Контрольная работа: Расчеты надежности вариантов электроснабжения энергообъектов ООО 'ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка'

Расчеты надежности вариантов электроснабжения энергообъектов ООО 'ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка'

Расчеты надежности вариантов электроснабжения энергообъектов

ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка»

Введение

Настоящая работа выполнена в соответствии с Техническим заданием на выполнение расчёта надёжности объектов ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» в рамках разработки технико-экономического обоснования доли распределения электрических нагрузок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», питающихся от Волгоградской ТЭЦ-2 и ПС 220 кВ Красноармейская.

Необходимость в выполнении настоящей работы вызвана реконструкцией схемы электроснабжения ЦРП ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка».

В соответствии с Техническим заданием расчёт надёжности выполняются для трёх вариантов распределения электрических нагрузок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка».

При оценке надёжности рассматривались три варианта схемы электроснабжения следующих подстанций: ПС 35 кВ ЦРП-1, ПС 35 кВ ЦРП-2, ПС 110 кВ ЦРП-4, ПС 110 кВ ЦРП-5, ПС 110 кВ ЦРП-6, ПС 110 кВ ЦРП-7.

При обосновании и выборе схем электроснабжения узлов нагрузки рассматриваются нормальный и послеаварийный режимы работы и ремонтные схемы.

При выполнении работы использовались следующие материалы:

·        Техническое задание на выполнение расчёта надёжности объектов ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» в рамках разработки технико-экономического обоснования доли распределения электрических нагрузок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», питающихся от Волгоградской ТЭЦ-2 и ПС «Красноармейская», утверждённое заместителем генерального директора по технической части ООО «Энергия Юга» М.М. Цибульским.

·        Техническое задание на выполнение расчёта надёжности объектов ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» в рамках разработки технико-экономического обоснования доли распределения электрических нагрузок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», питающихся от Волгоградской ТЭЦ-2 и ПС «Красноармейская», утверждённое главным инженером филиала «ЭНЕКС» (ОАО) «Волгоградэнергосетьпроект» В.В. Коротковым.

·        Разработка технико-экономического обоснования доли распределения электрических нагрузок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», питающихся от Волгоградской ТЭЦ-2 и ПС «Красноармейская».

При оценке надёжности схем электроснабжения узлов нагрузки во внимание принимались параметры надёжности элементов электрической сети, входящие в состав схем электроснабжения.

В настоящей работе выполнен расчёт надёжности рекомендуемых к использованию схем электроснабжения, разработанных филиалом «ЭНЕКС» (ОАО) «Волгоградэнергосетьпроект» объектов ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» питающихся от Волгоградской ТЭЦ-2 и от ПС 220 кВ Красноармейская. В настоящей работе для вариантов электроснабжения №1, №5 и №6 определены:

-       частота отказов;

-       математическое ожидание числа перерывов электроснабжения;

-       средняя продолжительность вынужденных перерывов электроснабжения;

-       частота плановых ремонтов;

-       средняя продолжительность плановых ремонтов;

-       аварийный резерв мощности;

-       ремонтный резерв мощности.

Расчёт надёжности схем электроснабжения сводится к определению одного или нескольких количественных показателей на основе исходных характеристик надёжности оборудования.

Показателем надёжности принимается величина, характеризующая одну или несколько свойств, определяющих надёжность схемы электроснабжения.

В качестве показателей, количественно характеризующих надёжность участка сети и её элементов, использованы:

-       параметр потока отказов, т.е. среднее количество отказов в единицу времени (обычно), отнесённому к одному элементу, отказ/год;

-       среднее время восстановления (аварийного ремонта), год/отказ;

-       параметр потока преднамеренных (плановых) отключений, простой/год;

-       средняя продолжительность одного преднамеренного отключения, год/простой;

-       коэффициент готовности (вероятность работоспособного состояния в промежутках между плановыми ремонтами), о.е.

