Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчёт узловой подстанции 110/10

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование электрической части станций и подстанций представляет собой сложный процесс выработки и принятия решений по схемам электрических соединений, составу электрооборудования и его размещению, связанный с выполнением расчетов, поиском пространственных компоновок, оптимизацией как отдельных функционально связанных между собой элементов так и всего проектируемого объекта в целом. В связи с этим процесс проектирования требует системного подхода при изучении объекта проектирования, при математизации и автоматизации проектных работ с помощью ЭВМ. При этом повышение качества проекта обеспечивается, с одной стороны, учетом опыта строительства и эксплуатации, с другой стороны, непрерывным потоком новых технических решений. Однако, ускорение и удешевление проектирования, а также повышение качества проектов может быть достигнуто применением типовых решений проекта, которые разрабатываются для некоторых усредненных исходных условий при широкой номенклатуре элементов и узлов, что позволяет тем самым достаточно быстро составлять проект конкретной станции или подстанции. Однако недостатки и ошибки, допущенные в типовом проекте, могут принести большой ущерб, как при многократном его использовании, так и при недостаточной способности типовых решений к адаптации в некоторых заданных условиях. Поэтому представляется важным еще на ранней стадии проектирования наиболее тщательно избирать заданное направление, согласовывая его с точки зрения технической и экономической целесообразности, исключая, тем самым некоторые недостатки схем. В связи с этим наиболее точные и полные исходные данные на проект делают этот выбор наиболее верным.

Задания к курсовой работе

Выполнить расчеты электрической части подстанции. Выбрать необходимое оборудование подстанций, рассчитать токи короткого замыкания, наметив предварительно необходимые точки КЗ, проверить выбранное оборудование на устойчивость к воздействию токов короткого замыкания. Выполнить расчет заземляющего устройства.

Таблица №1 Исходные данные к расчету

Номер варианта	1
Длина линии L,км	60
Длина линии L,км	90
Длина линии L,км	4,5

Таблица №2. Исходные данные к расчету

№

Вар

Подстанция

U, кВ

Напря

жения

U, кВ

Номер, число

линий

L - n

Мощ-

ность

линии,

Р_л, МВт

Р_max,

МВт

Р_min, МВт

Cosj

Мощ

ность КЗ

S_кз,

МВ А

220/110/10

110

L₁ - 4

L₂ - 8

120

110

0,86

0,88

9000

Рис. 1

1 Технико-экономический расчёт подстанции.

1.1 Расчёт нагрузок.

По исходным данным, принимаемым в соответствии с вариантом, рассчитываются мощности подстанции по напряжениям. Описанная методика выполнена для подстанции на 4 напряжения. В случае подстанции на 3 напряжения выпадает одно из средних напряжений и обозначается как Uсн.

Полные мощности подстанции по ступеням напряжения

S_м ^НН= ,

где - максимальная активная мощность на данной ступени напряжения, МВт.

Полная мощность на стороне высшего напряжения

S_м^ВН= S_м^СН+ S_м^НН=18,18=18,18МВА.

1.1.2 Реактивные мощности подстанции

Q_м^НН=,

1.1.3 По данным вычисленных мощностей строим графики нагрузок для всех напряжений подстанций. Общий вид графиков приведен на Рис.1.см. приложения

Для каждой ступени напряжения принимается расчетный максимум равный , Мвт, исходя из которого, суточная продолжительность потребления мощности распределяется пропорционально графику. По расчетным графикам рассчитывается годовая энергия потребления.

1.1.4 Энергия зимних суток.

W_ЗС^НН= Р₁t₁ + Р₂t₂+ Р₃t₃ + Р₄t₄+ Р₅t₅ =8·6 + 14,4·14 + 9,6·4 =288 МВт·час

1.1.5 Энергия летних суток.

