей ПК - 55.

Режим работы основных цехов депо - односменный. Для отдельных участков, занятых подготовкой локомотивов в рейс применяется трёхсменный график работы. Для решения поставленных задач депо имеет высококвалифицированные кадры.

Электропитание цехов и установок осуществляется кабельными линиями (КЛ), отходящими от деповской трансформаторной понижающей подстанции (ТП-Депо). В основном срок эксплуатации КЛ депо составляет более 15…20 лет, в результате чего наблюдается частый выход КЛ из работы. Система электроснабжения локомотивного депо сложилась за предыдущие годы, постоянно претерпевая изменения во внешней и внутренней разводке, причиной которых чаще всего являлись как новые производственные задачи, так и текущие производственные обстоятельства (порывы, аварии и пр.).

Изношенность всей электроснабжающей сети и оборудования депо обусловила постепенную замену ранее проложенных кабелей подземной или внутренней прокладки в наружном исполнении. Изменения, вносимые в прокладку кабелей и разводку по помещениям, зачастую не отражаются в документации и создадут в будущем множество трудностей при организации внутрицехового учета потребления электроэнергии.

Локомотивное депо по надежности электроснабжения относится к потребителям третьей категории. Вместе с тем от низковольтного распределительного устройства с напряжением 0,4 кВ ТП-Депо проложена кабельная линия резервного питания поста электрической централизации (ЭЦ), потребителя первой категории.

Необходимость усиления системы электроснабжения вызвана установкой новых дополнительных мощных нагрузок: второго колёсно-токарного станка с мощностью рН = 80 кВт (ЭП №62) и стенда испытания дизельных двигателей с мощностью рН = 190 кВт (ЭП №136).

Всего в депо установлено 173 единицы стационарного оборудования. В помещениях администрации и бытовых помещениях, расположенных на втором и третьем этажах, над пантографным отделением, применяется 35 единиц офисного оборудования, 12 кондиционеров, а также 20 единиц бытовой техники. Установленная паспортная мощность оборудования депо составляет 1720,4 кВт, в том числе:

- технологическое оборудование, РУ = 534,1 кВт, или 31,0 %;

- испытательные стенды, РУ = 277,3 кВт, или 16,1 %;

- компрессоры, насосы, РУ = 126,9 кВт, или 7,4 %;

- вентиляторы, кондиционеры, РУ = 160,9 кВт, или 9,4 %;

- краны, манипуляторы, РУ = 101,5 кВт, или 5,9 %;

- электродомкраты, РУ = 237,5 кВт, или 13,8 %;

- сварочное оборудование, РУ = 110,0 кВт, или 6,4 %;

- освещение общее и местное, РУ = 97,6 кВт, или 5,7 %;

- прочее оборудование, РУ = 74,6 кВт, или 4,3 %.

Структура установленной мощности всех потребителей депо приведена на рисунке 1.1.

В связи с большим объемом выполняемых расчетов задание на проектирование разделено на две части, поэтому расчет нагрузок в дипломном проекте будет выполнен совместно со студенткой Свиридовой Еленой Ивановной. В данной проектируемой части депо установлено 104 единицы стационарного оборудования.

Исходными параметрами для решения сложных комплексно-технических и экономических расчетов, возникающих при проектировании современных предприятий, являются нагрузки. Расчёт нагрузок необходим для определения места расположения и мощности понижающей подстанции и распределительных шкафов, правильного выбора мощности компенсирующих устройств, выбора сечения проводов и кабелей, шин, выбора и принятия уставок релейной защиты, расчета потерь, отклонения и колебания напряжения. Поэтому правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором при проектировании и эксплуатации электрических сетей, электроснабжения предприятий.

Расчет электрических нагрузок выполняется для выбора и проверки токоведущих элементов по пропускной способности (нагреву), расчёта потерь и показателей качества электроэнергии, выбора защитной аппаратуры и устройств компенсации реактивной мощности. Расчёт нагрузок проводится в характерных точках по мере приближения к источнику питания. Поскольку формирование нагрузок зависит от случайных факторов, при проектировании используется теория вероятностей с применением метода упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума).

Рисунок 1.1 - Структура установленной мощности потребителей депо

Расчет силовых электрических нагрузок производится по всему предприятию (депо) по характеристикам режима работы электроприемников (ЭП). Расчет нагрузок на освещение депо будет выполнен студенткой Свиридовой Еленой Ивановной.

Различают три основных режима работы электрических установок: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный. В длительном режиме машины рассчитаны работать без повышения температуры отдельных частей выше допустимых пределов (вентиляторы, насосы, электропечи) /2/.

В длительном режиме, но с переменной нагрузкой работают различные обрабатывающие станки, прессы, молоты. При кратковременном режиме за период включения температура отдельных частей не успевает достичь недопустимых значений, а период остановки достаточен для остывания. В этом режиме работают вспомогательные механизмы станков, различные заслонки и затворы.

При повторно-кратковременном режиме длительность циклов работы и останова не превышает 10 мин. В этом режиме работают краны и сварочные трансформаторы, создающие также значительные пиковые токи.

