Релейная защита понизительной трансформаторной подстанции

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Задание к курсовой работе

. Технико-экономический расчёт подстанции

.1 Расчет электрических нагрузок подстанции

.2 Выбор трансформаторов (автотрансформаторов АТ)

2.3 Расчет потерь электроэнергии

2.4 Расчет приведенных затрат

3. Расчёт токов короткого замыкания

.1 Построение расчетной и схемы замещения

. Выбор электрооборудования

.1 Выбор высоковольтных выключателей и разъединителей

.2 Выбор жестких шин

4.3 Выбор измерительных трансформаторов

.4 Расчет заземляющих устройств

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Основой экономики всех индустриальных стран мира является электроэнергетика.

Важнейшие задачи, решаемые энергетиками и энергостроителями, состоят в непрерывном увеличении объёмов производства, в сокращении сроков строительства новых энергетических объектов и реконструкции старых, уменьшение удельных капиталовложений, в сокращении удельных расходов топлива, повышении производительности труда. Современная энергетика характеризуется нарастающей централизацией производства и распределения электроэнергии.

В перспективе энергетики стоит задача всемирного развития и использования возобновляемых источников энергии, солнечной, геотермальной, ветровой, приливной и др.

Энергетической программой предусматривается дальнейшее развитие энергосберегающей политики.

1. ЗАДАНИЕ 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 1.1

Исходные данные к расчету

Таблица 1.2

Исходные данные к расчету

Рисунок 1.1 - Графики суточных нагрузок СН и НН в процентах

Количество зимних суток равно 213, летних 152.

2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПОДСТАНЦИИ

.1 Расчёт электрических нагрузок

подстанция короткое замыкание заземляющий

По исходным данным, принимаемым в соответствии с вариантом, рассчитываются мощности подстанции по напряжениям.

Полные мощности подстанции по ступеням напряжения:

Sм СН = (2.1)

Sм СН =

Sм НН =  (2.2)

Sм НН =

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

Полная мощность на стороне высшего напряжения

S м ВН = S м СН+ Sм НН (2.3) м ВН = 139,53+ 18,18 = 157,71МВА

Реактивные мощности подстанции

Qм СН2 = (2.4)

Qм СН2 =

Qм НН = (2.5)

Qм НН =

Энергия зимних суток

ЗС СН= Р1 t1 + Р2 t2 + Р3 t3 (2.6)ЗС СН= 120*0,6*6+120*1*13+120*0,6*5 =2352 МВт час

ЗС НН= Р1 t1 + Р2 t2 + Р3 t3 (2.7)

W ЗС НН=16*0,6*6+16*13+16*0,65=313,6 МВт час

Энергия летних суток.

ЛС СН = Р4 t4 + Р5 t5 + Р6 t6 (2.8)ЛС СН = 120*0,4*8+120*0,8*7+120*0,4*9=1488 МВт час

ЛС НН = Р4 t4 + Р5 t5 + Р6 t6+ Р7 t7 (2.9)

W ЛС НН = 16*0,4*8+16*0,8*7+16*0,4*9=1984 МВт час

Электрическая энергия потреблённая за год по каждому графику

WГОД = WЗС NЗ + WЛС NЛ (2.10)

WГОД СН = W ЗС СН + W ЛС СН (2.11)

WГОД СН = 2352*213+1488*152=727152 МВт час

WГОД НН = W ЗС НН + W ЛС НН (2.12)

WГОД НН = 313,6*213+198,4*152=96953,6 МВт час

Время максимума потребления нагрузки

ТМ =  (2.13)

ТМ, СН =  (2.14)

ТМ, СН =  час

ТМ, НН =  (2.15)

ТМ, НН =

Т М ,ВН =  (2.16)

Т М ,ВН =

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

 (2.17)

для каждого напряжения свое время максимальных потерь

τ СН =  (2.18)

τ СН =

τ НН =  (2.19)

τ НН =

.2 Выбор трансформаторов (автотрансформаторов АТ)

Наметим два варианта схем подстанции и выполним их технико-экономический расчет, на основании которого выбираем один из расчетных вариантов.

Рисунок 2.3 - Схемы подстанций 1-й вариант.

Рисунок 2.4 - Схемы подстанций 2-й вариант

Мощность трансформатора определяется его нагрузкой и определяется как

S Н.ТР. ³ 0,7*S М (2.20)

-й вариант АТ1,2: 125³110,397 МВА

-й вариант Т1,2: 125³110,397 МВА

Т3,4: 125³97,671 МВА

для каждой ступени напряжения с учетом установки двух трансформаторов.

