Дипломная работа по качеству электроснабжения — образец с анализом подстанции 110/10 кВ

В современных промышленных сетях проблема обеспечения качества электроэнергии стоит особенно остро, напрямую влияя на стабильность производственных процессов и долговечность оборудования. Отклонения от нормативных показателей могут приводить к сбоям, увеличению брака и значительным экономическим потерям. Настоящая работа посвящена исследованию и решению этой проблемы на конкретном примере.

Объектом исследования выступает система электроснабжения промышленного предприятия, ключевым элементом которой является понижающая подстанция 110/10 кВ. Цель работы — разработка и технико-экономическое обоснование мероприятий, направленных на повышение качества электроснабжения на данной подстанции. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

• Провести анализ существующей системы электроснабжения и выявить ее недостатки.
• Разработать комплекс технических мероприятий для устранения выявленных проблем.
• Выполнить расчет экономической эффективности предложенных решений и доказать их целесообразность.

Глава 1. Каковы характеристики и проблемы текущей системы электроснабжения

Подстанция 110/10 кВ является центральным узлом системы электроснабжения рассматриваемого промышленного предприятия. Ее основная функция — прием электроэнергии от высоковольтной сети 110 кВ, ее трансформация и последующее распределение по цеховым сетям напряжением 10 кВ. Структура подстанции включает в себя силовые трансформаторы, распределительные устройства высокого и низкого напряжения, а также системы релейной защиты и автоматики.

Для оценки текущего состояния был проведен анализ показателей качества электроэнергии в точках подключения основных нагрузок. Замеры и их последующее сравнение с нормативными требованиями к системам электроснабжения выявили ряд существенных отклонений. В частности, были зафиксированы провалы напряжения и высокий уровень гармонических искажений, что негативно сказывается на работе чувствительного оборудования и приводит к дополнительным потерям электроэнергии. Именно эти несоответствия являются ключевой проблемой, требующей незамедлительного инженерного решения.

Глава 2. Что мы предлагаем для модернизации системы

Для устранения выявленных проблем предлагается комплексная модернизация системы электроснабжения подстанции. В основе решения лежит внедрение современных технических средств, позволяющих нормализовать показатели качества электроэнергии. Основные предлагаемые мероприятия:

1. Установка фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ): Данное решение направлено на компенсацию высших гармоник, генерируемых нелинейными нагрузками предприятия. Техническое обоснование заключается в том, что ФКУ позволят снизить коэффициент гармонических искажений до нормативного уровня, что уменьшит нагрев оборудования и потери энергии.
2. Внедрение системы мониторинга качества электроэнергии (СМКЭ): Установка СМКЭ обеспечит непрерывный контроль параметров сети в режиме реального времени. Это позволит оперативно реагировать на отклонения и проводить превентивное обслуживание, предотвращая аварийные ситуации.
3. Частичная замена устаревшего оборудования: Рекомендуется замена некоторых автоматических выключателей и измерительных трансформаторов на современные аналоги с лучшими характеристиками быстродействия и точности.

Расчеты, проведенные на основе моделирования энергосистемы с учетом предложенных изменений, подтверждают, что после их внедрения ключевые показатели качества электроэнергии будут полностью соответствовать нормативным требованиям. Обновленные схемы электроснабжения и спецификации оборудования приводятся в приложениях к работе.

Глава 3. Как рассчитать экономическую эффективность предложенных решений

Любые инженерные мероприятия на промышленном объекте должны быть экономически оправданы. Оценка эффективности предложенного проекта модернизации проводится на основе стандартных методик и включает несколько этапов. Сначала определяются капитальные затраты, включающие стоимость оборудования, его монтаж и пусконаладочные работы. Затем оцениваются изменения в эксплуатационных расходах.

Ожидаемый экономический эффект складывается из нескольких составляющих: сокращение потерь электроэнергии за счет компенсации реактивной мощности и фильтрации гармоник, снижение процента брака продукции из-за сбоев оборудования и увеличение срока службы электроустановок. На основе этих данных рассчитываются ключевые показатели экономической эффективности:

• Срок окупаемости (Tок): Период, за который доходы от проекта покроют первоначальные инвестиции.
• Чистый дисконтированный доход (NPV): Показывает абсолютную величину прибыли от проекта с учетом стоимости денег во времени.
• Индекс доходности (PI): Относительный показатель, демонстрирующий отдачу на вложенный капитал.

Расчеты показали, что проект является экономически эффективным. Положительное значение NPV и индекс доходности больше единицы свидетельствуют о целесообразности инвестиций.

Заключение

В рамках настоящей дипломной работы был выполнен комплексный анализ системы электроснабжения промышленного предприятия на базе подстанции 110/10 кВ. Проведенное исследование выявило несоответствие ряда показателей качества электроэнергии установленным нормам. Для решения этой проблемы был предложен проект модернизации, включающий установку фильтрокомпенсирующих устройств и внедрение системы мониторинга.

Инженерные расчеты подтвердили техническую осуществимость предложенных мер, а оценка экономической эффективности доказала их финансовую состоятельность, определив срок окупаемости в X лет. Таким образом, цель дипломной работы была полностью достигнута, а все поставленные задачи — успешно выполнены.

Список использованной литературы и приложения

В данном разделе приводится перечень научных публикаций, нормативных документов (ГОСТ) и учебных пособий, которые составили теоретическую базу исследования. Список оформляется в соответствии с действующими стандартами.

В приложения вынесены материалы, дополняющие основную часть работы: принципиальные электрические схемы, таблицы с исходными данными для расчетов, спецификации на предлагаемое к установке оборудование и результаты измерений показателей качества электроэнергии до и после моделирования модернизации.

Список источников информации

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), изд. 7, 2001 — 2004 г.г.
2. Баумштейн И.А. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения. М.: Энергоиздат, 1981 г.
3. Конюхова Е. А., Киреева Э. А. Надежность электроснабжения промышленных пред¬приятий. — М.: НТФ “Энергопрогресс”, 2001. — 92 с.; ил
4. Будзко И.А., Лещинская В.И. Электроснабжение промышленных предприятий.- М.: Колос, 2000 г.
5. Будзуко И.Д. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов. – М.: Колос, 1985 г.
6. Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации электроустановок потребителей, М., 2001.
7. Правила пользования электрической и тепловой энергией, изд. 3, М., 1982.
8. СНиП-11-01-95, Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений
9. Андреев В.Л. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 1991 г.
10. Справочник по проектированию электрических систем./ Под редакцией С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро.- М.: Энергия, 1991.- 248 с.;
11. Рожкова Л.Д., Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций. — М.: Энергия, 1980. — 599 с.;
12. Справочник по проектированию электроснабжения/ Под редакцией Ю.Г. Барыбина, JI.E. Фёдорова, М.Г. Зименкова, А.Г. Смирнова. — М.: Энергоатомиздат, 1990.- 576 с.;
13. Heклeпaeв Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 640 с.;
14. Водяников Методика технико-экономического расчета средств электрификации и автоматизации. – М.; МИИСЛ, 1987,
15. Качество электроснабжения промышленных потребителей: учебное пособие / Б.В. Лукутин, И.О. Муравлев, А.И. Муравлев; Томский поли¬технический университет. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. — 89 с.
16. Ананичева С.С. Качество электроэнергии. Регулирование напряже¬ния и частоты в энергосистемах: учебное пособие / С. С. Ананичева, А. А. Алекссев, А. Л. Мызин.; 3-е изд., испр. Екатеринбург: УрФУ. 2012. 93 с. А64
17. Рожкова Л.Д. Электрооборудование станций и подстанций. М.: Энергоиздат, 1987 г.
18. Федоров А.А., Старков Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. М.: Энергоатомиздат, 1987 г.
19. Шабад М.А. Расчет релейной защиты и автоматики распределительных систем. – Ленинград: Энергоатомиздат, 1985 г.,
20. Ванин Б.Н., Львов Ю.Н., Неклепаев Б.Н. и др. О повреждениях силовых трансформаторов напряжением 110-500 кВ в эксплуатации // Электрические станции. — 2001. — №9. — С. 53-58.
21. Лебедева Н.А., Лукин КН. и др. Система непрерывного контроля и диагностики силового и вспомогательного оборудования подстанции «Выборгская» // Электротехника. — 2001. -№9. — С. 53 — 55.
22. Плущевский М.Б. Основы общей концепции нормативно-технического обеспечения ресурсосбережения в промышленности. — Киев.: Общество «Знание». 2002. С. 12.
23. Потребич А.А. , Кузнецов В.П. и др. Автоматизированная система для оценки технического состояния электрооборудования // Электрические станции. -2001№4. — С. 35 — 37.
24. ГОСТ Р 54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Дата введения 2013-01-01
25. ГОСТ 13109-97. Качество электрической сети. Дата введения 1999-01-01