Подстанция 220/10 кВ
Введение.
При выполнении курсовой работы проектировалась подстанция 220/10 кВ. Данная ПС 220/10 кВ сооружается в республике Башкортостан. Субъект Российской Федерации, входит в состав Поволжского федерального округа Административный центр г. Уфа.
Климат района умеренно с континентальный, со средними температурами дня в июле +19, в январе -15. Осадков больше получает восточная часть района - 500 600 мм, западная же - 400-500 мм. Преобладают ветры летом западных направлений, зимой южных.
Проектирование электрических подстанций заключается в составлении описаний ещё не существующих объектов, предназначенных для распределения электроэнергии.
Для проектируемой подстанции 220/10 кВ выбирались силовые трансформаторы, коммуникационные аппараты, трансформаторы тока и напряжения, токоведущие части, конструкция РУ и рассчитывались токи короткого замыкания.
- Составление структурной схемы электрических соединений.
Распределительные устройства высшего (220 кВ) и низшего (10 кВ) напряжения связанны между собой двумя параллельно работающими трансформаторами с РПН. На подстанции устанавливается два двухобмоточных трансформатора с РПН. Электроэнергия поступает от энергосистемы в РУ 220 кВ подстанции, трансформируется и распределяется между потребителями в РУ 10 кВ.
Рис. 2.1. Структурная схема электрических соединений
2. Выбор основного оборудования
Основное оборудование всегда стремятся выбрать однотипным, так как при этом обеспечивается возможность максимальной индустриализации строительства и ремонта, а также сокращается количество обслуживающего персонала. Оборудование подстанций в основном представлено следующими элементами, главным и важным из них является, конечно, трансформатор
.
2.1 Выбор числа и мощности трансформаторов связи
Выбираем два параллельно работающих трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН). Трансформаторы должны обеспечивать питание всех потребителей при оптимальной их нагрузке а в аварийном режиме один трансформатор, оставшийся в работе обеспечить питанием потребителей с учётом перегрузки на 40%.
Выбор трансформаторов производится по следующим условиям:
Uном.ВН ≥ Uуст
Uном.НН ≥ (3.2)
Sтранс. ≥ Sрасч
где Uном.ВН - номинальное напряжение обмотки ВН трансформатора, кВ;
- номинальное напряжение обмотки НН трансформатора, кВ кВ;
Sтранс - номинальная мощность трансформатора, МВА;
Uуст - напряжение распределяющего устройства, кВ;
Sрасч - расчетная мощность, передаваемая через трансформатор, МВА.
Расчетная мощность рассчитывается по формуле:
где , - мощность, передаваемая через трансформатор в режиме максимальных нагрузок, МВА.
Мощность, передаваемая через трансформатор в режиме максимальных нагрузок , определяется по формуле:
По формуле (3.5) определяется мощность, передаваемая через трансформатор в режиме максимальных нагрузок:
По формуле (2.4) определяется расчётная мощность трансформатора:
Трансформатор выбирается по [2.стр 156] типа ТРДН-63000/220.
Проверка выбранного трансформатора выполняется по условиям 3.1-3.3:
230 кВ 220 кВ,
11 кВ 10,5 кВ,
63 МВА 54,43 МВА.
Проверка выбранного трансформатора по перегрузке производится по формуле:
, (3.6)
Выбранный трансформатор ТРДН-63000/220 удовлетворяет всем условиям. Данный трансформатор является трёхфазным, двухобмоточным с расщеплённой обмоткой низкого напряжения; с принудительной циркуляцией воздуха и масла, с ненаправленным потоком масла; выполнение одной из обмоток с устройством регулирования под напряжением (РПН).
Таблица 3.1 Технические характеристики трансформатора.
Тип трансформатора |
Номинальная мощность, МВА |
Напряжение обмотки, кВ |
Потери, кВт |
Напряжение к.з., % |
Ток х.х., % | ||
ВН |
НН |
х.х |
к.з | ||||
ТРДН-63000/ 220 |
63 |
230 |
11-11 |
70 |
265 |
11,5 |
0,5 |
4 Расчет числа линий
4.1 Расчет числа линий на высоком напряжении
На подстанции число линий на высоком напряжении определяется по формуле:
(4.1)
где - максимальная нагрузка на шинах ВН, МВт;
- пропускная способность 1 линии,МВт.
Выбирается по заданию число линий 4.
4.2 Расчет числа линий на низком напряжении
Расчет числа линий на НН определяется по экономической плотности тока.
Определяется максимальный ток линий отходящих к потребителю по формуле:
(4.2)
где максимальная мощность потребителей 10кВ.
Определяется суммарное экономическое сечение всех отходящих линий по формуле:
, (4.3)
где экономическая плотность тока [1. стр 187].
