Выбор схемы развития районной электрической сети
Реферат.
Целью настоящей работы является выбор наилучшей в технико-
экономическом смысле схемы развития районной электрической сети при
соблюдении заданных требований к надежности схемы электроснабжения и к
качеству электроэнергии отпускаемой потребителям, непосредственное
проектирование подстанции.
Необходимо произвести подключение нового потребителя к уже
существующей исходной электрической сети. Рассмотрено три варианта
подключения проектируемой подстанции № 10. Проектирование производилось с
учетом климатических условий, в которых находится подстанция.
В работе приведены расчеты нормальных и аварийных режимов всех
рассматриваемых вариантов. Произведен выбор сечений проводов линий
электропередач для каждого варианта. Произведено технико-экономическое
сравнение вариантов. В результате чего был выбран наиболее оптимальный
вариант присоединения проектируемой подстанции к существующей сети.
Следующим этапом было проведено проектирование понижающей подстанции 110/10
кВ, выбор числа и мощности силовых трансформаторов, трансформаторов
собственных нужд, выбор оборудования и коммутационной аппаратуры. В
«Разделе релейная защита» был произведен расчет релейной защиты силового
трансформатора. Расчеты нормальных и аварийных режимов выполнены в
программе «RASTR». Расчеты токов короткого замыкания выполнены в программе
«ТКЗ-3000». Выбор числа и мощности силовых трансформаторов, их тепловой
режим работы в зимний и летний периоды выполнены в программе «TRANS».
Дипломный проект содержит:
Листов –
Рисунков –
Таблиц –
Приложений –3
Перечень листов графических документов.
|№ п/п |Наименование |Количество |Формат |
|1 |Варианты развития электрической сети |1 |А1 |
|2 |Технико-экономическое сравнение вариантов |1 |А1 |
|3 |Результаты расчёта установившихся режимов |2 |А1 |
|4 |Главная схема электрических соединений |1 |А1 |
| |подстанции | | |
|5 |Конструктивное выполнение подстанции |1 |А1 |
|6 |Релейная защита трансформатора |1 |А1 |
Содержание
Задание на проектирование
Реферат
Перечень листов графических документов
Введение
1. Цель работы и характеристика исходной информации.
2. Проектирование электрической сети
1. Разработка вариантов развития сети
2. Выбор сечений линий электропередач
3. Технико-экономическое сопоставление вариантов развития сети
3. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов
1. Расчёт режимов систематических нагрузок и аварийных перегрузок
трансформатора ТРДН-25000/110/10 (вариант I)
2. Расчёт режимов систематических нагрузок и аварийных перегрузок
трансформатора ТРДН-16000/110/10 (вариант II).
3. Экономическое сопоставление вариантов трансформаторов
4. Анализ установившихся режимов электрической сети.
5. Расчёт токов короткого замыкания.
6. Главная схема электрических соединений.
1. Основные требования, предъявляемые к главным схемам распределительных
устройств.
2. Выбор схемы распределительного устройства высокого напряжения (РУ ВН).
3. Выбор оборудования РУ ВН.
4. Выбор схемы распределительного устройства низшего напряжения (РУ НН).
5. Выбор оборудования (РУ НН).
6. Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения.
7. Выбор токоведущих частей на РУ НН.
8. Собственные нужды и оперативный ток.
9. Выбор ограничителей перенапряжения.
7. Конструктивное выполнение подстанции.
8. Релейная защита понижающего трансформатора.
1. Расчёт дифференциальной токовой защиты понижающего трансформатора.
2. Расчёт МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению.
3. Расчёт МТЗ от перегрузки.
9. Безопасность и экологичность проекта.
1. Краткое описание проектируемого объекта.
2. Вредные и опасные факторы.
3. Меры безопасности при обслуживании.
4. Пожарная безопасность
5. Экологичность проекта
6. Чрезвычайные ситуации.
7. Грозозащита и заземление подстанции.
8. Расчёт заземляющих устройств (ЗУ).
10. Смета на сооружение подстанции.
Заключение
Приложения
1. Расчёт теплового режима силовых трансформаторов.
2. Расчёт токов короткого замыкания
3. Расчёт установившихся режимов
Библиографический список
Введение.
Развитие энергетики России, усиление связей между энергосистемами
требует расширение строительства электроэнергетических объектов, в том
числе линий электропередач и подстанций напряжением 35-110кВ переменного
тока.
В настоящее время ЕЭС России включают в себя семь параллельно
работающих объединений энергосистем: Центра, Средней Волги, Урала, Северо-
запада, Востока, Юга и Сибири.
Производство электроэнергии растет во всем мире, что сопровождается
ростом числа электроэнергетических систем, которое идет по пути
централизации выработки электроэнергии на крупных электростанциях и
интенсивного строительства линий электропередач и подстанций.
Проектирование электрической сети, включая разработку конфигурации
сети и схемы подстанции, является одной из основных задач развития
энергетических систем, обеспечивающих надёжное и качественное
электроснабжение потребителей. Качественное проектирование является основой
надёжного и экономичного функционирования электроэнергетической системы.
Задача проектирования электрической сети относится к классу
оптимизационных задач, однако не может быть строго решена оптимизационными
методами в связи с большой сложностью задачи, обусловленной
многокритериальностью, многопараметричностью и динамическим характером
задачи, дискретностью и частичной неопределенностью исходных параметров.
В этих условиях проектирование электрической сети сводится к
разработке конечного числа рациональных вариантов развития электрической
сети, обеспечивающих надёжное и качественное электроснабжение потребителей
электроэнергией в нормальных и послеаварийных режимах. Выбор наиболее
рационального варианта производится по экономическому критерию. При этом
все варианты предварительно доводятся до одного уровня качества и
надёжности электроснабжения. Экологический, социальный и другие критерии
при проектировании сети учитываются в виде ограничений.
1. Цель работы и характеристика исходной информации.
Целью дипломного проекта является разработка рационального, в
технико-экономическом смысле, варианта электроснабжения потребителей вновь
сооружаемой подстанции 10 с соблюдения требований ГОСТ к надёжности и
качеству электроэнергии, отпускаемой потребителям, а также разработка
электрической схемы и компоновка подстанции, выбора основного оборудования,
и оценка работы подстанции в нормальных, аварийных и послеаварийных
режимах. Карта-схема района электроснабжения представлена на рис. 1.1,
подстанция сооружается в районе Урала со среднегодовой температурой
окружающей среды +50С.
Источниками электроэнергии в схеме является ГРЭС, работающая на
буром угле и соседняя энергосистема, эквивалентированная к узлу 1, мощность
которой существенно превышает мощность рассматриваемого района развития
сети, поэтому напряжение в узле 1 можно считать неизменным при колебании
нагрузок рассматриваемой сети (U1=115кВ). На ГРЭС установлены генераторы
ТВВ-200 и трансформаторы ТДЦ-250000/220. Системообразующая сеть 220кВ
выполнена проводом АС-400, распределительная сеть 110кВ выполнена проводом
АС-240.
Потребители электроэнергии подключаемой подстанции №10 включают
промышленную и коммунальную нагрузку общей мощностью в максимальном режиме
32 МВт при cos?=0,87. График нагрузки приведён на рисунке 1.2 и в таблице
1.1.
Состав потребителей по категориям надёжности электроснабжения:
I категория – 40%
II категория – 40%
III категория – 20%;
Номинальное низшее напряжение подстанции 10 кВ;
Число отходящих линий - 16
P=80MBт
Р =110МВт 4 cos?=0,9
cos?=0,9
4
ТДЦН – Р50000/220
2 1000
4ТВВ-200
Uбаз P=32МВт
cos=0,87
1 10
6 Р=130МВт
cos?=0,9
7
9 8 5
P=16,9МВт
3 cos?=0.9
Р=125МВт
cos?=0,9
Рис.1.1 Карта-схема района электроснабжения.
График нагрузки характерного зимнего дня
[pic]
График нагрузки характерного летнего дня
[pic]
Рис.1.2 График нагрузки трансформаторов.
Таблица 1.1
График нагрузки характерного летнего и зимнего дня.
|Часы |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |10 |11 |12 |
|суток | | | | | | | | | | | | |
|Зима, % |40 |40 |40 |40 |50 |50 |40 |40 |40 |40 |40 |50 |
|Лето, % |30 |30 |30 |30 |40 |40 |30 |30 |30 |30 |30 |40 |
|Часы |13 |14 |15 |16 |17 |18 |19 |20 |21 |22 |23 |24 |
|суток | | | | | | | | | | | | |
|Зима, % |40 |40 |80 |100 |100 |100 |100 |100 |40 |40 |80 |80 |
|Лето, % |30 |30 |70 |70 |80 |80 |80 |70 |30 |30 |70 |70 |
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ.
1. Разработка вариантов развития сети.
На стадии выбора конкурентно способных вариантов развития
электрической сети решаются две основные задачи – определение рационального
класса напряжения сети и выбор конфигурации сети.
Определение рационального класса напряжения зависит от района, в
котором ведётся проектирование, мощности присоединяемых узлов и их
удалённости от источников электроэнергии.
Анализ карты-схемы сети (рис.1.1) , расположение и параметры и
параметры присоединяемой подстанции №10 однозначно определяют класс
напряжения сети 110кВ, так как это напряжение явно выгоднее. И
использование другого класса напряжения требует дополнительной ступени
трансформации и является нерациональным.
Разработка вариантов развития сети, связанная с присоединением
подстанции 10 к сети 110кВ, выполнена при соблюдении следующих основных
принципов выбора конфигурации сети:
- сеть должна быть как можно короче географически;
- электрический путь от источников к потребителю должен быть как
можно короче;
- существующая сеть должна быть короче;
- каждый вариант развития сети должен удовлетворять требованиям
надёжности;
- потребители I и II категории по надёжности электроснабжения должны
получать питание от двух независимых источников (по двум или более
линиям);
- в послеаварийных режимах (отключение линии, блока на станции)
проектируемые и существующие линии не должны перегружаться (ток по
линии не должен быть больше длительно допустимого тока по нагреву).
С учётом указанных требований были разработаны варианты
присоединения подстанции №10 к энергосистеме.
Вариант I (рис.2.1) предполагает подключение проектируемой
подстанции №10 по наиболее короткому пути от узла №7 (строительство двух
линий 110кВ общей длиной 20км).
Вариант II (рис.2.2) предполагает присоединение подстанции №10 в
кольцо от узлов №7 и №8 (строительство двух линий 110кВ общей длиной 45км).
Вариант III (рис.2.3) предполагает подключение проектируемой
подстанции №10 от узла №8 (строительство двух линий 110кВ общей длиной
50км).
Вариант IV (рис.2.4) предполагает подключение проектируемой
подстанции №10 в кольцо от узлов №5 и №7 (строительство двух линий 110кВ
общей длинной 60км)
32/0.87 10
40/0.85
7
20/0.85
9 8 5
60/0.85
16.9/0.9
существующая сеть
проектируемая сеть
Рис.2.1 Развитие сети по варианту I
32/0.87 10
40/0.85
7
20/0.85
9 8 5
16.9/0.9
60/0,85
существующая сеть
проектируемая сеть
Рис.2.2 Развитие сети по варианту II
32/0.87 10
40/0.85
7
20/0.85
9 8 5
60/0.85
16.9/0.9
существующая сеть
проектируемая сеть
Рис.2.3 Развитие сети по варианту III
32/0.87 10
40/0.85
7
20/0.85
9 8 5
16.9/0.9
60/0.85
существующая сеть
проектируемая сеть
Рис. 2.4 Развитие сети по варианту IV
2. Выбор сечений линий электропередач.
Выбор сечений линий электропередачи выполняется с использованием
экономических токовых интервалов. При этом в зависимости от принципов
применяемых при унификации опор зоны экономических сечений могут
сдвигаться, поэтому для однозначности проектных решений при выборе сечений
оговариваются используемые опоры и таблицы экономических интервалов
сечений.
Проектируемая подстанция и сооружаемые линии электропередачи
находятся в климатической зоне Урала, относящийся к I району по гололёду.
Для строительства линий электропередач используются стальные опоры.
Значения экономических токовых интервалов были взяты из таблицы 1.12 [2].
Для выбора сечений линий электропередач предварительно подсчитаны токи
нагрузки узлов в максимальном режиме.
Токи нагрузки узлов рассчитываются по формуле:
[pic] (2.1)
где Р – мощность подстанции в максимальном режиме
U- номинальное напряжение сети.
Результаты расчётов токов узлов приведены в таблице 2.1
Таблица 2.1
Результаты расчёта токов узлов.
|№ узла |Мощность, МВт|[pic] |Класс |Ток нагрузки,|
| | | |напряжения, |А |
| | | |кВ | |
|2 |110 |0,9 |220 |321 |
|3 |125 |0,9 |220 |364 |
|4 |80 |0,9 |220 |233 |
|6 |130 |0,9 |220 |379 |
|7 |40 |0,85 |110 |247 |
|8 |60 |0,85 |110 |370 |
|9 |20 |0,85 |110 |123 |
|10 |32 |0.87 |110 |193 |
|5 |16.9 |0,9 |220 |44 |
Расчёт токораспределения в сети для выбора сечений производится по
эквивалентным длинам.
Потокораспределение в системообразующей сети остаётся постоянным для
всех вариантах присоединения проектируемой подстанции 10 и не зависит от
варианта её присоединения. Поэтому по системообразующей сети
потокораспределение рассчитывается один раз и в дальнейшем анализе
учитываться не будет.
Токораспределение системообразующей сети приведено в
таблице 2.2.
Токораспределение распределительной сети приведено в таблице 2.3…2.5
соответственно для вариантов I-IV. Линии 5-8, 5-7, 8-9 –существующие,
сечение линий АС-240.
Таблица 2.2
Токораспределение системообразующей сети.
|№ линии |Длина, км |Число линий |Приведённая |Ток в линиях,|
| | | |длина, км |А |
|1-3 |54 |1 |54 |89 |
|1-2 |50 |2 |25 |129 |
|3-5 |59 |1 |59 |393 |
|2-1000 |70 |1 |70 |575 |
|4-1000 |58 |2 |29 |97 |
|5-1000 |58 |2 |29 |373 |
|6-1000 |62 |2 |31 |242 |
Таблица 2.3
Токораспределение распределительной сети (Вариант I).
|№ линии |Длина, км |Число линий |Приведённая |Ток в линиях,|
| | | |длина, км |общий, А |
|5-8 |40 |2 |20 |512 |
|5-7 |46 |2 |23 |262 |
|8-9 |20 |1 |20 |143 |
|7-10 |40 |2 |20 |206 |
Таблица 2.4
Токораспределение распределительной сети (Вариант II).
|№ линии |Длина, км |Число линий |Приведённая |Ток в линиях,|
| | | |длина, км |А |
|5-8 |40 |2 |20 |592 |
|5-7 |46 |2 |23 |384 |
|8-9 |20 |1 |20 |268 |
|7-10 |20 |1 |20 |254 |
|8-10 |25 |1 |25 |162 |
Таблица 2.5
Токораспределение распределительной сети (Вариант III).
|№ линии |Длина, км |Число линий |Приведённая |Ток в линиях,|
| | | |длина, км |А |
|5-8 |40 |2 |20 |720 |
|5-7 |46 |2 |23 |258 |
|8-9 |20 |1 |20 |170 |
|8-10 |50 |2 |25 |206 |
Таблица 2.6
Токораспределение распределительной сети (Вариант IV)
|№ линии |Длина, км |Число линий |Приведённая |Ток в линиях,|
| | | |длина, км |А |
|5-8 |40 |2 |20 |512 |
|5-7 |46 |2 |23 |318 |
|8-9 |20 |1 |20 |134 |
|5-10 |40 |1 |40 |143 |
|7-10 |20 |1 |20 |132 |
Таблица 2.7
Выбор сечений линий электропередач.
|№ варианта |№ линии |Ток на одну |Число |Марка и |
| | |цепь, А |проектируемых |сечение |
| | | |линий |провода |
|I |7-10 |103 |2 |АС-120 |
|II |8-10 |81 |1 |АС-120 |
| |7-10 |127 |1 |АС-120 |
|III |8-10 |103 |2 |АС-120 |
|IV |7-10 |66 |1 |АС-120 |
| |5-10 |143 |1 |АС-120 |
Проверка выбранных сечений выполняется из условий наиболее тяжёлых
аварийных режимов, в качестве которых использованы:
- Обрыв одной из параллельных цепей в радиальной сети;
- Обрыв наиболее нагруженной линии в кольце.
Результаты проверки выбранных сечений для распределительной сети
приведены в таблицах 2.8…2.11 соответственно для вариантов I-IV.
Таблица 2.8
Проверка сечений линий распределительной сети (Вариант I).
|№ |Сечение |Число |Вид аварии |Ток на 1 цепь, А |Результат|
|линии | |цепей | | |проверки |
| | | | |Iавар. |Iдоп. | |
|5-7 |АС-240 |2 |обрыв 5-7 |431 |610 |удовл. |
|7-10 |АС-120 |2 |обрыв 10-7 |206 |390 |удовл. |
Таблица 2.9
Проверка сечений линий распределительной сети (Вариант II).
|№ |Сечение |Число |Вид аварии |Ток на 1 цепь, А |Результат|
|линии | |цепей | | |проверки |
| | | | |Iавар. |Iдоп. | |
|5-7 |АС-240 |2 |обрыв 5-7 |335 |610 |удовл. |
|5-8 |АС-240 |2 |обрыв 5-8 |532 |610 |удовл. |
|7-10 |АС-120 |1 |обрыв 8-10 |208 |390 |удовл. |
|8-10 |АС-120 |1 |обрыв 7-10 |208 |390 |удовл. |
Таблица 2.10
Проверка сечений линий распределительной сети (Вариант III).
|№ |Сечение |Число |Вид аварии |Ток на 1 цепь, А |Результат|
|линии | |цепей | | |проверки |
| | | | |Iавар. |Iдоп. | |
|5-8 |АС-240 |2 |обрыв 5-8 |720 |610 |неудовл. |
|8-10 |АС-120 |2 |обрыв 8-10 |206 |390 |удовл. |
Таблица 2.11
Проверка сечений линий распределительной сети (Вариант IV).
|№ |Сечение |Число |Вид аварии |Ток на 1 цепь, А |Результат|
|линии | |цепей | | |проверки |
| | | | |Iавар. |Iдоп. | |
|5-10 |АС-120 |1 |обрыв 7-10 |209 |390 |удовл. |
|7-10 |АС-120 |1 |обрыв 5-10 |209 |390 |удовл. |
Анализ результатов проверки сечений проектируемых линий показывает,
что в аварийных режимах по условию длительно допустимого тока не проходит
линия 5-8 в варианте III.