W_ЛС^НН = Р₆t₆ + Р₇t₇+ Р₈t₈ + Р₉t₉+ Р₁₀t₁₀=6,4·6 + 9,6·8 + 4,8·10 =163,2 МВт час

1.1.6 Электрическая энергия потреблённая за год по каждому графику

N_З=213 – количество зимних суток;

N_Л=152 – количество летних суток;

W_ГОД = W_ЗСN_З+ W_ЛС N_{Л ,} МВт час

W_ГОД ^НН= W_ЗС^НН + W_ЛС^НН=288·213+163,2·152=86150,4 МВт час

1.1.7 Время максимума потребления нагрузки

Т_М = , час

1.1.8 Время максимальных потерь энергии -t рассчитывается, за год на каждом напряжении. Годовая продолжительность времени потерь принимается календарная Т=8760 часов

, час

для каждого напряжения свое время максимальных потерь

1.2 Выбор трансформатора (автотрансформатора АТ).

Трансформатор выбирается с учётом его загрузки и с учётом максимально допустимой S_мах.вн.

В нашем случае S_мах.вн.³18,18МВА, согласно ПУЭ выбираем трансформаторы по 70% загрузке в нормальном режиме.

Sном.т = 0,7* S_м ^ВН= 0,7*18,18 = 12,726МВА. По таблице 3.6 стр.150 [2] выбираем трансформатор.

Вариант 1. ТДН-16000/110

Вариант 2. ТРДН-25000/110

трансформатор 3-х фазный; система охлаждения: дутье ; 2-х обмоточный с наличием устройства РПН.

Таблица. 3 – Технические параметры трансформаторов .

Тип	Sном	U (кВ)		Pк кВт		Pхх кВт		Uк%		Iхх %
	МВА	ВН	НН
ТДН-16000/110	16	115	11	85	18		10,5		0,7
ТРДН- 25000/110	25	115	10,5	120	25		10,5		0,65

1.3 Расчёт потерь электроэнергии в трансформаторах.

Вариант I

1.3.1 Определяем коэффициент аварийной перегрузки.

Выбранный трансформатор удовлетворяет условию:

К_п.ав = 1,18< К_доп = 1,4

1.3.2 Определяем потери электроэнергии в трансформаторе:

Вариант II

1.3.3 Определяем коэффициент аварийной перегрузки.

Выбранный трансформатор удовлетворяет условию:

К_п.ав = 0,75< К_доп = 1,4

1.3.4 Определяем потери электроэнергии в трансформаторе:

1.4 Приведенные затраты

1.4.1 Стоимость потерь электроэнергии вычисляется для двух вариантов по выражению

где - стоимость потерь энергии в автотрансформаторах

b=4,56рубль/кВт час – стоимость потерь электроэнергии

Вариант I

Вариант II

1.4.2 Капитальные затраты на основное оборудование ПС вычисляются, в соответствии с укрупненными показателями стоимости по [3]. Для сравнения капитальных затрат вариантов удобнее заполнить таблицу №4.

Таблица №4. Затраты по вариантам

Наимено- вание оборудо- вания	Стоимость единицы оборудования Тыс.рублей	Первый вариант.		Второй вариант.
Наимено- вание оборудо- вания	Стоимость единицы оборудования Тыс.рублей	Кол-во	Общая стоимость Тыс.рублей	Кол-во	Общая стоимость Тыс.рублей
ТДН- 16000/110	67	2	134	-	-
ТРДН- 25000/110	85	-	-	2	170
Ячейка ОРУ-110	30	2	60	2	60
КРУ-10	1,9	2	3,8	2	3,8
К_å	-	-	197,8	-	233,8

1.4.3 Стоимость отчислений на амортизацию ремонт и обслуживание

где

- норма амортизационных отчислений от капитальных затрат,

- для ОРУ-110кВ и ниже – норма отчислений на обслуживание

- для ОРУ-220кВ и выше - норма отчислений на обслуживание

К- сумма полученных капитальных затрат из таблицы №3 по вариантам.

I-Вариант

= 37,186тыс.рублей

II-Вариант

=43,954тыс.рублей

1.4.4 Приведённые затраты вычисляются по формуле

где - нормативный коэффициент экономической эффективности

I-Вариант

=5615,1тыс.рублей

II-Вариант

=4450,08тыс.рублей

Вывод: Для дальнейшего расчёта выбираю Вариант-II с наименьшими

затратами.

2 Расчёт токов короткого замыкания.

Рис.3 Схема замещения

2.1 Базисные величины

- базисная мощность

, - базисные напряжения

- базисный ток ступени КЗ

= = 50,2кА

= = 550кА

2.2. Расчёт сопротивлений в схеме замещения в относительных единицах

2.2.1 Энергосистема

2.2.2 Линия

2.2.3 Трансформатор:

2.2.4 Преобразуем исходную схему: т.к. Q₁ и Q₂ отключены, то Х₂, Х₄, Х₆, Х₈ –не учитываются.

Рис. 4 Преобразование схемы замещения

2.2.5 Преобразуем схему замещения относительно К-1 из рис. 5:

2.2.6 Преобразуем схему замещения относительно К-2 из рис. 6:

2.2.7 Преобразуем схему замещения относительно К-3 из рис. 7:

2.3 Определение токов короткого замыкания

2.3.1 Начальная периодическая составляющая тока к.з.

К-1 .

К-2

где Е_с^II =1 - э.д.с. источника в относительных еденицах.

2.3.2. Мгновенное амплитудное значение ударного тока к.з.

, где Ку - ударный коэффициент по т.3.8 [1]

К-1

К-2

2.3.3. Действующее значение ударного тока к.з.

К-1

К-2

Определим значение токов КЗ для любого момента времени переходного процесса КЗ

К-1 кА

Та=0,03[2]таблица 3,8

=0,035+0,01=0,045с

[2]рисунок3.25

К-2 кА

[2]рисунок3.25

Полный импульс квадратичного тока КЗ

Где

Таблица 4 - Сводная таблица токов КЗ


К-1	115	50,2	2,61	5,93	3,4	1,62	5,11
К-2	10,5	550	8,98	23,11	13,72	5,7	60,48

3. Выбор оборудования

3.1 Оборудование 110 кВ

Q – выключатель наружной установки

QS – разъединитель наружной установки

ТА – трансформатор тока встроенный

Гибкая ошиновка.

Рабочий ток:

Рабочий максимальный ток:

3.1.1 Выбор выключателя и разъединителя.

^{По каталогу
выбираю выключатель
элегазовый типа: ВГБУ-110У1}

^{Элегазовые
баковые выключатели
серии ВГБ.}

^{Элегазовые
баковые выключатели
серии ВГБ разработаны
на базе хорошо известного
принципа гашения дуги.
При срабатывании выключателя
элегаз сжимается и
выбрасывается через
контакты выключателя,
осуществляя гашение
дуги.}

^{Этот
принцип гашения
и конструкция
дугогасительных камер
хорошо зарекомендовали
себя в комплексных
распределительных
устройствах (КРУЭ) и
отдельно стоящих выключателях (ВЭК)
с элегазовой изоляцией,
эксплуатирующихся
с 1979 года.}

^{Выключатели
предназначены для
эксплуатации на открытом
воздухе в районах
сумеренным и холодным
климатом (исполнение
У1 и УХЛ1) и

соответствуютмеждународным
и российским стандартам.

Достоинства:}

^{- Заземленный
резервуар (повышенная
безопасность);}

^{- Повышенная сейсмостойкость (низкий
центр тяжести);}

^{- Минимальная необходимость
в обслуживании;}

^{- Повышенная надежность,
безопасность и простота
конструкции;}

^{- Встроенные трансформаторы
тока;}

^{- Минимальное время
монтажа;}

^{- Пластиковые вводы
с кремнийорганической
резиной}

По каталогу выбираю разъединитель типа: РГ-110/1000. УХЛ1

Таблица 5-Выбор выключателя и разъединителя.

№	Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
№	Условия выбора	Расчетные данные	ВГБУ-110У1	РГ-110/1000 УХЛ1
1	кВ	110	126кВ	110кВ
2	А	183	2000	1000
3		1,62	20,36	-
4	кА	2,61	50	31,5
5	кА	5,93	125	80
6	кА²·с	5,11	50²·3=7500	40²·3=4800
7	Привод		Моторный	ПРГ-6

Проверка по отключающей способности:

3.1.2 Выбор трансформаторов тока.

По каталогу выбираю встроенные трансформаторы тока типа:ТВ-110

Таблица 6 - Каталожные данные.

Тип ТТ

Uн,

кВ

Ном. Ток

ВА

Дин. ст-ть

Тер. ст-ть.

I1ном

I2ном

Кд

iдин.

Кт

Iт

tт

ТВ-110

110

200

Таблица 7- Сравнение данных.

Расчетные данные.	Каталожные данные.
Расчетные данные.	ТВТ-110
U=110 кВ	U=110 кВ
Iраб.макс= 183 А	Iном=200 А
Вк=2,12 кА²с	кА²с

Перечень необходимых измерительных приборов выбираю по таблице 4.11 стр.362 [2]

Параметры приборов выбираю по таблице П4.7 [2]

Схема подключения приборов:

Рис.3.1- Схема соединения вторичных цепей ТТ.

3.1.3 Выбор гибких шин.

Согласно ПУЭ § 1.3.28 шины в пределах РУ выбираются по допустимому току с учетом минимального сечения по коронированию из условия:

Iдоп ³Iр.м.

По таблице 7.35 [3] выбираю провод марки:

АС-35/7

d=7мм

Iдоп=195 А>Iр.макс=183 А

Поверка на схлестывание не производится т.к Iпо≤20кА.

Согласно [1] § 2.5.41 по условию коронирования принимается минимальное сечение 35 мм² . Учитывая, что на ОРУ- 110 кВ расстояние меньше, чем на воздушных линиях, в данном разделе рассмотрим расчет:

Начальная критическая напряженность:

Где m=0,82 – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода.

r₀ – радиус провода =

Напряженность электрического поля вокруг не расщепленного провода:

Где U – максимальное линейное напряжение =121кВ

Дср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз =1,26Д,

где Д – расстояние между соседними фазами.

Д=300 см.

Дср=1,26·300=378 см.

Проверка: провода не будут коронировать, если наибольшая напряженность поля у поверхности любого провода не более 0,9·E0. Таким образом, условие образования короны можно записать в виде:

кВ/см

По условию коронирования провод АС-35/7 проходит

Для крепления проводов на опоры выбираю подвесные изоляторы типа:

ПС-35Д в колличестве 3 штук.

3.3Оборудование 10кВ.

1. Q – Выключатель вакуумный

3. ТА – трансформатор тока

4. ТV– трансформатор напряжения

5. Жёсткие шины.

На стороне 10кВ подстанции принимаем к установке комплектное распределительное устройство наружного исполнения КРУ 2-10.

КРУ предназначено для приема и распределения электрической энергии переменного трехфазного тока промышленной частоты 50Гц на номинальное напряжение 6-10кВ и комплектования распределительных устройств 6 и 10кВ подстанции.

КРУ не предназначено для работы в среде, подвергающейся усиленному загрязнению, действию газов, испарений и химических отложений, вредных для изоляции, а также в среде, опасной в отношении взрыва и пожара.

Распределительное устройство КРУв закрытом распределительном устройсве.

КРУ изготовляется в виде полностью собранного блока из шкафов свыполненным монтажом электрических схем.
Единая жесткая конструкция собирается с помощью болтовых соединений, вертикальныхстоек и продольно-поперечных связей.

3.3.1. Выбор выключателя.

По каталогу выбираю выключатель типа: Сименс 3АН5

Вакуумные силовые выключатели Сименс 3АН5 являются трехполюсными силовыми выключателями, устанавливаемыми в помещении, для номинального диапазона напряжений от 12 кВ до 36 кВ. Вакуумный выключательустанавливается в вертикальном положении относительновакуумных прерывателей. В нормальных условиях эксплуатации вакуумный выключательне требует обслуживания в соответствии с положениями IEC 60594 и VDE 0670,часть 1000.

Минимальное значение температуры составляет: - 5 °C, максимальное - +40˚С. Безобледенения и приносимых ветром осадков. Условие: изоляционные детали в чистом состоянии.

Предельные значения тока нагрузки l в зависимости от температуры окружающей среды T вакуумноговыключателя 3АН5 для расчетного Рис.3.3 - График зависимости рабочего тока:

нагрузки от температуры о.с.a) 800Ad) 2500 A

b) 1250A c) 2000 A

Таблица13-Выбор выключателя.

