Выбор и расчёт электрической части подстанции

Выбор и расчёт электрической части подстанции

Министерство образования и науки Украины

ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет»

СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Электрическая часть станций и подстанций систем электроснабжения"

Выполнил:

ст.гр. И09-ЭПП-2

Виниченко А.В.

Проверила:

Бурназова Л.В.

Мариуполь 2012г.

Задание 2 - Вариант 4

Нагрузка относится к потребителям 1,2 и 3 категориям, причём нагрузки 3 категории составляют 30% от общей нагрузки. Установленые мощности приведены в таблице1.

Питание осуществляется от подстанции энергосистемы и с шин ТЭЦ по самостоятельным линиям 110кВ. Генераторы ТЭЦ и энергосистемы снабжены АРВ. Число часов использования максимума нагрузок составляет Тм = 5000 час.

Исходные данные:

Линии: Л1- 30 км, Л2 - 18 км, Л3 - 20 км.

ГенераторыГ1 и Г2: P = 150МВТ, cos = 0,86, Xd = 0,128

Трансформаторы Т1 иТ2: S = 160МВА

Данные о цеховых нагрузках сведены в таблицу 1.

Дополнительно к шинам РП подключены 4 синхронных двигателя мощностью 4500 кВт , cos = 0,9.

Содержание

1.      Схема электроснабжения

2.      Расчёт электрических нагрузок

2.1    Выбор и расчёт компенсирующих устройств

2.2    Выбор числа и мощности трансформаторов

.3      Выбор трансформатора собственных нужд

3.      Выбор схемы РУ высокого и низкого напряжений подстанции

4.      Расчёт токов короткого замыкания

5.      Выбор выключателей

5.1    Выбор разъединителей

5.2    Выбор токоведущих частей РУ

5.3    Выбор кабелей и их проверка

.        Выбор трансформаторов напряжения

.1      Выбор трансформаторов тока

.        Выбор защиты от перенапряжения

8.      Выбор источников оперативного тока

Литература.

1.Схема электроснабжения

2. Расчёт электрических нагрузок

Для каждой группы ЭП определяют расчётные активные и реактивные нагрузки:

,

_,

Суммарная силовая расчётная нагрузка в целом по подстанции определяется из соотношений

,

, (1.4)

То же с учётом коэффициента разновременности максимума нагрузки

,

,

где  = 0,95 - коэффициента разновременности максимума по активной нагрузке;  = 0,9 - коэффициента разновременности максимума по реактивной нагрузке.

Полная расчётная мощность на стороне низкого напряжения (НН) силовых трансформаторов по подстанции определяется по формулам

,

,

,

,

Даныые о расчётах сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчет электрических нагрузок

Наименование потребителей         Р,

кВтkсosφ/tgφP.,

кВтQ.,

кварS,

кВ∙А I_р ,

2.1 Выбор и расчёт компенсирующих устройств

В результате расчета получены значения нагрузок на низкой стороне трансформатора:

Р = 45479 кВт; Q = 19269 квар.

Расчетный коэффициент реактивной мощности равен

===>,

поэтому необходимо скомпенсировать реактивную мощность до значения  = 0.25 (см. раздел 1.2.2)

 = Q_рΣ ∙ = 45479 ∙ 0.25 = 11370 квар

=19269 - 11370 = 7899 квар

По [3] выбираем батареи конденсаторов стандартной мощности для внутренней установки типа УКЛ(П) - 6(10) - 1300 У3 в количестве 6 штук, суммарной мощностью 1300 ∙ 6 = 7800 квар, тогда с учётом КУ

2.2 Выбор числа и мощности тр-ров

Мощность силовых трансформаторов определим по формуле :

Число трансформаторов принимаем равным 2, т.к. большая часть электроприемников цеха относится к потребителям I-й и II-й категориям по надёжности

По [3] выбираем мощность силовых трансформаторов и их технические характеристики.

Выбран трансформатор типа ТРДН - 40000/110:

; ; ; ; ; ; ;

Реальный коэффициент загрузки трансформатора

Определяем потери в трансформаторах:

Активные и реактивные потери холостого хода.