Необходимо добавить к существующим линиям третью.
32/0.87 10
40/0.85
7
20/0.85
9 8 5
60/0.85
16.9/0.9
Существующая сеть
Проектируемая сеть
Рис.2.5 Развитие сети по варианту III с усилением линии 5-8
Анализ результатов проверки сечений проектируемых линий показывает,
что необходимость усиления остальных линий отсутствует, все линии проходят
по длительно допустимому току. Расчёт токов проектируемых линий был
выполнен в программе RASTR.
3. Технико-экономическое сопоставление вариантов развития сети.
Задача технико-экономического сопоставления вариантов развития
электрической сети в общем случае является многокритериальным. При
сопоставлении вариантов необходим учёт таких критериев, как экономический,
критерий технического прогресса, критерий надёжности и качества, социальный
и прочее. Решение в общем случае является очень сложным, и задача сводится
к экономическому сопоставлению вариантов, которые обеспечивают надёжное и
качественное энергоснабжение потребителей с учётом ограничений по экологии
и с выполнением социальных требований.
Критерий по экологии и надёжности учитывается при разработке
вариантов развития сети, критерий качество – при анализе электрических
режимов для наиболее экономичных вариантов.
В качестве экономического критерия для сравнения вариантов развития
использованы приведённые затраты, включая затраты на сооружение линий и
подстанций.
[pic] руб./год, где
[pic]– нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, в
расчётах принимается[pic];
[pic]– капитальные вложения в линии и подстанции
[pic] -соответственно издержки на амортизацию и обслуживание линий
[pic] и подстанций [pic], [pic]- издержки на возмещение потерь энергии в
электрических сетях;
[pic]- математическое ожидание народнохозяйственного ущерба от
нарушения электроснабжения.
Определение капитальных вложений производится обычно по укрупнённым
стоимостным показателям для всего оборудования подстанций и ЛЭП.
Ежегодные издержки [pic] и [pic] определяются суммой отчислений от
капитальных вложений [pic] и [pic], где [pic], [pic]- соответственно
коэффициенты отчислений на амортизацию и обслуживание для линий и
подстанций (табл. 2.12).
[pic]- определяется на основе стоимости [pic] сооружения 1 км линии
[pic] определённых классов напряжения, сечения, марки провода, длины линии
[pic], количество линий [pic]
[pic]
[pic]- включает стоимость подстанции без учёта оборудования
одинакового для всех вариантах. Для предварительных расчётов [pic] можно
принять как
[pic], где
[pic]- число ячеек выключателей 110кВ
[pic] - стоимость одной ячейки (табл.2.12).
[pic], где
[pic]-суммарные потери мощности в сети в максимальном режиме,
определённые для каждой линии[pic]
[pic]
по всем линиям сети
[pic] - число часов максимальных потерь в год
[pic]
[pic] - удельная стоимость потерь электроэнергии в
рассматриваемом режиме ([pic])
Для годового числа использования максимума нагрузки [pic]
[pic]ч.
[pic]- суммарные потери х.х. трансформатора.
Учитывая существенную долю в приведённых затратах капиталовложений и
издержек на подстанции, а также тот факт, что во всех вариантах число,
мощность и типы трансформаторов, число и типы выключателей не зависят от
схемы сети, учёт подстанционных затрат не выполняется.
Все расчёты выполнены в ценах 1985 года и сведены в табл.2.13
Таблица 2.12
Экономическое сравнение вариантов развития сети.
|№ варианта |ВариантI |ВариантII |ВариантIII |ВариантIV |
|Число выключателей |8 |9 |6 |9 |
|добавляемых к схеме. | | | | |
|Число выключателей |2 |3 |0 |3 |
|учитываемых в сравнении | | | | |
|Капитальные вложения в |11.4x |11.4x20+ |14x20+ |11,4х20+ |
|линии (тыс. руб.) |x20x2=524.|11.4x25= |+(11.4x25)x|+11,4х40= |
| |4 |=547.2 |x2=850 |=718,2 |
|Капитальные вложения в |70 |105 |0 |105 |
|подстанцию (тыс. руб.) | | | | |
|Сумма капитальных вложений |524,4+70=5|547,2+105=|850+0=850 |718,2+105= |
|[pic] (тыс. руб.) |94,4 |652,2 | |=823,2 |
|Потери мощности из |3,04 |3,05 |2,338 |2,307 |
|программы «RASTR», (мВт) | | | | |
|Издержки на амортизацию и |0,094х70= |0,094х105=|0 |0,094х105=9,|
|обслуживание ПС |6,58 |9,87 | |87 |
|[pic] (тыс. руб.) | | | | |
|Издержки на амортизацию и |0,028х |0,028х |0,028х |0,028х |
|обслуживание ВЛ |х524,4= |547,2= |850= |718,2= |
|[pic] (тыс. руб.) |=14,68 |=15,32 |=23,8 |=20,1 |
|Издержки на потери |153,54 |154,04 |118 |116,5 |
|электроэнергии | | | | |
|[pic] | | | | |
|(тыс. руб.) | | | | |
|Число часов max потерь |2886 |2886 |2886 |2886 |
|(час/год) | | | | |
|Приведённые затраты |249,14 |260,23 |283,5 |286,42 |
|[pic] | | | | |
|(тыс. руб.) | | | | |
|Соотношение вариантов, % |1 |1,04 |1,13 |1,14 |
Анализ результатов сопоставления вариантов развития сети показывает,
что наиболее экономичным является вариант №1. Этот вариант принимается к
дальнейшему рассмотрению по критериям качества электроэнергии.
3. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов.
1. Расчёт режимов систематических и аварийных перегрузок трансформатора
ТРДН-25000/110 на подстанции №10 (вариант I).
Расчёт произведён с применением программы TRANS.
Получены следующие результаты расчёта, в зависимости от режима.
Зимний график нагрузки.
Режим систематических перегрузок
- износ изоляции – 0.0003 о.е.;
- недоотпуск электроэнергии – 0.00 МВт*ч/сут.;
Режим аварийных перегрузок
- износ изоляции – 1,7827 о.е.;
- недоотпуск электроэнергии – 0,00 МВт*ч/сут.;
Расчёт данного режима показывает, что условия допустимости аварийных
перегрузок не выполняется. С целью введения теплового режима в допустимую
область произведена коррекция графика нагрузки (отключение части
потребителей) таким образом, чтобы недоотпуск электроэнергии потребителям
был минимальным.
Скорректированный зимний график нагрузки показан на рис. 3.1.
График нагрузки характерного зимнего дня
[pic]
Рис.3.1 Скорректированный зимний график нагрузки с указанием номинальной
мощности трансформатора.
График нагрузки характерного летнего дня
[pic]
Рис.3.2 Летний график нагрузки с указанием номинальной мощности
трансформатора.
Летний график нагрузки.
Режим систематических перегрузок
- износ изоляции – 0,0007 о.е.;
- недоотпуск электроэнергии – 0,00 МВт*ч/сут.;
Режим аварийных перегрузок
- износ изоляции – 0,1385 о.е.;
- недоотпуск электроэнергии – 0,00 МВт*ч/сут.;
Капиталовложения – 131 тыс. руб.;
Годовые потери электроэнергии - 850549 кВт*ч/год;
Стоимость годовых потерь – 13 тыс. руб.;
Приведённые затраты (без ущерба) составляют - 41 тыс. руб.
Расчёт показал, что при установке на проектируемой подстанции
трансформатора типа ТРДН-25000/110 условия допустимости систематических и
аварийных перегрузок во всех режимах соблюдается, недоотпуска
электроэнергии нет. Общие затраты на вариант I будут равны приведённым.
З(I) = 41тыс. руб.
2. Расчёт режимов систематических и аварийных перегрузок трансформатора
ТРДН-16000/110 на подстанции №10 (вариант II).
Расчёт произведён с применением программы TRANS.
Получены следующие результаты расчёта, в зависимости от режима.
Зимний график нагрузки.
