Электрические станции и подстанции в системах электроснабжения

Мой курсовой.doc

Федеральное агентство образования
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра «Электрические станции сети и системы»
«Электрические станции и подстанции в системах электроснабжения»
«ГПП тракторного завода»
Курсовой проект заключается в проектировании главной понизительной подстанции тракторного завода.
На основе технико-экономических требований производится выбор электрических схем на высоком и на низком напряжении.
Далее выполняется расчёт токов как в нормальном так и в аварийном режимах работы а так же токов короткого замыкания. По данным расчётов осуществляется выбор токоведущих частей (сборные шины и комплектный токопровод) и электроаппаратуры: выключателей разъединителей измерительных трансформаторов тока и напряжения.
После выполнения расчётной части курсового проекта делается чертёж электрической схемы и плана понизительной станции.
Задание на курсовой проект
Выбор силовых трансформаторов ..
Выбор схем соединения ..
1 Схема соединения на ВН ..
2 Схема соединения на НН ..
1 Расчёт токов в нормальном режиме .
2 Расчёт токов в аварийном режиме
Расчет токов короткого замыкания
Выбор электрической аппаратуры .
1 Выбор выключателей и разъединителей .
1.1 Выбор выключателей и разъединителей в ВН
1.2 Выбор выключателей на НН. Выключатели на вводах в ЗРУ .
1.3 Выбор выключателей на НН. Выключатели на отходящих линиях
2 Выбор трансформаторов тока
2.1 Выбор трансформаторов тока на питающих линиях (ВН)
2.2 Выбор трансформаторов тока на силовом трансформаторе (ВН)
2.3 Выбор трансформаторов тока на транзитной линии (ВН)
2.4 Выбор трансформаторов тока на вводах в ЗРУ (низшее напряжение)
2.5 Выбор трансформаторов тока на отходящих линиях (НН) ..
2.6 Выбор трансформаторов тока на межсекционном выключателе
3 Выбор трансформаторов напряжения .
3.1 Выбор трансформатора напряжения на ВН
3.2 Выбор трансформатора напряжения на НН
4 Выбор трансформатора собственных нужд
Выбор токоведущих частей и изоляторов распределительных устройств
1 Выбор токопровода для трансформатора со стороны НН .
2 Выбор опорных изоляторов на НН ..
3 Выбор проходных изоляторов на НН
4 Выбор ошиновки ВН
Управление сигнализация и конструктивное исполнеие
Задание на курсовой проект
Тема: ГПП тракторного завода
Число отходящих линий: 2
Число отходящих линий: 12
Реактанс системы: x*с = 0011
Выбор силовых трансформаторов
При выборе мощности и количества трансформаторов необходимо учитывать требования надежности электроснабжения потребителя а так же допустимые уровни перегрузок. С учётом того что потребителем является тракторный завод который можно отнести ко 2-й категории потребителей целесообразно осуществлять электроснабжение через два силовых трансформатора.
Мощность трансформаторов определяется из следующего условия: при отключении (плановом или аварийном) одного из трансформаторов перегрузка оставшегося не должна превышать 40% - в этом случае обеспечивается нормальное электроснабжение потребителей. Для того чтобы перегрузка оставшегося трансформатора не превышала 40% в нормальном режиме трансформаторы должны работать с 70% загрузкой.
Таким образом необходимы два трансформатора с номинальной мощностью 40 МВА напряжением на высокой стороне 220 кВ на низкой стороне – 105 кВ. Этим условиям соответствует трансформатор ТРДН-40000220.
Коэффициент загрузке трансформатора в нормальном режиме:
Выбор схем соединения
1 Схема соединения на ВН.
Число присоединений на стороне ВН:
где nПР – число присоединений;
nОТХ.Л. – число отходящих линий на стороне ВН;
nТР – число трансформаторов;
Схема на ВН: одиночная секционированная система сборных шин с обходной. Эта схема может быть применена для питания потребителей как 1-й так и 2-й категории при напряжении 110-220 кВ число присоединений: 6 - 7. Схема приведена на рисунке 1.
Обозначения на рисунке 1:
QAO – обходной выключатель
QB – секционный выключатель
В данной схеме 6 присоединений: количество трансформаторов - 2 количество вводов – 2 количество отходящих линий - 2.
Выбранная схема позволяет выводить в ремонт любую секцию при сохранении нормальной работы половины установки. При коротком замыкании на одной из секций другая продолжает нормальную работу – схема обладает высокой надёжностью. Кроме того при замкнутом межсекционном выключателе достигается равномерная загрузка каждой секции. Из недостатков схемы можно отметить отсутствие резерва при отключении одной из секций – в этом случае короткое замыкание на линии или на выключателе приводит к отключению всей установки. Кроме того из-за большого числа разъединителей и выключателей схема достаточно дорогая и сложная.
