Проектирование электрической части подстанции

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

Институт - Энергетический

Направление – Электроэнергетика

Кафедра – Электроснабжение промышленных предприятий

 

 

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЧАСТИ                      ПОДСТАНЦИИ

 

Расчётно-пояснительная  записка по дисциплине

 «Электрическая часть электрических станций»

 

 

 

 

 

 

         Студент                         ________________________          Аитов Р.Н. 

                                                                               (подпись/дата)                        

 

 

         Преподаватель                  ____________________          Пономарчук Н.Р.

                                                                  (подпись/дата)

 

 

 

 

 

 

Томск - 2012

ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

 

 

 

Рис. 1.   Схема питающей сети проектируемой  подстанции

 

Таблица 1

Uвн

Система С1 /С2

ЛЭП связи

Нагрузка потребителей

Sном

x

Lw1/Lw2

На стороне СН

На стороне НН

Uсн

n*P

Кмп

Cosφ

Тmax

Uнн

n*P

Кмп

Cosφ

Тmax

кВ

МВА

о.е.

км

кВ

шт*МВт

-

-

час

кВ

шт*МВт

-

-

час

220

900/1200

0,7/0,8

175/120

110

4*30

0,75

0,85

6500

10

8*4/8*2

0,9/0,8

0,9

7000 6000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Электростанциями  называются предприятия или установки, предназначены для производства электроэнергии. По особенностям основного  технологического процесса преобразования энергии и виду используемого  энергетического ресурса электростанции подразделяют на тепловые (ТЭС), атомные (АЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), гидроаккумулирующие (ГАЭС), газотурбинные (ГТУ) и др.

Важную  роль выполняют электрические подстанции – электроустановки, предназначены  для преобразования и распределения  электроэнергии. Применение подстанций трехфазного тока объясняется большой  экономичностью сетей и установок  трехфазного тока по сравнению с  установками однофазного переменного  тока, а также возможностью широкого использования в качестве электропривода наиболее надежных, простых и дешевых  асинхронных электродвигателей. Наряду с трехфазным током в некоторых  отраслях промышленности применяют  и постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока (электролиз в химической промышленности и цветной  металлургии, электрифицированный  транспорт и др.). В настоящее  время постоянный ток применяют  также для передачи электроэнергии на большие расстояния при напряжении до 800 кВ, а в перспективе –  до 1500 кВ.

Одним из параметров электроустановок является номинальное напряжение. Номинальное  напряжение генераторов, трансформаторов, сетей и приемников электроэнергии (электродвигателей, ламп и др.) называется то напряжение, при котором они  предназначены для нормальной работы.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) разделяют  все электроустановки на две категории: электроустановки напряжением до 1 кВ и электроустановки свыше 1 кВ. Это  разделение вызвано различием в  типах и конструкциях аппаратов, а также различием в условиях безопасности, в требованиях, предъявляемых  при сооружении и эксплуатации электроустановок разных напряжений.    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНЫХ МОЩНОСТЕЙ

НА ПОДСТАНЦИИ

 

Суммарная активная мощность на стороне СН:

 МВт;

Полная мощность на стороне СН:

 МВА;

Реактивная мощность на стороне  СН:

МВАр.

 

Суммарная активная мощность на стороне НН:

 МВт;

Полная мощность на стороне НН:

 МВА;

Реактивная мощность на стороне НН:

 МВАр;

 

Суммарная мощность на стороне  ВН:

 МВт;

МВАр;

 МВА;

2. ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

Мощность трансформаторов выбирается по условию:     (МВА)

По [1,табл. 3-8] выбираем 2 трансформатора типа АТДЦТН – 125000/220/110. Его паспортные данные сведены в табл. 2.

Таблица. 2

Тип трансформатора	Sном, МВА	Напряжение обмотки, кВ			Потери, кВт	Uк, %			Iх, %
		ВН	СН	НН	Pх	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
АТДЦТН – 125000/500/110	125	315	280	10,5	65	11	45	28		0,4

 

 

 

 

Рис. 2.   Схема проектируемой подстанции

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ НОРМАЛЬНОГО И

УТЯЖЕЛЕННОГО РЕЖИМОВ

 

Нормальный  режим – цепи силовых трансформаторов  подстанции характеризуются током  I_норм.:

кА

кА 

кА 

Утяжеленный режим – один из трансформаторов  отключен, а по цепи двух других протекает рабочий ток I_{раб.макс.}:

кА

кА

кА

 

Если I_{раб.макс.} ≤ 3200 А, то РУ может быть выполнено комплектным для наружной установки КРУ(Н) с установкой вакуумных или элегазовых выключателей с номинальным током отключения 20 кА или 31,5 кА.

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЕТ ТОКОВ КЗ

 

 

Рис. 3.   Схема замещения питающей сети и  подстанции

 

Так как напряжения на сторонах НН и СН меньше 35 кВ, то в  целях ограничения токов к.з., секционные выключатель на шинах НН и СН выключены.

 

Расчет сопротивлений:

Принимаем

 

 

Расчет параметров схемы  замещения:

;

;

Рассмотрим режим КЗ на каждой из шин:

 

Точка K1: (ВН)

кА

кА 

 

Точка K2: (СН)

кА

кА

 

Точка K3: (НН)

кА

кА 

5. ПРОВЕРКА  ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ КАБЕЛЕЙ ОТХОДЯЩИХ ЛИНИЙ НА 10 КВ

 

кА

 

Сечение кабеля выбираем по экономической  плотности тока:

где = 1,2 – для Т_max >5000 ч. по [2, табл. 4.5].

 

По [2, табл. П3.7] принимаем сечение кабеля – с алюминиевыми жилами с пластмассовой изоляцией в поливинилхлоридной оболочке, небронированный, прокладка в земле.

 

Минимальное сечение кабеля по термической  стойкости:

,

где - тепловой импульс, кА²·с;

= 1,2 с – время отключения  тока короткого замыкания;

- функция,  значение которой  приведены в [2, табл. 3,14].

Условие термической стойкости    не  выполняется.

Для ограничения тока КЗ, необходимо установить токоограничивающий реактор.

кА

По этому току выбираем реактор

 

Тогда периодическая составляющая тока КЗ на низкой стороне будет:

кА

Тогда минимальное сечение кабеля по термической стойкости:

,

Условие термической стойкости    выполняется, т.к.

120мм²>105мм².

Следовательно, кабель термически стоек.

Определяем потери напряжения на реакторе:

Значит выбираем сдвоенный реактор РБСНГ-10-2*1600-0,25, Ксв=0,51

Реактор проходит по потерям напряжения.

 

ВЫБОР ГЛАВНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  СОЕДИНЕНИЙ.

 

На стороне  ВН три линий и два трансформатора, следовательно, всего пять присоединений. Напряжение на ВН 220кВ.

Главная схема электрических соединений подстанции выбирается с учетом схемы  развития электрических сетей энергосистемы  или схемы электроснабжения района.

Основные  требования к схемам электрических  соединений:

1. схема должна обеспечивать надежное питание присоединенных потребителей во всех режимах работы;
2. схема должна обеспечивать надежность транзита мощности через подстанцию;
3. схема должна быть по возможности простой, наглядной, экономичной и обеспечивать средствами автоматики восстановление питания потребителей в послеаварийном режиме без вмешательства персонала;
4. схема должна допускать поэтапное развитие без значительных работ по реконструкции и перерывов в питании потребителей;
5. число одновременно срабатывающих выключателей в пределах одного РУ должно быть не более двух при повреждении линии и не более четырех при повреждении трансформатора.

На стороне ВН:

С учетом вышеперечисленных требований выбираем по [4] односекционную систему шин с обходной системой шин, с объединенным секционным и обходным выключателем.

На стороне СН(35кВ) – 6 присоединений: Принимаем односекционированную систему шин.

 

а)                                 б)

Рис. 4.   Схематичное  изображение главной схемы электрических  присоединений

а) односекционированная система шин б) односекционную систему шин с обходной системой шин, с объединенным секционным и обходным выключателем

 

Выбор РУ НН 10кВ:

Так как  на стороне НН будет 2 секции, то ток  секции:

 

 

Выбираем  шкафы серии К-37.

Технические данные:

Номинальное напряжение (линейное): 10 кВ

Номинальный ток шкафа:  630 А

Номинальный ток сборной шины:  1600 А

Номинальный ток электродинамической  прочности главных цепей:  52 кА

Номинальный ток термической стойкости  для промежутка времени 4 с.:  20 кА

Выключатель: ВМПЭ – 10

Привод: встроенный пружинный и электронный

Максимальное число и сечение  силовых кабелей мм²:  4(3×240)

Размеры шкафа, мм:

- ширина: 900

- глубина: 1600

- высота: 2400

Масса шкафа, кг: 1400

 

 

ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

 

Выключатели (Q):

ВН: По [1, табл. 5-2] выбираем эгегазовый выключатель наружной установки марки ВМТ-110Б/220Б-20, и проверяем по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

2) Номинальный ток:

   

   

3) Отключающая (коммутационная) способность:

   

   

        

   

4) Электродинамическая стойкость:

   

   

5) Термическая стойкость:

   

 

СН: По [1, табл. 5-2] выбираем ВМТ-110Б/220Б-20, и проверяем по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

2) Номинальный ток:

   

   

3) Отключающая (коммутационная) способность:

   

   

        

   

4) Электродинамическая стойкость:

   

   

5) Термическая стойкость:

   

 

 

 

 

 

 

 

Разъединители

ВН: По [1, табл. 5-5] выбираем РДЗ-220, и проверяем по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

2) Номинальный ток:

   

   

3) Электродинамическая стойкость:

   

4) Термическая стойкость:

   

 

 

СН: По [1, табл. 5-5] выбираем РДЗ-110, и проверяем по следующим условиям: