Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Производство электроэнергии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по проектированию понижающей подстанции с одним питающим (высшим) и двумя потребительскими напряжениями, к шинам которых подключены нагрузки.

Вариант №22

Исходные данные

Система

Потребители среднего напряжения

Потребители низшего напряжения

Тип графика нагрузки по прил. 3

Тип ПС

Место строительства ПС

Напряжение

Число ЛЭП связи с системой

Длина ЛЭП

Мощность КЗ на шинах системы

Количество отходящих от ПС ЛЭП

Транзитная мощность

Напряжение

Число потребителей

Максимальная активная мощность одной ЛЭП

Коэффициент мощности

Коэффициент одновременности

Доля потребителей 3 категории

Напряжение

Число потребителей

Максимальная активная мощность одной ЛЭП

Коэффициент мощности

Коэффициент одновременности

Доля потребителей 3 категории

ккВ

шшт.

ккм

ММВА

шшт.

ММВт

ккВ

шшт.

ММВт

Оо..е.

ккВ

шшт.

ММВТ

Оо..е.

220

5000

---

110

0,95

0,9

0,2

10,5

2,0

0,95

0,6

0,2

тупик

Салехард

Спроектировать понижающую подстанцию с одним питающим (высшим - ВН) и двумя потребительскими напряжениями, к шинам которых подключены нагрузки.

Необходимо решить следующие задачи:

разработать схему типовой понижающей ПС;
выбрать число и мощность трансформаторов (автотрансформаторов - АТ);
рассчитать токи КЗ на всех сторонах трансформатора;
выбрать выключатели и разъединители во всех РУ;
выбрать измерительные трансформаторы на стороне среднего напряжения:
а) тока - в цепи отходящей линии;
б) напряжения – на сборных шинах;
при необходимости ограничения токов КЗ на стороне низшего напряжения выбрать реактор в цепи трансформатора;
выбрать токопроводы в цепи трансформатора на сторонах НН и СН;
выбрать сборные шины в РУ СН;
выбрать кабель в цепи отходящей линии на низшем напряжении;
изобразить главную схему электрических соединений ПС с указанием на ней выбранных аппаратов, а также трансформаторов тока (ТТ - ТА), трансформаторов напряжения (ТН - ТУ), заземляющих ножей, ограничителей перенапряжения.

Поставленные задачи должны решаться с учетом требований ПУЭ [1], рекомендаций [2], типовых решений [3] и других нормативных документов.

Главная схема подстанции должна быть изображена с учетом требований ГОСТ. Схема вычерчивается на бумаге формата не менее 3 в карандашном исполнении или с использованием компьютерной техники.

Исходные данные выдаются студентам индивидуально в соответствии с приведенной таблицей (прил. 2 и 3).

График нагрузок на стороне среднего напряжения следует принять двухступенчатым (с 8 до 18 ч – 100%, остальное время – 65% от максимума). График нагрузок на стороне НН находится по прил.2 в соответствии с заданием.

Примерная структурная схема подстанции.

На проектируемой ПС используются два трансформатора, так как высшее и среднее напряжения относятся к сетям с эффективно заземлённой нейтралью.

Выбор мощности трансформаторов.

Мощность трансформатора выбирается на основании суточного графика загрузки трансформатора полной мощностью S в нормальном режиме (систематическая нагрузка), когда оба трансформатора находятся в работе, и в аварийном режиме, когда один трансформатор отключён. Мощность трансформатора выбирается по наиболее загруженной его стороне, т.е. стороне высшего напряжения. Следовательно, предварительно необходимо построить суточный график загрузки этой стороны трансформатора в нормальном и аварийном режимах. Эти графики находятся путём суммирования по часам суток нагрузок на сторонах среднего и низшего напряжений.

Найдём максимальную нагрузку со стороны среднего напряжения:

S_{сн
max} =

S_{сн max}=

Эта нагрузка при нормальном режиме работы распределяется между двумя трансформаторами и равна половине нагрузки на средней стороне:

S _{сн
max 1T} = 68 / 2 = 34МВА

Суточный график нагрузки на стороне среднего напряжения двухступенчатый:

с 0 до 8 часов – 65%, с 8 до 18 часов – 100% и с 18 до 24 часов – 65%.

Находим суточную загрузку со стороны среднего напряжения по мощностям:

S_сн _0-8– 34*65/100 = 22МВА

S_сн _{8-18 –} 34*100/100 = 34МВА

S_сн _18-24– 34*65/100 = 22МВА

Найдём максимальную нагрузку со стороны низкого напряжения:

S_{нн
max}= S_{нн max}=

Эта нагрузка при нормальном режиме работы распределяется между двумя трансформаторами и равна половине нагрузки на низкой стороне:

S _{нн max 1T} = 13,26 / 2 = 6,63МВА

Суточный график нагрузки приведён в исходных данных приложение №4.

Находим суточную загрузку со стороны низкого напряжения по мощностям:

S_{нн 0-4} – 6,63*50/100 = 3,315МВА

S_{нн
4-8} – 6,63*100/100 = 6,63МВА

S_{нн
8-12} – 6,63*70/100 = 4,641МВА

S_{нн
12-16} – 6,63*80/100 = 5,304МВА

S_{нн 16-20} – 6,63*60/100 = 3,978МВА

S_{нн
20-24} – 6,63*50/100 = 3,315МВА

Найдём загрузку высокой стороны для одного трансформатора при нормальном режиме работы. Для этого суммируем по часам суток графики нагрузки со стороны среднего и низкого напряжения.

S_{вн 0-4} – 22 + 3,315 = 25,315МВА

S_{вн 4-8}– 22 + 6,63 = 28,63МВА

S_{вн
8-12} – 34 + 4,641 = 38,641МВА

S_{вн
12-16} - 34 + 5,304 = 39,304МВА

S_{вн
16-18} – 34 + 3,978 = 37,978МВА

S_{вн
18-20}– 22 + 3,978 = 25,978МВА

S_{вн 18-20} – 22 + 3,315 = 25,315МВА

По полученным данным построим суточный график нагрузок на стороне высокого напряжения и выберем мощность трансформатора.

Выбираем трансформатор ТДТН-63000/115/38,5/11, так как если взять трансформатор ТДЦТН-40000/115/38,5/11 он всё время будет работать в режиме перегрузки.

Начальную загрузку характеризует коэффициент К;

К ==

После расчёта коэффициента К находится летняя (+18) эквивалентная температура окружающего воздуха для г. Москвы по таблице [6, с.56, табл.1.36] и проводится оценка графика систематических нагрузок. Для выбранного трансформатора ТДТН-63000/115/38,5/11 норма максимально допустимых систематических и аварийных перегрузок равняется 1,4.

Для выбранного трансформатора производим его проверку на допустимость аварийных перегрузок, для этого находим максимальную нагрузку одного трансформатора при отключенном втором трансформаторе без учета потребителей 3 категории. Для этого складываем максимальные нагрузки со стороны среднего и низкого напряжений и умножаем на 0,8.

Sвн = (Sсн+Sнн)*0,8 Sвн = (68+13,26)*0,8 = 65МВА

По полученным результатам строим суточный график работы трансформатора в аварийном режиме.

Sвн.ав.0-4 = 65*50/100= 32,5МВА

Sвн.ав.4-8 = 65*100/100= 65МВА

Sвн.ав.8-12 = 65*70/100= 45,5МВА

Sвн.ав.12-16 = 65*80/100= 52МВА

Sвн.ав.16-20 = 65*60/100= 39МВА

Sвн.ав.20-24 = 65*50/100= 32,5МВА

Начальную загрузку характеризуют коэффициентом

К₁ = =

Коэффициент перегрузки предварительно находим по выражению

К'₂=

Сравним полученное значение К₂ с Кmax = ,

так как К'₂ > 0,9Кmax; 1,03 > 0,9*1,0,3; 1,03 >0,93,

то принимаем К₂ = К'₂= 1,03

Расчёт токов короткого замыкания для выбора аппаратов

Расчет токов КЗ производится аналитически для начального момента КЗ, полагая систему мощности не ограниченной, а нагрузку на стороне низшего и среднего напряжений – обобщенной. В данной работе нагрузкой на стороне СН следует пренебречь ввиду отсутствия необходимых данных. При этом на стороне низшего напряжения параллельная работа трансформатора не допускается, т. е. секционные выключатели включается только при отключении питающего секцию трансформатора. В случае недопустимо большего тока КЗ на секции НН последовательно с обмоткой трансформатора включается токоограничивающий реактор.

Исходные данные: Тр-р ТДТН-63000/115/38,5/11; S_{т
ном}= 63МВА;

U_{к
вн-сн}= 17%; U_{к вн-нн} = 18%; U_{к
сн-нн}= 7%; S_{кз с} = 2000МВА; L - 40 км;

S_{т
н-н} = 6,63МВА

Примем S_б= S_{т ном} = 63МВА

U_{б
110}= 115кВ I_{б 110} ==

U_{б
35}= 38,5кВ I_{б 35} = =

U_{б
10}= 10,5кВ I_{б 10} = =

Для систем, связанных с шинами 110 – 500 кВ, ЭДС Е_С можно принять равной 1,0о.е., ЭДС обобщенной нагрузки – 0,85о.е.

