1. Розрахунок електричних навантажень та побудова графіків навантаження підстанції
2. Вибір потужності трансформаторів підстанції та перевірка їх по навантажувальній здатності
3. Розрахунок струмів короткого замикання та вибір струмообмежувальних реакторів
4. Вибір головної схеми електричних з'єднань підстанції
5. Вибір апаратів високої напруги
6. Вибір та розрахунок збірних шин та струмоведучих частин, схеми постійного струму та акумуляторних батарей
Список літератури
1. Розрахунок електричних навантажень та побудова графіків навантаження підстанції
Режими споживання електроенергії споживачами характеризується графіками електричних навантажень ,які відображають зміни споживаної потужності на протязі доби.
Навантаження споживачів підстанції задається графіками активної потужності зимових діб Р н |t| на стороні низької напруги і Р с |t| на стороні середньої напруги ПС у відсотках від максимальної потужності відповідного ступеня напруги.
По цим графікам, а також по значенням Рн.max , Рс.max , і cos цн , cos цс , приведеним в завданні на курсову роботу необхідно побудувати графіки навантаження в іменованих одиницях. Визначаємо значення реактивної і повної потужностей графіків Q(t) і S(t) для зимових діб обмоток НН і СН:
Q(і) = Рі ? tg ц ; S(і) = Рі / cos ц ;
Графіки навантаження на стороні високої напруги ПС визначають по значенням Р в ,Q в ,S в:
Рв = Рн + Рс Qв = Qн + Qc Sв = vР 2в +Q2в
Приймаємо,що навантаження зимового максимуму 15 МВт=100%, а для літнього періоду навантаження становить 92% зимового, тоді для СН з графіка випливає, що
Таблиця 1.1
Година
0-2
2-4
4-6
6-10
10-14
14-20
20-22
22-24
n% зима
60
55
60
90
80
100
80
60
Р,МВт Зима
9
8.25
9
13.5
12
15
12
9
Р,МВт, літо
8.28
7.59
8.28
12.42
11.04
13.8
11.04
8.28
Приймаємо, що навантаження зимового максимуму 13 МВт=100%, а для літнього періоду навантаження становить 92% зимового, тоді для НН з графіка випливає, що
Таблиця 1.2
Година
0-2
2-6
6-10
10-14
14-19
19-22
22-24
n%, зима
60
50
85
80
100
75
50
Р,МВт, зима
7.8
6.5
11.05
10.4
13
8.45
6.5
Р,МВт. літо
7.18
5.98
10.16
9.57
11.96
7.77
5.98
Визначаємо Q і S для CН (навантаження зимового та літнього максимуму):
Таблиця 1.3
Година
0-2
2-4
4-6
6-10
10-14
14-20
20-22
22-24
Q,Мвар зима
4.6
4.2
4.6
6.87
6.1
7.6
6.1
4.6
S,МВA зима
10.1
9.26
10.1
15.1
13.5
16.8
13.5
10.1
Q,Мвар літо
4.21
3.86
4.2
6.3
5.8
7.02
5.8
4.2
S,МВA літо
9.06
8.3
9.06
13.6
12.08
15.01
12.08
9.06
Визначаємо Q і S для НН (навантаження зимового та літнього максимуму):
Таблиця 1.4
год
0-2
2-6
6-10
10-14
14-29
29-22
22-24
Q,Мвар Зима
7.8
6.5
11.05
10.4
13
8.45
6.5
S,МВA Зима
8.54
7.11
12.08
11.37
14.2
9.25
7.11
Q,Мвар Літо
3.2
2.67
4.53
4.27
5.33
3.46
2.67
S,МВA Літо
7.86
6.54
11.1
10.48
13.09
8.5
6.5
Визначаємо високу сторону для зимового та літнього періодів:
Таблиця 1.5
год
0-2
2-4
4-6
6-10
10-14
14-19
19-20
20-22
22-24
PB,МВт Зима
16.8
14.75
15.5
24.55
22.4
28
23.45
20.45
15.5
QВ,Мвар зима
8.08
6.86
7.5
11.77
10.7
13.4
11.37
9.87
7.5
SB,МВА Зима
18.64
15.67
16.75
27.2
24.8
31.04
26.06
22.7
17.2
PB,МВт Літо
15.46
13.57
14.26
22.58
20.61
25.76
21.57
18.81
14.26
QВ,Мвар Літо
7.41
6.53
6.87
10.83
10.07
12.35
10.48
8.54
6.87
SB,МВА Літо
17.14
15.06
15.82
25.04
22.9
28.6
24
20.65
15.8
Побудуємо річний графік навантаження по продовженності.
Враховуючи,що зима включає в себе 213 діб,а літо - 152,розрахуємо години для річного графіка.
год при
годпри
годпри
годпри
годпри
год при
год при
год при
годпри
год при
годпри
годпри
год при
годпри
годпри
год при
Площа, що обмежується кривою графіка активного навантаження, чисельно рівна енергії, виробленої чи спожитої електроустановкою за розглядуваний період:
W=?Pi з•Ti з+?Pi л•Ti л .
де Pi- потужність 1-го ступеня графіка; Ti- тривалість ступеня.
Згідно норм максимально допустимих систематичних і аварійних перевантажень трансформаторів (табл.1.36 Л-1,стор.52) при (ип = -20?С; K1=0,8;
h=10) K2 = 1,42 проти 1,12 з розрахунків , для систематичних перевантажень.
Для аварійних перевантажень К2 = 1,6 проти 1,12 з розрахунків. Для літнього періоду розрахунок проводити не потрібно, так як за літнім графіком навантажень трансформатор працює без перевантажень. Отже, при даних систематичних перевантаженнях трансформатор може працювати в даному режимі необмежений час без шкідливого впливу на термін служби. Аварійно допустиме перевантаження трансформатора складає 1,6 Sн.т.
3. Розрахунок струмів короткого замикання та вибір струмообмежувальних реакторів
Розрахунок струмів к.з. проводиться в обсязі необхідному для вибору апаратів і шин ,а також для вирішення питання необхідності обмеження струмів к.з. Для цього розрахуємо струми трифазного к.з. Розрахунковими точками к.з. є шини всіх трьох напруг (ВН,СН,НН).
Рис 3.1. Розрахункова схема для визначення струмів к.з.
Вибираємо два трансформатори типу ТДТН-25000/150-70Y1
Підстанція під'єднана до системи на стороні ВН двома лініями електропередачі довжиною 35 км. Враховуємо, що на стороні ВН та СН трансформатори працюють паралельно, а на стороні НН-роздільно. Розрахунки проводимо у відносних базових одиницях. При розрахунку періодичної складової струму к.з. в мережах вище 1000 В активні опори нехтують.
Рис 3.2. Заступна схема для розрахунку струмів к.з.
Розрахунок струму к.з. на стороні ВН.
Розрахунок початкового значення струму к.з. для підстанції спрощується, якщо джерело живлення - система. Це джерело можна рахувати досить віддаленим від усіх точок к.з.,так, що періодична складова струму к.з. не змінюється в часі.
Розраховуємо аперіодичну складову струму к.з. до моменту розходження контактів у вимикачі , ударний струм к.з. Iуд. та тепловий імпульс к.з. Вх.
,
де - початкове значення аперіодичної складової струму к.з.
Та - постійна часу затухання аперіодичної складової, сек.
- власний час відмикання вимикача, сек..
- мінімальний час дії релейного захисту, приймається 0,01с.
,
Ударний струм к.з. необхідний для перевірки апаратів на електродинамічну стійкість
Розрахунок теплового імпульсу к.з. Вк необхідний для перевірки апаратів і струмоведучих частин на термічну стійкість к.з.
Розрахуємо струм к.з. на стороні СН
Ес = 1(в.б.о.) , Uб = 35 кВ , Sб = 1000 МВА.
Періодична складова струму к.з.
Аперіодична складова струму к.з.
,
Ударний струм к.з. необхідний для перевірки апаратів на електродинамічну стійкість
Розрахуємо струм к.з. на стороні НН
Ес = 1(в.б.о.) , Uб = 10,5 кВ , Sб = 1000 МВА.
Періодична складова струму к.з
Аперіодична складова струму к.з.
,
Ударний струм к.з. необхідний для перевірки апаратів на електродинамічну стійкість
Так як Iпс на шинах НН не перевищує 20 кА, то обмежувати струм к.з. не потрібно, так як на КРУ встановлюються вимикачі , які проходять по відключаючій здатності.
4. Вибір головної схеми електричних з'єднань підстанції
Розрахунок кількості приєднань на стороні ВН: за даними nл = 2
Розрахунок кількості приєднань на стороні СН:
UСН = 35 кВ, тому Рнат = 3 МВт
ліній.
Розрахунок кількості приєднань на стороні НН:
UНН = 10,5 кВ, тому Рнат = 2,5 МВт
ліній.