2 Схема соединения на НН.
Число присоединений на низшем напряжении подстанции:
nОТХ.Л. – число отходящих линий на стороне НН;
nТР. – число приходящих линий от трансформаторов;
В данном случае целесообразно применить одиночную секционированную систему сборных шин с числом секций равном 4. Это связано с тем что для ограничения токов применяются трансформаторы с расщеплённой обмоткой.
Это достаточно простая наглядная и экономичная схема. Позволяет при коротком замыкании в одной секции сохранить в работе половину установки. Схема позволяет использовать комплектные распределительные устройства что снижает стоимость проектирования монтажа эксплуатации.
К недостаткам схемы можно отнести: ремонт выключателя любого присоединения требует отключения любого присоединения на всё время ремонта. Ремонт секции сборных шин требует отключения этой секции на всё время ремонта.
В1 В2 В3 В4 – секции шин
Т1 Т2 – трансформаторы
QB1 QB2 – секционные выключатели
1 Расчёт токов в нормальном режиме.
В этом режиме функционируют все элементы электроустановки без вынужденных отключений и перегрузок.
Ток в питающей линии:
Sнагр – мощность нагрузки
Sтранз – мощность транзита
Uв.н. – напряжение ВН
Ток в транзитной линии:
Ток до трансформатора:
Ток после трансформатора:
Ток в отходящей линии:
2 Расчёт токов в аварийном режиме:
Аварийный режим - это режим плановых ремонтов а также режим в котором часть элементов электроустановки вышла из строя вследствие аварийного отключения.
k1 и k2 –точки короткого замыкания для которых производится расчёт.
Расчет токов короткого замыкания
Так как применяются трансформаторы с расщеплённой обмоткой то расчёт производится по следующей схеме замещения:
Сопротивление обмоток трансформаторов:
uk – напряжение короткого замыкания в %
Sб – базисная мощность
x*c – реактанс системы.
Действующее значение периодической составляющей тока кз:
где kу =165 – ударный коэффициент[1]
где kу =182 – ударный коэффициент
Выбор электрической аппаратуры
1 Выбор выключателей и разъединителей.
Выбор выключателя для конкретных условий производится на основании технико-экономического анализа. Для упрощения эксплуатационного процесса следует стремиться к однотипности устанавливаемого оборудования.
Выбор выключателей производится по следующим условиям:
- напряжению установки:
- току длительного протекания:
- включающей способности:
- отключающей способности:
- электродинамической стойкости:
- термической стойкости:
Выбор разъединителей производится по следующим условиям:
- напряжению уставки:
1.1 Выбор выключателей и разъединителей в цепи высшего напряжения
С учетом вышеприведённых требований в цепи силового трансформатора выбираем элегазовый трёхполюсный выключатель ВГТ-220II-402500 У1. Выключатели на транзитной линии и на питающей линии будут аналогичные.
Необходимо произвести проверку параметров выбранного выключателя на соответствие данным условиям. Проверка производится путём сравнения расчетных данных с каталожными данными выбранного выключателя.
t = tз.min+tс.в=001+003=004 с
Периодическая составляющая тока короткого замыкания:
Апериодическая составляющая тока короткого замыкания:
Нормированное содержание апериодической составляющей тока короткого замыкания:
Номинальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания:
Время срабатывания релейной защиты:
Полное время отключения выключателя:
Тепловой импульс выделяемый током короткого замыкания:
Расчётные и каталожные данные выключателя ВГТ-220II-402500 У1 сведены в таблицу 1.
Bk=I2тер×tтер=402×3=4800 А2с
Выбираем разъединитель типа РДЗ-2201000НУХЛ1. Расчётные и каталожные данные разъединителя сведены в таблицу 2.
Bk=I2тер×tтер=402×3=48000 А2с
1.2 Выбор выключателей на низком напряжении. Выключатели на вводах в ЗРУ.
С учетом вышеприведённых требований на вводах выбираем элегазовый выключатель VF.12.16.31.
t = tз.min+tс.в=001+006=007 с
Расчётные и каталожные данные выключателя VF.12.16.31. сведены в таблицу 3.
Bk=I2тер×tтер=2977 А2с
На низком напряжении устанавливается комплектное распределительное устройство КУ – 10 в которое устанавливается выключатель VF.12.16.31.
1.3 Выбор выключателей на низком напряжении. Выключатели на отходящих линиях.
С учетом вышеприведённых требований на вводах выбираем элегазовый выключатель VF.12.08.20.