E_{с
б}= == 1о.е. E_{наг б} = 0,85о.е.

Определим сопротивление системы в относительных единицах:

X_с = =

Определим сопротивление линии в относительных единицах:

X_л = = = 8Ом == 0,038о.е.

Определим сопротивления обмоток трансформатора в относительных единицах:

X*_тв=*(Uк_вн-сн% + U_{к
вн-нн}% - U_{к сн-нн} %) =*(17%+18% - 7%) = 0,14о.е.

X*_тс=*(Uк_вн-сн%-U_квн-нн%+U_ксн-нн%) =*(17%-18%+7%) = 0,03о.е

X*_тн=*(- U_{к вн-сн}%+ U_{к
вн-нн}%+ U_{к сн-нн}%) =*(- 17%+18%+7%) = 0,04о.е.

Определим сопротивление нагрузки в относительных единицах:

X*наг б = == 3,33о.е.

Составим схему замещения, в которой все значения обозначим в относительных единицах.

Рассчитаем токи КЗ для точки К1.

Составим расчётную схему замещения для точки К1.

X*_эк.с= X*_с+ X*_л= 0,0315 + 0,038 = 0,0695о.е.

X*_эк.наг=+++ = + + + = 1,77 о.е.

Рассчитаем ток КЗ в точке К1 со стороны системы:

I_{кз
к1с}=== 4,56кА

Рассчитаем ток КЗ в точке К1 со стороны нагрузки:

I_{кз
к1наг}=== 0,152кА.

Рассчитаем токи КЗ для точки К2.

Составим расчётную схему замещения для точки К2.

X*_эк.с= X*_с+ X*_л + = 0,0315 + 0,038 + = 0,1395о.е.

X*_эк.наг= + += ++ = 1,7017о.е.

Рассчитаем ток КЗ в точке К2 со стороны системы:

I_{кз
к2с}= = = 6,81кА

Рассчитаем ток КЗ в точке К2 со стороны нагрузки:

Iкз к2наг = == 0,4745кА

Рассчитаем токи КЗ для точки К3.

Составим расчётную схему замещения для точки К3.

X*_эк.наг= X*_наг+ X*_н = 3,33+ 0,04 = 3,37о.е.

X*_эк.с= X*_с+ X*_л+ = 0,0315 + 0,038 + = 0,1395о.е.

X*_{эк.с-наг}= + X*_н= + 0,04 = 0,174о.е.

E_{эк.с-на
г}= = = 0,994о.е

Рассчитаем ток КЗ в точке К3 со стороны эквивалентной E:

I_{кз к3с-наг} = = = 19,8кА

Рассчитаем ток КЗ в точке К3 со стороны нагрузки:

I_{кз к3наг} = = = 0,886кА

Выбор оборудования ОРУ – 110 кВ

Выбор основного оборудования будем производить после выбора схемы

ОРУ – 110 кВ.

Применяем схему мостика на ОРУ – 110 кВ по следующим причинам:

Тип подстанции – тупиковая по стороне 110 кВ
Необходимость обеспечить надёжность в ремонтных режимах

В качестве выключателей 110 кВ применим элегазовый выключатель УЭТМ серии ВГТ.

В качестве разъединителей применим разъединители РНД – 110кВ с моторным приводом.

Условия выбора и проверки	ВГТ – 110II – 40/2000	РНД – 110/1000
Номинальное напряжение сети Uном=110 кВ	U^в_уст= 110кВ U^в_уст= Uном	U^р_уст= 110кВ U^р_уст = Uном
Номинальный рабочий ток Iнб=	I^в_ном= 2000А I^в_ном>Iнб	I^р_ном=1600А I^р_ном>Iнб
Отключение симметричного трёхфазного тока кз I^(з)_по=4,56 + 0,152 = 4,712 кА (Суммированная составляющая тока кз от системы и нагрузки)	I_откл= 40 кА I_откл> I^(з)_по
Отключение апериодической составляющей тока кз Приближённо находим эквивалентную постоянную времени . Ударный ток со стороны системы i^с_уд=I^с_поК^с_уд, где К^с_уд, = 1,72 (табл. 3.8) i^с_уд = 4,712*1,72 = 11,43кА Со стороны нагрузки ударный ток не рассчитываем, т.к. значение тока кз со стороны нагрузки несоизмеримо мало по сравнению с токами кз со стороны системы. Поэтому. = 0,03с , где _, = 0,01+ 0,035 = 0,045с - собственное время отключения = 0,98кА	=40% = ₌=22,56кА >
Динамическая стойкость i^с_уд= 11,43кА	=102кА >	=102 А >
Термическая стойкость В_к=) = 0,1с В_к= 4,712²(0,1+ 0,03) = 2,3кА²с	= 40²3 = 4800кА²с > В_к	= 40²* 3 = 4800кА²с = 40²1=1600кА²*с > В_к > В_к