За экономическое сечение одного кабеля принимается и определяется число отходящих линий по формуле:
(4.4)
Полученное значение округляется в большую сторону, с таким расчетом, чтобы секции шин были загружены одинаково.
Принимается 24 линий для равномерной загрузки.
Определяется максимальный ток одной линии по формуле:
(4.5)
Делается проверка по допустимому току по условию:
(4.6)
где допустимый ток, [5. стр 29. т 1.3.18] .
.
Схема перетоков мощности
Рис. 4.1. Схема перетоков мощности
5 Выбор схем РУ.
Распределительное устройство - это электроустановка, предназначенная для приёма и распределения электрической энергии, содержащая электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства.Схемы РУ подстанций при конкретном проектировании разрабатываются на основании схем развития энергосистемы, схем электроснабжения района или объекта и других работ по развитию электрических сетей и должны:
- обеспечить требуемую
надежность электроснабжения
- учитывать требования противоаварийной автоматики;
- обеспечивать возможность
и безопасность проведения
- обеспечивать наглядность,
экономичность и
5.1 На РУ 220 кВ. Принимаем схему с одной рабочей и обходной системами шин. В нормальном режиме обходная система шин находится без напряжения, разъединители, соединяющие линии и трансформаторы с обходной системой шин, отключены. Обходной выключатель отключён. Шины соединены между собой включённым шиносоединительным выключателем. С помощью обходной системы шин любой выключатель трансформаторов и линий может быть заменён обходным выключателем.
Рис. 5.1. Схема РУ
5.2 На РУ 10 кВ, принимаем схему с двумя одиночными секционированные выключателями системы шин. Данная схема применяется при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой или сдвоенных реакторах, присоединенных каждый к двум секциям. Выбирая эту схему, мы учитываем возможность дальнейшего расширения схемы подстанции без реконструкции. Данная схема надёжна, т.к. системы секционируют, они между собой не связаны.
В нормальном режиме секционные выключатели QB1 иQB2 отключены с целью ограничения токов короткого замыкания. Обе системы шин нормально находятся под напряжением.
На отходящих линиях устанавливаются КРУ. Комплектное распределительное устройство - это распределительное устройство, состоящее из закрытых шкафов со встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными приборами и вспомогательными устройствами. Установка КРУ снижает стоимость монтажа, позволяет широко применять механизацию и уменьшить время сооружения электроустановки.
6 Выбор схемы электроснабжения и трансформатора собственных нужд
Расчет нагрузки собственных нужд ПС производим согласно приложению П.6.1 и П.6.2 Л.Д. Рожков.
Таблица 6.1 Нагрузка собственных нужд подстанций.
Вид потребителя |
Установ. мощность |
|
tg |
Нагрузка | ||
един, кВт*кол. |
всего, кВт |
Руст, кВт |
Qуст, кВАР | |||
Охлаждение ТРДН-63000/220 |
2*5,5 |
11 |
0,85 |
0,62 |
11 |
6,82 |
Подогрев выкл-ей И приводов |
8*1,7 |
13,6 |
1 |
0 |
13,6 |
0 |
Подогрев шкафов КРУ-10 |
1*10 |
10 |
1 |
0 |
10 |
0 |
Подогрев выводов разъединителей |
0,6*29 |
14,4 |
1 |
0 |
14,4 |
0 |
Отопление, освещение, вентеля-ция ЗРУ и ОПУ |
1*20 |
20 |
1 |
0 |
20 |
0 |
Освещение ОРУ |
10*1 |
10 |
1 |
0 |
10 |
0 |
Мослохозяйство |
1*200 |
200 |
1 |
0 |
200 |
0 |
Подзарядно-разрядный агрегат ВАЗП |
2*23 |
46 |
1 |
0 |
46 |
0 |
Итого: |
325 |
6,82 | ||||
На подстанциях устанавливается два трансформатора собственных нужд.
Трансформаторы собственных нужд применяются для питания нужд подстанции. Сюда входят: освещение (рабочее и аварийное), компрессоры (нагнетают воздух для воздушных выключателей) и так далее.
Мощность трансформаторов собственных нужд выбирается по нагрузкам собственных нужд с учетом коэффициента загрузки и одновременности, при этом отдельно учитываются летние и зимние нагрузки, а так же нагрузка в период ремонтных работ на подстанции.
Мощность трансформаторов собственных нужд выбирается при двух трансформаторах собственных нужд на ПС с постоянным дежурством:
, (6.1.1)
где коэффициент допустимой аварийной перегрузки, его можно принять равным 1,4.
Расчетная нагрузка , определяется по формуле:
, (6.1.2)
где коэффициент спроса, учитывающий коэффициенты одновременности и загрузки. Принимаем
и расчетные нагрузки собственных нужд с учетом летних и зимних нагрузок, кВт и квар.
,
По формуле (6.1.1) определяется мощность трансформаторов собственных нужд:
Выбирается 2 трансформатора по Б.Н. Неклепаеву типа ТСЗ-250/15.
Таблица 6.1 Технические характеристики трансформатора
Тип трансформатора |
Номинальная мощность, МВА |
Напряжение обмотки, кВ |
Потери, кВт |
Напряжение к.з., % |
Ток х.х., % | ||
ВН |
НН |
х.х |
к.з | ||||
ТСЗ-250/15 |
250 |
10 |
0,4 |
0,1 |
4,4 |
5,5 |
3,5 |
Рис. 6.1 Схема питания с.н. подстанции с постоянным оперативным током
7 Расчет токов короткого замыкания
Расчеты токов КЗ необходимы:
для сопоставления, оценки и выбора главных схем электрических станций, сетей и подстанций;
выбора и проверки электрических аппаратов и проводников;
проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;
анализа аварий в электроустановках и электрических системах;
проверки оборудования на термическую и динамическую устойчивость.
7.1 Расчет сопротивлений.
Рис.7.1 Схема замещения подстанции
Расчет сопротивлений производится в относительных единицах.
Сопротивление энергосистемы определяется по формуле:
, (7.1.1)
где базовая мощность. Принимается равным 1000 МВА.
Сопротивление линии электрических передач определяется по формуле:
, (7.1.3)
где удельное сопротивление одного км. линии. Принимается равным 0,4 Ом/км; длина линии. напряжение линии по ряду средних напряжений.
Сопротивление трансформатора определяется по формуле:
(7.1.4)
где относительное сопротивление трансформатора, которое определяется через .
Определяется сопротивление обмоток трансформатора:
Где: сопротивление высокой обмотки трансформатора
сопротивление низкой обмотки трансформатора
Определяется сопротивление трансформатора по формуле (7.1.4):
7.2 Расчет токов короткого замыкания в точке К1
Рис. 7.2. Схема замещения для расчета К1
Рис. 7.3. Эквивалентная схема замещения для расчета К1
Определяется базовый ток по формуле:
(7.2.1)
где среднее напряжение в точке к.з., кВ.
Определяется периодическая составляющая токов короткого замыкания по формуле:
(7.2.2)
где сверхпереходная ЭДС источника [1.стр 99. т 3.2]. Принимается равным 1; результирующее сопротивление генерирующей ветви до точки короткого замыкания.
Определяется ударный ток по формуле:
(7.2.3)
где коэффициент ударный. Берется по таблице [1. т 3.6]
,
,
Определяется апериодическую составляющую тока в момент времени по формуле:
, (7.2.4)
Периодическая составляющая тока к.з., для источника бесконечной мощности определяется по формуле:
(7.2.5)
7.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К2
7.3.1 Когда секционный выключатель включен.
Рис. 7.3. Схема замещения для расчета К2 при включенном секционном выключателе
Рис. 7.5. Свернутая схема замещения для расчета К2 при включенном секционном выключателем.
Определяется периодическая составляющая токов короткого замыкания по формуле:
Определяется ударный ток по формуле:
,
Определяется апериодическую составляющую тока в момент времени по формуле:
Периодическая составляющая тока к.з., для источника бесконечной мощности определяется по формуле:
7.3.2 Когда секционный выключатель отключен
Рис. 7.6. Схема замещения для расчета К2 при отключенном секционном выключателе
Рис. 7.7. Свернутая схема замещения для расчета К2 при отключенном секционном выключателе
Определяется периодическая составляющая токов короткого замыкания по формуле:
Определяется ударный ток по формуле:
,
,
Определяется апериодическую составляющую тока в момент времени по формуле:
Периодическая составляющая тока к.з., для источника бесконечной мощности определяется по формуле:
Таблица 7.1 Значение токов короткого замыкания
Точка короткого замыкания |
Генерирующие ветви |
кА |
кА |
кА |
кА |
К1 (шины 220 кВ) |
Система С1 Система С2 Итого: |
0,88 1,18 2,06 |
2,37 3,18 5,55 |
0,46 0,62 1,08 |
0,88 1,18 2,06 |
К2 ( включен) |
Система С1 Система С2 Итого: |
8,77 9,91 18,68 |
23,61 26,68 50,29 |
4,59 5,19 9,78 |
8,77 9,91 18,68 |
К2 ( отключен) |
Система С1 Система С2 Итого: |
18,72
18,72 |
50,40
50,40 |
9,8
9,8 |
18,72
18,72 |
8 Выбор электрических аппаратов.
Выключатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для проведения тока цепи в нормальном режиме и отключения электроустановок при перегрузках и токах КЗ, чрезмерных понижениях напряжения и других аварийных режимах. Наиболее тяжёлой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее КЗ.
К выключателям высокого напряжения предъявляются следующие требования:
- надёжное отключение
любых токов (от десятков ампер
до номинального тока
- быстрота действия, т.е. наименьшее время отключения;
- пригодность для
- возможность пофазного управления для выключателей 220 кВ;
- лёгкость ревизии и осмотра контактов;
- взрыво- и пожаробезопасность;
- удобство транспортировки и эксплуатации.
Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток и номинальное напряжение . На высоком и среднем напряжении в пределах одного распределительного устройства в учебном проектировании выключатели выбираются однотипными по цепи самого мощного присоединения.
8.1 Выбор выключателя на 220 кВ.
(8)
(8.1)
Условия выбора выключателя:
(8.1.1)
(8.1.2)
(8.1.3)
где - номинальное
напряжение выключателя
- напряжение установки
- номинальный ток цепи;
- максимальный ток цепи.
Выбранный выключатель проверяется по условиям:
- На номинальный ток отключения
(8.1.4)
- На возможность отключения
апериодической составляющей
(8.1.5)
где βн% - процентное содержание апериодической составляющей в токе отключения.βн% задаётся в паспортных данных выключателя или же определяется по графикам.
- определяется при расчётах токов КЗ.
Производится проверка:
- На электродинамическую стойкость
(8.1.6)
Где: - предельный сквозной ток выключателя
- На термическую стойкость
(8.1.7)
Где: допустимый тепловой импульс выключателя
расчетный тепловой импульс
Допустимый тепловой импульс выключателя определяется по формуле:
где: – сила тока термической стойкости, кА.
длительность протекания термической стойкости, с.
(8.1.8)
Где: начальное значение периодической составляющей тока КЗ
постоянная времени [1.стр 150]
-
- На выключающую способность
(8.1.9)
Где: - номинальный ток отключения выключателя, кА
начальное значение
периодической составляющей
Выбирается выключатель
марки: ВЭБ-220-2500/50 УХЛ1
Выключатель элегазовый баковый. 220 - напряжений
установки, 2500 - номинальный ток, 50 – номинальный ток
отключения, кА, УХЛ - климатическое исполнение,
1 - категория размещения.
Выключатель нового поколения, выполненный в трехполюсном исполнении: три полюса (баки с одноразрывным дугогасительным устройством) размещаются на одной раме и управляются одним пружинным приводом повышенной мощности.
- Выключатель снабжен устройствами электроподогрева полюсов, заполненных элегазом, обеспечивая надежную работу выключателя в условиях экстремально низких температур и ветровой нагрузкой. С помощью установленных в устройствах электроподогрева датчиков температуры предусмотрена сигнализация об исправной работе нагревателей.
- Сохранение электрической
прочности изоляции
- Отключение емкостных токов без повторных пробоев, отсутствие перенапряжений
- Низкий уровень шума при срабатывании - соответствует высоким природоохранным требованиям
- Высокие пожаро- и взрывобезопасность.
8.2 Выбор разъединителя на 220 кВ
Разъединитель - это контактный коммутационный аппарат,
предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключённом положении изоляционный промежуток.
При ремонтных работах разъединителем создаётся видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, введенными в ремонт.
Разъединителями нельзя отключать токи нагрузки, т.к. контактная система их не имеет дугогасительных устройств и в случае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к междуфазному КЗ и несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Перед операцией разъединителем цепь должна быть разомкнута выключателем.
Условия выбора разъединителей:
(8.2.1)
(8.2.2)
(8.2.3)
где - номинальное
напряжение разъединителя;
-номинальный ток разъединителя
- напряжение установки;
- номинальный ток цепи;
- максимальный ток цепи.
220 220 кВ
2500 115 А
2500 161 А
Таблица [9.2] Расчетные и каталожные данные
Расчетные данные |
Каталожные данные | |
Выключатель |
Разъединитель | |
кА |
| |
8.3 Выбор выключателя на 10 кВ.
Условия выбора выключателя:
(8.3.2)
(8.3.3)
(8.3.4)
где - номинальное
напряжение выключателя
- напряжение установки
- номинальный ток цепи;
- максимальный ток цепи.
Определяется номинальный и максимальный ток цепи по формулам (8) и (8.1).
(8.3)
(8.3.1)
Выбранный выключатель проверяется по условиям:
- На номинальный ток отключения
(8.3.5)
- На возможность отключения
апериодической составляющей
(8.3.6)
где - процентное содержание апериодической составляющей в токе отключения. задаётся в паспортных данных выключателя или же определяется по графикам