Выбранный трансформатор (автотрансформатор) проверим на аварийные перегрузки при выходе одного трансформатора (автотрансформатора) из работы. Коэффициент аварийной перегрузки определяется по формуле

 (2.21)

-й вариант АТ1,2:

-й вариант Т3,4:

Т3,4:

Где Smax- максимальная мощность по графику нагрузки на стороне ВН. Sном.т- номинальная мощность трансформатора (АТ).

Выбранный трансформатор (АТ) должен удовлетворять условию

 (2.22)

1-й вариант АТ1,2: 1,26<1,4

-й вариант Т3,4: 1,26<1,4

Т3,4: 0,78<1,4

Проверка трансформатора (АТ) на систематические перегрузки производится при отключении одного из трансформаторов (АТ) на плановый ремонт во время летнего периода. Поэтому оставшийся в сети трансформатор (АТ) будет работать как в аварийном режиме. Параметры выбираемых трансформаторов оформляются в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Параметры выбранных трансформаторов (АТ).

2.3 Расчёт потерь электроэнергии

Расчет потерь мощности DРк в автотрансформаторах (АТ1, 2) по обмоткам

∆РК,В =  (2.23)

∆РК,В =

∆Р К,С =  (2.24)

∆Р К,С =

∆Р К,Н =  (2.25)

∆Р К,Н =

где КВЫГ=  - коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Если номинальная мощность обмотки низкого напряжения , то вместо КВЫГ можно подставить:

 (2.26)

Мощности обмоток автотрансформаторов при работе под нагрузкой.

SМнн= (2.27)

SМнн=

Потери энергии в автотрансформаторах DW

 (2.28)

N - количество автотрансформаторов на ПС.

Потери энергии в двухобмоточных трансформаторах

 (2.29)

 (2.30)

где Т = 8760 час

2.4 Расчет приведенных затрат

Стоимость потерь электроэнергии вычисляется для двух вариантов по выражению:

 (2.31)

 тенге

тенге

 (2.32)

где  - стоимость потерь энергии в автотрансформаторах.

b=2,89 тенге/кВт час - стоимость потерь электроэнергии.

 (2.33)

где - стоимость потерь энергии в трансформаторах.

Капитальные затраты на основное оборудование ПС вычисляются, в соответствии с укрупненными показателями стоимости. Для сравнения капитальных затрат вариантов удобнее заполнить таблицу 2.2.

Примечание: цены переведем в тенге, увеличивая заданную стоимость в 100 раз.

Таблица 2.2

Затраты по вариантам

Стоимость отчислений на амортизацию ремонт и обслуживание

 (2.34)

где  - норма амортизационных отчислений от капитальных затрат,

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

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

Приведённые затраты вычисляются по формуле

 (2.35)

где  - нормативный коэффициент экономической эффективности

Вывод: для дальнейшего расчета выбираем 1-й вариант.

3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

.1 Построение расчетной и схемы замещения

Для выбранного варианта составим расчетную схему и схему замещения. Все элементы в схеме замещения заменим индуктивными сопротивлениями в относительных единицах для соответствующего метода расчета тока КЗ. Секционные выключатели отключены.

Рисунок 3.1 - Расчетная схема ПС

Рисунок 3.2 - Схема замещения ПС

Задаёмся базисными величинами

- базисная мощность,

 - базисное напряжение, принимается равным среднему номинальному напряжению ступени КЗ.

= 10,5;115; 230 кВ.

 - базисный ток ступени КЗ.

 (3.1)

Переведём сопротивления в относительные единицы. Перевод выполним по формулам в таблице П-2 (приложения).

 (3.2)

 (3.3)

 (3.4)

 (3.5)

 (3.6)

 (3.7)

Произведя преобразования в схеме, определим результирующее сопротивление для каждой из намеченных точек КЗ.

Определить начальное значение периодической составляющей тока КЗ.

, кА (3.8)

Определить значение мгновенного амплитудного значения ударного тока

, кА (3.9)

где  из таблицы П-1(приложения).

Действующее значение ударного тока

,кА (3.10)

Полученные токи приведём в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Расчётные токи соответствующих точек КЗ.

4. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

4.1 Выбор высоковольтных выключателей и разъединителей

Выбор выключателей производится по:

Роду установки;

По допустимому току;

По напряжению.