Вибір структурної схеми електричних з'єднань підстанції вибирається на основі схеми розвитку електричних схем енергосистеми чи схеми електропостачання району і повинна задовольняти відповідні вимоги.
На підстанціях призначених для електропостачання споживачів на двох напругах (СН та НН) як правило, встановлюються автотрансформатори чи три обмоткові трансформатори як в нашому випадку.
Рис 4.1. Структурна схема підстанції.
2. Вибір електричних схем РП підстанції.
Для РП ВН вибираємо мостик з вимикачем в перемичці з відокремлювачами в колах трансформатора в сторону ліній:
Основною перевагою даної схеми є її економічність (три вимикача на чотири приєднання) і простота експлуатації.
Для РП СНвибираємо схему однією секціонованою системою шин. Вибрана схема є простою в управлінні та економічною, що збільшує її надійність.
Для РП НН можна застосувати одну секціоновану вимикачем систему шин. Дана схема є простою в керуванні, а для надійності РП НН монтують в закритому приміщенні, таке виконання збільшує строк служби всіх елементів схеми, внаслідок захисту їх від впливу зовнішнього середовища.
5. Вибір апаратів високої напруги
Вибір апаратів високої напруги проводиться по розрахунковим умовах, по довготривалому режиму роботи, тобто такого режиму режиму роботи обладнання, тривалість якого достатня для встановлення температури його частин, незмінною, коли є температура навколишнього середовища.
Вибір комутаційної і струмообмежуючої апаратури
Вибір вимикачів
Вимикачі є основними комутаційними апаратами і служать для відключення і ввімкнення кіл в різних режимах роботи. Найбільш відповідальною операцією є відключення струмів КЗ.
При виборі вимикачів необхідно враховувати основні вимоги, що представлені до них. Вимикачі повинні надійно відключати любі струми: нормального режиму і КЗ, а також малі індуктивні і ємнісні струми без появи при цьому небезпечних комутаційних перенапруг. Для збереження стійкості роботи системи відключення КЗ повинно виконуватись якомога швидше; вимикач повинен бути пристосований для швидкодіючого АПВ. Конструкція вимикача повинна бути простою, зручною для експлуатації і транспортування, вимикач повинен мати високу ремонтоспроможність вибухо- і пожежобезпечним.
По ГОСТ 687-78 приведені слідуючи параметри вимикачів:
Номінальна напруга .
Номінальний струм .
Номінальний струм вимкнення - найбільший струм КЗ (діюче значення періодичної складової), який вимикач здатний вимкнути при напрузі, що дорівнює найбільшій робочій, при заданій умові встановлення напруги і заданого циклу операцій.
Номінальний відсотковий склад аперіодичної складової струму в струмі відключення
.
Цю величину визначають за кривою визначають з рис.8-1[3] для моменту часу . Час від початку КЗ до розімкнення контактів вимикача визначають за виразом
,
де - мінімальний час дії релейного захисту, приймається рівним 0,01 с; - власний час вимкнення вимикача по каталогу.
Діюче значення періодичної складової і амплітудне значення повного струму , що характеризують електродинамічну стійкість вимикача. Ці струми вимикач витримує у ввімкненому стані без пошкоджень, що заважають його подальшій роботі.
Струм термічної стійкості і час дії струму термічної стійкості .
Вибір вимикачів виконується за наступними параметрами:
за напругою електроустановки -
;
по продовжуваності струму -
;
Перевірка на електродинамічну стійкість виконується за умовою
,
де і - розрахункові значення періодичної складової струму КЗ і ударного струму в колі, для якого вибирається вимикач.
Вибравши вимикач за розглянутими параметрами, а значить, знаючи , знаходять і для цього моменту часу визначають періодичну () і аперіодичну () складові струму КЗ.
Далі перевіряють вимикач на симетричний струм відключення() і на можливість відключення аперіодичної складової .
Якщо умова виконується, а (велика частина аперіодичної складової струму), то допускається вибирати вимикач по повному струмові:
.
На термічну стійкість вимикач перевіряють по розрахунковому імпульсу квадратичного струму КЗ і знайдених в каталозі значенням і :
.
Вибір вимикачів рекомендовано виконувати в табличному вигляді (табл 5.1.).
Таблиця 5.1
Розрахункові параметри
Каталожні дані вимикача
Умова вибору
-
Вибір роз'єднувачів
Роз'єднувачі призначені для відключення і ввімкнення кіл без струму і для створення видимого розриву кіл в повітрі. В установках невеликої потужності дозволено відключати роз'єднувачем не навантажені трансформатори, вмикати і вимикати струм навантаження лінії до 15 А при напрузі 10 кВ і вище, відключати (в певних межах) зарядний струм повітряних і кабельних ліній і струм КЗ на землю.