Режим систематических перегрузок
- износ изоляции – 0,0189 о.е.;
- недоотпуск электроэнергии – 0,00 МВт*ч/сут.;
Режим аварийных перегрузок
- износ изоляции – 212.1621 о.е.;
- недоотпуск электроэнергии – 50.02 МВт*ч/сут.;
Летний график нагрузки.
Режим систематических перегрузок
- износ изоляции – 0,0087 о.е.;
- недоотпуск электроэнергии – 0,00 МВт*ч/сут.;
Режим аварийных перегрузок
- износ изоляции – 170.4378 о.е.;
- недоотпуск электроэнергии – 17.29 МВт*ч/сут.;
Капиталовложения – 96 тыс. руб.;
Годовые потери электроэнергии - 1028792 кВт*ч/год;
Стоимость годовых потерь – 15 тыс. руб.;
Приведённые затраты (без ущерба) составляют - 36 тыс. руб.
Расчёт показал, что при установке на проектируемой подстанции
трансформатора типа ТРДН-16000/110 есть недоотпуск электроэнергии
потребителям. Ущерб от недоотпуска электроэнергии определим по следующей
формуле:
[pic]
[pic]=0,6 руб/кВт*ч – удельный ущерб от недоотпуска электроэнергии
потребителям
[pic]- вероятная длительность простоя трансформатора
[pic]=0,02 отк/год - вероятность отказа трансформатора;
[pic]=720 ч/отказ - время восстановления трансформатора;
[pic]- количество трансформаторов.
Так как отказы в зимний и летний периоды имеют различные недоотпуски
электроэнергии потребителям, разделим вероятную длительность простоя
пропорционально числу зимних и летних дней.
[pic] час/год
[pic]час/год
[pic]час/год
[pic]
= 26,20 тыс.руб/год.
Определим приведённые затраты по варианту II с учётом ущерба от
недоотпуска электроэнергии потребителям.
З(II) = З + У = 36 + 26,20 = 62,20 тыс.руб.
3. Экономическое сопоставление вариантов трансформаторов.
Окончательный выбор варианта выполняется по минимуму приведённых
затрат с учётом ущерба от недоотпуска электроэнергии потребителям.
Определим (в относительных единицах) затраты варианта I, приняв затраты
варианта II за единицу:
Расчёт показывает, что вариант I дешевле варианта II. Исходя из
этого для дальнейшего рассмотрения выбираем вариант установки на
подстанции двух трансформаторов типа ТРДН-25000/110. Результаты
экономического сопоставления вариантов выбора трансформаторов сведены в
табл. 3.1.
Таблица 3.1
Результаты технико-экономического сравнения вариантов.
|Вариант |I |II |
|Трансформатор |2 ТРДН–25000/110 |2 ТРДН–16000/110 |
|Капитальные вложения, |131 |96 |
|тыс.руб. | | |
|Стоимость годовых потерь, |13 |15 |
|тыс.руб. | | |
|Годовые потери |850549 |1028792 |
|электроэнергии, кВт*ч/год | | |
|Недоотпуск | | |
|электроэнергии,МВт*ч/сут. | | |
|зимой |0 |50,02 |
|летом |0 |17,29 |
|Ущерб от недоотпуска |0 |26,20 |
|электроэнергии | | |
|Приведённые затраты, |41 |62,20 |
|тыс.руб. | | |
|% |100 |151,7 |
3. АНАЛИЗ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ.
Расчёт и анализ установившихся режимов электрической сети
выполняется с целью проверки качества электроэнергии, отпускаемой
потребителям. Результаты расчётов используются для выработки решений по
вводу режимов в допустимую область по уровням напряжения в узлах сети и
перетокам по линиям.
Расчёт и анализ установившихся режимов выполнены для лучшего
варианта развития электрической сети, показанного на рисунке 2.2 с
установленной на подстанции 10 двух трансформаторов ТРДН-25000/110-У1.
Расчёты установившихся режимов электрической сети выполняется на
базе вычислительного комплекса RASTR. Алгоритм RASTRа основан на
использовании уравнения узловых напряжений для расчёта установившихся
режимов электрической сети. Система уравнений узловых напряжений решается
ускоренным методом Зейделя.
Согласно ГОСТ на качество электроэнергии допустимые отклонения
напряжения на шинах от номинального составляет:
- в нормальных режимах – 5%
- в аварийных – 10%
- в нормальных режимах – (9,5-10,5)кВ;
- в аврийных режимах – (9-11)кВ.
В проектируемой электрической сети предусмотрены средства
регулирования напряжения. На электростанции с помощью изменения тока
возбуждения может быть изменена выдача реактивной мощности ГРЭС. Допустимые
колебания реактивной мощности при выдаче номинальной активной соответствуют
допустимым значениям [pic] на ГРЭС и приведены в табл. 4.1
Таблица 4.1
Допустимые значения реактивной мощности ГРЭС.
|Активная мощность ГРЭС,|[pic] |Реактивная мощность |
|МВт | |ГРЭС, МВар |
|800 |0,95 |262 |
|800 |0,8 |600 |
Регулирование напряжения на подстанции может быть выполнено с
помощью РПН трансформаторов, позволяющих менять коэффициент трансформации
под нагрузкой. На трансформаторах ТРДН-25000/110 пределы регулирования
составляют [pic] в нейтрале обмотки высокого напряжения. При расчёте с
помощью вычислительного комплекса RASTR коэффициенты трансформации
вычисляются как отношение напряжения низшей обмотки к напряжению высшей и
поэтому всегда меньше единицы. Значения коэффициентов трансформации ТРДН-
25000/110 приведены в табл.4.2.
Таблица 4.2
Значения коэффициента трансформации трансформатора ТРДН-25000/110.
|Номер отпайки |Коэффициент |Номер отпайки |Коэффициент |
| |трансформации | |трансформации |
|0 |0,091 |+1 |0,09 |
|-9 |0,109 |+2 |0,088 |
|-8 |0,106 |+3 |0,087 |
|-7 |0,104 |+4 |0,085 |
|-6 |0,102 |+5 |0,084 |
|-5 |0,1 |+6 |0,082 |
|-4 |0,098 |+7 |0,081 |
|-3 |0,097 |+8 |0,08 |
|-2 |0,095 |+9 |0,079 |
|-1 |0,093 | | |
Расчёты параметров установившихся режимов приведены для следующих
ниже вариантах.
Нормальный режим максимальных нагрузок (рис.4.1, приложение I-3)
При проведении анализа выявлено, что во всех узлах нагрузки
напряжение в допустимых пределах. Напряжение на подстанции 10 в
норме - 10,1кВ. Коэффициенты трансформации на трансформаторах ГРЭС и в узле
5 – номинальные, в узлах распределительной сети коэффициенты трансформации
равны:
- Узел 8 – 0,093 (№ отпайки -0);
- Узел 7 – 0,095 (№ отпайки -1);
- Узел 9 – 0,095 (№ отпайки -1);
- Узел 10 – 0,098 (№ отпайки -1).
Аварийный режим максимальных нагрузок – отключение одного из
автотрансформаторов. Для ввода режима в допустимую область потребовалось
установить коэффициент трансформации:
- Узел 8 – 0,1 (№ отпайки -2);
- Узел 7 – 0,1 (№ отпайки -4);
- Узел 9 – 0,1 (№ отпайки -5);
- Узел 10 – 0,106 (№ отпайки -4).
Напряжение на шинах 10кВ потребителя соответствует требованиям ГОСТ
и равно 10,0кВ. Результаты расчёта приведены на Рис.4.2 и приложении I-3.
Аварийный режим максимальных нагрузок – отключение линии 5-1000. Для
ввода режима в допустимую область потребовалось установить коэффициент
трансформации:
- Узел 8 – 0,1 (№ отпайки -5);
- Узел 7 – 0,1 (№ отпайки -4);
- Узел 9 – 0,1 (№ отпайки -4);
- Узел 10 – 0,106 (№ отпайки -4).
Напряжение на шинах 10кВ потребителя соответствует требованиям ГОСТ
и равно 10,0кВ. Результаты расчёта приведены на Рис.4.3 и приложении I-3.
Аварийный режим максимальных нагрузок – отключение одного из
трансформаторов узла 10. Для ввода режима в допустимую область
потребовалось установить коэффициент трансформации:
- Узел 8 – 0,095 (№ отпайки -2);
- Узел 7 – 0,095 (№ отпайки -2);
- Узел 9 – 0,095 (№ отпайки -2);
- Узел 10 – 0,109 (№ отпайки -9).
Напряжение на шинах 10кВ потребителя соответствует требованиям ГОСТ
и равно 9,8кВ. Результаты расчёта приведены на Рис.4.5 и приложении I-3.
Таким образом, анализ установившихся режимов наилучшего варианта
развития сети позволяет сделать вывод о том, что качество электроэнергии в
выбранном варианте соответствует ГОСТ и дополнительных средств
регулирования напряжения не требуется.
4. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.
Расчёт токов короткого замыкания (ТКЗ) выполняется для обоснования
выбора оборудования подстанций и средств релейной защиты и автоматики.