а) динамическая стойкость

б) термическая стойкость

Таблица 4

Условия выбора в/в выключателя

Выбор выключателя и разъединителя на 220 кВ:

UН = 220 кВ;

Таблица 5

Ведомость на выключатель и разъединитель ВН 220 кВ.

ia = 5,95 кА            ia =  Iотклβ%/100 =

Выбор выключателя и разъединителя на 110 кВ:

UН = 110 кВ

Таблица 6

Ведомость на выключатель и разъединитель СН1 110 кВ.

ia = 3,6 кА              ia =  Iотклβ%/100 =

Выбор выключателя на 10 кВ:

UН = 10 кВ

Выбор разъединителя не производится, так как на стороне НН устанавливается КРУ.

Таблица 8

Ведомость на выключатель НН 10 кВ.

4.2 Выбор жестких шин

Выбор жестких шин производится лишь для напряжений 6-10 кВ, на напряжение 35 кВ и выше выбираются гибкие токопроводящие шины.

Проверка по допустимому току;

IРМ<IДОП , кА (4.4)

При этом за IРМ будем принимать максимальный рабочий ток ступени напряжением 10 кВ.

Исходя из этого условия, выберем из ПУЭ 6 издания таблицы 1.3.31 прямоугольные однополосные алюминиевые шины марки АДО размером (120х8 мм) с длительным допустимым номинальным током 1900 А.

 (4.5)

где Iдоп.ном допустимый ток при действительной температуре воздуха λ0 = 25 С0.

Тогда 1,5<1,9 кА

Механический расчет выбранных однополосных шин

Наибольшее удельное усилие при токе КЗ

 (4.6)

Примем а = 0,3м из [1].

Так как расстояние между фазами значительно больше периметра шин а>2(h+b), т.е. 0,6>2(0,12+0,08)м , то коэффициент формы Кф=1.

Изгибающий момент

 (4.7)

где - длина пролета между опорными изоляторами шинной конструкции, м.

Примем

Напряжение в материале шины

 (4.8)

W - момент сопротивления шин (см.приложения таблицу П-3).

 (4.9)

Шины механически прочны если

Gрасч<Gдоп (4.10)

где Gдоп=40МПа из таблицы П- 4 приложения.

Отсюда 22,8<40 МПа

Следовательно шины механически прочны, поэтому окончательно к установке принимаем алюминиевые шины марки АДО прямоугольного сечения (120x8 мм) с длительно допустимым номинальным током 1900А.

Проверка на термическую стойкость не производится из соображений малой величины теплового импульса ВК.

4.3 Выбор измерительных трансформаторов

Выбор трансформаторов тока

Таблица 4.6

Условия выбора ТА.

Объём контрольно-измерительных приборов выбирается согласно источнику [1] с. 362-368, и справочных каталожных данных там же с.635. Заданный класс точности 0,5.

Выбор ТА на стороне 220 кВ;

Таблица 4.7

Выбор ТА на стороне 220 кВ;

Таблица 4.8

Контрольно-измерительные приборы.

Вторичная нагрузка состоит из сопротивления приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов, причём .

 (4.11)

Сопротивление приборов определяется по выражению

 (4.12)

где - максимальное значение на ступени напряжения.

Сопротивление контактов принимают 0,05 Ом при 2-3 приборов, при большем количестве - 0,1 Ом. Сопротивление соединительных проводов зависит от длины и сечения. Чтобы трансформатор тока работал в выбранном классе точности необходимо

 (4.15)

Тогда

 (4.16)

Расчет сечения контрольного кабеля;

Для соединения ТА в полную звезду:

Рисунок 4.1 - Схема соединения ТА.

 (4.17)

Зная сопротивление проводов можно определить сечение

 (4.18)

где ρ - удельное сопротивление материала провода равное 0,0175 для меди;  на ступени напряжением 220 кВ.

Окончательно примем контрольный кабель с медными жилами, сечением 4,5мм2, марки КВВГ.

Таблица 4.9

Выбор ТА на стороне 110 кВ;

Таблица 4.10

Контрольно-измерительные приборы.

Вторичная нагрузка состоит из сопротивления приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов, причём .

Сопротивление приборов:

Окончательно примем контрольный кабель с медными жилами, сечением 2,5мм2, марки КВВГ.

Таблица 4.13

Выбор ТА на стороне 10 кВ;

Таблица 4.14

Контрольно-измерительные приборы.