Перечисленные показатели надёжности являются техническими характеристиками и позволяют сопоставлять между собой надёжность нескольких альтернативных вариантов построения сети, а также проверять соответствие уровня надёжности рассматриваемого варианта требованиям технического задания на проектирование объекта.

Из рассмотренных показателей параметр потока отказов, параметр преднамеренных отключений, среднее время плановых и аварийных отключений, являются базовыми и позволяют рассчитать другие показатели.

По классу решаемых задач и используемому математическому аппарату все методы можно условно подразделить на графоаналитические, логические и вероятностные.

Для расчёта надёжности схемы электроснабжения ЦРП ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» применён аналитический метод.

Для расчёта надёжности схемы электроснабжения узлов нагрузки аналитическим методом применяется построение структурно-логических схем замещения (в отношении надёжности). В схемах замещения связи между элементами схемы электроснабжения представлены в виде последовательного или параллельного соединения. Можно описать отказ электроснабжения, как совокупность отказов элементов питающей цепи или результат совпадения отказов элементов одной цепи с ремонтами элементов другой цепи.

В схеме замещения последовательно соединяются элементы, отказ любого из которых вызывает простой всей данной ветви (от источника до рассматриваемого узла нагрузки), а параллельно соединяются ветви, отключение любой из которых не приводит к отключению других. При проектировании для расчёта надёжности сети допускается составлять упрощённые структурные схемы надёжности.

Формулы для показателей надёжности последовательного и параллельного соединения дают возможность вычислить показатели надёжности эквивалентных элементов. Поэтапное эквивалентное преобразование схемы из последовательного и параллельно соединённых элементов позволяет оценить показатели надёжности схемы электроснабжения частоту и длительность отключений нагрузки энергопринимающих устройств.

Базовые показатели (показатели надёжности и плановых ремонтов) элементов энергообъектов приняты в соответствии с «Указаниями по применению показателей надёжности элементов энергосистем и работы энергоблоков с паротурбинными установками» (РД 34.20.574).

Для расчёта других показателей надёжности, кроме базовых, необходимо определить коэффициенты вынужденного и преднамеренного (планового) простоев:

К_в=ωТ_в,

где ω - параметр потока отказов, отказ/год;

ω_п - средняя частота преднамеренных отключений, простой/год;

Т_в - среднее время восстановления, од/отказ;

Т_п - среднее время преднамеренных отключений, год/простой.

При последовательном соединении элементов показатели надёжности определяются по формулам (для двух элементов):

ω=ω₁+ω₂;

К_в=К_в1+К_в2;

К_п=max(К_п1;К_п2),

При параллельном соединении элементов показатели надёжности определяются по формулам:

-       параметр потока отказов:

ω= ω₁К_в2+ω₂К_в1;

-       коэффициент вынужденного простоя:

К_в= К_в1 К_в2+ К_в1 К_п2+ К_в2 К_п1;

В формуле коэффициента вынужденного простоя первое слагаемое характеризует наложение отказа одного элемента на отказ другого элемента, а второе и третье слагаемые - наложение отказа одного элемента на плановый ремонт другого. Данная формула является приближённой, но её точности хватает для проведения проектных расчётов.

При отсутствии ограничений пропускной способности в параллельных цепях, т.е. когда каждая цепь рассчитана на максимальную нагрузку К_п=0.

Кроме того для определения количественного показателя надёжности схемы внешнего электроснабжения того или иного варианта может потребоваться определение такого показателя как коэффициент ограничении мощности:

ε_в=Р_а.откл./Р_мах,

где Р_а.откл. - отключаемая часть нагрузки на время устранения аварийных повреждений;

Р_мах - наибольшая потребляемая мощность.

При полном перерыве электроснабжения ε_в принимается равной 1.

1.   Описание существующей схемы электроснабжения нагрузок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка»

В существующей схеме электроснабжения нагрузки центрами питания для энергопринимающих установок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» являются Волгоградская ТЭЦ-2 и ПС 220 кВ Красноармейская.

Распределительные устройства 110 кВ Волгоградской ТЭЦ-2 и ПС 220 кВ Красноармейская выполнены по схеме №110-13Н - «схема с двумя системами сборных шин с обходной системой шин».

Критерии надёжности схемы №110-13Н следующие:

-       при отказе нормально включенного шиносоединительного выключателя возможно полное погашение распределительного устройства;

-       при оперативных переключениях сборные шины имеют непосредственную электрическую связь на развилках из шинных разъединителей, и при возникновении отказов возможно полное погашение распределительного устройства.

-       по статистике 20-30% отказов на сборных шинах приводит к полному погашению распределительного устройства. Большое количество присоединений приводит к снижению надежности схемы;

-       по сравнению со схемой с одной секционированной системой сборных шин и с обходной системой шин на порядок увеличивает математическое ожидание недоотпуска электроэнергии потребителям при прочих равных условиях;

-       как следствие является вынужденным решением, требующим в проектах дополнительного обоснования с режимных позиций, поскольку является самой ненадежной схемой с точки зрения потенциальной возможности полного погашения распределительного устройства.

Существующее электроснабжение ПС 35 кВ ЦРП-1 осуществляется:

-       от ВЛ 35 кВ №4 от ПС 110 кВ ЦРП-5; по ВЛ 35 кВ №7 от ПС 110 кВ ЦРП-5; по КЛ 35 кВ №11 от Волгоградской ТЭЦ-2.

Электроснабжение ПС 35 кВ ЦРП-2 осуществляется:

-       от ВЛ 35 кВ №13 (от Волгоградской ТЭЦ-2); от ВЛ 35 кВ №3 (от ПС 110 кВ ЦРП-5); по КЛ 35 кВ №3 (от Волгоградской ТЭЦ-2).

-       от ВЛ 110 кВ №39 (от Волгоградской ТЭЦ-2); от ВЛ 110 кВ №84 (от ПС 220 кВ Красноармейская).

Электроснабжение ПС 110 кВ ЦРП-5 осуществляется:

-       от ВЛ 110 кВ №46 (от ПС 220 кВ Красноармейская); от ВЛ 110 кВ №83 (от ПС 220 кВ Красноармейская); от ВЛ 35 кВ №13 (от Волгоградской ТЭЦ-2).

Электроснабжение ПС 110 кВ ЦРП-6 осуществляется:

-       от ВЛ 110 кВ №23 (от Волгоградской ТЭЦ-2); от ВЛ 110 кВ №49 (от ПС 220 кВ Красноармейская).

Электроснабжение ПС 110 кВ ЦРП-7 осуществляется:

-       от ВЛ 110 кВ №26 (от Волгоградской ТЭЦ-2); от ВЛ 110 кВ №29 (от Волгоградской ТЭЦ-2).

Необходимо отметить недостаточную надёжность питания ПС 110 кВ ЦРП-7 (питание части нагрузки подстанции осуществляется отпайкой от ВЛ 110 кВ №26, к которой присоединена нагрузка ПС 110 кВ Углерод-1 и ПС 110 кВ Южная-1 через отделители).

ПС 35 кВ ЦРП-1 реконструировано в 2009 году; ПС 35 кВ ЦРП-2 - в 2011; ПС 110 кВ ЦРП-6 введено в работу в 2000 году, реконструкции не подвергалось; ПС 110 кВ ЦРП -7 введено в работу в 2006 году, реконструкции не подвергалось. Оборудование ПС 35 кВ ЦРП-1, ПС 35 кВ ЦРП-2, ПС 110 кВ ЦРП-6 и ПС 110 кВ ЦРП-7 не выработало свой ресурс и имеет достаточный уровень надёжности для питания энергопринимающих установок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка».