Расчётные и каталожные данные выключателя VF.12.08.20. сведены в таблицу 4.
Bk=I2тер×tтер=1200 кА2с
На низком напряжении устанавливается комплектное распределительное устройство КУ – 10 в которое устанавливается выключатель VF.12.08.20.
2 Выбор трансформаторов тока.
Трансформаторы тока выбирают по:
- конструкции и классу точности
- электродинамической стойкости
- термической стойкости
2.1 Выбор трансформаторов тока на питающих линиях (высшее напряжение).
Выбираем ТФЗМ-220-У1-1000-0510Р10Р10Р. Расчётные и каталожные данные приведены в таблице 5.
I2терtтер=3922 ×3=4610 кА2с
Схема включения приборов: 220 кВ – пофазное включение амперметров.
Расчёт вторичной нагрузки по фазам: в таблице 6 приведены измерительные приборы подключенные ко вторичной обмотке трансформатора тока.
Расчёт сопротивления приборов через мощность:
Сопротивление контактов: в схеме 5 приборов.
Сопротивление соединительных проводов:
Длина соединительных проводов:
Сечение соединительных проводов:
По условию механической прочности для медных проводов принимаем q=25 мм2. Выбираем кабель: КРВГ с жилами сечением 25 мм2
2.2 Выбор трансформаторов тока на силовом трансформаторе (высшее напряжение).
Выбираем ТФЗМ-220-У1-300-0510Р. Расчётные и каталожные данные приведены в таблице 7.
I2терtтер=202 ×3=288 кА2с
Расчёт вторичной нагрузки по фазам: в таблице 8 приведены измерительные приборы подключенные ко вторичной обмотке трансформатора тока.
2.3 Выбор трансформаторов тока на транзитной линии (высшее напряжение).
Выбираем ТФЗМ-220-У1-600-0510Р. Расчётные и каталожные данные приведены в таблице 9.
I2терtтер=202 ×3=1200 кА2с
Схема включения приборов: 220 кВ – пофазное включение амперметров.
Расчёт вторичной нагрузки по фазам: в таблице 10 приведены измерительные приборы подключенные ко вторичной обмотке трансформатора тока.
Счётчик активной мощности
Счётчик реактивной мощности
Сопротивление контактов: в схеме 7 приборов.
2.4 Выбор трансформаторов тока на вводах в ЗРУ (низшее напряжение).
Выбираем ТЛШ-10-У3-2000-0510Р. Расчётные и каталожные данные приведены в таблице 11.
I2терtтер=3152 ×3=2977 кА2с
Схема включения приборов:
Расчёт вторичной нагрузки по фазам: в таблице 12 приведены измерительные приборы подключенные ко вторичной обмотке трансформатора тока.
2.5 Выбор трансформаторов тока на отходящих линиях (низшее напряжение).
Выбираем ТЛК-10-У3-600-0510Р. Расчётные и каталожные данные приведены в таблице 13.
Расчёт вторичной нагрузки по фазам: в таблице 14 приведены измерительные приборы подключенные ко вторичной обмотке трансформатора тока.
Сопротивление контактов: в схеме 3 прибора.
Сечение соединительных проводов:.
По условию механической прочности для алюминиевых проводов принимаем q=4 мм2.
2.6 Выбор трансформаторов тока на межсекционном выключателе (НН).
Выбираем ТЛШ-10-У3-2000-0510Р. Расчётные и каталожные данные приведены в таблице 15.
Расчёт вторичной нагрузки по фазам: в таблице 16 приведены измерительные приборы подключенные ко вторичной обмотке трансформатора тока.
Сопротивление контактов: в схеме 2 прибора.
3 Выбор трансформаторов напряжения.
3.1 Выбор трансформатора напряжения на высоком напряжении.
Трансформаторы напряжения предназначены для питания измерительных приборов релейной защиты и автоматики. Перечень необходимых приборов приведён в таблице 17.
Потребляемая мощность
Вольтметр регистрирующий
Фиксатор импульсного действия
Счетчик активной мощности (на транзитных линиях)
Счетчик реактивной мощности (на транзитных линиях)
Выбираем трансформатор НКФ-220-58-05 мощностью 600 ВА.
3.2 Выбор трансформатора напряжения на низком напряжении.
Перечень необходимых приборов приведён в таблице 18.
Счетчик активной энергии (ввод 10 кВ от трансформатора)
Счетчик реактивной энергии (ввод 10 кВ от трансформатора)
Счетчик активной мощности (на линии 10 кВ)
Счетчик реактивной мощности (на линии 10 кВ)
Выбираем трансформатор 3xЗНОЛ 09-10 мощностью 3x75=225 ВА. Трансформатор входит в состав ячейки КРУ.