При расчёте ТКЗ обычно используются следующие допущения:
- Не учитываются токи нагрузок, токи намагничивания трансформаторов,
ёмкостные токи линий электропередач;
- Не учитываются активные сопротивления генераторов;
- Трёхфазная сеть рассматривается, как строго симметричная.
Схема замещения для расчёта ТКЗ составляется по расчётной схеме
электрической сети. Все элементы сети замещаются соответствующим
сопротивлением и указываются ЭДС источников питания. Затем схема сети
сворачивается относительно точки КЗ, источники питания объединяются и
находится эквивалентная ЭДС схемы Еэкв и результирующее сопротивление сети
от источников питания до точки КЗ Zэкв. По найденным результирующим ЭДС и
сопротивлению находится периодическая составляющая суммарного тока
короткого замыкания:
[pic] (5.1)
Ударный ток короткого замыкания определяется как
[pic] (5.2),
где [pic]- ударный коэффициент, который составляет [pic](табл.5.1).
Расчёт ТКЗ выполняется для наиболее экономичного варианта развития
электрической сети (вариантI рис.2.1) с установкой на подстанции 10 двух
трансформаторов ТРДН-25000/110. Схема замещения сети для расчёта ТКЗ
приведена на рис. 5.1. Синхронные генераторы в схеме представлены
сверхпереходными ЭДС и сопротивлением [pic] (для блоков 200МВт равным
0,19о.е. и приведёнными к номинальному генераторному напряжению 15,75кВ).
Параметры трансформаторов в расчётной схеме приведены к номинальному
высшему напряжению, параметры линий электропередач определены по удельным
сопротивлениям соответствующих сетей.
Определение периодической составляющей суммарного тока КЗ
выполняется с использованием комплекса программы «TKZ3000» . Основные
результаты расчёта токов приведены в таблице 5.1 и в приложении I-2.
Таблица 5.1
Токи трёхфазного короткого замыкания.
|Режим |Точка КЗ |Uном, кВ |Jmax, кА |Jуд, кА |
|Параллельная |10 |110 |4.152 |10.082 |
|работа | | | | |
|трансформаторов с|15 |10 |16.349 |39.698 |
|высокой и низкой | | | | |
|стороны. | | | | |
|Раздельная работа|10 |110 |4.152 |10.082 |
|трансформаторов. | | | | |
| |15 |10 |9.957 |24.177 |
|Параллельная |10 |110 |3.377 |8.200 |
|работа | | | | |
|трансформаторов с|15 |10 |15.119 |36.712 |
|высокой и низкой | | | | |
|стороны, питание | | | | |
|по одной ЛЭП. | | | | |
|Раздельная работа|10 |110 |3.377 |8.200 |
|трансформаторов | | | | |
|по низкой стороне|15 |10 |9.489 |23.041 |
|и параллельная | | | | |
|работа | | | | |
|трансформаторов | | | | |
|по высокой | | | | |
|стороне, питание | | | | |
|по одной ЛЭП. | | | | |
5. ГЛАВНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.
1. Основные требования к главным схемам распределительных устройств.
Главная схема (ГС) электрических соединений энергообъекта – это
совокупность основного электротехнического оборудования, коммутационной
аппаратуры и токоведущих частей, отражающая порядок соединения их между
собой.
В общем случае элементы главной схемы электрических соединений можно
разделить на две части:
- Внешние присоединения (далее присоединения);
- Генераторы, блоки генератор-трансформатор, линия электропередач,
шунтирующие реакторы;
- Внутренние элементы, которые в свою очередь можно разделить на:
Схемообразующие - элементы, образующие структуру схемы
(коммутационная аппаратура – выключатели, разъединители, отделители и т.д.,
и токоведущие части – сборные шины, участки токопроводов,
токоограничивающие реакторы);
- Вспомогательные – элементы, предназначенные для обеспечения
нормальной работы ГС (трансформаторы тока, напряжения, разрядники
и т.д.).
Тенденция концентрации мощности на энергетических объектах остро
ставит задачу проблемы надёжности и экономичности электрических систем
(ЭЭС) в целом и в частности, проблему создания надёжных и экономичных
главных схем электрических соединений энергообъектов и их распределительных
устройств (РУ).
Благодаря уникальности объектов и значительной неопределённости
исходных данных процесс выбора главной схемы – всегда результат технико-
экономического сравнения конкурентно способных вариантов, цель которого –
выявить наиболее предпочтительный из них с точки зрения удовлетворения
заданного набора качественных и количественных условий. Учёт экономических,
технических и социальных последствий, связанных с различной степенью
надёжности ГС, представляет в настоящее время наибольшую сложность этапа
технико-экономического сравнения схем. Это связано, в первую очередь, с
недостаточностью исходных данных (особенно статистических характеристик
надёжности), сложностью формулирования и определения показателей надёжности
ГС в целом и ущербов от недоотпуска электроэнергии и от нарушений
устойчивости параллельной работы ЭЭС.
Основные назначения схем электрических соединений энергообъектов
заключается в обеспечении связи присоединений между собой в различных
режимах работы. Именно это определяет следующие основные требования к ГС:
- Надёжность – повреждение в каком-либо Присоединении или внутреннем
элементе, по возможности, не должны приводить к потере питания
исправных присоединений;
- Ремонтопригодность – вывод в ремонт, какого либо Присоединения или
внутреннего элемента не должны, по возможности, приводить к потере
питания исправных присоединений и снижению надёжности их питания;
- Гибкость – возможность быстрого восстановления питания исправных
присоединений;
- Возможность расширения – возможность подключения к схеме новых
присоединений без существенных изменений существующей части;
- Простота и наглядность – для снижения возможных ошибок
эксплуатационного персонала;
- Экономичность – минимальная стоимость, при условии выполнения выше
перечисленных требований.
Анализ надёжности схем электрических соединений осуществляется путём
оценки последствий различных аварийных ситуаций, которые могут возникнуть
на присоединениях и элементах ГС. Условно аварийные ситуации в ГС можно
разбить на три группы:
- аварийные ситуации типа «отказ» - отказ какого-либо Присоединения
или элемента ГС, возникающий при нормально работающей ГС;
- аварийные ситуации типа «ремонт» - ремонт какого-либо
Присоединения или элемента ГС;
- аварийные ситуации типа «ремонт+отказ» - отказ какого-либо
Присоединения или элемента ГС, возникающий в период проведения
ремонтов элементов ГС.
Все известные в настоящее время ГС основаны на следующих принципах
подключения присоединений:
- присоединение коммутируется одним выключателем;
- присоединение коммутируется двумя выключателями;
- присоединение коммутируется тремя и более выключателями;
В настоящее время разработано минимальное количество типовых схем
РУ, охватывающих большинство встречающихся в практике случаев
проектирования ПС и переключательных пунктов и позволяющих при этом достичь
наиболее экономичных унифицированных решений. Для разработанного набора
схем РУ выполняются типовые проектные решения компоновок сооружений,
установки оборудования, устройств управления, релейной защиты, автоматики и
строительной части ПС.
Применение типовых схем является обязательным при проектировании ПС.
Применение нетиповых схем допускается при наличии соответствующих технико-
экономических обоснований.
Проектирование схем РУ ПС сводится к выбору схемы из числа типовых в
соответствии с правилами их применения.
2. Выбор схемы распределительного устройства высокого напряжения (РУВН).
К РУВН проектируемой подстанции подключаются две ВЛ и два
трансформатора.
Подстанция относится к классу тупиковых подстанций. Для данного
класса напряжения, набора внешних присоединений и мощности трансформаторов,
с учётом того, что применение отделителей в условиях холодного климата не
рекомендуется, принимаем к установке на проектируемой подстанции схему два
блока линия трансформатор с неавтоматической перемычкой. (рис.6.1).
В нормальном режиме все коммутационное оборудование включено,
за исключением разъединителей QS7 в ремонтной перемычке. ВЛ W1, W2 – линии,
связывающие проектируемую подстанцию с энергосистемой.
Рассмотрим последствия аварийных ситуаций в данной схеме:
Отказ одного из трансформаторов (предположим Т1). При КЗ в Т1
происходит отключение выключателя Q1, питание потребителей подстанции
осуществляется через Т2 с учётом его перегрузочной способностью.
Отказ одной линии связи с электростанцией (W1). При КЗ на W1
происходит отключение выключателя Q1, трансформатор Т1 теряет питание.
После отключения W1 оперативный персонал отключает повреждённую линию
линейным разъединителем, после этого замыкается ранее отключенный QS7,
происходит включение Q1 иТ1 и восстанавливает питание.
Отказ одного из выключателей (Q1). При КЗ в Q1 отключается
головной выключатель и W1. Питание всех потребителей подстанции
осуществляется от W2 и Т2.
Таким образом, из приведённого анализа следует, что в выбранной
схеме отсутствует простая (одиночная) аварийная ситуация, приводящая к
отключению потребителей проектируемой подстанции.