 - коэффициент изменения потерь, изменяющихся в пределах 0,02÷-0,12, зависящий от места присоединения трансформаторов. Для трансформаторов ГПП или ПГВ,  при-нимается равным 0,05.

Активные и реактивные потери к.з.

Суммарные потери:

Определяем нагрузку на стороне ВН(110кВ):

Расчётный ток на стороне ВН:

.3 Выбор трансформаторов собственных нужд

Нагрузка ТСН:

двигатели обдува трансформаторов.

подогрев разъединителей ячеек

отопление ЗРУ

освещение ЗРУ, ОРУ и уличное освещение

обогрев шкафов

Мощность ТСН берём 1,5% от мощности силовых трансформаторов.

Устанавливаем трансформатор типа ТС3А-630/10-82Т3

3. Выбор схемы РУ высокого и низкого напряжений подстанции

Количество присоединений цеховых трансформаторов к шинам КТП можно определить по формуле:

 - мощность потребителей (без учёта СД);

 - мощность цехового трансформатора;

 - кофициент загрузки трансформаторов;

Расчитаем мощность без учёта синхронных двигателей:

Ставим 14 трансформаторов мощностью 2500 кВА.

Сечение линии 110кв.

Сечение ВЛЭП определяем по формуле:

где  - экономическое сечение, мм²;

 - экономическая плотность тока, А/ мм² ;

 - расчётный ток нормального режима, А.

Выбранное по экономической плотности тока сечение проверяются по условиям нагрева в послеаварийном режиме по условиям

≤

где - - рабочий максимальный ток послеаварийного режима, А;

- дли-тельно допустимая токовая нагрузка на провода данного сечения в послеаварийном режиме [3].

Принимаем из [3] ближайшее стандартное сечение равное 120 мм².

Выбранное сечение проверяем по условию нагрева в после- аварийном режиме

≤,

где = 375 А ; <, т.е. условие соблюдается.

4. Расчёт токов короткого замыкания

Схема замещения электрической сети.

Расчёт ведём в относительных еденицах(приближённый).

Базисные токи:

Расчёт схемы замещения.

Сопротивление ВЛЭП:

Так как у нас две линии то

Хл = Хл/2=0,095/2=0,048

Сопротивление кабельной линии:

Индуктивное сопротивление системы бесконечной мощности

,

Трансформаторы Т1 и Т2 U_k%=10,5; S_н=200МВА :

Трансформаторы Т3 и Т4 U_k%=10,5; S_н=40МВА :

Генераторы Г1 и Г2:

Синхронные двигатели:

,

где  ¾ кратность пускового тока по отношению к номинальному току синхронного двигателя.

Полная мощность одного синхронного двигателя:

Так как на одном вводе у нас 2 С.Д. то общая мощность будет 10МВА.

Расчитаем ток КЗ в точке К1.

Объединим ветви генераторов и трансформаторов так-как они однотипны:

Схема замещения:

электроснабжение подстанция ток трансформатор

Для расчёта тока КЗ в точке К1 объединим сопротивления линии Хл с Х1:

Х2 = Хл+Х1 = 0,061+0,048 = 0,11

Раскидаем сопротивление Хл2:

Кофициент распределения токов:

Результирующее дополнительное сопротивление:

Индуктивные сопротивления ветвей с учётом потокораспределения:

Переодическая составляющая тока КЗ:

,

Ток от системы:

Ток от генераторов:

Сумарный ток в точке К1:

Ударный ток:

Расчитаем ток КЗ в точке К2.

Для расчёта тока КЗ в точке К2 объединим сопротивления линии Хл с

Хс:

Х2 = Хл+Хс = 0,048+0,021 = 0,07

Раскидаем сопротивление Хл3:

Коэффициент распределения токов:

Результирующее дополнительное сопротивление:

Индуктивные сопротивления ветвей с учётом потокораспределения:

Периодическая составляющая тока КЗ:

Ток от системы:

Ток от генераторов:

Сумарный ток в точке К2:

Ударный ток:                                                                                            

Сумарный и ударный ток в точке К1 больше чем в точке К2 поэтому дальнейшие расчёты и выбор оборудования будем вести по 1 вводу (с большими токами).

Расчитаем ток К.З. в точке К3(на шинах КТП):

Схема замещения:

Для расчёта тока К.З. в точке К3 объединим сопротивления линии Хл2 с Хт3 и полученое значение сопротивления раскидаем по ветвям:        

Х2 = Хл2+Хт3 = 0,069+0,26 = 0,33

Также объединим сопротивления Хсд1,2 и Хкл:

Х5 = Хсд1,2 +Хкл = 1,4+0,12 = 1,52

Раскидаем сопротивление Х2:

Кофициент распределения токов:

Результирующее дополнительное сопротивление:

Индуктивные сопротивления ветвей с учётом потокораспределения:

Преобразованная схема замещения:

Периодическая составляющая тока КЗ:

Ток от системы:

Ток от генераторов :

Ток от синхронных двигателей :

Сумарный ток в точке К3:

Ударный ток:                                                                                            

Рассчитаем ток К.З. в точке К4(на шинах РП):

Схема замещения:

Для расчёта тока К.З. в точке К3 объединим сопротивления линии Хл2 с Хт3 и с Хкл :

Х2 = Хл2+Хт3+Хкл = 0,069+0,26+0,12 = 0,45

Раскидаем сопротивление Х2:

Коэффициент распределения токов:

Результирующее дополнительное сопротивление:

Индуктивные сопротивления ветвей с учётом потокораспределения:

Переодическая составляющая тока КЗ:

Ток от системы:

Ток от генераторов:

Ток от синхронных двигателей :

Сумарный ток в точке К3:

Ударный ток:                                                                                            

5. Выбор выключателей

Выключатели выбирают по:

.        Номинальному напряжению

2.      Расчётному току нормального режима

3.      Рабочему максимальному току

где Кп = 1,25 - допустимая перегрузка.

.        По отключающему току

Также проверяют на термическую и электродинамическую стойкость.

На вводе 110кВ ставим масляный баковый выключатель тип МКП-110Б-630-20У1.

Остальные выключатели ставим вакуумного типа.

Выключатели выбираем в табличной форме.

. Выключатель на вводе 110кВ типа МКП-110Б-630-20У1.

. Выключатель на вводе 10 кВ типа МГУ-20-90/6300У3

. Выключатель межсекцеонный типа МГГ-11-3500/1000Т3

. Выключатель от КТП типа ВМПЭ-10-630-20У3

. Выключатель к СД типа ВМПЭ-10-630-20У3

Таблица данных о выключателях.

.1 Выбор разъединителей.

Разъединители предназначены для отключения и включения цепей без тока(так как они не имеют дугогасящей камеры) для ремонтных работ.

Выбор разъединителей проводится по темже условиям что и выключатели с одним лишь отличием - ненужно делать проверку по отключающему току.

На вводе 110 кВ ставим разъединитель типа РН Д-110/1000У1 с параметрами:

_н=110кВ,

5.2 Выбор токоведущих частей РУ

Сечение шин выбираем по условию:

- длительно-допустимый ток для шин выбранного сечения.

Выбираем алюминиевые шины коробчатого сечения 75(35*5,5*6)мм²

Проверим шины на термическое действие токов К.З.

Температура до К.З.

По кривым на рис.1 определим температуру до которой нагреются шины при к.з. при

Рисунок 1.

По рисунку 1

По рисунку 2 находим до какой температуры нагреются шины.

Рисунок 2.

Шины нагреваются до 140 градусов ,что допустимо для алюминия.

Тепловой импульс:

т.к. = , а шины выбраны сечением 695 мм, значит они являются термически стойкими.

Проверка выбранных шин на электродинамическую стойкость.

Определяем силу междуполосного взаимодействия в пакете из двух полос по формуле:

,

Изгибающий момент :

,

где l_n - расстояние между изоляторами 2м.

Момент сопротивления из методички №519 по оси y₀- y₀ = 30,1см³

Напряжение в материале полос:

Сила междуфазного взаимодействия:

Междуфазный изгибающий момент:

Момент сопротивления из методички №519 по оси y-y = 3,17см³

Напряжение в материале шин:

≤

Шины электродинамически устойчивы.

.3 Выбор кабелей и их проверка

Кабели выбираем по экономической плотности тока,после чего проверяем их в послеаварийном режиме и на нагрев при токах КЗ.

Сечение кабеля до РП:

где  - экономическое сечение, мм²;

 - экономическая плотность тока, А/ мм² ;

 - расчётный ток нормального режима, А.

Выбранное по экономической плотности тока сечение проверяются по условиям нагрева в послеаварийном режиме по условиям

≤

где - - рабочий максимальный ток послеаварийного режима, А;

- дли-тельно допустимая токовая нагрузка на провода данного сечения в послеаварийном режиме.

Нагрузкой РП являются 4 синхронных двигателя:

Принимаем ближайшее стандартное сечение равное 300 мм².

Выбранное сечение проверяем по условию нагрева в после- аварийном режиме

≤,

где = 570 А ; <, т.е. условие соблюдается.

Проверка кабеля при токах КЗ:

Тепловой импульс:

т.к. = , а кабель выбран сечением 250 мм, значит он являются термически стойкий к токам КЗ.

Сечение кабеля до одного синхронного двигателя:

Увеличим сечение кабеля до термически стойкого 150 мм²

6. Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения нужны для снижения высокого напряжении до уровня 100В или 100^3.

ТН выбираются по номинальному напряжению и по допустимой нагрузке.

Таблица нагрузки ТН.

Полная мощность потребляемая приборами:

Выбираем ТН типа НТМИ-10 с допустимой мощностью 120ВА.

6.1 Выбор трансформаторов тока

Выберем трансформатор тока для ввода 110кВ.

Нагрузкой вторичной обмотки ТТ будет амперметр типа Э377,

Потребляемая мощность 0,1ВА.

Сопротивление приборов:

Сопротивление контактов примем 0,09 ом.

По ПУЭ минимальное сечение алюминиевых проводов принимается 4 мм²

с учётом этого, общее сопротивление будет равно:

Выбор и проверку делаем по условиям:

Таблица распределения приборов по фазам.

Самая загруженная фаза А.

По схеме соединения по неполной звезде:

1.   На вводе 110кВ ставим ТФЗМ-110Б-1

2.      На вводе 10кВ ставим ТШЛ20-Б1

.        На секционной связи ставим ТШЛ-10

.        На отходящие присоединения ставим ТПОЛ-10

.        На цепи СД ставим ТЛК-10-4

Таблица результатов выбора трансформаторов тока.

7. Выбор защиты от перенапряжения

Для защиты от атмосферных перенапряжений на подстанции предусмотрены разрядники типа РИС-110МУ1.

При воздействии перенапряжения на линейные вводы трансформаторов нейтрали возникают перенапряжения. Согласно ПУЭ в нейтраль трансформатора включается разрядник типа РВС-60.

На вводе 10 кВ ставим разрядники типа РВО-10.

8. Выбор источников оперативного тока

Оперативный ток на подстанциях служит для питания вторичных устройств,таких как аварийное освещение, цепи защиты, автоматики и приводов выключателей.

Найболее надёжными источниками ОТ являются аккумуляторные батареи.

По ПУЭ напряжение на источниках оперативного тока берём 230В.

Количество элементов находящихся в режиме постоянного подзаряда:

Количество элементов находящихся в режиме аварийного разряда, при напряжении на элементе 1,75В:

Дополнительное количество элементов:

_доп=n - n₀=126 - 108 = 18 элементов.

Число элементов в конце заряда:

Нагрузка аккумуляторной батареи.

Выбор номера аккумуляторной батареи выбирается по двум условиям:

по аварийному току:

Проверка по максимальному толчковому току:

где 46 - коффициент учитывающий дополнительную перегрузку.

Ток разряда при найбольшем толчковом токе:

При токе разряда 37,5 А напряжение на приводе составит 0,93U_н что обеспечивает надёжное его срабатывание.

Список использованной литературы

1.     Б.Н. Неклепаев - «Электрическая часть станций и подстанций».

2.      Методические пособие №519 по выполнению курсовой работы.

.        В.А. Веников - «Переходные электромеханические процессы в электрических системах».