Проектирование понижающей подстанции
1. График электрических
нагрузок
Таблица 1 - Суточный график полной
мощности.
время
|
2
|
4
|
6
|
8
|
10
|
12
|
14
|
16
|
18
|
20
|
22
|
24
|
Потр. мощн
|
0,10
|
0,10
|
0,90
|
0,80
|
0,95
|
0,20
|
0,50
|
0,50
|
0,30
|
0,70
|
0,70
|
0,30
|
S МВА
|
4,2
|
4,2
|
37,8
|
33,6
|
39,9
|
8,4
|
21
|
21
|
12,6
|
29,4
|
29,4
|
12,6
|
Активная и реактивная мощности
соответственно:
;
,
где S - полная мощность, МВА;
Таблица 2 - Суточный
график активной и реактивной мощностей.
время
|
2
|
4
|
6
|
8
|
10
|
12
|
14
|
16
|
18
|
20
|
22
|
24
|
P МВт
|
3,40
|
3,40
|
30,62
|
27,22
|
32,32
|
6,80
|
17,01
|
17,01
|
10,21
|
23,81
|
10,21
|
Q МВАр
|
2,46
|
2,46
|
22,17
|
19,70
|
23,40
|
4,92
|
12,31
|
12,31
|
7,39
|
17,24
|
17,24
|
7,39
|
На основе графика определяем:
. Среднесуточная мощность:
;
. Максимальная нагрузка:
;
. Коэффициент заполнения
суточного графика:
;
;
. Среднесуточная
активная мощность:
;
;
Рис. 1 - График электрических
нагрузок
2. Выбор трансформаторов
В данном случае имеются потребители I и II категорий, поэтому
принимаем число трансформаторов равное двум.
Предварительный расчет мощности
силового трансформатора:
;
Принимаем мощность
трансформатора ;
Выбираем трансформатор ТДНУ-25000/110
- трёхфазный, двухобмоточный, с естественной циркуляцией масла и
принудительной циркуляцией воздуха. При выходе из строя одного трансформатора,
оставшийся в работе должен обеспечить нагрузку потребителей 1 и 2 категории с
аварийным допустимым перегрузом:
;
где -
доли потребителей 1 и 2 категорий в общей нагрузке подстанции;
kАВ
- коэффициент аварийной перегрузки трансформатора, kАВ=1.4.
;
Рисунок 2
Рассчитаем коэффициенты
предварительной загрузки K1
и перегрузки трансформатора K2:
,
где S1, S2,
…, Sn-нагрузка на различных ступенях
графика длительностью соответственно t1,
t2, …, tn.
;
Эквивалентная нагрузка
периода перегруза:
;
;
;
;
;
- выбираем из [1,
таблица 1.36] по температуре окружающей среды -10оС градусов, при
перегрузке в 10 часов и способу охлаждения - принудительная циркуляция воздуха
и естественная циркуляция масла.
Так как,
можем оставить трансформатор выбранной мощности.
Таким образом,
трансформатор может систематически перегружаться по данному графику нагрузки.
Приведем его технические
характеристики.
Таблица 3 - Технические
характеристики трансформатора ТДНУ-25000/110
SНОМ,
кВА
|
U,
В
|
PX, кВт
|
PK,
кВт
|
UK, %
|
IXX,
%
|
25000
|
115/10.5
|
25
|
120
|
10.5
|
0.65
|
3. Выбор типа
распределительного устройства и изоляции
Изоляция электроустановок может
загрязняться промышленными выбросами в атмосферу, в том числе золой из дымовых
труб электростанций, а вблизи морей происходит загрязнение изоляции солями.
Для 4 степени загрязнения атмосферы
выбираем открытое исполнение распределительного устройства (ОРУ). Для очистки
изоляции проводим специальные мероприятия: гидрофобные покрытия, периодическая
обмывка и протирка изоляции.
,
где λЭ
- эффективная удельная длина утечки, для воздушных линий и поддерживающих
гирлянд порталов: λЭ=2.25; для внешней изоляции электрооборудования: λЭ=2.25;
[2, таблица 1];
k
- поправочный коэффициент для различных условий и изоляторов, принимаем, что k =1.1, [5];- наибольшее рабочее межфазное напряжение, U=126 кВ, [1, таблица 1.2].
Для воздушных линий,
гирлянд и эл. оборудования соответственно:
.
