Выбор структурной схемы подстанции

ВВЕДЕНИЕ

Электрическая энергия находит широкое применение в промышленности, народном хозяйстве и в быту. Она стала наиболее применимой в наше время -время высоких технологий, технического и научного прогрессов. Электрическая энергия удобна в передачи и распределении между приёмниками.

Источниками этого вида энергии являются различного рода электростанции, такие как ТЭС, АЭС, ГЭС, КЭС и т.д. Объединение электростанций на параллельную работу и создание энергосистемы имеет большое значение для народного хозяйства и даёт ряд технических и экономических преимуществ: повышает надёжность электроснабжения, улучшает качество энергии, повышает экономичность производства и т.д. Более 70% выработки в РФ приходится на ТЭС, хотя это существенно вредит окружающей среде. В настоящее время ведутся широкие исследования в поиске выгодного применения альтернативных источников для производства электроэнергии.

Потребители электрической энергии в нашей  стране могут располагаться как совокупно, так и на значительных расстояниях друг от друга. При этом необходимо рационально распределить энергию между ними. Для чего и служат потребительские станции (подстанции). Подстанции подразделяются на следующие типы:

• узловые распределительные 110-500 кВ (УРП)
• главные понизительные 110-200/6-10-35 кВ (ТИП)
• подстанции глубоких вводов 35-220/6-10 кВ (ПГВ)
• распределительные пункты 6-10 кВ (РП)
• цеховые трансформаторы 6-10/0,38-0,66 кВ (ТП).

Электрическая схема подстанции определяет основное электрическое оборудование, входящее в неё и эксплуатационные свойства этого оборудования.

Требования,      выдвигаемые      на      стадии      проектирования      и сформулированные       в      Нормах       технологического       проектирования электростанций и подстанций (НТП), следующие:

1) соответствие электрической схемы условиям работы подстанции в 
энергосистеме, ожидаемым режимам;

2. удобство эксплуатации,   а именно:  простота  и наглядность схемы; 
   минимальный объем переключений,   связанных с изменением режима; 
   доступность электрического оборудования для ремонта без нарушения 
   режима установки;
3. удобство сооружения электрической части с учетом очередности ввода в 
   эксплуатацию трансформаторов, РП и линий;
4. возможность автоматизации установки в экономически целесообразном 
   объеме;

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

5) достаточная, экономически оправданная степень надежности.

Подстанции   являются   важным   звеном   системы   электроснабжения городов   и   промышленных   предприятий.   Имеют   широкую   номенклатуру исполнения в зависимости от мощности напряжения и назначения.

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1. ВЫБОР  СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПОДСТАНЦИИ

Каждый  вариант структурной схемы представляет собой технически возможное решение, для которого выбираются трансформаторы и оцениваются приведенные затраты. Вариант с наименьшими приведенными затратами принимается для дальнейшей проработки схем РУ. Если несколько вариантов попадают в зону неопределенности по приведенным затратам, с учетом капиталовложений, издержек и стоимости потерь, то наилучший вариант выбирается с помощью комплексной оценки качества. Возможно также решение о дальнейшей разработке двух-трех вариантов структурной схемы до вариантов главной схемы электрических соединений.

При составлении структурной схемы  подстанции расчеты токов КЗ не производятся, выключатели выбираются только по номинальным напряжениям и максимальным токам ячеек трансформаторов и автотрансформаторов. Наиболее распространённая схема подстанции - узловая, она наиболее экономична и надёжна.

Выбор числа и мощности трансформаторов производится с учетом требований к надежности электроснабжения, характера графиков нагрузки.

Для осуществления выбора по технико-экономическим  критериям выбираются два варианта структурной схемы ПС.

Первый  вариант структурной схемы ПС - это автотрансформаторная схема (2 автотрансформатора).

Второй  вариант - схема с двойной трансформацией (4 двухобмоточных трансформатора), схемы  которых представлены на рисунке  № 1.

Рис.1 Схемы подстанций

а) автотрансформаторная;   б) схема с двойной трансформацией

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2. ВЫБОР  ТИПА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Правильный  выбор типа трансформаторов повышает экономические показатели и рентабельность использования подстанции. Предпочтение при выборе типа следует отдавать трёхфазным трансформаторам, технические показатели которых выше показателей групп из однофазных трансформаторов,       при      той      же      надежности.      Двухобмоточные трансформаторы    устанавливают    в    электроустановках    при    наличии распределительных устройств   (РУ)   двух   номинальных   напряжений.   При наличии   трех   номинальных   напряжений   устанавливают   или   несколько трансформаторов,   тем самым увеличивается количество  трансформации энергии, автотрансформаторы или трехобмоточные трансформаторы.

Система охлаждения зависит от номинальной  мощности и определяется после выбора трансформатора по этому параметру. На ТЭЦ и подстанциях рекомендуется применять силовые трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН).

Номинальная мощность трансформатора представляет собой значение полной мощности трансформатора на основном ответвлении, гарантированное заводом-изготовителем в номинальных условиях охлаждающей среды при номинальном напряжении

Выбор номинальной мощности трансформаторов  и оценка допустимости возникающих  в эксплуатации режимов перегрузок осуществляются с учетом нагрузочной  способности трансформаторов.

В общем  случае условие выбора мощности трансформатора имеет вид:   

        S_расч S_ном ·  К_п                                                         (2.1)

где: S_расч - расчетная, передаваемая через трансформатор мощность; S_ном - номинальная мощность трансформатора; К_п - допустимый коэффициент перегрузки.

                                           S_расч = S_сн + S_нн + S_{соб.нужд}                                              (2.2)

где: S_сн; S_нн; S_{соб.нужд.} - мощности, соответственно,  по сети среднего, низкого напряжений и мощность собственных нужд.

                            (2.3)

Расчёт  автотрансформаторной схемы:

Мощность  трансформатора по условию:

                                   (2.4)

Выбираем  предварительно автотрансформатор  типа АТДЦТН -100000/230:

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

S_ном.тр. = 100МВ ·А с РПН на стороне СН. /Л-1, табл. 3-8/

Преобразуем исходные графики нагрузки в эквивалентный  двухступенчатый график для автотрансформаторной схемы (рис. 3). Для этого построим суммарный график потребления полной мощности (рис. 2).

Ступени суммарного графика определятся по формуле:

                                  (2.5)

где: х, у - процентное значение потребляемой мощности по графикам;

      Р_сн; Р_нн - значения активной мощности по ступеням.

Рис.2 Суммарный  график нагрузки

Рассчитаем  двухступенчатый график:

Определим начальную нагрузку S, эквивалентного графика из выражения (участок недогрузки):

       (2.6)

где: S₁, S₂, S₃ ...S_m - мощности на ступенях графика нагрузки (MB·A);

Δt₁, Δt₂, Δt₃ ... Δt_m - интервалы времени по ступеням графика нагрузки (ч).

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Определим  предварительное значение перегрузки К’₂   эквивалентного графика из выражения (участок перегрузки):

                                (2.8)

Определяем  максимальное значение нагрузки К_mах эквивалентного графика нагрузки из выражения:

  (2.9)

Рис.3 Двухступенчатый эквивалентный  график нагрузки

Сравним предварительное значение К’₂ с К_max исходного графика:

                                             (2.10)

Таким образом, принимаем К₂=0,9· К_max=0,934 и h=h’=0 часа.

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Максимальная   нагрузка  S₂ эквивалентного   двухступенчатого   суточного графика нагрузки можно определить следующим образом:

                            (2.11)

Таким образом, перегрузка при работе одного трансформатора в зимний период года с максимальной нагрузкой допустима.

