Электрическая часть подстанций систем электроснабжения

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования 

«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ  Т.Ф.ГОРБАЧЕВА»

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПОДСТАНЦИЙ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 

 

 

 

                                                       Выполнил студент 2 курса

группы ЭПбТ-112 факультета

                                            Усанов Б.В.

                                            28.03.2013г.

Руководитель Масорский В.И.

                                           Проект защищен с оценкой____ 

                                           «__»___________2013г.

                                           Члены комиссии:

                                           _____________________

                                           _____________________

 

 

 

 

 

Кемерово 2013

Оглавление

1. Оглавление………………………………………………………………. 2 

2. Задание на курсовое проектирование………………………………..3

2.1 Исходные данные для проектирования варианта № 29..................3

2.2 Сведения на стороне низшего напряжений (НН) подстанции…….3

3. Расчет электрической части подстанции……………………………..4

3.1 Определение суммарной мощности потребителей подстанции…..4

3.2 Выбор силовых трансформаторов………………………………….5

3.3 Выбор схемы главных электрических соединений подстанции…..7

3.4 Расчет рабочих токов…………………………………………………8

3.5 Расчет токов короткого замыкания………………………………….11

3.6 Выбор электрических аппаратов…………………………………….17

3.6.1 Выбор выключателей……………………………………………….18

3.6.2 Выбор разъединителей……………………………………………...23

3.6.3 Выбор средств ограничения тока короткого замыкания………...24

3.6.4 Выбор измерительных трансформаторов…………………………25

3.6.5 Выбор трансформаторов собственных нужд……………………..31

3.6.6 Выбор шин…………………………………………………………...35

3.6.7 Выбор изоляторов…………………………………………………..43

3.7 Расчет заземляющего устройства…………………………………….45

3.8 Выбор защиты от перенапряжений и грозозащиты………………...48

Список используемой литературы………………………………………..49

Приложение 1

Приложение 2

 

2. Задание на  курсовое проектирование

2.1 Исходные данные для проектирования варианта № 29

 

Сведения об энергосистеме:

U_с=110 кВ - напряжение на стороне высшего напряжения (ВН) подстанции;

S_с=450 МВА - мощность;

Х_с=0,9 - реактивное сопротивление в относительных единицах;

n_с=2 - число линий связи;

=60 км - длина линий связи.

2.2 Сведения на стороне низшего напряжений (НН) подстанции

 

U_нн=6 кВ-уровень низшего напряжения подстанции;

3х3; 4х2 - число и мощность линий;

К_мп1=0,9; К_мп2=0,8 - коэффициент несовпадения максимумов нагрузки потребителей;

Cos j₁=1; Cos j₂=0,9 - коэффициент мощности;

Т_макс1=6000 ч; Т_макс2=5500 ч - продолжительность использования максимальной нагрузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет электрической части подстанции

3.1 Определение суммарной мощности потребителей подстанции

 

Расчет потребных мощностей  нагрузок следует производить по любому из известных методов расчета. Потребную мощность можно определить с использованием коэффициента несовпадения максимумов нагрузки потребителей.

 

Суммарная активная мощность на стороне НН:

=3·3·0,9=8,1 МВт

=4·2·0,8=6,4 МВт

=8,1+6,4=14,5 МВт

 

Полная мощность на стороне  НН:

 МВА, МВА

 МВА

 

Реактивная мощность на стороне  НН:

=8,1·0 =0 МВАр

=15,2·0,435=6,61 МВАр

=0+6,612=6,61 МВАр

 

Суммарная мощность на стороне  ВН:

 МВт

 МВАр

МВА

3.2 Выбор силовых трансформаторов

 

Наиболее часто на подстанциях  устанавливаются два трансформатора. В этом случае при правильном выборе мощности трансформаторов обеспечивается надежное питание даже при аварийном  отключении одного из трансформаторов.

Номинальная мощность каждого  трансформатора двухтрансформаторной подстанции, определяется аварийным режимом работы подстанции; при установке двух трансформаторов мощность каждого из них должна быть такой, чтобы при выходе из строя одного из них оставшийся в работе трансформатор с допустимой аварийной нагрузкой мог обеспечить нормальное электроснабжение потребителей первой и второй категорий.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) разрешают перегрузку трансформаторов сверх номинальной на 40% на время общей продолжительностью не более 6 часов в сутки в течение 5 суток подряд при коэффициенте заполнения графика нагрузки не выше 0,75. При этих параметрах номинальная мощность каждого трансформатора определяется из условия

 

 

где S_нт - номинальная мощность трансформатора, МВА;

S_р - расчетная мощность

подстанция  электроснабжение трансформатор заземляющий

Трансформатор, выбранный  по этому условию, обеспечивает питание  всех потребителей в нормальном режиме при загрузке трансформатора (0,8¸0,7) S_нт, а в аварийном режиме один трансформатор, оставшийся в работе, обеспечивает питание потребителей первой и второй категорий с учетом допустимой аварийной перегрузки на 40%. Потребители 3^й категории во время максимума энергопотребления должны быть отключены.

 

 МВА

=16 МВА

 

Выбираем трансформатор  ТРДНФ-16000/110-У1. Технические характеристики которого приведены в таблице 3.2.1.

 

                                                                                                     Таблица 3.2.1

Тип  изделия, обоз-  начение норма-  тивного документа	Номи-  нальная мощность, кВ А	Номи-  нальное напряжение обмоток, кВ		Схема и группа соеди-  нения обмоток	Потери, кВт		Напря-  жение короткого замы-  кания, %	Ток холо-  стого  хода, %	Габа-  ритные размеры, мм  длина х ширина х высота	Масса, кг, не более
		ВН	НН		холо-  стого хода	коро-  ткого замы-  кания				масла	полная
ТРДНФ-16000/110-У1 ТУ16 ИБМД. 672500. 001-2002	16000	115	6,6-6,6; 11,0-11,0 6,6-11,0	Y11/D-D- 11-11	16,5	85	10,5	0,55	6000 х 4230х 5500	13450	44700

 

 

3.3 Выбор схемы главных электрических соединений подстанции

Составляем структурную  схему подстанции.

Она состоит из распределительного устройства высокого напряжения (РУВН) открытого исполнения (ОРУ-110кВ), двух силовых трансформаторов Т1, Т2 с расщепленной вторичной обмоткой и распределительных устройств низшего напряжения (РУНН1, РУНН2) закрытого исполнения (ЗРУ1 - 6кВ, ЗРУ2 - 6кВ) Общий вид схемы подстанции приведен на рис.3.3.1.

 

Рис.3.3.1 Общий вид схемы подстанции

 Принципиальная схема электрических соединений подстанции представлена в приложении 1.

3.4 Расчет рабочих токов

 

Продолжительные рабочие  токи определяются для выбора аппаратов  и проводников. Различают рабочие  токи нормального режима, а также  ремонтного, аварийного, послеаварийного. Для выбора аппаратуры следует ориентироваться  на утяжеленный режим работы, получая  максимальные рабочие токи.

Рабочий ток фидеров:

 

, А

 

где Р_{н. ф} - номинальная мощность фидера, кВт;

U_{н. ф} - номинальное напряжение фидера (потребителя), кВ;

cosj_ф - коэффициент мощности потребителя.

 

 кА,

 кА;

 

Рабочий ток секционного  выключателя

 

 А,

 

где SР_{н. ф} - сумма мощностей потребителей наиболее загруженной секции сборных шин, кВт;

U_н - номинальное напряжение группы токоприемников, кВ;

cosj_{ср. вз -} средневзвешенное значение коэффициентов мощности группы токоприемников,

Для РУНН: Рабочий ток секции секционного выключателя рассчитывают как ток наиболее загруженной  секции сборных шин.

 

 кА,

 кА,

 

Рабочий ток вводов РУ и  сборных шин:

 

 

где S Р_{н. РУ} - суммарная номинальная мощность всех присоединений РУ, кВ;

cos j_{ср. вз. РУ} - средневзвешенное значение коэффициентов мощности всех присоединений РУ.

 

 кА

 кА,

 

Максимальный рабочий  ток распределительного устройства высшего напряжения определяют исходя из полной загрузки силового трансформатора и допустимой перегрузки аварийного режима

 

 

где 1,4 - кратность максимальной перегрузки в аварийном режиме;

S_{н. т}=16000кВА - номинальная мощность силового трансформатора;

U_{н. ВН}=110 кВ - номинальное напряжение РУВН.

 

 кА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов к. з. выполняем для проверки аппаратуры на отключающую способность и динамическую стойкость, для проверки на термическую устойчивость шин распределительных устройств. Для этих целей в соответствующих точках схемы подстанции определяются наибольшие токи к. з. (трехфазные).

Расчетная схема подстанции приведена на рис.3.5.1.

Схема замещения приведена  на рис.3.5.2.

Рис.3.5.1 Расчетная схема подстанции

 

По расчетной схеме  видно, что токи к. з. для точек К2 и К3 будут иметь одинаковые величины. Схему замещения составляем для К1, К2 и К3

         

Рис.3.5.2 Схема замещения подстанции.

          При расчете значений токов к. з., при трехфазных к. з. параметры расчетной схемы выражаются в относительных единицах.

а). Расчет токов к. з. для точки К1

Базовая мощность МВА

Базовое напряжение кВ

Базовый ток 

 

 кА

 

Для системы относительное  сопротивление (табл.3.1 стр.17 [1])

 

 

где 0.6 о. е.; Sн. с. = 450 МВ*А - по условию

  - полученные значения сопротивлений указываются на схеме замещения.

Для линии с Uн = 110 кВ длиной l = 60 км

 

,

 

где Uср = 115 кВ - среднее напряжение, соответствующее Uн = 110 кВ

Ом/км - удельное сопротивление, тогда

 

 

Расчетное результирующее сопротивление для точки К1 согласно схеме замещения

 

 

Определение начального значения периодической составляющей тока и  мощности к. з. проводим по формулам

 

;

 

где -относительная сверхпереходная составляющая сети от точки к. з. (принимаем равной 1);

-базисный ток, кА;

-базисная мощность, МВ*А

- результирующее сопротивление  сети от точки к. з.

 

 кА

 

Ударный ток определяется по формуле

 

,

 

где - ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени затухания апериодической составляющей тока к. з. (Та)

По таблице 3.2 стр. 19 [1] для системы, связанной со сборными шинами, где рассматриваются к. з. воздушными линиями напряжением 110 кВ находим Т_а = 0,02 с, К_у = 1,608, тогда

 

 

Апериодический ток к  моменту размыкания контактов

 

,

 

где τ - отрезок времени от момента к. з. до начала размыкания контактов:

 

,

 

где t_{р. з. min -} минимальное время действия релейной защиты, tр. з. min = 0,06 с;

t_{с. в. -} собственное время трогания контактов выключателя, tс. в = 0,04 с.

 

,

 

б). Расчет токов к. з. для точки К2 (К3)

Для трансформатора с расщепленной вторичной обмотки сопротивление  обмоток рассчитываем с использованием паспортных данных

 

 

В относительных единицах:

 

 

Результирующее сопротивление  до точки К2 (К3) согласно схеме замещения:

 

 

Периодическая составляющая тока и мощности к. з.:

 

 

По таблице 3.2 стр. 19 [1] для системы связанной со сборными шинами 6кВ, где рассматривается через трансформаторы мощностью 16 МВ*А

По таблице 3.2 стр. 19 [1] находим:

Та = 0,03 с, Ку = 1,71.

Ударный ток:

 

 

Апериодический ток к моменту размыкания контактов:

 

 

 

Результаты расчета в  зависимости от точки к. з. сводим в таблицу 3.5.1:

Точка к. з.	X*рез.	Ino	Sк, МВ*А	iy, кА	ia,τ, кА
К1	0,315	1,59	317,46	3,61	0,16
К2 (к. з.)	1,545	5,94	101,5	14,4	0,30

                                                                                                Таблица 3.5.1

3.6 Выбор электрических аппаратов

 

При выборе выключателей, разъединителей, отделителей и короткозамыкателей необходимо представить подробные  расчеты для одного из присоединений  и результаты выбора свести в таблицы  сопоставления паспортных и расчетных  данных. По остальным присоединениям достаточно привести только таблицы  сопоставления паспортных и расчетных  данных.

3.6.1 Выбор выключателей

Выключатель является основным коммутационным аппаратом в электрических  установках, он должен быть способен коммутировать  электрические цепи как в номинальных, так и в аварийных режимах.