По длине утечки L выбираем опорный изолятор марки С4-550-II-М-УХЛ1, у которого Lэф=330 см [4].
По длине утечки L выбираем подвесной изолятор марки ЛК 70/110-VII, у которого Lэф=390 см [4].
Проходной изолятор выбираем на
низкой стороне по номинальному току IH:
;
.
Выбираем изолятор марки
ИП-10/5000-4250 УХЛ1 с параметрами UH=10
кВ, PИЗГ=42.5 кН, IH=5000A [4].
4. Выбор главной схемы
электрических соединений.
При выборе главной схемы подстанции
должны учитываться следующие факторы:
роль, местоположение и назначение
подстанции.
число отходящих ЛЭП на стороне
высшего напряжения.
категорийность потребителей.
простоту и наглядность схемы.
удобство эксплуатации.
надежность в работе.
Для проектируемой подстанции наметим
3 варианта главной схемы электрических соединений:
5. Технико-экономическое
сравнение схем
Экономическая целесообразность схемы
определяется минимальными приведенными затратами:
,
где К - капиталовложение
в электроустановку, (будем учитывать только капиталовложения в различающиеся по
вариантам элементы электроустановки) тыс. руб.;
pH
- нормативный коэффициент экономической эффективности, равный 0,12;
И - годовые
эксплуатационные издержки, тыс. руб./год;
У - ущерб от недоотпуска
электроэнергии, тыс. руб./год.
Т.к. ущерб от
недоотпуска может возникнуть только при отключении обоих трансформаторов или
обеих питающих линий, то расчет проводим по упрощенной формуле приведенных
затрат:
Расчёт капитальных
вложений сведём в таблицу.
Рассчитаем стоимость,
различающихся по вариантам элементов электроустановки:
Таблица 4 - Расчёт
капитальных вложений
Оборудование
|
1 вариант
|
2 вариант
|
3 вариант
|
|
Цена тыс.
руб.
|
Кол - во
|
Цена тыс.
руб.
|
Кол - во
|
Цена тыс.
руб.
|
Кол - во
|
Выключатель
|
850
|
5
|
850
|
7
|
850
|
8
|
Разъединитель
|
82.5
|
18
|
82,5
|
22
|
82,5
|
23
|
Отделитель
|
145
|
2
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Итого:
|
6025
|
7765
|
8697
|
Годовые эксплуатационные издержки:
,
где α
- отчисления на амортизацию α=9.4%;
годовые потери в
трансформаторах.
;
Т - число часов работы
трансформатора в году Т = 8760 ч;
- продолжительность
максимальных потерь, определяем по кривой [4, рис. 10-1] в зависимости от
продолжительности использования максимальной нагрузки Тmax.
потери холостого хода;
25 кВт;
- потери короткого
замыкания;
= 120 кВт;
Для определения сначала
необходимо по соответствующим графикам нагрузок S=f(t) найти число часов использования максимальной нагрузки
;
По [1, рис. 10-1] при =4416
часов =3000
часов;
;
;
;
;
Приведенные затраты:
;
;
;
Окончательно расчеты
сводим в таблицу:
подстанция трансформатор
понижающий ток
Таблица 5 - Результаты
технико-экономического сравнения схем.
Годовые эксплуатационные расходы тыс. руб.
|
I вариант тыс. руб.
|
II вариант тыс. руб.
|
III вариант тыс. руб.
|
Отчисления на амортизацию
|
556
|
730
|
818
|
Стоимость потерь энергии
|
3705
|
3705
|
3705
|
Итого
|
4271
|
4435
|
4523
|
Приведенные затраты
|
4994
|
5367
|
5567
|
Итого
|
9265
|
9802
|
10090
|
Из расчёта видно, что 1 вариант
экономически выгоднее. Окончательно принимаем на своей подстанции 1-й вариант
главной схемы электрических соединений.
Главная схема
электрических соединений проектируемой подстанции: одна секционированная
система шин с обходной, с отделителями в цепях трансформаторов и совмещенным
секционным и обходным выключателем.
6. Расчет токов
короткого замыкания
Для выбора оборудования
необходимо знать ток короткого замыкания. Определим токи трёхфазного короткого
замыкания на шинах высокого и низкого напряжения. Рассмотрим эл. схему
проектируемой подстанции при коротких замыканиях. в точках К1 и К2.
Составляем расчетную
схему, где указываем элементы и точки короткого замыкания. Принимаем, что
секционные разъединители QS8
и QS9 включены, так как это более неблагоприятный режим короткого
замыкания.
Далее строим схему
замещения и определяем параметры элементов в соответствии с исходными данными и
параметрами уже выбранных аппаратов в относительных единицах.
система:С=110
кВ;
IКЗ=
21 кА;
Линия:
линии по 40 м
Тр-р:
/10.5 кВ;Н=
25 МВА;К= 10.5%;ХХ= 0.65%;
PК
= 120 кВт.
Схема замещения
;
;
;
IКЗ
= 21 кА.
Система бесконечной
мощности:
Ток нормального режима:
,
где SMAX - максимальная мощность подстанции,
SMAX =42 МВА;
UH
- номинальное напряжение сети, UС=110
кВ.
.
номинальное сечение
провода:
,
где jЭ - плотность тока в проводнике, А/мм2, jЭ =1,1 А/мм2 [1, таблица 10.1];
.
По полученным данным
выбираем провод для воздушной линии 110 кВ. Выбираем провод марки АС - 70: [1].
Для выбранного провода
должно выполняться условие:
,
где IПРОД.ДОП - допустимый продолжительный ток, IПРОД.ДОП=265А [1, таблица 7.35];
IФ.Р
- ток форсированного режима;
;
.
Условие выполняется,
поэтому оставляем провод АС - 70 с активным и индуктивным сопротивлениями:
rУД=0,428
Ом/км, xУД=0.444 Ом/км. [1, таблица 7.35, 7.38].
;
.
Трансформаторы
подстанции:
;
;
;
;
;
.
Нагрузка:
Принимаем, что нагрузка
потребителей распределена равномерно по отходящим линиям SН = 5.25 МВА, так как секционный выключатель включен, то будем
рассматривать обобщенную нагрузку с SН,ОБЩ
= 42 МВА:
;
;
;
.
Найдем распределение
токов при коротких замыканиях в точках К1 и К2. Для этого свернем схему
замещения относительно точек короткого замыкания.
Для К1:
,
где ;
;
;
;
;
Для К2:
,
где ;
;
;
;
.
Находим значения токов IKЗ1 и
IKЗ2 в
кА:
;
;
.
Периодические
составляющие токов КЗ:
;
;
.
Определим постоянные
времени ТА:
;
;
Определим ударные
коэффициенты kУД:
;
;
Определим ударные токи:
;
;
;
Ограничения тока к. з. в
электрических системах достигается прежде всего соответствующим проектированием
электрических схем станций и сетей. Для этого прибегают к автоматическому
делению сетей. При этом секционный выключатель в РУ станции остается замкнутым.
Для ограничения токов к. з. предусмотрено автоматическое устройство,
размыкающее в случае к. з. секционный выключатель. Ток резко уменьшается, и
затем происходит отключение выключателя поврежденного присоединения.
Достоинство автоматического деления сети заключается в том, что в нормальном
режиме агрегаты и линии не разделены и распределение мощности может быть
оптимальным.
Рассчитаем ток короткого замыкания
на низкой стороне при отключенном секционном выключателе:
,
где ;
;
;
;
;
;
;
;
;
Значение тока КЗ в
именованных единицах:
;
;
Периодическая
составляющая тока КЗ:
;
.
Определим постоянную
времени ТА:
;
.
Определим ударный
коэффициент:
.
Определим ударный ток в
точке короткого замыкания:
;
.
Результаты расчета токов
КЗ сведем в таблицу:
Таблица 6 - Результаты
расчета токов короткого замыкания
|
Высокая сторона
|
Низкая сторона с включенным секционным выключателем
|
Низкая сторона с отключенным секционным выключателем
|
Периодическая составляющая тока КЗ IПО,
кА
|
9.16
|
25.975
|
14.05
|
Постоянная времени TА,
с
|
0.005
|
0.029
|
0.04
|
Ударный ток iУД,
кА
|
17.77
|
62.82
|
35.17
|
Список источников
1. Никлепаев Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций:
Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. Пособие
для вузов - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.
2. Промышленный каталог ИнформЭлектро.
. Каталог Электрическое оборудование подстанций.
4. Соловьев И.И., Волков В.М. Электроэнергетика. Методические
указания к курсовому проектированию. Изд - во АГТУ 2004 г.