№	Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
№	Условия выбора	Расчетные данные	Сименс 3АН5-122-2
1	кВ	10	12
2	А	1051	1250
3		8,98	40
3	кА	5,7	22.5
4	кА	8,98	16
5	кА	23,11	100
6	кА²·с	60,48	31,5² ·1=992,5
	Привод		Эл.моторный

Проверка по отключающей способности:

Принимаем к установке: для вводных и секционной ячеек выключатели Сименс 3АН5-122-2 I_н=1250А, для отходящих ячеек - Сименс 3АН5-122-1 I_н=800А.

3.3.2 Выбор трансформатора тока

По таблице5.9 [3] выбираю трансформаторы тока типа: Т0Л-10-400/5

Таблица 14-Каталожные данные.

Тип ТТ

Uн,

кВ

Ном. Ток

Z2 для кл. 0,5

Дин. ст-ть

Тер. Ст-ть.

I1ном

I2ном

Кд

i дин.

Кт

Iт

tт,с

ТОЛ-10

1200

0,4

17.5

Таблица 15-Сравнение данных.

Расчетные данные.	Каталожные данные.
Расчетные данные.	Т0Л-10-400/5
U_уст=10 кВ	U_н=10 кВ
Iраб.макс= 1051А	Iном=1200 А
iу=23,11	Iдин=52 кА
кА²·с60,48	17,5² ·1=306

Проверка на динамическую стойкость.

Проверка термическую стойкость.

Проверка трансформатора по классу точности

R_кат≥R_номт+R_приб+R_пров

Сопротивление переходных контактов

R_конт=0,05 Ом

Определяем сопротивление приборов

Ом

где S_a – мощность наиболее загруженной фазы(таблица)

I_2тт² - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора тока.

Перечень необходимых измерительных приборов выбираю по таблице 4.11 стр. 362 [2]

Параметры приборов выбираю по таблице П4.7 [2].

Таблица 16- Вторичная нагрузка ТТ.

Прибор		Тип		Мощность ток. кат. ВА		Нагрузка, ВА
						А		В		С
Амперметр	Э-335		0,5		0,5		-		-
Ваттметр	Д-335		0,5		0,5		0,5
Счетчик акт. и реакт. энергии.	ПСЧ-4АР.05.2		0,3		0,3		-		0,3
			Итого:		1,3		0,5		0,3

Определяем сопротивление проводов

R_пров=R_кат-R_конт-R_прб=0,4-0,052-0,05=1,318 Ом

где R_кат – номинальная нагрузка в омах для класса точности трансформатора тока равного 0,5 [3] Таблица 5.10

Расчётная длина проводов

l_р=К_сх·l=1,73·4=6,92 м

где К_сх – коэффициент зависимости от схемы соединения трансформаторов тока.

Находим минимально допустимое сечение проводов

мм²

Выбераем провод АПВ –(1х4).

3.3.3Выбор трансформатора напряжения:

Таблица 17- Вторичная нагрузка ТН.

Прибор		Тип	Sодной обмотки	Число обмоток	Число приборов	Общая потребляемая мощность S, В∙А
Вольтметр (сборные шины)		Э - 335	2	1	1	2
Ваттметр	Ввод 10 кВ	Д – 335	1,5	2	1	3
Счётчик активной и реактивной энергии	Ввод 10 кВ	ПСЧ- 4АР.05.2	2	1	1	2
Счётчик активной и реактивной энергии	Линии10кВ	ПСЧ-4АР.05.2	2	1	4	8
Итого		-	-		-	13

Согласно рассчитанной мощности выбираем Т.Н.

Выбор производим:

По напряжению установки

U_уст ≤ U_ном

U_уст = 10 кВ ≤ U_ном = 10 кВ

По конструкции и схеме соединения: принимаем трансформатор внутренней установки со схемой включения звезда.
По классу точности: принимаем класс точности равный 0,5.
По вторичной нагрузке:

S_2Σ≤ S_ном

S_2Σ = 13 В · А ≤ S_ном = 3 · 50 = 150 В · А

Принимаем к установке ЗНОЛ.06-10УЗ.

3.3.4. Выбор шин10 кВ.