4 Выбор трансформатора собственных нужд.
Потребители собственных нужд приведены в таблице 19.
Потребители собственных нужд
Подогрев выключателей и приводов
Устройство охлаждения трансформаторов
Подогрев приводов разъединителей
Подогрев релейного шкафа
Отопление освещение вентиляция ЗРУ 10 кВ
Подзарядно-зарядный агрегат:
Активная мощность потребителей собственных нужд: P=1216 кВт
Реактивная мощность потребителей собственных нужд: Q=7539 ВА
Полная мощность потребителей собственных нужд:
Расчет мощности ТСН:
Выбираем ТСН: 2×ТСЗ-16010
ТСН подключен через предохранитель ПКТ 101-10-5-8-У3
Iном=5 А; Iном.откл=3 кА; Uном=10 кВ;
5 Схема подключения ТСН.
На подстанциях с оперативным постоянным током трансформаторы собственных нужд присоединяют к шинам 10кВ (рисунок 11). Для увеличения надежности электроснабжения собственных нужд шины 04 кВ секционируются. Секционный разъединитель нормально разомкнут.
Выбор токоведущих частей и изоляторов распределительных
1 Выбор токопровода для трансформатора со стороны НН.
Imax = 1540 А. Допустимый ток для алюминиевых жёстких шин Iдоп = 1625 А.
Сечение q=100×8 мм2 = 800 мм2 – выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения окрашенные.
Проверка на термическую стойкость:
Проверка на механическую прочность:
Частота собственных колебаний: f=200 Гц.
Момент инерции поперечного сечения шины:
Расстояние между фазами: a=08 м
Момент сопротивления шины относительно оси перпендикулярной действию усилия:
Напряжение в материале шин:
расч=243 МПа ≤ доп=91 МПа
Шины обладают достаточной механической прочностью.
2 Выбор опорных изоляторов на НН.
Выбираем опорные штыревые изоляторы ОНШ-10-5-УХЛ1 на Uном=10 кВ Fразр=5000 Н
Fдоп = 06× Fразр =06×5000 = 3000 Н
Fрасч=215 Н ≤ Fдоп=3000 Н
Изоляторы проходят по механической прочности.
3 Выбор проходных изоляторов на НН.
Выбираем проходные изоляторы ИП-101600-750-У3. Его каталожные данные указаны в таблице 20.
4 Выбор ошиновки ВН.
Сечение выбирается по допустимому току наиболее мощного присоединения - питающих линий.
Максимальный ток: Imax = 538 А
Выбираем: АС-24039 с сечением: q=240 мм2 наружным диаметром: d=216 мм и допустимым током: Iдоп = 610 А.
Минимально допустимое по условиям короны сечение проводов воздушных линий электропередач для напряжения 220 кВ: АС-24039.
Проверка на термическую стойкость не производится так как провода без изоляции.
Для вводов трансформатора и для транзитной линии выбираем такой же провод.
Управление сигнализация и конструктивное исполнение
1 Средства управления.
Средства дистанционного управления коммутационными аппаратами необходимы для ведения оперативных переключений в нормальных режимах и при ликвидации аварийных состояний. Подача управляющей команды осуществляется вручную оператором или от автоматических устройств которые применяются для выполнения переключений в аварийных ситуациях.
К системам дистанционного управления выключателями предъявляется ряд требований:
- цепи управления должны допускать отключение выключателя как со щита управления так и по месту его установки.
- на щите управления и в распределительном устройстве должна быть предусмотрена сигнализация положения выключателя.
- цепи управления (включения и отключения) должны иметь контрольные устройства сигнализирующие об обрыве этих цепей.
- схема управления должна предусматривать возможность не только ручного управления но и подачи соответствующего импульса от устройств релейной защиты и автоматики.
Управление коммутационными аппаратами производится с помощью управляющей аппаратуры (ключи управления цепи управления). Контроль за работой установки осуществляется с использованием световой сигнализации. Устройства управления сигнализации с соответствующими источниками питания образуют систему вторичных цепей. Питание вторичных цепей ведётся с аккумуляторных батарей – применяется постоянный оперативный ток.
Команды дистанционного управления подаются при помощи ключей управления ПМО.
Сигнализация положения коммутационных аппаратов (выключателей разъединителей и их заземляющих ножей) служит для информации оперативного персонала о состоянии схемы электрических- соединений в нормальных и аварийных условиях и может осуществляться различными способами. Сигнализация положения выключателей выполняется с помощью сигнальных ламп. Сигнальные лампы располагаются непосредственно у ключа управления. Сигнализация об основных положениях выключателя «включено» и «отключено» осуществляется при соответствии положения рукоятки ключа положению контактов выключателя.