Наиболее тяжёлой аварийной ситуацией является отказ одной питающих
линий (W1) в период ремонта одного из трансформаторов (Т2), но и в этом
случае имеется возможность обеспечить питание потребителей проектируемой
подстанции от W2 через ремонтную перемычку QS7-QS8 и трансформатор Т1.
[pic]
3. Выбор оборудования РУВН.
В распределительных устройствах ПС содержится большое количество
электрических аппаратов и соединяющих их проводников. Выбор аппаратов и
расчёт токоведущих частей аппаратов и проводников – важнейший этап
проектирования ПС, от которого в значительной степени зависит надёжность её
работы.
1. Выбор выключателей на стороне ВН.
Выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для
включения и отключения тока.
Выключатели предварительно выбираются по условиям работы: внутренняя
или наружная установка, морозостойкость или тропическое исполнение, частота
коммутаций, требуемые циклы АПВ (однократные, многократные,
быстродействующие), степень быстродействия. Кроме того, решается вопрос о
применении масляных или воздушных выключателей.
Согласно нормам технологического проектирования ПС в РУ 220кВ и ниже
в большинстве случаев устанавливаются баковые маслообъёмные выключатели.
Выбор выключателей выполняется по следующим параметрам:
- номинальное напряжение аппарата должно быть больше или равно
напряжению установки[pic];
- номинальный ток аппарата должен быть больше или равен току
максимальному нагрузки;[pic];
- ток отключения должен быть больше или равен току расчётному[pic]
;
- ток электродинамической стойкости аппарата должен быть больше или
равен ударному току[pic];
- термическая стойкость аппарата должна быть выше или равна
термической стойкости, рассчитанной для точки короткого
замыкания[pic],
где [pic] - тепловой импульс тока короткого замыкания по расчёту;
[pic] - среднеквадратичное значение тока за время его
протекания (ток термической стойкости) по каталогу;
[pic]-длительность протекания тока термической стойкости по
каталогу, с
Рассчитаем максимальный ток нагрузки:
[pic] (6.1)
где [pic]- максимальная нагрузка подстанции, МВ*А
[pic]-номинальное напряжение с высокой стороны трансформатора,
кВ
[pic]
Ток короткого замыкания:
Iк.з. = 4,152кА из табл.5.1
Ударный ток короткого замыкания определяется как
[pic] (6.2)
где [pic]- ударный коэффициент, который составляет [pic](табл. 5.1).
[pic]
Тепловой импульс в точке короткого замыкания:
[pic] (6.3)
где [pic]
[pic]- время действия релейной защиты, с
[pic]- время отключения выключателя, с
[pic]- постоянная затухания апериодической составляющей тока К.З.,
зависящая от соотношения между X и R цепи.
[pic]
Из справочника [1] выбираем масляный выключатель ВМТ-110Б-
20/1000УХЛ1 и проверим его параметры с расчётными величинами.
Таблица 6.1
Выбор выключателей на стороне 110кВ.
|Условия выбора |Расчётные величины |Каталожные данные |
| | |выключателя |
| | |ВМТ-110Б-20/1000УХЛ1 |
|[pic] |110кВ |110кВ |
|[pic] |229А |1000А |
|[pic] |4,152кА |20кА |
|[pic] |10,082кА |52кА |
|[pic] |10,51кА2*с |202*3=1200кА2*с |
2. Выбор разъединителей на стороне ВН.
Разъединитель – это контактный коммутационный аппарат,
предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или
с незначительным током. При ремонтных работах разъединителем создаётся
видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением и аппаратами,
выведенными в ремонт. Разъединители позволяют производство следующих
операций:
- отключение и включение нейтрали трансформаторов и заземляющих
дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю;
- зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей
конденсаторов);
- нагрузочного тока до 15А трёхполюсными разъединителями наружной
установки при напряжении 10 кВ и ниже. К разъединителям
предъявляются следующие требования:
- создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность
которого соответствует максимальному импульсному напряжению;
- электродинамическая и термическая стойкость при протекании токов
короткого замыкания;
- исключение самопроизвольных отключений;
- чёткое включение и отключение при наихудших условиях работы
(обледенение, ветер).
Выбор разъединителей выполняется:
- по напряжению установки: [pic];
- по току: [pic];
- по конструкции;
- по электродинамической стойкости:[pic];
- по термической стойкости:[pic].
Из справочника [1] выбираем разъединитель РНДЗ.2-110/1000У1 и
проверяем его параметры с расчётными величинами.
Таблица 6.2
Выбор разъединителей.
|Условия выбора |Расчётные величины |Каталожные данные |
| | |разъединителя |
| | |РНДЗ.1-110/1000У1 |
| | |РНДЗ.2-110/1000У1 |
|[pic] |110кВ |110кВ |
|[pic] |229А |1000А |
|[pic] |10,082кА |80кА |
|[pic] |10,51кА2*с |31,52*4=3969кА2*с |
3. Выбор трансформатора тока.
Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до
значений наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для
отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.
Трансформатор тока выбирают:
- по напряжению установки [pic];
- по току [pic], [pic];
Номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току
установки, так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению
погрешностей;
- по конструкции и классу точности;
- по электродинамической стойкости:
[pic]; [pic]
где [pic]- ударный ток КЗ по расчёту;
[pic]- кратность электродинамической стойкости по каталогу;
[pic]- номинальный первичный ток трансформатора тока;
[pic]- ток электродинамической стойкости.
- по термической стойкости [pic]; [pic]
где [pic] - тепловой импульс по расчёту;
[pic]- кратность термической стойкости по каталогу;
[pic]- время термической стойкости по каталогу;
[pic]- ток термической стойкости;
- по вторичной нагрузке [pic],
где [pic]-вторичная нагрузка трансформатора;
[pic]- номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в
выбранном классе точности.
Индуктивное сопротивление токовых невелико, поэтому [pic]. Вторичная
нагрузка состоит из сопротивления приборов, соединительных проводов и
переходного сопротивления контактов:
[pic] (6.4)
Сопротивление приборов определяется по выражению:
[pic] (6.5)
где [pic]- мощность потребляемая приборами;
[pic] - вторичный номинальный ток прибора
Сопротивление контактов принимаем 0,1Ом. Сопротивление
соединительных проводов зависит от их длины и сечения. Чтобы трансформатор
тока работал в выбранном классе точности, необходимо выдержать условие:
[pic], (6.6)
откуда [pic] (6.7)
Сечение соединительных проводов определяем по формуле:
[pic] (6.8)
где [pic] - удельное сопротивление провода с алюминиевыми жилами;
[pic]- расчётная длина, зависящая от схемы соединения
трансформатора тока.
Таблица 6.3
Вторичная нагрузка трансформатора тока.
|Прибор |Тип |Нагрузка по фаза, ВА |
| | |А |В |С |
|Амперметр |Э-350 |0,5 |- |- |
|Ваттметр |Д-350 |0,5 |- |0,5 |
|Счётчик |СА-И670М |2,5 |2,5 |2,5 |
|активной | | | | |
|мощности | | | | |
|Счётчик |СР-4И676 |2,5 |2,5 |2,5 |
|реактивной | | | | |
|мощности | | | | |
|Итого: | |6 |5 |5,5 |
Самая нагруженная Фаза «А». Общее сопротивление приборов:
[pic] Ом
Для ТФЗМ 110-У1 [pic]Ом
Допустимое сопротивление провода: [pic]Ом
Для подстанции применяем кабель с алюминиевыми жилами,
ориентировочная длина которого 60м, трансформаторы тока соединены в
неполную звезду, поэтому [pic], тогда
[pic]мм2.
Принимаем контрольный кабель АКРВГ с жилами сечением 4мм2
[pic]Ом
Таким образом, вторичная нагрузка составляет:
[pic]Ом
Таблица 6.4
Расчёт трансформатора тока 110кВ.
|Расчётные данные |Данные ТФЗМ-110-У1 |
|[pic]=110 кВ |[pic]=110 кВ |
|[pic]=229 А |[pic]=300 А |
|[pic]=10,082 кА |[pic]=80 кА |
|[pic]=10,51 кА2*с |[pic]=1200 кА2*с |
|[pic]=1,08 Ом |[pic]=1,2 Ом |
Выбираем трансформатор тока ТФЗМ-110-У1 с коэффициентом
трансформации 300/5А, класс точности 0,5Р,10Р/10Р.
4. Выбор трансформатора напряжения.
Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого
напряжения до стандартного значения 100В и для отделения цепей измерения и
релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения.
Трансформаторы напряжения выбираются:
- по напряжению установки[pic] ;
- по конструкции и схеме соединения обмоток;
- по классу точности;
- по вторичной нагрузке [pic],
где [pic]- номинальная мощность в выбранном классе точности. При
этом следует иметь в виду, что для однофазных трансформаторов, соединённых
в звезду, принимается суммарная мощность всех трёх фаз, а для соединённых
по схеме открытого треугольника – удвоенная мощность одного трансформатора;
[pic]- нагрузка всех измерительных приборов и реле,
присоединённых к трансформатору напряжения, ВА.