Для выполнения проекта электроснабжения депо необходимо определить следующие значения электрических нагрузок: средние нагрузки за максимально загруженную смену, максимальные кратковременные (пиковые) нагрузки, максимальные нагрузки различной продолжительности. В настоящее время принят получасовой расчётный максимум нагрузки (РMAX = Р30) /2/.

В начальной стадии расчёта паспортные номинальные мощности электроприёмников приводятся к установленной мощности с учётом продолжительности включения (ПВ, %) равной единице и коэффициента мощности по формуле

, [1.1]

где рН - установленная номинальная мощность электроприёмника, кВт;

Sпасп - паспортная номинальная мощность электроприёмника, кВ·А;

ПВ - продолжительность включения характеризует время работы электроустановки под нагрузкой в течение часа, отн. ед.;

сos ц - коэффициент мощности, определяющий соотношение активной и реактивной составляющих потреблённой электроэнергии (в некоторых случаях удобнее пользоваться tg .

Установленная мощность электроприёмников принимается равной:

- для электродвигателей длительного режима работы, силовых и электропечных трансформаторов, электроосветительных и электроотопительных приборов - паспортной мощности;

- для электродвигателей повторно-кратковременного режима работы, сварочных трансформаторов - паспортной мощности, приведённой к относительной продолжительности включения.

Далее определяется суммарная средняя нагрузка электроприёмников, которая даёт возможность оценить нижний предел возможных значений расчётной нагрузки за максимально загруженную смену характерных суток.

При определении электрических нагрузок величины и коэффициенты относящиеся к одному электроприёмнику обозначаются строчными, а к группе электроприёмников - прописными буквами /2/.

Средние активные РСМ и реактивные QСМ нагрузки за максимально загруженную смену необходимые для определения расчётного максимума нагрузки определяются

РСМ = kи · РН; [1.2]

QСМ = РСМ · tg,[1.3]

где kи - коэффициент использования (определяется по справочникам);

tg - коэффициент мощности, определяется по тригонометрическим таблицам по заданному значению сos ц или по формуле:

tg = .[1.4]

Коэффициентом использования называется отношение средней активной мощности электроприёмника (или группы), к её номинальному значению.

В начале расчета производится систематизация электрических нагрузок. Приводится таблица, в которой перечислены все электроприемники предприятия с указанием выбранного режима их работы (коэффициента использования и коэффициента мощности, продолжительности включения, отличающегося от 100 %). Данные о режимах работы оборудования принимаются по соответствующим справочникам /1/.

Все электроприемники повторно - кратковременного режима необходимо привести к ПВ = 100 % или 1,00. Для кранов ПВ = 25 %. Для сварочного оборудования ПВ = 65 %, для металлургического оборудования ПВ = 40 % /3/.

Для сварочных трансформаторов и сварочных машин, задается номинальная полная мощность в кВ·А, и для расчета ее необходимо привести к активной по формуле [1.1].

Мостовые краны и кран - балки должны иметь 3 двигателя (подъема, передвижения моста, передвижения тележки (тельфера)). В случае если мощность электродвигателя не разбита, суммарную мощность следует разбить приблизительно в пропорциях 0,45 - 0,45 - 0,1. Электротали имеют два двигателя (подъема, передвижения тележки), поэтому его мощность можно разбить в пропорции 0,7 - 0,3 /2/.

Например, в электромашинном отделении имеется мостовой кран грузоподъёмностью 5 т. (ЭП №116) с установленной суммарной паспортной мощностью двигателей рН.П = 10,0 кВт. следовательно по формуле [1.1] его приведённая мощность определится

рН = 10,0 · v0,25 = 5,0 кВт.

При наличии однофазных нагрузок, к которым относятся, печи сопротивления и сварочные трансформаторы если расчетная номинальная мощность однофазных электроприемников больше 15% мощности трехфазной группы электроприемников, то эквивалентная трехфазная мощность (РНЭ ) определяется в зависимости от количества и схемы включения однофазных электроприемников в трехфазную сеть /2/.

В депо однофазными нагрузками являются освещение и нагрузки офисной техники в административных помещениях. Поскольку они многочисленны и равномерно распределены по фазам трёхфазной сети их можно учитывать как трёхфазные.

Перед расчётом нагрузок проведём предварительное исследование конфигурации электрической сети и определим группы электроприёмников. По территории депо нагрузки распределены в каждом цеху отдельными группами, поэтому будет предпочтительна радиально - магистральная схема их подключения от распределительных шкафов. В связи с этим будем выполнять расчет отдельно по каждому цеху, объединяя данные расчетов в таблице для выбора трансформатора ТП и оборудования сети внешнего электроснабжения.

Произведем расчет электрических нагрузок депо по методу упорядоченных диаграмм. По режиму работы делим электроприемники на две группы:

- электроприемники с переменным графиком нагрузки (kИ < 0.6);

- электроприемники с постоянным графиком нагрузки (kИ ? 0,6).

