Обоснование системы резервного электроснабжения ООО "Птицефабрика Маркинская"

Justification of backup power system at Markinskaya poultry farm

Stanislav Dosaev

Undergraduate Volgograd State Agricultural University, Russia, Volgograd

Аннотация. Обоснована необходимость применения резервной электростанции. Произведено технико-экономическое обоснование использования двухгенераторной электростанции и расчет ее надежности.

Abstract. The necessity of application of backup power system is proved. A feasibility study of the use of a two-generators and the calculation of its reliability has been carried out.

Ключевые слова: Надежность электроснабжения; резервное питание; дизель-генератор; птицефабрика.

Keywords: Power supply reliability; backup power; diesel generator set; poultry farm.

Надежность электроснабжения промышленных предприятий всегда требует особого внимания начиная со стадии проектирования и заканчивая ежедневной эксплуатацией. Для птицефабрик по производству яиц с содержанием 100 тыс. кур-несушек и более устанавливается I категория надежности, что предполагает необходимость обеспечения резервным электроснабжением. Источником резервного питания могут быть сети электроэнергетической системы или специальная резервная электростанция. Источник резервного питания выбирается путем технико-экономического сравнения различных вариантов. Резервные источники электроснабжения наиболее ответственных потребителей первой категории должны вводиться в действие автоматически.

При выходе из строя любого из источников оставшийся в работе должен обеспечить нагрузку электроприемников первой и второй категорий при отклонениях напряжения не более чем на 10 %.

Ко второй категории относят птицеводческие фермы меньшей производительности, чем указанная для потребителей первой категории. Ко второй категории относятся потребители, перерыв в электроснабжении которых приводит к нарушению выхода сельскохозяйственной продукции и ее частичной порче. Потребители и электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников питания. Из электроприемников второй категории выделяется группа, не допускающая перерывов в электроснабжении длительностью более 0,5 ч, остальные электроприемники допускают перерыв на время ручного включения резерва.

На птицефабрике "Маркинская" Ростовской области по какой-то причине установлена третья категория надежности электроснабжения, допускающая возможность отключения электрической энергии до 24 часов подряд, но не более 72 часов в год. Повышение категорийности возможно, однако в соответствии со ст.210 ГК РФ [2], за собственный счёт предприятия. Очевидно, что многомиллионные вложения в проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию второй линии нерентабельны. Снабжение электрической энергией ООО «Птицефабрика Маркинская» осуществляется по двум ВЛ-10 кВ от ПС Ш27, которая в свою очередь запитана по двум ВЛ-35 кВ от ПС Ш35. В качестве резервного источника электроэнергии на предприятии установлен один дизельный генератор мощностью 100 кВА. Теоретически это возвращает нас к первой категории. Однако, в 2015г на птицефабрике произошёл сбой в электроснабжении, повлекший к колоссальным материальным потерям. Восстановим хронологию событий того происшествия.

24.06.2015 к 14 часам 19 минутам для выполнения плановых работ на ПС Ш35 было выведено в ремонт оборудование одной из ВЛ-35 кВ питающих ПС Ш27.

24.06.2015 в 17 часов 36 минут произошло аварийное отключение второй ВЛ-35 кВ и, как следствие, полное погашение ПС Ш27, а следовательно и ООО «Птицефабрики Маркинская».

24.06.2015 в 19 часов 00 минут, после ввода из ремонта оборудования на ПС Ш 35 первая ВЛ-35 кВ была включена в работу, и питание потребителей ПС Ш27 было восстановлено.

В период обесточивания дизель-генератор завести не удалось, и предприятие осталось без электрической энергии, а следовательно вентиляция в корпусах содержания курицы несушки кросса Хайсекс Браун была отключена на 1 час 24 минуты. В результате теплового удара и асфиксии погибло 63645 голов птицы. Убытки составили 12 500 000 рублей.

Таким образом, череда случайных событий, вероятность наступления каждого из которых и так не велика, тем не менее свершилась и привела к серьёзным последствиям. И если проблемы, возникшие на подстанциях находятся не в сфере влияния предприятия, то выбор резервного источника питания как раз является нашей прерогативой. Использование одного дизель-генератора в качестве резервного источника электроэнергии оказалось недостаточно надежным. Очевидно, что вменение в обязанности персонала электротехнической службы проведения регулярных технических осмотров, обслуживаний и проверок работоспособности повысит надежность резервной электростанции, однако исключить отказ полностью не сможет. В связи с вышеизложенным, предлагаем использовать вместо одного резервного дизель-генератора требуемой мощности двух, меньшей мощности. Для работы системы поддержания микроклимата на полную мощность в летний период необходимо 72 кВт. Т.е. для питания птицефабрики необходим дизель генератор мощностью 80 кВт или два дизель генератора по 40 кВт. Однако в период с осени по весну потребление электроэнергии значительно снижается, поскольку таких потребностей в вентиляции как летом нет, значит целесообразнее будет использовать один дизель-генератор на 40 кВт с номинальной загрузкой, чем недогруженный на 80 кВт. Да и в летней период работа половины вентиляции в течении небольшого промежутка времени не повлечет за собой гибели птицы в следствии асфиксии или теплового удара.

Сравним стоимость приобретения одного дизель-генератора и двухгенераторной электростанции на примере продукции компании «КАМА-Энергетика» [3]. Выбор производителя основан на применении в энергетических установках двигателей внутреннего сгорания КАМАЗ (Россия) или МАЗ (Белорусь), что существенно упрощает их обслуживание. Во всех случаях используются генераторы британской компании Stamford. Из модельного ряда компании выберем дизельный генератор М-40S стоимостью 503 тысячи рублей и дизельный генератор К-80S стоимостью 729 тысяч рублей. Тогда для получения требуемой мощности в 80 кВт необходимо 1006 тысяч рублей или 729 тысяч рублей. Таким образом, стоимость приобретения двух дизель-генераторов по 40 кВт обойдётся на 277 тысяч рублей дороже.

Основные технические характеристики, необходимые для сравнения эксплуатационных свойств и расходов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Основные характеристики выбранных дизель-генераторов

Первым заметным отличием является ресурс до капитального ремонта - 8 тысяч моточасов М-40S против 32 тысяч у К-80S. Однако в связи со спецификой использования устройств, даже при самых неблагоприятных условиях, работать они будут должны не более 72 часов в год, значит ресурса в 8 тысяч моточасов хватит на 111 лет. Поэтому этот фактор можно считать несущественным.

Следующее, на что стоит обратить внимание - расход топлива. Летом, в период полной загрузки он практически одинаков для двух М-40S или одного К-80S. Однако в период с осени по весну расход одного работающего М-40S окажется почти на 10 литров дизельного топлива в час меньше, чем К-80S, что при стоимости 1 литра топлива в 45 рублей сократит расходы на 10,8 тысяч рублей в сутки или при самых неблагоприятных условиях 32,4 тысячи рублей.

Рекомендованная производителями моторных масел ежегодная (при работе менее 300 моточасов в год) замена масла и фильтрующих элементов сэкономит еще минимум 2 тысячи рублей при использовании двух М-40S.  Таким образом, экономия на эксплуатационных расходах существенна, однако не способна окупить разницу в стоимости приобретения. Однако эта разница с лихвой окупится при первом же аварийном случае, подобном описанному выше. Поэтому решающим фактором при выборе двух дизель-генераторов меньшей мощности будем считать именно надёжность, поскольку в этом случае получаем своего рода двойное резервирование источника питания, способное сократить риски отключения электрооборудования птицефабрики до минимума.

Приведенные подсчеты справедливы для потребителей небольшой мощности (до 100 кВт), в случае же увеличения объёмов производства или рассмотрения предприятий с подобной схемой электроснабжения но с большими нагрузками (до 200 кВт и более), соотношение стоимости оборудования изменится и сделает более выгодным применение двух дизель-генераторов уже на стадии приобретения. Сравним надежности использования одного дизель-генератора или двух меньшей мощности путём расчетного определения безотказности работы оборудования с использованием методики, изложенной в [4]. Чтобы исключить период приработки, примем условие, что оборудование во всех вариантах освоено и отработанно. Для всех элементов системы вероятность безотказной работы следует экспоненциальному закону распределения:

где    λ_i = const - значение интенсивностей отказов, для резервных дизель-генераторов λ_рдг = 68·10^-6 1/ч.

Необходимо определить вероятность безотказной работы системы резервного электроснабжения в течение 72 часов. Для одного генератора, обеспечивающего полную потребную мощность, это вероятность будет равна:

Для двух генераторной электростанции в период с осени по весну будем считать, что надежность обеспечена при работе любого из дизель-генераторов, а их отказы независимы, тогда вероятность безотказной работы системы будет определяться как для параллельно работающих элементов:

В летний период вероятность безотказной работы системы необходимо определять как для параллельно работающих элементов, тогда:

Очевидно, что в летний период надежность двухгенераторной станции получается ниже, чем при использовании одного дизель-генератора. Однако это справедливо только если в случае обесточивания предприятия, резервная электростанция будет обеспечивать полную потребную мощность. Если же разделить оборудование предприятия по категориям надежности (например, как описано выше, включать от резерва лишь половину вентиляторов) с применением секционирования, то для этого оборудования надежность электроснабжения получится такой же, как и при использовании одного дизель-генератора.

Вывод. С целью снижения (или даже исключения) рисков получения многомиллионных убытков вследствие обесточивания электрооборудования птицефабрики "Маркинская", рекомендуется использовать в качестве резервного источника электроэнергии электростанцию с двумя дизель-генераторами.