Нагрузка приборов определяется по формуле:
[pic] (6.9)
Таблица 6.5
Вторичная нагрузка трансформатора напряжения 110кВ.
|Прибор |Тип |S одной |Число |[pic]|[pic]|Числ|Общая |
| | |обмотки, |обмоток | | |о |потребная |
| | |ВА | | | |приб|мощность |
| | | | | | |оров| |
| | | | | | | |Р, |Q, |
| | | | | | | |Вт |Вар |
|Вольтметр |Э-335 |2,0 |1 |1 |0 |1 |2 | |
|Ваттметр |Д-335 |1,5 |2 |1 |0 |1 |3 | |
|Счётчик |СА-И670|2,5 |3 |0,38 |0,925|1 |7,5|18,2 |
|активной |М | | | | | | | |
|мощности | | | | | | | | |
|Счётчик |СР-4И67|2,5 |3 |0,38 |0,925|1 |7,5|18,2 |
|реактивной |6 | | | | | | | |
|мощности | | | | | | | | |
|Итого: | | | | | | |20 |36,5 |
Вторичная нагрузка трансформатора напряжения [pic]ВА.
Выбираем трансформатор напряжения НКФ-110-58 со следующими
параметрами
- [pic] =110кВ
- номинальное напряжение обмотки:
o первичной –110000/?3В;
o основной вторичной – 100/?3В;
o дополнительной вторичной – 100В;
- номинальная мощность в классе точности 0,5 [pic]=400ВА.
- предельная мощность 2000ВА.
5. Выбор токоведущих частей.
Токоведущие части со стороны 110кВ выполняем гибкими проводами.
Сечение выбираем по экономической плотности тока.
[pic] [1] при Тmax=3000-5000ч для неизолированных шин и проводов из
алюминия.
[pic] (6.10)
где [pic]- ток нормального режима, без перегрузок;
[pic]- нормированная плотность тока, А/мм2
[pic] (6.11)
[pic]
[pic]мм2
Принимаем сечение АС-185/24, [pic]
Проверяем провод по допустимому току
[pic] 229А 65 г/м3
П-IIа - помещения, в которых обращаются твердые горючие вещества.
П-III - пожароопасная зона вне помещения, в которой выделяются
горючие жидкости с температурой вспышки более 61 °С или горючие пыли с
нижним концентрационным пределом возгораемости более 65 г/м3.
Взрывоопасные зоны — помещения или часть его или вне помещения, где
образуются взрывоопасные смеси как при нормальном протекании
технологического процесса, так и в аварийных ситуациях.
Здание распределительного пункта (РП) должно быть I или II степени
огнестойкости. Степень огнестойкости зданий и сооружений определяется
группой возгораемости и пределом огнестойкости их основных
строительных конструкций (несущие стены, перекрытия и т.д.). Конкретные
данные приведены в табл. 9.6.
Предел огнестойкости строительной конструкции определяется временем
в часах от начала испытания конструкции на огнестойкость до возникновения
одного из следующих признаков:
а) образование в конструкции сквозных трещин или сквозных отверстий,
через которые проникают продукты горения или пламя;
б) повышение температуры на не обогреваемой поверхности конструкции
в среднем более чем на 140 °С или в любой точке этой поверхности более чем
на 180 °С в сравнении с температурой конструкции до испытания или более 220
°С независимо от температуры конструкции до испытания;
в) потеря конструкцией несущей способности (обрушение).
Таблица 9.5
Группа возгораемости и минимальные пределы огнестойкости основных
строительных конструкций, ч
|Основные строительные |Степень огнестойкости зданий или сооружений |
|конструкции | |
| |I |II |
|Несущие стены, стены |Несгораемые |Несгораемые 2,0 |
|лестничных клеток, |2,5 | |
|колонны | | |
|Наружные стены из |Несгораемые 0,5 |Несгораемые 0,25 |
|навесных панелей и | | |
|наружные фахверковые | | |
|стены | | |
|Плиты, настилы и другие |Несгораемые1,0 |Несгораемые0,75 |
|несущие конструкции | | |
|междуэтажных и чердачных | | |
|перекрытий | | |
|Плиты, настилы и другие |Несгораемые0,5 |Несгораемые0,25 |
|несущие конструкции | | |
|покрытий | | |
| | | |
|Внутренние несущие стены |Несгораемые0,5 |Несгораемые0,25 |
|(перегородки) | | |
|Противопожарные стены |Несгораемые2,5 |Несгораемые2,5 |
|(брандмауэры) | | |
| | | |
5. Оценка экологичности проекта.
Влияние подстанции на окружающую среду крайне разнообразно. Вредное
действие магнитного поля на живые организмы, и в первую очередь на
человека, проявляется только при очень высоких напряжённостях порядка 150-
200 А/м, возникающих на расстояниях до 1-1,5 м от проводов фаз ВЛ, и
представляет опасность при работе под напряжением .
Непосредственное (биологическое) влияние электромагнитного поля на
человека связано с воздействием на сердечно-сосудистую, центральную и
периферийную нервные системы, мышечную ткань и другие органы. При этом
возможны изменения давления и пульса, сердцебиение, аритмия, повышенная
нервная возбудимость и утомляемость. Вредные последствия пребывания
человека зависят от напряжённости поля Е и от продолжительности его
воздействия.
Для эксплуатационного персонала подстанции установлена
допустимая продолжительность периодического и длительного пребывания в
электрическом поле при напряжённостях на уровне головы человека (1,8 м над
уровнем земли): 5 кВ/м - время пребывания неограниченно; 10 кВ/м -180 мин;
15 кВ/м - 90 мин; 20 кВ/м - 10 мин; 25 кВ/м - 5 мин. Выполнение этих
условий обеспечивает самовосстановление организма в течении суток без
остаточных реакций и функциональных или патологических изменений.
6. Оценка чрезвычайных ситуаций
Произведём оценку чрезвычайных ситуаций - их последствие, меры
предотвращения и меры по ликвидации.
Обрыв линии и короткое замыкание на линиях. Данная ситуация может
привести к снижению напряжения у потребителей, соответственно к снижению
качества выпускаемой продукции. Для предотвращения данной ситуации
необходимо особо ответственные потребители запитывать по двум одноцепным
линиям и от двух независимых источников питания. Для восстановления
нормального режима работы линии, необходимо использовать системную
автоматику: АВР и АПВ. При успешном АПВ линия может вернуться в нормальный
режим работы, в противном случае применяется АВР и вызывается служба линии
для восстановления линии.
Пожар трансформатора приводит к перерыву электроснабжения
потребителей на время АВР. При сгорании масла в атмосферу выделяются
вредные токсичные газы. Данная ситуация также приводит к дополнительным
затратам на восстановление трансформатора. Для предотвращения пожара
применяется автоматическая система пожаротушения, вызывается пожарная
команда.
Пожар окружающего лесного массива может привести к пожару на
территории подстанции, при переносе огня.
Для предотвращения возникновения пожара необходима
противопожарная полоса вокруг подстанции шириной 50 м. Для ликвидации
последствий может привлекаться персонал ПС и пожарная служба.
Пример дерева причин и опасностей рассмотрим для наиболее опасного
случая - пожара на подстанции:
Рис. 9.1 Дерево причин и опасностей
Начальные условия возникновения ЧС:
1. пригорели контакты отключающего реле. При этом контакты реле не
перекинулись, и сигнал на катушку отключения не пошел;
2. не сработала катушка отключения выключателя;
3. не сработал привод выключателя;
4. старение изоляции в самом трансформаторе;
5. не соблюдение правил ТБ при работе на действующем электрооборудовании;
6. природный катаклизм (ураганный ветер, наводнение, землетрясение, удар
молнии и т. д.);
7. нарушение норм и правил проведения сварочных работ;
8. провисание проводов и сильное загрязнение изоляторов;
9. брак сборки и наладки панелей защиты, слабое крепление проводов в
клеммнике, а также невыполнение требований правил ПТЭ
электроустановок;
10. сломалась автоматика управления отопительными приборами;
11. повышенный режим потребления электроэнергии потребителями;
12. наличие легковоспламеняющихся предметов.
7. Грозозащита и заземление подстанции.
Изоляция электроустановок должна работать надежно как при длительно
приложенных напряжениях промышленной частоты, так и при возникающих в
эксплуатации перенапряжениях грозового характера. Грозовые перенапряжения
возникают при прямом ударе молнии в землю, а так же при ударе молнии в
предметы или объекты находящиеся вблизи электрических установок. От
грозовых перенапряжений все электрические установки должны иметь
специальную защиту. Основные элементы защиты - разрядники. От прямых ударов
молний электрические установки защищаются стержневыми или тросовыми
молниеотводами. Защита осуществляется молниеотводами, установленными
непосредственно на металлических конструкциях (порталах) и отдельно
стоящими молниеотводами.
В данной работе расчет грозозащиты сводится к определению
местоположения молниеотводов, которые определяются таким образом, чтобы
зона действия молниеотводов полностью защищала все электрооборудование
подстанции.
h = 19,35 м. – высота молниеотвода
hх = 11,35 м. – высота защищаемого объекта.
hа = 8 м – высота молниеотвода над ошиновкой.
