ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С СОБСТВЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается проблема оптимизации системы внутризаводского электроснабжения, что обусловлено необходимостью повышения эффективности и надёжности энергосистемы в условиях химического производства. В рамках данной работы проанализированы существующие подходы по данному вопросы, а также произведен расчет токов короткого замыкания, на основании чего обоснованы наиболее эффективные меры по оптимизации режимов работы системы с собственными источниками генерации энергии в целях повышения ее надежности. Результаты исследования показывают, что внедрение систем автоматического управления и контроля за работой оборудования позволяет снизить потери энергии, повысить надёжность системы.

ABSTRACT

The article considers the problem of optimizing the in-plant power supply system, which is due to the need to increase the efficiency and reliability of the power system in chemical production conditions. Within the framework of this work, existing approaches to this issue are analyzed, and short-circuit currents are calculated, on the basis of which the most effective measures to optimize the operating modes of a system with its own energy generation sources are justified in order to increase its reliability. The results of the study show that the introduction of automatic control and monitoring systems for the operation of equipment can reduce energy losses and increase the reliability of the system.

Ключевые слова: оптимизация энергосистемы; собственные источники генерации электроэнергии; программно-логический контроллер; релейная защита и автоматика; автоматическое управление.

Keywords: optimization of the power system; own sources of electricity generation; Programmable Logic Control; relay protection and emergency automation; automatic control.

Введение. В условиях современного промышленного производства, где эффективность и надёжность энергоснабжения играют ключевую роль в обеспечении конкурентоспособности и безопасности производственных процессов, проблема оптимизации системы внутризаводского электроснабжения становится особенно актуальной, наиболее важной данная проблема стоит перед предприятиями химической промышленности, где технологические процессы требуют высокой точности и стабильности энергоснабжения. Оптимизация режимов работы энергосистемы предприятия может привести к снижению затрат на электроэнергию, повышению эффективности производства и улучшению экологической ситуации.

В рамках данной работы ставится цель по разработке и обоснованию наиболее эффективных мер по оптимизации режимов работы системы внутризаводского электроснабжения предприятия химической промышленности с применением собственных источников электроэнергии.

Методология проведенного исследования включает в себя следующее: обзор научной литературы и публикаций по теме исследования, анализ статистических данных и отчетов о работе энергосистем предприятий химической промышленности, проведение теоретических расчетов и сбор и анализ данных о работе существующей системе энергоснабжения с собственными источниками генерации электроэнергии, оценка эффективности энергосистемы при использованием программно-логического контроллера (ПЛК) и релейной защиты и автоматики (РЗА) на основе реальных данных и расчетов, разработка рекомендаций по оптимизации режимов работы энергосистемы на основе полученных результатов исследования.

В научной литературе выделяют множество методов оптимизации режимов работы энергосистем предприятия, например, И.В. Жежеленко в качестве таковых предлагает математические методы моделирования параметров [1], Т.А. Васьковская производит анализ оптимальных режимов посредством множителей Лагранжа [2], Л.А. Семенова указывает о необходимости применении методик, основанных на интеграции техноценологического подхода и теории нечетких множеств [3], в качество одного из таких методов М.А. Трибуцин, Е.Ю. Микаэльян рассматривает метод оптимизации распределения активной и реактивной мощности [4], Д.Е. Варганов считает наиболее результативным способов оптимизации режимов использование программного обеспечения «КАТРАН» [5].

На взгляд автора данной работы, одним из основных методов оптимизации системы электроснабжения является внедрение систем автоматического управления и контроля за работой оборудования, посредством чего возможно достичь снижения потерь энергии, повысить надёжность работы системы и обеспечить более эффективное использование ресурсов. Использование человеко-машинного интерфейса позволяет минимизировать риски возникновения внештатных ситуаций, благодаря четкому своевременному отключению предотвращает повреждение участка энергосистемы.

Анализируя представленные ниже расчеты, произведенные в отношении энергоцентра ПАО «Пигмент», можно увидеть, что быстродействие системы защиты, реализуемой посредством использования ПЛК, действующей на отключение, на порядок выше, чем у РЗА.

Срабатывание дифференциальная токовая отсечка защиты определяется по условию отстройки от расчетного максимального тока небаланса при внешних коротких замыкания (КЗ):

k_отс = 1,2 – коэффициент отстройки;

k_пер = 6 – коэффициент, учитывающий переходный режим;

k_одн = 0,5 – коэффициент однотипности ТТ;

ε_ном = 0,5 – относительная полная погрешность ТТ;

ε_РЗ = 0,025 – относительная погрешность аналогового входа терминала РЗА;

 – относительное значение периодической составляющей максимального тока генератора при трехфазном КЗ на шинах в начальный момент времени.

Принято I_сз = 2,8 о.е. Время срабатывания принимается t_сз = 0,01 сек.

Для максимальной направленной токовой защиты МТЗ-1, направленной в ГПА, ток срабатывания защиты определяется по условию обеспечения чувствительности к внешнему току КЗ:

 где

К_ч = 2 – коэффициент чувствительности.

Принято I_сз = 3000 А. Время срабатывания принимается t_сз = 0,01 сек.

Предусмотрено действие ступени на блокировку ЛЗШ ГПА и ввода от ГПП.

Для максимальной направленной токовой защиты МТЗ-2, направленной в сеть, ток срабатывания защиты определяется по условию отстройки от номинального тока нагрузки:

К_Н = 1,1 коэффициент надежности. Принято I_сз = 250 А. Чувствительность защиты проверяется при КЗ на шинах 6кВ в минимальном режиме:

 чувствительность обеспечена.

Время срабатывания принимается t_сз = 1 сек.

В целях защиты от понижения напряжения уставка защиты определяется:

где U_доп = 0,9 ∙ U_ном –значение эксплуатационного напряжения;

К_В = 1,06 – коэффициент возврата;

К_Н = 1,1 – коэффициент надежности.

Время срабатывания принимается t_сз = 0,5 сек.

Уставка защиты от понижения напряжения находится по формуле:

где U_доп = 1,1 ∙ U_ном - максимальное значение напряжения;

К_В = 0,94 - коэффициент возврата;

К_Н = 1,1 - коэффициент надежности.

Время срабатывания принимается t_сз = 0,5 сек.

В качестве защиты от обрыва фаз используется максимальная токовая защита обратной последовательности. Защита реагирует на увеличение тока I₂ и действует на сигнал с выдержкой времени 1 с. Принято

Ток срабатывания логической защиты шин (ЛЗШ) принимается равным току МТЗ-2, Время срабатывания защиты принимается t_сз = 0,2 сек.

ЛЗШ блокируется МТЗ отходящих присоединений, а также ступенями МТЗ-1 ГПА и вводного выключателей, направленными от шин.

Результат. При анализе потребителей с собственным источником питания с использованием ПЛК и системы SCADA удалось обеспечить быстрое отключение поврежденного участка энергосистемы, что привело к минимизации рисков повреждения оборудования или выхода из строя устройств, обеспечивающих энергоснабжение. Благодаря высокой скорости обрабатывания и анализа информации обеспечивается высокая надежность системы энергоснабжения и качества электроснабжения.

Исходя из расчетов, скорость принятия решений на отключение поврежденного участка значительно выше, чем у систем релейной защиты и автоматики. Каждые 0,001 сек происходит мониторинг параметров электросети.

Высокая степень надежности электроснабжения обуславливается за счет дублирования систем РЗА и применением ПЛК совместно с системой SCADA.

Таким образом, совместное использование ПЛК и РЗА является эффективным способом повышения энергоэффективности и надёжности, позволяя наиболее эффективным способом оптимизировать работу энергосистемы предприятия.

Список литературы:

1. Жежеленко И. В., Липский А. М., Коляда Л. И. Математические методы моделирования параметров режимов электрических сетей // ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет». – 1997. – - № 3. – С.
2. Васьковская Т.А. Анализ оптимальных режимов электроэнергетических систем на основе множителей Лагранжа: дис. ... докт. тех. наук. – М., 2018. – 318 с.
3. Семенова Л.А. Разработка методики принятия решения по развитию систем электроснабжения с применением техноценологического подхода и теории нечетких множеств : диссертация ... к.т.н. – Магнитогорск, 2010. – 187 с.
4. Трубицин М.А., Микаэльян Е.Ю. Оптимизация распределения реактивных мощностей подстанций энергосистем // ИВД. – 2021. – №3 (75). – С. 22 – 33.
5. Варганов Д.Е. Оптимизация режимов работы источников распределенной генерации в условиях промышленных систем электроснабжения // ЭС и К. – 2015. – №4 (29). – С. 22 – 25.