Выбор ошиновки ОРУ – 110 кВ

В качестве ошиновки ОРУ – 110кВ применим провод марки АС.

Выбор гибкой ошиновки производим по I_нб; I_нб = 342А.

Выбираем провод АС-240/32 =605А.

Проверяем выбранное сечение на термическое действие токов.

q_min== = 17мм²

На электродинамическое действие токов кз проверяется гибкая связь ошиновки РУ в том случае, если 20 кА и 50 кА.

В данном случае такую проверку не проводим.

Выбор трансформаторов напряжения.

При выбранной схеме ОРУ – 110 кВ используются по одному ТН на каждой секции шин.

Выбор ТН проводим по напряжению, а затем его проверяем по вторичной нагрузке и соответствие нужному классу напряжения.

Выбираем ТН НКФ – 110-58. Номинальная мощность в классе 0,5 =400ВА. Примем, что в качестве вторичной нагрузки ТН:

- 6 счётчиков с =1,5Вт;

- 6 вольтметров с =2ВА;

- 6 ваттметров с =10ВА и

- 6 варметров с =10ВА.

Получим S_потр= 6*1,5 + 6*2 + 6*10 + 6*10 = 141ВА <.

Трансформатор напряжения будет работать в требуемом классе точности.

Выбор трансформаторов тока 110кВ,

ТТ выбираем встроенные в выключатель. Для точности расчётов показаний необходимо чтобы номинальное значение тока первичной обмотки было как можно ближе к значению тока в нормальном режиме.

Однако расчетном значением при выборе ТТ является аварийный режим.

Присоединение	Расчетный ток А	(первичный ток) А
Выключатель питающей линии	342	1200
Обходной выключатель	342	1200
Выключатель трансформатора по стороне 35 кВ	== 1123А	1200
Шиносоединительный выключатель	342	1200

Выбор оборудования РУ – 35кВ (12шт)

Применяем схему ОРУ – 35кВ две рабочие с обходной системой шин.

В качестве выключателей применяем воздушные выключатели

ВВУ -35А-40/2000У1, разъединители серии РНД – 35/2000У1

Условия выбора и проверки	ВГТ – 35II – 50/3150	РНД – 35/2000
Номинальное напряжение сети Uном = 35кВ	U^в_уст = 35кВ U^в_уст = Uном	U^р_уст= 35кВ U^р_уст= Uном
Номинальный рабочий ток Iнб=	I^в_ном= 3150А I^в_ном> Iнб	I^р_ном= 2000А I^р_ном> Iнб
Отключение симметричного составляющего тока кз I^(з)_по=6,81 + 0,474 = 7,3кА (учли обе составляющие тока кз, хотя током кз от нагрузки можно пренебречь)	I_откл= 40 кА I_откл> I^(з)_по
Отключение апериодической составляющей тока кз При расчете эквивалентной постоянной времени пренебрегаем составляющей тока от нагрузки, тогда Т_аэ = , где x₁= x_c+ x_л = 0,0315 + 0,038 = 0,07о.е Т_а1 = 0,3с Т_а2 = 0,127с (таблица 6.2 Ульянов) Т_аэ= ₌ = 0,01+0,035 = 0,045с = 8,1кА	=40% = = = 22,56кА >
Динамическая стойкость , == 2,07 7,32,07 = 21кА	= 102кА >	= 102кА >
Термическая стойкость В_к = ) = 0,2 с В_к = 7,3²(0,2 + 0,05) = 13,3кА²с	= 40²3 = 4800кА²с > В_к	= 40²3 = 4800кА²с = 40²1 = 1600кА²с > В_к > В_к

Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока 35кВ применяем встроенные в выключатель.

Присоединение	Расчетный ток А	(первичный ток) А
Вводный выключатель ТВ по стороне 35кВ	1126	1500
Выключатель отходящей линии	= 99	600
Обходной выключатель	1126	1500
Шиносоединительный выключатель	1126	1500

Выбор ошиновки ОРУ – 35кВ

Наибольший рабочий ток I_нб = 1126А.