Расчет сечения контрольного кабеля;

Окончательно примем контрольный кабель с медными жилами, сечением 2,5мм2, марки КВВГ.

Выбор трансформаторов напряжения

Условия выбора:

По напряжению установки;

 (4.19)

По вторичной нагрузке;

 (4.20)

Sном - номинальная мощность в выбранном классе точности равном 0,5.

Для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, возьмём суммарную мощность всех трех фаз:

 (4.21)

Таблица 4.16

Выбор ТV 220 кВ.

Окончательно выбираем ТV НКФ-220-58 с . Сечение проводов по условиям механической прочности примем 1,5мм2 для меди.

Таблица 4.17

Выбор ТV 110 кВ.

Окончательно выбираем ТV НКФ-110-58 с  Сечение проводов по условиям механической прочности примем 1,5мм2 для меди.

Таблица 4.18

Выбор ТV 10 кВ.

Окончательно выбираем ТV НОМ-10-66 с .Сечение проводов по условиям механической прочности примем 1,5мм2 для меди.

.4 Расчет заземляющих устройств

Напряжение на заземлителе:

 (4.22)

 (4.23)

Поправочный коэффициент:

 (4.24)

(супесок),

(глина)

;

Коэффициент определяемый по сопротивлению человека:

 (4.25)

В расчете принимают

Длинна и расстояние между вертикальными заземлителями:

Площадь занимаемая П.С.

Определяем площадь 1-й ячейки для ОРУ-220:

l = а+б+в+г=11,75+12+18,25+20,5=62,5 (м)

d = 15,4 (м)

Размеры взяты из таблицы 6.1 учебника Рожковой(новое издание)стр514.

S1220 = l*d = 62,5*15,4=962,5(м2)

Определяем площадь 4-х ячеек(2 от системы, 2 на АТ):

S4220 = S1220 *4=962,5*4=3850(м2)

l = а+б+в+г=8+9+12,5+10,5=40 (м)

d = 9 (м)

Размеры взяты из таблицы 6.1 учебника Рожковой(новое издание)стр417.

S1110 = l*d = 40*9=360(м2)

Определяем площадь 8-ми ячеек(6 ячеек на линии, 2 на Т):

S8110=S1110*8=360*8=2880 (м2).

Определяем площадь под АТ:

SАТ =2*( l*d)=2*(17,5*10,5)=367,5(м2).

Размеры взяты из учебника Рожковой

Определяем общую площадь заземления:

S=S4220+S8110+SАТ = 3850+2880+367,5=7097,5 (м2).

Общая длинна горизонтальных заземлителей:

 (4.26)

Ток замыкания:

Допустимое сопротивление:

 (4.27)

Т.к. естественных заземлителей не имеется то устанавливаем искусственные сопротивление которого определяется по уравнению:

 (4.28)

Число ячеек по стороне квадрата:

 (4.29)

Длина полос в расчётной модели:

 (4.30)

Длина сторон ячейки:

 (4.31)

Число вертикальных заземлителей по периметру контура:

 (4.32)

Общая длина вертикальных заземлителей:

 (4.33)

Относительная глубина:

 (4.34)

По таблице П-7 методических указаний определяем

Т.к. значение не попадает под стандартные то для определения его используем метод интерполирования:

 (4.35)

Общее сопротивление сложного заземлителя:

 (4.36)

что удовлетворяет условию выбора заземляющего контура.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электрическая энергия находит широкое применение во всех областях народного хозяйства и в быту. Этому способствуют такие ее свойства, как универсальность и простота использования, возможность производства в больших количествах промышленным способом и передачи на большие расстояния.

Важнейшие задачи, которые в настоящее время решают энергетики и энергостроители, состоят в непрерывном увеличении объемов производства, в сокращении сроков строительства новых энергетических объектов, уменьшении удельных капиталовложений, в сокращении удельных расходов топлива, повышении производительности труда, в улучшении структуры производства электроэнергии и т. д.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Л.Д. Рожкова; В.С. Козулин Электрооборудование станций и подстанций.- М.: Энергоатомиздат, 1987 г. - 648с.

2.      Б.Н. Неклепаев; И.П. Крючков Электрическая часть электростанций и подстанций.- М.: Энергоатомиздат, 1989 г. - 608с.

.        ПУЭ Шестое издание.- С - Пб: ДЕАН, 1999 г.

.        А.А. Федоров Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том 1,2.- М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

.        Г.Н. Ополева Схемы и подстанции электроснабжения.- М.: Форум - Инфа-М, 2006 г.