Расчёт схемы с двойной трансформацией:

а) Выбираем двухобмоточный трансформатор 220/10 кВ:

Мощность  трансформатора по условию:

                                   (2.12)

Выбираем   предварительно   трансформатор   типа   ТДЦ  -   80000/242: S_ном.тр =80 МВ·А /Л-l табл. 3-8/

Эквивалентные      графики      нагрузки      идентичны      графикам      для автотрансформаторной схемы.

Определим начальную нагрузку S₁ эквивалентного графика из выражения (участок недогрузки):

                              (2.13)

где: S₁, S₂, S₃ ... S_m- мощности на ступенях графика нагрузки (MB- A);

Δt₁, Δt₂, Δt₃ ... Δt_m — интервалы времени по ступеням графика нагрузки (ч).

                                     (2.14)

Определим предварительное значение перегрузки К’₂     эквивалентного графика из выражения (участок перегрузки):

                              (2.15)

Определяем  максимальное  значение   нагрузки  К_mах   эквивалентного графика нагрузки из выражения:

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

                                     (2.16)

Сравним предварительное значение К’₂ с К_max исходного графика:

                                       (2.17)

Таким образом принимаем К₂=0,9К_max=1,16775 и h=h’=12 часов

Зная  эквивалентную температуру окружающей среды, в зимнее время года

для г. Наб. Челны, θ_охл =  -12,5°С    за время действия эквивалентного

двухступенчатого   графика   нагрузки   (в   который   преобразуется  заданный

график  нагрузки)  с параметрами   К₁, К₂ и h,   при системе охлаждения

трансформатора  ДЦ, /Л-7 табл. 4.1/ для допустимых аварийных перегрузок (или для максимального допустимых систематических перегрузок) определяем значение К_2доп= 1,26.

Максимальная   нагрузка   эквивалентного   двухступенчатого   суточного  графика нагрузки S, молено определить следующим образом:

                            (2.18)

Максимально    допустимые    систематические    перегрузки   рассчитаем следующим  образом:

                              (2.19)

Таким образом, перегрузка при работе одного трансформатора ТДЦ -80000/242 в зимний период года с максимальной нагрузкой допустима.

б) Выбираем двухобмоточный трансформатор 110/10 кВ:

Мощность  трансформатора по условию:

                              (2.20)

Выбираем  предварительно трансформатор типа ТРДЦН -63000/115 /Л-1, табл 3-6/:

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Преобразуем исходные графики нагрузки в эквивалентный  двухступенчатый график для автотрансформаторной схемы (рис. 5). Для этого построим суммарный график потребления полной мощности (рис. 4).

Ступени суммарного графика определятся  по формуле:

                        (2.21)

где: х, у — процентное значение потребляемой мощности по графикам;

Р_сн; Р_нн - значения активной мощности по ступеням.

Рис.4 Суммарный график нагрузки

Рассчитаем  двухступенчатый график:

Определим начальную нагрузку S₁ эквивалентного графика из выражения (участок недогрузки):

                      (2.22)

где: S₁, S₂, S₃ ...S_m - мощности на ступенях графика нагрузки (MBА);

 Δt₁, Δt₂, Δt₃… Δt_m  — интервалы времени по ступеням графика нагрузки (ч).

             (2.23)

Определим предварительное значение перегрузки    К’₂  эквивалентного графика из выражения (участок перегрузки):

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

                       (2.24)

Определяем  максимальное значение нагрузки К_max эквивалентного графика нагрузки из выражения:

                                       (2.25)

Рис.5 Эквивалентный двухступенчатый  график нагрузки

Сравним предварительное значение К’₂ с К_max исходного графика:

  h = 0 часа

Максимальная   нагрузка   эквивалентного   двухступенчатого   суточного  графика нагрузки S₂ можно определить следующим образом:

Подп. И дата

Инв. № дубл.

Взаим. Инв. №

Подп. И дата

Инв. № подп.

КР.2.140211.12.22.00.00.ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата