Основные ошибки при проектировании трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ промышленных предприятий

Трансформаторные подстанции (далее ТП) 10 0,4 кВ на промышленных предприятиях за последние 30 лет значительно изменились как в плане наполнения оборудованием, так и конечным своим назначением. Сбор, учет, передача данных телеметрии, управление электроприемниками ‒ сегодня помимо преобразования одного класса напряжения в другой эти решения играют значимую роль в автоматизации технологического процесса преобразования и распределения электроэнергии.

Процесс проектирования этих объектов тоже претерпел изменения: c одной стороны стал сложнее в плане правильности подбора того или иного оборудования, расчетов тех или иных показателей, но с другой стороны стал и проще, благодаря наличию многих систем автоматизированного проектирования и расчета. Его результаты во многом определяются тем, насколько хорошо знаком инженер-проектировщик с современными ТП и требованиями к ним. В нашей статье мы рассмотрим основные ошибки проектирования трансформаторных подстанций 10 0,4 кВ.

Наш опыт показывает, что основные проблемы при проектировании трансформаторных подстанций 10 0,4 кВ промышленных предприятий обусловлены двумя распространенными ошибками:

Рассмотрим, как эти ошибки влияют на результат проекта, и каким образом их можно избежать.

Подбор коммутационной аппаратуры

Типичной ошибкой в части подбора коммутационной аппаратуры является неправильный выбор номинала автоматического выключателя (номинала расцепителя автоматического выключателя), не соответствующего максимальному рабочему току группы электроприемников в длительном режиме (условие Iн.расц ≥ Iраб.макс.) или току единичного электродвигателя (условие Iн.расц ≥ Iном.дв).

Завышение номинального тока расцепителя по отношению к номинальному току единичного присоединения (электродвигателя) может потребоваться при необходимости:

• обеспечения стойкости выключателя к большим токам КЗ, например, при подключении электродвигателя с небольшим номинальным током непосредственно к шинам основного щита 0,4 кВ (ГРЩ-0,4 кВ);
• обеспечения отстройки отсечки автоматического выключателя или возврата встроенной защиты от перегрузки (кроме тепловой) при пуске или самозапуске электродвигателей.

Для вышеперечисленных задач есть более рациональное решение ‒ установка специальных автоматических выключателей с электронными расцепителями для защиты электродвигателей, к которым дополнительно устанавливается контактор и реле перегрузки.

Ошибки в подборе автоматических выключателей, сделанные на этапе проектирования, в дальнейшем при эксплуатации в некоторой степени можно компенсировать наличием гибких систем регулирования уставок в расцепителях автоматических выключателей, вплоть до 60%.

Но данное утверждение будет справедливо только для электронных расцепителей с возможностью одновременного регулирования следующих основных защит (не менее двух): защиты от перегрузки (Ir, tr), защиты от короткого замыкания с задержкой по времени срабатывания (Isd, tsd), защиты от короткого замыкания с мгновенным срабатыванием (Ii).

В остальных случаях придется прибегнуть к более существенным изменениям: перераспределить нижестоящих потребителей по схеме, либо осуществить полную замену силового блока (выдвижного блока) автоматического выключателя в
РУ-0,4 кВ.

Избежать ошибок в подборе коммуникационной аппаратуры просто. Убедитесь, что вашим специалистам доступна актуальная информация: каталоги заводов-изготовителей, их рекомендации по подбору и настройке селективности, а также организуйте своевременное повышение квалификации персонала.

Стоит отметить, что неправильный подбор коммутационной аппаратуры может являться также следствием необоснованного завышения мощности силовых трансформаторов, но не наоборот. Неправильно подобрав мощность трансформатора, можно получить значительные первоначальные затраты при строительстве, а также еще и увеличение в дальнейшем эксплуатационных затрат, особенно, касающихся возможных аварийных ситуаций.

Расчет мощности силовых трансформаторов

Таким образом, мы подошли к, наверное, основной проблеме – необоснованное завышение мощности силовых трансформаторов. Почему именно завышение?

Довольно часто Заказчики, чтобы перекрыть некие риски со своей стороны («перестраховка», «больше, не меньше», «непонятная перспектива») обязывают Проектировщика к установке силовых трансформаторов не менее определенной мощности.

В качестве примера приведу требование из реального технического задания «…мощность силового трансформатора определить расчетом, но не менее 2500 кВА…».

С одной стороны, в данном требовании есть здравый смысл. Все-таки мы имеем дело с производством, постоянно растущим, усложняющимся технологическим процессом, который в свою очередь требует больше мощности.

Но, с другой стороны, сейчас в промышленности начинают все чаще устанавливать частотно-регулируемые приводы (преобразователи частоты), которые позволяют снижать энергопотребление, сделать его более сбалансированным. Да и сам технологический процесс в том или ином виде стремятся делать менее энергозатратным (ресурсозатратным) в том числе и в части потребления электроэнергии.

Поэтому необходимо искать «золотую середину», соответствующую адекватным капитальным вложениям и последующей эксплуатации в перспективе не менее 20 лет.

Расчет электрических нагрузок и, как следствие, расчет мощности силовых трансформаторов ‒ наиболее ответственный этап при проектировании ТП любого предприятия, любой отрасли. Результаты расчета в значительной степени определяют размеры капитальных вложений в энергетическое строительство.

Последствия ошибки необоснованного увеличения мощности силовых трансформаторов можно описать на следующем примере строительства трансформаторной подстанции на одном из крупных промышленных предприятий, которое осуществила компания «Первый инженер» в прошлом году.

Изначально, согласно предварительному Техническому заданию, мощность трансформаторов предполагалась не менее 2500 кВА. Такая мощность влечет за собой увеличение номинального тока сборных шин, вводных автоматических выключателей низковольтного распределительного щита (НКУ) 0,4 кВ до 4000 А (стоимость одного такого аппарата составляет более 1 млн. руб.), увеличение габаритов щита и самого блочно-модульного здания подстанции, существенные требования к прочему сопутствующему оборудованию. С учетом работ, реализация такого проекта в формате «под ключ» составила бы 100 млн. рублей.

Предпроектное обследование, которое мы провели с коллегами, заставило усомниться в том, что указанная мощность соответствует реальным потребностям объекта, а дальнейшие расчеты показали необходимость и достаточность установки трансформаторов мощностью 1600 кВА. Снижение требований к сопутствующему оборудованию и инфраструктуре позволило снизить бюджет проекта до 60 млн рублей. То есть экономия от неоправданного завышения составила 40%. При этом нагрузочная способность трансформаторов, выраженная потребляемой мощностью, как в нормальных, так и в аварийных режимах, уже в процессе эксплуатации не показала превышений расчетных величин.

Давайте разберемся, на что следует ориентироваться при проведении таких расчетов и как Заказчик может избежать завышения мощности силовых трансформаторов?

В нормативно-технической документации сегодня существует один основной документ, регламентирующий расчет электрических нагрузок на промышленных предприятиях ‒ РТМ 36.18.32.4-92 «Указания по расчету электрических нагрузок», выпущенный в 1993 г. ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект» и до сих пор актуальный в части методологии расчета. Физический смысл расчетов очень хорошо описан в Пособии к «Указаниям по расчету электрических нагрузок», являющемся неотъемлемой частью данного документа.

Поэтому при разработке решений в части обоснования мощности силового трансформатора в обязательном порядке со стороны Заказчика необходимо требовать предоставление расчета электрических нагрузок по форме Ф636-92, указанной в РТМ 36.18.32.4-92. Данная табличная форма наглядно описывает все участвующие в расчетах электроприемники и их физические величины с коэффициентами использования.

Кроме того, опыт проведения таких расчетов показывает, что Проектировщику правильным будет начать расчет с общей систематизации всех электроприемников по цеху, по принадлежности к технологическому механизму (или по другому признаку), в таблице произвольной формы, с указанием также всех физических величин и описанием режимов работы (постоянный, периодический, кратковременный и т.д.), описанием устанавливаемых устройств пуска и регулирования (УПП, ЧРП).

Именно этой отдельной табличной формой удобно пользоваться, чтобы вести учет различных параметров, получаемых от смежных проектных подразделений (технологии, автоматизации и т.д.).

Еще один полезный документ, в котором достаточно подробно изложены предварительные этапы выбора мощности трансформатора на объектах нового строительства, — НТП «Проектирование электроснабжения промышленных предприятий», 1994 г., разработанный также ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект». Этими нормативами можно и нужно руководствоваться при проведении предварительных расчетов, формировании предварительного технического задания или проведении технико-экономического обоснования на новом планируемом к строительству объекте.

Использование перечисленных нормативов в работе для подбора силовых трансформаторов поможет избегать ошибок еще на стадии формирования технического задания. И разумеется, не стоит забывать еще об одном «инструменте», всегда доступном современному заказчику. Привлекайте экспертов для проведения предварительных расчетов. Ими могут быть проектные организации или независимые специалисты, чей опыт поможет минимизировать все риски при постановке задачи по выбору силового оборудования трансформаторных подстанций 10 0,4 кВ.