До надійності роз'єднувачів є високі вимоги. Це пояснюється більшою кількістю роз'єднувачів в електричних установках і є важливими для схем електричних з'єднань. Надійність роботи всієї установки залежить від надійності роботи роз'єднувачів.
Для забезпечення надійної і безпечної експлуатації роз'єднувачів слід застосовувати роз'єднувачі переважно триполюсного типу.
Роз'єднувачі вибирають за номінальною напругою , номінальним струмом , а в режимі КЗ перевіряють на термічну і електродинамічну стійкість.
Вибір роз'єднувачів рекомендовано виконувати в табличному вигляді (табл. 6.2.).
Таблиця 5.2
Розрахункові параметри
Каталожні дані роз'єднувача
Умова вибору
Вибір вимикача та роз'єднувача для сторони ВН.
Таблиця 5.3
Розрахункові параметри
Каталожні дані
Вимикач
роз'єднувач
ВВБ -150 -31,5/2000
РНД -150/1000У1
Вибір вимикача та роз'єднувача для сторони СН.
Таблиця 5.4
Розрахункові параметри
Каталожні дані
Вимикач
роз'єднувач
ВВУ-35А-40/2000 У1
РНДЗ.2-35/1000 УХЛ1
Вибір вимикача та роз'єднувача для сторони НН.
6. Вибір вимірювальних трансформаторів струму та напруги
Вимірювальні трансформатори призначені для зменшення первинних струмів і напруги до значень, найбільш зручних для підключення вимірювальних приладів, реле захисту.
Вибір трансформаторів струму.
Трансформатори струму вибираються:
1. По напрузі установки
Uуст ? Uном
2. По струму
Iнорм ? I1ном ; Imax ? I1ном
3. По конструкції і класу точності
4. По електродинамічній стійкості
Таблиця 5.4
Розрахункові параметри
Каталожні дані
Вимикач
роз'єднувач
ВВЭ-10-31,5/1600 У1
РВК-10/2000 У1
iу ? kед• • I1ном
де kед - кратність електродинамічної стійкості по каталогу;
де Bк - тепловий імпульс по розрахунку; kт - кратність термічної стійкості по каталогу; tт - час термічної стійкості по каталогу.
6. По вторинному навантаженню
Z2 ? Z2 ном
де Z2 - вторинне навантаження трансформатора струму; Z2 ном - номінальне допустиме навантаження трансформатора струму в вибраному класі точності.
Виберемо трансформатори струму для збірних шин високої напруги підстанції.
Виберемо трансформатор струму для ВН 150 кВ типу ТФЗМ-150A-1:
Таблиця 5.5
Розрахункові дані
Каталожні дані
не перевіряється
Виберемо трансформатор струму для СН 35 кВ типу ТФЗМ-35АУ1
Таблиця 5.6
Розрахункові дані
Каталожні дані
не перевіряється
Виберемо трансформатор струму для НН 10 кВ типу ТПЛК-10 У3
Таблиця 5.7
Розрахункові дані
Каталожні дані
не перевіряється
1. По напрузі установки
Uуст ? Uном
2. По конструкції і схемі з'єднання обмоток
2. По класу точності
3. По вторинному навантаженню
S2? ? Sном
де Sном - номінальна потужність в вибраному класі точності; S2? - навантаження
Виходячи з вищезазначених умов для сторони ВН вибираємо т-тор напруги типу НКФ-220-58У1, для сторони СН - т-тор типу ЗНОМ-35-65У1,для сторони НН-ЗНОЛ.06-10У3.
6. Вибір та розрахунок збірних шин та струмоведучих частин, схеми постійного струму та акумуляторних батарей
Вибір гнучких шин для сторони ВН
Січення гнучких шин вибираємо:
- по економічній густині струму
де вибираємо з Т.4-1,Л-2,с.230
Приймаємо провід АС-25/4.2 з Ідоп=142А
Перевіримо провід по допустимому струм :
Отже, умова виконується.
Початкова критична напруженість електричного поля:
Напруженість електричного поля
Умова перевірки на корону:
Таким чином, провід АС-25/4.2 по умовам коронування проходить.
Вибір гнучких шин для сторони СН
Приймаємо провід АС-10/1,8 з Ідоп=84 А .
Перевіримо провід по допустимому струм :
Отже, умова виконується.
Початкова критична напруженість електричного поля:
Напруженість електричного поля
Умова перевірки на корону:
Таким чином, провід АС-10/1.8 по умовам коронування проходить.
Вибір гнучких шин для сторони НН
Збірні шини вибираємо за допустимими струмами на шинах , який дорівнює струму найбільш потужного приєднання.
Перевірку на можливість дотику проводів при двофазному к.з. не проводимо оскільки Іп = 8,976 кА<20 кА
Приймаємо провід АС-16/2.7 з Ідоп=111 А .
Перевіримо провід по допустимому струму :
Отже, умова виконується.
Початкова критична напруженість електричного поля:
Напруженість електричного поля
Умова перевірки на корону
Таким чином, провід АС-16/2.7 по умовам коронування проходить.
Вибираємо кабель типу 3*АВВГ з перерізом жил 35 мм2 з Ідоп = 3?111=333 А
Вибір схеми живлення власних потреб та розрахунок їх навантаження схеми, оперативного струму
До ВП ПС відносяться наступні споживачі:
- системи охолодження т-рів і синхронних компенсаторів
- системи пожежегасіння
- аварійне освітлення
- підігрів вимикачів та приводів та ін.
Для всіх ПС 35-750 кВ встановлюється не менше двох ТВП. Визначення сумарної розрахункової потужності споживачів ВП проводиться з врахуванням коефіцієнту попиту Ь. Останній вказує використання встановленої потужності і одночасність їх роботи.
Розрахунок навантаження на ТВП зведений в таблицю
Таблиця 6.1
Найменування Споживачів
Встановлена
потужність
?
Соsц
tgц
Розрахункова потужність на тр-тор
Потужність в одиницях і кількість
Загальна потужність
Літо
Зима
Коефіцієнт попиту
Активна потужн
Рл =Р?Ь/l
Реактивна потужність
Qл = Рл?tgц
Коеф. попиту Ь
Активна потужн
Рл =Р?Ь/l
Реактивна потужність
Qл = Рл?tgц
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
Освітлення ВРП
150 кВ
-
20
1
1
0
0,35
7
0
0,35
7
0
Освітлення ВРП
35 кВ
-
12
1
1
0
0,35
4,2
0
0,35
4,2
0
Освітлення ОПУ
-
11
1
1
0
0,7
7,7
0
0,9
9,9
0
Освітлення
компресорної
-
3,2
1
1
0
1
3,2
0
1
3,2
0
Підігрів
повітрозбірників
26,6
26,6
1
1
0
-
-
-
1
26,6
0
Підігрів приводів
вимикачів 150 кВ
27,7
27,7
1
1
0
-
-
-
1
27,7
0
Підігрів приводів
вимикачів 35 кВ
14,4
14,4
1
1
0
-
-
-
1
14,4
0
Підігрів шаф КРП
10 кВ
10
10
1
1
0
-
-
-
1
10
0
Охолодження ТР
84
84
0,8
0,8
0,6
0,8
114
77,3
0,85
114
77,3
Компресори
164
164
0,8
0,8
0,6
0,4
79
4,9
0,4
79
4,9
Апаратура зв'язк
16
16
1
1
0
1
6
0
1
6
0
Силове наванта-
ження ОПУ
-
5
0,8
0,8
0,6
0,5
3
2
0,5
3
2
Насосна пожежо-
Гасіння
-
18
1
1
0
-
-
-
1
18
0
Опалення ОПУ
-
96
1
1
0
-
-
-
1
96
0
Опалення
компресорної
-
22
1
1
0
-
-
-
1
22
0
Всього
224,1
84,2
441
84,2
Максимальна розрахункова потужність споживачів ВП:
Потужність ТВП при наявному резерві
Приймаємо 2 ТВП по 400 кВА типу ТСЗ-400/10
Вибираємо випрямлений оперативний струм так як він може застосовуватись на ПС 110-220 кВ зі схемою електричних з'єднань в яких включена можливість одночасного включення більше одного вимикача.
Рис.6.1 Схема живлення ВП ПС із оперативним випрямленим струмом.
Вибір акумуляторної батареї
Зміркувань надійного захисту РЗ мінімально допустима напруга одного елементу :
Отже, вибираємо акумуляторну батарею типу СК-5.
Список літератури
1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. "Электрическая часть электростанций и подстанций" - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 c.
2. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. "Электрооборудование станций и подстанций" - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 c.
3. Гук Ю.Б., Кантан В.В, Петрова С.С. "Проектирование электрической части станций и подстанций" - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 312 c.