Оборудование ПС 110 кВ ЦРП-4 и ПС 110 кВ ЦРП-5 (за исключением оборудования класса напряжения 35 кВ ПС 110 кВ ЦРП-5 реконструированного в 2011 году) первичное и вторичное оборудование выработало свой ресурс и не соответствует современным требованиям, физически и морально устарело Данный факт может привести к снижению надёжности схемы внутреннего электроснабжения нагрузки энергопринимающих установок, запитанных от ПС 110 кВ ЦРП-4 ПС 110 кВ ЦРП-5.

Перераспределение нагрузки энергопринимающих установок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» предполагает к рассмотрению три варианта изменения схемы внешнего электроснабжения ПС 110 кВ ЦРП-4, ПС 110 кВ ЦРП-5, ПС 110 кВ ЦРП-6, ПС 110 кВ ЦРП-7.

Вариант №1 схемы электроснабжения:

-       строительство КЛ 110 кВ от Волгоградской ТЭЦ-2 до ПС 110 кВ ЦРП-4 и ПС 110 кВ ЦРП-7 (исключается питание от ВЛ 110 кВ №39, №29, №26);

-       включение существующей цепи 35 кВ Волгоградская ТЭЦ-2 - ЦРП-5, построенной в габаритах 110 кВ, на напряжение 110 кВ;

-       подвеска одной цепи 110 кВ по существующим опорам на участке двухцепной ВЛ 110 кВ от ПС 110 кВ ЦРП-5 до ПС 110 кВ ЦРП-7;

-       подвеска одной цепи 110 кВ по существующим опорам двухцепной ВЛ 110 кВ от Волгоградской ТЭЦ-2 до ПС 110 кВ ЦРП-6.

Вариант №5 схемы электроснабжения:

-       строительство КЛ 110 кВ от Волгоградской ТЭЦ-2 до ПС 110 кВ ЦРП-4 и ПС 110 кВ ЦРП-7 (исключается питание от ВЛ 110 кВ №39, №29, №26);

-       включение существующей цепи 35 кВ Волгоградская ТЭЦ-2 - ЦРП-5 и ЦРП-6, построенной в габаритах 110 кВ, на напряжение 110 кВ;

-       реконструкция ОРУ 110 кВ на ПС 110 кВ ЦРП-5 и ПС 110 кВ ЦРП-7.

Вариант №6 схемы электроснабжения:

-       вариант предусматривает максимальное по сравнению с вариантом №1 и вариантом №5 максимальное питание нагрузки энергопринимающих установок ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» от Волгоградской ТЭЦ-2.

В 2014 году запланированы организационные и технические мероприятия по выходу Волгоградской ТЭЦ-2 с оптового рынка электрической энергии (ОРЭ) и передаче последней в аренду ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка».

Одним из главных условий выхода Волгоградской ТЭЦ-2 с ОРЭ является изменение схемы внешнего электроснабжения завода ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», предполагающем преимущественное электроснабжение от Волгоградской ТЭЦ-2.

Однако, принимая во внимание нецелесообразность обеспечения 100% потребления от Волгоградской ТЭЦ-2 по условиям обеспечения надёжности энергоснабжения завода, было принято решение (протокол совещания у Первого вице-президента ОАО «ЛУКОЙЛ» В.И. Некрасова от 16.10.2103 №ВН-71П «О передаче ТЭЦ-2 ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка») провести оценку уровня потребления электроэнергии из внешних сетей, определение его минимального уровня при безусловном сохранении надёжности.

При рассмотрении схем внешнего электроснабжения с точки зрения надёжности при обосновании того или иного варианта схемы применяется укрупнённый подход к анализу и определению показателей надёжности.

2.   Расчёт первого варианта схемы электроснабжения узлов нагрузки ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка»

надежность электроснабжение шина выключатель

Упрощённая схема первого варианта электроснабжения объектов ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Упрощённая схема Варианта №1 электроснабжения объектов ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка».