Проектирование подстанции системы электроснабжения города

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО  «Марийский Государственный Университет»

Электроэнергетический факультет 
 
 

     Кафедра электроснабжения 
 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка к курсовому проекту  по дисциплине

 «Производство электроэнергии»

на тему

«Проектирование подстанции системы электроснабжения города» 
 

Задание №6. 
 
 
 
 
 
 

      Выполнил: студент группы ЭС-41

                          Тихонов П.В. 

Руководитель  проекта: Максимова И.В. 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола

2006г

     СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
 

       ВВЕДЕНИЕ 

      Вследствии  роста потребления электрической  энергии возникает необходимость создания электрических станций, распределительных подстанций, отвечающих новым, современным требованиям. К тому же многие действующие на данный момент подстанции уже устаревают. Достижения в современной энергетике позволяют строить подстанции отвечающие высоким требования надежности, эксплуатации, отвечающие новым экологическим стандартам. Строительство этих подстанций также должно быть экономически целесообразным. Поэтому в некоторых случаях, проектируемая подстанция, строится с минимальными экономическими затратами. К такому случаю можно отнести подстанции обслуживающие вторые и третьи категории электроприемников.

     В курсовом проекте по графикам суточной нагрузки в летний и зимний период на среднем и низком напряжении нужно выбрать структурную схему электрической подстанции, отвечающей всем техническим и экономическим требованиям и расчищать основное оборудование для надежной и экономичной работы подстанции. В результате чего закрепить и расширить теоретические и практические знания. При выполнении курсового проекта усвоить методику проектирования.

     От  выбранной схемы зависят надежность работы электроустановки, ее экономичность, оперативная гибкость и удобство эксплуатации, безопасность обслуживания и возможность расширения.

     Но  способу присоединения к сети все ПС можно разделить на тупиковые, ответвительные, проходные, узловые. В  нашем случае подстанция узловая. По назначению различают потребительские и системные. Потребительские ПС предназначены для распределения электроэнергии между потребителями.

      Проектируемая подстанция должна обеспечить надежность электроснабжения потребителей и перетоков мощности по межсистемным или магистральным связям в нормальном и в после аварийном режиме, учитывать перспективу развития. Допускать возможность дальнейшего расширения. Обеспечить возможность проведения ремонтных и эксплуатационных работ, без отключения соседних присоединений.

1. ВЫБОР ВАРИАНТОВ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПОДСТАНЦИИ

1. Перевод суточных графиков потребления мощности

     Переведём графики потребление активной мощности  из % в график мощности именованных единицах. 

                             а) сеть НН                                                               б) сеть СН

Рисунок 1 – Суточные графики потребления  активной мощности (в % от

). 

,       ,

      При известной активной максимальной мощности нагрузки ( ) можно перевести типовой график в график нагрузки данного потребителя, используя соотношения для каждой ступени графика:

,                                             (1.1)

      где – активная мощность соответствующей ступени,  МВт;

     – ордината соответствующей ступени  типового графика;          

     – активная максимальная мощность нагрузки, МВт.

    для зимнего графика рисунок 1 а):       для зимнего графика рисунок 1 б):

    для летнего графика рисунок 1а):         для летнего графика рисунок 1б):

      Далее переводим графики активной в  графики реактивной мощности, согласно формул

                                                  (1.2)

                                                               (1.3)

      где      

                .

    для зимнего графика рисунок 1 а):       для зимнего графика рисунок. 1 б):

    для летнего графика рисунок 1 а):        для летнего графика рисунок 1 б):

      Находим значения полных мощностей в течении суток:

,                                                   (1.4)

      где – полная мощность соответствующей ступени, ;

        – коэффициент мощности.

    для зимнего графика Рисунок 1а):       для зимнего графика Рисунок 1б):

    для летнего графика Рисунок 1а):        для летнего графика Рисунок 1б):

      На  основании расчетов построим графики потребления полной мощности представленный на рисунке 2 
 
 
 
 
 

     а) сеть НН                                                   б) сеть СН 

Рисунок 2 – Суточные графики потребления активной, реактивной и полной мощности.

      Полная  мощность у выводов ВН вычисляется  по формуле 

,                                             (1.4)

      где ; .

      Активная  мощность ВН для зимнего периода:

      Активная  мощность ВН для летнего периода:

      Реактивная  мощность ВН для зимнего периода:

      Реактивная  мощность ВН для летнего периода:

      Полная  мощность ВН для зимнего периода:

      Полная  мощность ВН для летнего периода:

      На  основании расчетов построим график потребления полной мощности

     Рисунок 3 – Суточный график потребления  полной мощности по сети ВН.

• Предварительный выбор мощности трансформатора (автотрансфрматора)

      Предварительная мощность трансформатора (автотрансформатора):

        МВ×А,

       ,                                                   (1.5)

      где – коэффициент перегрузки трансформатора(автотрансформатора).

1.3 Выбор вариантов  структурной схемы  подстанции

      Для обеспечения надежного электроснабжения потребителей I, II и III категорий на подстанциях устанавливают два понижающих трансформатора (автотрансформатора).

      С учетом предварительной мощности трансформатора, которая необходима для ПС, номенклатуры трансформаторов (автотрансформаторов)  и структурных схем выбираем два варианта схемы ПС:

3. с автотрансформаторами:

      Рисунок 4 

4. с четырьмя двухобмоточными трансформаторами:

Рисунок 5

2. ВЫБОР МОЩНОСТИ И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРОВ (АВТОТРАНСФРМАТОРОВ)

2. Расчет  автотрансформаторов для первого варианта структурной схемы

      Для данной структурной схемы рисунок 4, с учетом предварительной мощности  МВ×А и номинальных напряжений 110/35/10, выбираем трехобмоточный трансформатор типа ТДТН-80000/110 МВ×А, 115/38,5/11 (согласно таблице П. 2.10 [1]).

      Проверяем трансформатор ТДТН-80000/110

      1) На графике рисунок 3 проводим  линию номинальной нагрузки, на  уровне 80 МВ×А.

      2) Пересечением этой линии с  исходным графиком выделяем участок наибольшей перегрузки продолжительностью h.

      3) Оставшуюся часть исходного графика  разбиваем на интервалов , и определяем значения .

      4) Определяем начальную нагрузку  эквивалентного графика из выражения:

       ,                                     (2.1)

      5) Участок перегрузки  на исходном графике разбиваем на p интервалов и определяем значения .

      6) Определяем предварительное значение  нагрузки  эквивалентного графика нагрузки из выражения:

       ,         (2.2)

      7) Определяем максимальное значение нагрузки К_max эквивалентного графика нагрузки из выражения:

     ,                                                 (2.3)

      8) Сравним предварительное значение  с исходного графика

      Продолжительность перегрузки следует скорректировать  по формуле

     ,                                             (2.4)

      Для аварийной перегрузки при системе  охлаждения (Д) и значениях , h=8 часов и по таблицам П4.2 [2] определим допустимую аварийную перегрузку . Если , то перегрузка допустима.

      1,38>1,25ÞРежим допустим.

      Таким образом, окончательно принимаем выбранный  трансформатор к установке.  

2. Расчет  трансформаторов  для второго варианта структурной схемы

      Для данной структурной схемы рисунок 5 , с учетом предварительных мощностей, выбираем 2 типа трансформатора.

      Первый трансформатор понижающий (ВН→СН) ТДН-40000/121/38,5  (согласно таблице 27.8 [3]).

      Второй понижающий трансформатор (ВН→НН) ТД-40000/121/10,5 (согласно таблице 27.8 [3]).

      Проверим, подходят ли выбранные нами трансформаторы.

      Проверяем трансформатор ТД-40000/121/10,5.

      1) На графике рисунок 2 для НН проводим линию номинальной нагрузки, на уровне 40 МВ×А.

      2) Пересечением этой линии с  исходным графиком выделяем участок  наибольшей перегрузки продолжительностью h.

      3) Оставшуюся часть исходного графика  разбиваем на интервалов , и определяем значения .

      4) Определяем начальную нагрузку  эквивалентного графика из выражения:

       ,                                     (2.5)

      5) Участок перегрузки  на исходном графике разбиваем на p интервалов и определяем значения .

      6) Определяем предварительное значение  нагрузки  эквивалентного графика нагрузки из выражения:

       ,         (2.6)

      7) Определяем максимальное значение нагрузки К_max эквивалентного графика нагрузки из выражения:

     ,                                                 (2.7)

      8) Сравним предварительное значение  с исходного графика

      Продолжительность перегрузки следует скорректировать  по формуле

     ,                                             (2.8)

      Для аварийной перегрузки при системе  охлаждения (Д) и значениях , h=5 часов и по таблицам П4.2 [2] определим допустимую аварийную перегрузку . Если , то перегрузка допустима.

      1,5>1,25ÞРежим допустим.

      Таким образом, окончательно принимаем выбранный  трансформатор к установке.

      Проверяем трансформатор ТДН-40000/121/38,5.

      1) На графике рисунок 2 СН проводим линию номинальной нагрузки, на уровне 40 МВ×А.

      2) Пересечением этой линии с исходным графиком выделяем участок наибольшей перегрузки продолжительностью h.

      3) Оставшуюся часть исходного графика  разбиваем на интервалов , и определяем значения .

      4) Определяем начальную нагрузку  эквивалентного графика по выражению (2.5)

      5) Участок  перегрузки  на исходном графике разбиваем на p интервалов  и определяем значения .

      6) Определяем предварительное значение  нагрузки  эквивалентного графика нагрузки по выражению (2.6)

      7) Определяем максимальное значение  нагрузки К_max эквивалентного графика нагрузки по выражению (2.7)

      8) Сравним предварительное значение  с исходного графика

      Продолжительность перегрузки следует скорректировать  по формуле (2.8)

      Для аварийной перегрузки при системе  охлаждения (Д) и значениях , h=16 часов и по таблицам П4.2 [2] определим допустимую аварийную перегрузку . Если , то перегрузка допустима.

      1,3>1,2ÞРежим допустим.

Таким образом, окончательно принимаем выбранный  трансформатор к установке.  
3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАСЧЕТ ВАРИАНТОВ

     1 Капиталовложения  на сооружение  подстанций

     Суммарные капиталовложения на сооружение понижающих подстанций определяются как

      ,                                             (3.1)

     Найдем  составляющую . При установке на ПС n_т=2 однотипных трансформаторов одинаковой мощности.

      ,                                               (3.2)

где - укрупненный показатель стоимости, включающий помимо стоимости самого трансформатора ( ) затраты на строительную часть, монтаж, ошиновку, шинопроводы, грозозащиту, заземление, контрольные кабели и релейную защиту.

     Для устанавливаемых трансформаторов (автотрансформаторов) отношение принимаем 1,3.Þ

     Показатели  стоимости трансформаторного оборудования 110-220 кВ и распределительных устройств  представлены в таблице 1, в соответствие [4],[5].

     Для 1 варианта структурной схемы, рисунок 4:

     ТДТН-80000-115/38,5/11, согласно (3.2)

     Для 2 варианта структурной схемы, рисунок 5:

     ТД-40000/121/10,5 согласно (3.2)

     ТДН-40000/115/38,5 согласно (3.2)

     Второй  крупной составляющей К_ПС является стоимость распределительных устройств.

      ,                                (3.3)

где слагаемые правой части отвечают распределительным устройствам  высшего, среднего и низшего напряжения.

     Для 1 варианта структурной схемы, рисунок 4:

     Для 2 варианта структурной схемы, рисунок 5:

     Таблица 1– Расчетные стоимости трансформаторов  и РУ 10-35-110 кВ.