Определим средние нагрузки за максимально загруженную смену по группам электроприемников одного режима работы и данные занесём в таблицу 1.1. Всего по депо определилось 14 групп электроприёмников. Мощные электроприёмники и мостовые краны, создающие значительные пиковые нагрузки, а также фидера общего освещения подключаем к распределительному устройству (РУ) питающей подстанции отдельными кабельными линиями.

В качестве примера проведём расчет для электроприёмников электромашинного и пропиточных отделений с переменным графиком нагрузки, питаемых от силового пункта СП-12.

В графу 2 таблицы 1.2 записываем количество электроприемников одного режима работы (с одинаковым kИ и сos ц). В данном примере в группе имеются два сверлильных станка, n = 2.

В графу 3 записывается суммарная установленная мощность электроприемников, для сверлильных станков рН = 6,4 кВт. Суммарная установленная мощность всей группы из 12 ЭП с переменным графиком нагрузки питаемых от СП-12 составит РН = 61,7 кВт.

В графу 4 и 5 записываются коэффициенты использования и сos ц групп одного режима работы выбранных по справочнику /1/.

Определим коэффициенты мощности по таблице 1.1 и преобразуем их в tg по формуле [1.3] или по математическим таблицам. По формуле [1.2] определим средние нагрузки по группам электроприемников, например, для сверлильных станков при tg ц = 1,15

РСМ = 0.20 ·6,4 = 1,3 кВт; QСМ = 1,3 · 1.15 = 1,5 кВ·Ар.

Средние нагрузки заносятся в графы 6 и 7 таблицы 1.1.

Для электроприемников с постоянным графиком нагрузки расчет ведется аналогично как с переменным графиком до графы 6 таблицы 1.1., но для них, а также для осветительных нагрузок:

PМ = PСМ; QМ = QСМ

Рассчитаем итоговую строчку таблицы 1.1.

По результатам граф 6 и 3 определяется групповой коэффициент использования для электроприёмников с переменным графиком нагрузки КИ по формуле

КИ = РСМ /РН. [1.5]

Для группы СП-12:

КИ = 15,4/61,7 = 0.25.

Заключительный расчёт максимальных (пиковых) нагрузок необходим для проверки колебаний напряжения в сети и выбора токовых защит, выбора элементов сетей по экономической плотности тока, определения потерь и отклонений напряжения.

Для определения максимальной расчётной мощности по кривым, приведённым в справочниках необходимо определить коэффициент максимума КМ и эффективное число электроприёмников nЭ. Под nЭ понимается такое число одинаковых по режиму электроприёмников одинаковой мощности, которое создаёт какой же расчётный максимум, что и группа различных электроприёмников /2/.

Точное определение nЭ производится по формуле, шт

[1.6]

При большом числе разнообразных ЭП допускается применять упрощённые методы расчёта. При определении эффективного числа электроприёмников с переменным графиком нагрузки необходимо участь характер электроприёмников в группе.

Если число электроприёмников в группе равно четырём и более, то эффективное число ЭП допускается принимать равным фактическому при условии

m ? PН. MAX/ PН MIN ? 3, [1.7]

гдеPMAX - номинальная мощность максимального электроприёмника, кВт;

PMIN - номинальная мощность минимального электроприёмника, кВт.

При определении m исключаются мелкие электроприёмники с суммарной мощностью менее 5% /2/.

Если m > 3, то nЭ можно определить по формуле

[1.8]

гдеУРН - суммарная мощность ЭП группы, кВт.

В группе СП-12 PН. MAX = 16,0 кВт, сварочный преобразователь (ЭП №138) и PН MIN = 3,0 кВт, пресс (ЭП №102), следовательно m = 5,3.

nЭ = 2 · 61,7/16,0 = 7,7 шт.

Следовательно, по кривым коэффициентов максимума при коэффициенте использования в группе КИ = 0,25 определяем, что КМ = 1,90.

Максимальная мощность нагрузок группы Р М определится, кВт

Р М = РСМ · КМ. [1.9]

Для группы СП-12

Р М = 15,4 · 1,90 = 29,3 кВт.

Реактивная мощность, необходимая для создания магнитного потока электрических машин, изменяется в получасовой максимум не столь значительно и определяется

- при nЭ ? 10, Q М = 1,1 Q СМ;

- при nЭ > 10, Q М = Q СМ

В данном примере у группы с переменным графиком питаемой от СП-12

Q М = 1,1 · QСМ = 1.1 · 17,7 = 19,5 кВ·Ар.

Максимальные нагрузки для электроприёмников длительного режима работы принимаются равными средним нагрузкам за максимально загруженную смену /2/.

Результаты расчета нагрузок приведены в таблице 1.1.

В случае если число электроприемников больше трёх, а nЭ меньше четырёх, то расчет максимальной нагрузки ведется по коэффициенту загрузки kЗ, который для электроприемников: длительного режима работы при kЗ = 0,90 и cos ц = 0,90; принимаем как

PМ = 0,90 · PН; QМ = 0,75 · PМ;

Страницы: 1, 2, 3