Сигнализация аварийного отключения выключателей применяется для извещения персонала об отключении выключателя релейной защитой и выполняется сочетанием светового и звукового сигналов. Для подачи светового аварийного сигнала используются цепи световой сигнализации положения выключателя.
Предупреждающая сигнализация извещает персонал о ненормальном режиме работы контролируемых объектов или о ненормальном состоянии вторичных цепей защиты и автоматики. Принцип действия аналогичен аварийной сигнализации.
3 Конструктивное исполнение
3.1 Конструктивное исполнение на стороне ВН
ОРУ 220 кВ выполняется типовыми ячейками. В принятой компоновке вся выключатели размещены в один ряд около второй системы шин что облегчает их обслуживание. Каждый полюс шин разъединителей второй системы шин расположен под проводами соответствующей фазы и сборных шин. Линейные и шинные порталы и все опоры под аппаратами железобетонные. Кабели проложены в лотах из железобетонных плит.
В качестве силового трансформатора выбираем ТРДН 40000220.
На стороне ВН (в цепи силового трансформатора и на транзитных линиях) установлены выключатели ВГТ-220-402500 У1 и разъединители РДЗ-2201000НУХЛ1.
Для питания измерительных приборов на стороне ВН устанавливаем трансформаторы тока ТФЗМ-220-У1-1000-0.510Р10Р10Р – на питающих линиях ТФЗМ-220-У1-300-0.510Р – на силовом трансформаторе ТФЗМ-220-У1-600-0.510Р – на транзитных линиях. Трансформаторы напряжения НКФ-220-58-05.
Ошиновка на стороне ВН – АС-24039 – этот провод выбираем по допустимому току наиболее мощного присоединения – питающих линий. Для вводов трансформатора и для транзитной линии выбираем такой же провод.
3.2 Конструктивное исполнение на стороне НН
Со стороны 105 кВ РУ выполняется в виде ЗРУ из блоков КРУ КУ – 10. На отходящих линиях в КУ-10 встраивается выключатель VF.12.08.20 на вводах в ЗРУ – выключатель VF.12.16.31.
Для питания измерительных приборов на стороне НН устанавливаем трансформаторы тока ТЛШ-10-У3-2000-0510Р – на вводах в ЗРУ ТЛК-10-У3-600-0510Р – на отходящих линиях ТЛШ-10-У3-2000-0510Р – на межсекционном выключателе. Трансформаторы напряжения 3×ЗНОЛ 09-10.
Для питания потребителей собственных нужд устанавливаем трансформаторы 2×ТСЗ-16010 подключенные через предохранители ПКТ 101-10-5-8-У3.
В качестве токопровода на стороне НН выбираем алюминиевые жёсткие шины прямоугольного сечения 100×8 мм.
Опорные изоляторы – штыревые изоляторы ОНШ-10-5-УХЛ1.
Проходные изоляторы – ИП-101600-750-У3.
Размещение оборудования в РУ должно обеспечивать хорошую обозреваемость удобство ремонтных работ полную безопасность при ремонтах и осмотрах. Неизолированные токоведущие части должны быть помещены в камеры или ограждены. Ограждение может быть сплошным или сетчатым. Высота ограждения должна быть 19 м.
Осмотры оборудования производятся из коридора обслуживания ширина которого должна быть 1 м. Ширина прохода управления и ремонта КРУ должна обеспечивать удобство обслуживания поэтому ширина коридора обслуживания должна определятся длиной тележки плюс 0.8 м.
Из помещений ЗРУ предусматриваются выходы наружу или в помещение с несгораемыми стенами и перекрытиями. ЗРУ должно обеспечивать пожарную безопасность.
РУ должно быть экономным.
Рожкова Л.Д. Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций.-3-е изд. М.: Энергоатомиздат 1987.
Лисовская И.Т. Мубаракшин Ф.Х. Хахина Л.В. Выбор электрической аппаратуры токоведущих частей и изоляторов: Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию. - Челябинск: ЧПИ 1990.
Электрическая часть электростанций и подстанций (справочные материалы) Под ред. Б.Н. Неклепаева - М.: Энергоатомиздат 1989.
Правила устройства электроустановок. СП-б.: издательство ДЕАН 2001 – 928 стр.
[1] Лисовская И.Т. Мубаракшин Ф.Х. Хахина Л.В. Выбор электрической аппаратуры токоведущих частей и изоляторов: Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию. - Челябинск: ЧПИ 1990. - страница 12.

A1.DWG

A1.frw