Выбираем провод АС – 700 с количеством проводов в фазе – 2.

= 1180 А ; = 1800 А – взят с учётом развития.

Выбор оборудования ЗРУ – 10 кВ (18шт)

В качестве ячеек КРУ – 10 кВ применяем ячейки К – 63 и К – 61М «Электрощит» г. Самара с вакуумными выключателями ВВ/ТЕL – 10 « Таврида Электрик»

Условия выбора и проверки

Вводная ячейка К-61М

Линейная ячейка К-63

Номинальное напряжение U_ном = 10 кВ

U_уст = 10кВ U_в = 10кВ,

где U_в – напряжение номинальное выключателя

U_уст , U_{в =}U_ном

U_уст = 10кВ U_в = 10кВ

Наибольший рабочий ток: вводная ячейка –

= == 730А

- линейная ячейка:

== = 55А

- номинальный ток главных цепей и соответственно номинальный ток выключателя

= 3150А

Номинальный ток сборных шин

= 3150А

- номинальный ток главных цепей и соответственно номинальный ток выключателя

= 630А

Номинальный ток сборных шин

= 3150А

Отключение симметричного тока кз

= 19,8 + 0,88 = 20,7кА

(учли ток кз от системной нагрузки)

= 31,5кА

Отключение ассиметричного тока кз.

Находим эквивалентную постоянную времени (приближённо)

где - постоянная времени, берём из расчёта ударного тока при кз на стороне 35кВ

(Ульянов)

= 0,5 + 0,06 = 0,56с

= 30%

= = = *0,3*31.5 = 13,3 кА

= 30%

== = *0,3*31.5 = 13,3 кА

Динамическая устойчивость

= ,

= = = = 1,4

= *20,7*1,4 = 41,1кА

= 128кА

= 81кА

Термическая устойчивость

= , где = 1с

= 20,7² *(1 + 0,002) = 430кА² *с

Выбор ошиновки от вводов Т 10 кВ до вводной ячейки в ЗРУ – 10 кВ

В качестве ошиновки используем полосовую медную шину = 730 А,

выбираем шину 100Х8 с двумя полосами на фазу. = 3060 А (взят с учётом развития) >

Проверяем на термическую стойкость.

q_min = = = 124< q_экв= 2*70

Проверяем на динамическую стойкость

= - для медных шин, если полученная частота будет больше 200 Гц, то тогда не надо будет проводить специальный механический расчет

J = = = 0,133

= = 22Гц > 50Гц ÷ 100Гц, если частота колебаний попала в диапазон 50Гц ÷ 100 Гц, то возможно возникновение резонанса.

Механический расчет двухполюсной шины.

Находим расстояние между шинами по условиям не возникновения резонансных внутренних колебаний.

l_n0,133* 10 ^-2*, E = 10*10¹⁰ Па,

J_n = 0,133 , m_n = 2,152*2 = 4,304 кг/мм

l_n0,133* 10 ^-2* = 3,14 см

Второе условие по выбору l_n

l_n0,216*,

где К_ф – коэффициент формы, К_ф0_,35 (при b/h = 0,08);

a_n = 2b = 2*8 = 16 см.

l_n0,216** = 26см

Принимаем меньшее из значений l_n = 3,14см

Сила взаимодействия между полосами в пакете

= = = 18,5Н

Напряжение в материале

, где - момент сопротивления одной полосы,

= = 26,667

= 0,006МПа

Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз

= 0,42 МПа

Медные двухполюсные шины прошли проверку.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Правила устройства электроустановок (ПУЭ)
СХЕМЫ принципиальные электрические распределительных устройств подстанций напряжением 35 – 750 кВ. Типовые решения. ОАО «ФСК ЕЭС». 2007.
Васильев А.А. и др. Электрическая часть станций и подстанций. - М.: Энергоатомиздат,1990.
Рожкова Л.Н., Козулин Д.Е. Электрические станции и подстанции. - М.: Энергоатомиздат, 1987.
Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки: ГОСТ 14209-85. – М., 1987.
Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 1989.
Лисовский Г.С., Хейфиц М.Э. Главные схемы и электротехническое оборудование подстанций 35-750 кВ. – М:. «Энергия», 1977.
Ключенович В. И. Выключатели переменного тока высокого напряжения. Рекомендации по выбору и справочные данные. Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию, №2839. – Новосибирск.: НГТУ, 2004.