Проектирование электрической части подстанции. 2

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  Iнорм.:

кА

кА 

кА 

Утяжеленный режим – один из трансформаторов  отключен, а по цепи двух других протекает рабочий ток Iраб.макс.:

кА

кА

кА

 

Если Iраб.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 Тmax >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:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

2) Номинальный ток:

   

   

3) Электродинамическая стойкость:

   

4) Термическая стойкость:

   

 

Отделители

 

По [1, табл. 5.5] ОД – 110 / 1000

 

 Проверяем разъединитель по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение:

   

 

2) Номинальный ток:

   

   

 

3) Электродинамическая стойкость:

 

4) Термическая стойкость:

 

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА.

 

ВН: По [1, табл. 5-9] выбираем ТФЗМ 200-I У1;ХЛ1, и проверяем по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

2) Номинальный ток:

   

        

 

СН: По [1, табл. 5-9] выбираем ТФЗМ110Б-III У1;ХЛ1, и проверяем по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

2) Номинальный ток:

   

        

 

 

НН: По [1, табл. 5-9] выбираем ТЛМ – 10 – 2 У3;Т3, и проверяем по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

2) Номинальный ток:

   

        

 

 

 Таблица 3 - Вторичная нагрузка трансформатора тока

Прибор 

Тип

Нагрузка, ВА, фазы

А

В

С

Варметр

Д – 335

0,5

-

0,5

Ваттметр 

Д – 335

0,5

-

0,5

Счетчик активной энергии

САЗ – И670

2,5

-

2,5

Счетчик реактивной энергии

СР4 – И676

1,5

-

1,5

Амперметр

Э – 335

0,5

-

-

ИТОГО

5,5

  

5


Общее сопротивление приборов определяется по выражению:

Сопротивление контактов rк = 0,1Ом при общем числе приборов более трех;

z2ном = 0,6Ом.

Допустимое сопротивление проводов:

;

Длина проводов l = 4м.

Для проводов можно определить сечение:

мм2;

ρ = 0,0283Ом*мм2/м – удельное сопротивление материала проводника – алюминий.

По условию  прочности принимаем контрольный  кабель АКРВГ с сечением жил – 4 мм2.

 

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

 

ВН: По [1, табл. 5-13] выбираем НКФ-220-58, и проверяем по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

 

СН: По [1, табл. 5-13] выбираем НКФ-110-58, и проверяем по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

 

НН: По [1, табл. 5-13] выбираем ЗНОЛ.09 – 10Т2, и проверяем по следующим условиям:

1) Номинальное напряжение (уровень изоляции):

   

 

 

Таблица 4 - Вторичная нагрузка трансформатора напряжения

 

Прибор

Тип

S одной обмотки ВА

Число обмоток

cosφ

sinφ

Число приборов

Общая потребляемая мощность

P, Вт

Q, ВА

Вольтметр (сборные шины)

Э-335

2

1

1

0

1

2

-

Варметр

Ваттметр

Счетчик активной энергии

Счетчик реактивной энергии

Ввод 10кВ от транс

форматора

Д-335

Д-335

И-674

 

И-673

1,5

1,5

3 Вт

 

3 Вт

2

2

2

 

2

1

1

0,38

 

0,38

0

0

0,925

 

0,925

1

1

1

 

1

3

3

6

 

6

-

-

14,5

 

14,5

Счетчик активной энергии

Счетчик реактивной энергии

Кабельные

линии

10 кВ

И-674

 

И-673

3 Вт

 

3 Вт

2

 

2

0,38

 

0,38

0,925

 

0,925

4

 

4

24

 

24

58

 

58

ИТОГО

              

68

145


Вторичная нагрузка трансформатора напряжения:

.

Три трансформатора напряжения, соединенных в звезду, имеют мощность (3*75=225ВА), что больше . Таким образом, трансформаторы напряжения будут работать в выбранном классе точности 0,5.

Выбор трансформатора напряжения на второй секции производится аналогично.

Для соединения трансформаторов напряжения с приборами  принимаем контрольный кабель АКРВГ  с сечением жил 2,5мм2 по условию механической прочности.

 

 

ВЫБОР СБОРНЫХ ШИН, ТОКОПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ.

 

Выбор сборных  шин на стороне НН

 

НН:

По [2, табл. П.3.4] принимаем двухполосные алюминиевые шины прямоугольного сечения 2(120х10) мм2; Iдоп = 3200А.

    

 Проверяем сборные  шины  по следующим условиям:

 

  1.  Допустимому току

 

2)  На термическую стойкость

                  ,

                      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 – условие выполняется.

 

3)  На механическую прочность

 

Определяем пролет при условии, что частота собственных колебаний будет больше 200Гц.

Если шины расположены на ребро, а полосы в пакете жестко связаны  между собой, то по табл.4.1.

Тогда,

Если шины на изоляторах расположены плашмя, то по табл.4.1.

Тогда,

 

Принимаем расположение пакета шин плашмя, т.к. этот вариант позволяет немного увеличить длину пролета до 1,727 м, т.е. при большой протяжённости дает экономию изоляторов.

Пролет 1,7 м; расстояние между фазами, а = 0,8 м.

 

 

Определяем расстояние между прокладками:

 

 

Принимаем меньшее значение , тогда число прокладок в пролете . Принимаем n = 3.

 

При трёх прокладках в пролете расчетный пролет

 

Сила взаимодействия между полосами

 

 

Напряжение  в материале полос

 

Напряжение  в материале шин от взаимодействия фаз:

что меньше .

 

Таким образом, шины механически прочны.

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор сборных  шин на стороне CН

 

СН:

На стороне СН используем такие  же шины как и на стороне НН, так как установлены однотипные КРУН, и проверку шин не производим, так как ток на стороне СН меньше тока на стороне НН.

 

Выбор гибких проводников на стороне ВН

 

ВН:

По [2, табл. П.3.3] принимаем АС-120/27, Iдоп = 375А, q = 120мм2, d = 15,5мм.

Фазы расположены горизонтально  с расстоянием между фазами 400см

 

 Проверяем гибкие  проводники  по следующим условиям:

  1. Экономической плотности тока

- экономическая плотность тока  [2, табл. 4.5]

 

  1. Допустимому току

 

  1. Проверка гибких проводников на схлестывание производится, если

         

       Т.к.  , то проверку на схлестывание гибких проводников не производим.

 

  1. Короне

Начальная критическая напряженность:

где m – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (m = 0,82); r0 – радиус провода, см.

Напряженность вокруг провода:

,

где ;

     

             D – расстояние между фазами.

Условие проверки:

Т.о. провод АС-120/27 по условию короны проходит.

 

Выбор кабелей  на стороне НН

 

НН1:

 

 Проверяем кабели  по следующим условиям:

 

1) Номинальное напряжение

   

 

  1. Конструкции

Выбираем кабель с пластмассовой  или резиновой изоляцией марки  АПАШв, прокладываемой в земле (в траншеях) со средней коррозионной активностью без блуждающих токов.

 

3) Экономической плотности тока

- экономическая плотность тока

А

 

Выбираем трёхжильный  кабель АПАШв сечением 150 мм2 на

 

4)  Допустимому току

     

 

5)  На термическую стойкость

                  ,

                      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 – условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НН2

 

Проверяем кабели по следующим условиям:

 

1) Номинальное напряжение

   

 

  1. Конструкции

Выбираем кабель с пластмассовой  или резиновой изоляцией марки  АПАШв, прокладываемой в земле (в траншеях) со средней коррозионной активностью без блуждающих токов.

 

3)  Экономической плотности тока

- экономическая плотность тока

А

 

Выбираем два  трёхжильных кабеля АПАШв сечением 2х120 мм2 на

 

4)  Допустимому току

     

 

5)   На термическую стойкость

                  ,

                      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 – условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор кабелей  на стороне СН

 

СН1:

 

Проверяем кабели  по следующим  условиям:

 

  1. Номинальное напряжение

   

 

  1. Конструкции

Выбираем кабель с пластмассовой  или резиновой изоляцией марки  АПАШв, прокладываемой в земле (в траншеях) со средней коррозионной активностью без блуждающих токов.

 

  1.  Экономической плотности тока

- экономическая плотность тока

А

 

Выбираем трёхжильный  кабель АПвВ сечением 150 мм2 на

 

 

  1.  Допустимому току

     

 

5)  На термическую стойкость

                  ,

                      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 – условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ.

Проектирование электрической части подстанции. 2