D = [pic]м. (9.2)
D - максимальный диаметр окружности, защищающей наиболее высокую
точку ОРУ.
Где, р = 1, при h< 30 м, р = [pic] при h> 30 м
[pic][pic][pic]
Рис. 9.2. Схема грозозащиты
8. Расчёт заземляющих устройств.
Наибольший ток через заземление при замыканиях на землю – 3613А на
стороне 110кВ и 11187 на стороне 10кВ.
Грунт в месте сооружения подстанции – суглинок. Согласно ПУЭ,
заземляющие устройства электроустановок выше 1кВ сети с заземлённой
нейтралью выполняется с учётом сопротивления [pic] или допустимого
напряжения прикосновения.
Расчёт по допустимому сопротивлению приводит к неоправданному
перерасходу проводникового материала и трудозатрат при сооружении ЗУ для ПС
небольшой площади, не имеющих естественных заземлителей.
Заземляющие устройства для установок 110кВ и выше выполняются из
вертикальных заземлителей, соединительных полос, полос, проложенных вдоль
рядов оборудования, и выравнивающих полос, проложенных в поперечном
направлении и создающих заземляющую сетку с переменным шагом.
Время действия релейной защиты: [pic];
Напряжение прикосновения: [pic];
Коэффициент прикосновения:
[pic] (9.3)
где [pic]- длина вертикального заземлителя (5м), м; [pic]- длина
горизонтальных заземлителей (525м по плану), м; а – расстояние между
вертикальными заземлителями (5м), м; [pic]- площадь заземляющего устройства
(S=60х70), м2; [pic]- параметр, зависящий от сопротивления верхнего и
нижнего слоя земли ([pic] и [pic] соответственно для [pic] и [pic], [pic]
[[4] стр.598]; [pic]- коэффициент определяемый по сопротивлению тела
человека [pic]и сопротивлению растекания тока от ступней [pic]:
[pic] (9.4)
где [pic]; [pic]
Потенциал на заземлителе
[pic] (9.5)
Напряжение заземляющего устройства:
[pic] (9.6)
Сопротивление сложного заземлителя, преобразованного в расчётную
модель:
[pic] (9.7)
где
[pic] при [pic]; (9.8)
[pic] при [pic]; (9.9)
[pic]- эквивалентное удельное сопротивление земли, Ом·м [табл.7.6
[4]]; [pic] - общая длина вертикальных заземлителей; [pic] - глубина
залегания ([pic])
Согласно
[pic]
Напряжение на заземлителе
[pic]
Сопротивление заземляющего устройства
[pic]
План преобразуем в расчётную схему (квадратную) со стороной:
[pic]
Число ячеек по стороне квадрата:
[pic]
[pic]
принимаем [pic]
Длина полос в расчётной модели:
[pic]
[pic]
Длина стороны ячейки:
[pic]
Число вертикальных заземлителей по периметру контура:
[pic]
[pic]
Общая длина вертикальных заземлителей:
[pic]
Относительная глубина:
[pic], тогда
[pic]
по табл.76 [4] для [pic] [pic]
[pic]; [pic]
Общее сопротивление сложного заземлителя:
[pic]
Как видно [pic]
Необходимо применять меры для снижения [pic] путём использования
подсыпки гравия в рабочих местах слоем толщиной 0,2м, тогда [pic] [pic]
[pic]
Подсыпка гравием не влияет на растекание тока с заземляющего
устройства, так как глубина заложения заземлителей 0,7м больше толщины слоя
гравия, поэтому соотношение [pic] и значение М остаются неизменными.
Напряжение на заземлителе
[pic], что меньше допустимого (10кВ).
Допустимое сопротивление заземлителя:
[pic] [pic]
Напряжение прикосновения:
[pic], что меньше допустимого 400В.
Определим наибольший джопустимый ток, стекающий с заземлителей
подстанции при однофазном КЗ:
[pic].
При больших токах необходимо снижение [pic], за счёт учащения сетки
полос или дополнительных вертикальных заземлителей.
10. Смета на сооружение подстанции.
Таблица 10.1
Смета на сооружение подстанции.
|Наименование |Количество*цена |Стоимость, тыс. руб. |
|Трансформатор |2*84 |168 |
|Мостик с выключателями |1*84 |84 |
|и неавтоматической | | |
|перемычкой | | |
|КУН 10кВ (22отх. линии |22*1110 |24,42 |
|630А) | | |
|вводные яч.- 4шт |8*1220 |9,76 |
|секционные яч.- 2шт | | |
|1600А | | |
|Оборудование ВЧ связи |6 |6 |
|Постоянная часть затрат|400 |400 |
|Итого: | |692,2 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
В дипломном проекте рассмотрены вопросы присоединения подстанции к
существующей сети 110кВ, выполнены выбор рационального варианта
трансформаторов на подстанции, расчёты установившихся режимов электрической
сети на базе программы «RASTR», расчёт токов короткого замыкания произведён
с помощью программы TKZ3000, выполнен выбор оборудования и разработано
конструктивное выполнение подстанции.
К исполению принята подстанция 110/10кВ, выполненная по схеме
«Мостик с выключателями в цепях трансформаторов и неавтоматической
перемычкой». Подстанция выполнена с перспективой расширения в габаритах
схемы «Двойная система сборных шин с обходной». На подстанции установлено
два трансформатора ТРДН-25000/110/10. Сторона низшего напряжения выполнена
из ячеек КРУН К-47, К49.
Выполнен расчёт релейной защиты понижающих трансформаторов
(дифференциальная защита, МТЗ трансформатора, МТЗ от перегрузки).
Выбор наилучшего варианта выполнен на основе сравнения приведённых
затрат.
Выполнены мероприятия по электробезопасности объекта (расчёт
грозозащиты и заземления подстанции)
Библиографический список
1. Ананичева С.С. Справочные материалы для курсового и дипломного
проектирования. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1995. 55 с.
2. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций.
М.: Энергоатомиздат, 3-е изд., 1987. 648 с.
3. Рокотян С.С., Шапиро И.М. Справочник по проектированию
электроэнергетических систем. 3-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1995. 349 с.
4. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электроэнергетическая часть станций и
подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1989. 605 с.
5. Степанчук К.Ф. Техника высоких напряжений. Минск: Высшая школа, 1983.
265 с.
6. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т./ Под общ.
Ред. А.А. Федорова. Т.2. Электрооборудование. – М.: Энергоатомиздат,
1987. -592 с.; ил.
7. Электротехнический справочник: В 3-х т. Т. 3. 2 кн. Кн. 1. Производство
и распределение электрической энергии (Под общ. Ред. Профессоров МЭИ:
И.Н. Орлова (гл. ред.) и др.) 7-е изд., испр. И доп. – М.:
Энергоатомиздат, 1988. 880 с. Ил.
8. Бургсдорф В.В., Якобс А.И. Заземляющие устройства электроустановок. М.:
Энергоатомиздат, 1987. 400 с.
9. Богатырёв Л.Л., Богданова Л.Ф. Расчёт релейной защиты элементов
электроэнергетической системы. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 1995. 38 с.
10. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоиздат, 1986ю 648 с.
11. Проектирование подстанций: Учеб. Пособие / М.Н. Гервиц, С.Е. Кокин,
В.П. Нестеренков. Свердловск: УПИ, 1988. 85 с.
Методы расчёта параметров электрических сетей и систем: Методическое
пособие по курсу «Электрические системы и сети» / С.С Ананичева, П.М.
Ерохин, А.Л. Мызин. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1977. 55 с.
-----------------------
Пожар на
подстанции
КЗ в
трансформаторе
Искрение
Нагрев
проводов
Местное
возгорание
Пожар в
трансформаторе
[pic]
Отказ
выключателя
1,2,3
4,5,6
7,8,9
10,11,12
P=40МВт
cos=0,85
P=20МВт
cos=0,85
Р=60МВт
cos?=0.85
0.6х(50,02х16,807+17,59х11,993)
24
З(II) =
З(II) x 1
З(I)
62,20 х 1
41
1,517 о.е.
4,152
10,082кА
4,1522
10,51 кА2 с
16,349
414кА
16.349
39.698
39.6982
961 кА
39698 2
0,8
341,2
341,2 х 1,42
10
66,87
66,87
8,5
7,86
9957
909А
15119 А
7559 А
690 А
909 А
909
249 А
1,5 х 249 х 14,2
909 х 0,75
= 7,79
690 = 597,5
597,5
192,45
= 3,1 > 1.5
690 = 597.5 A
7559 = 6546.2 A
597.5 x ?3
300/5
= 17.22 A
6546.2 x 1
1500/5
= 21.82 A
(17.23 x 18) + (21.82 x 14) = 615.4 W
21.82 x 8 = 174.56 W
615
150
= 4.1 >1.5
6546.2
1941.2
=3.37
???????????
597.5
177.2
=3.37
|
