Проектирование районной ПС 110/35/6 кВ по заданным графикам нагрузки

Эл схема.dwg

- первая категория потребителя
- вторая категория потребителя
- третья категория потребителя
Электрическая схема сети

План ПС.dwg

кабелей к потребителям
Разъединитель РНД-1101000
Трансформатор тока ТФЗМ 110 Б I У1
Выключатель ВМТ-110Б-201000
Ограничитель перенапряжения 110 кВ
Силовой трансформатор ТДТН-63000110
Ограничитель перенапряжения 10 кВ
Ограничитель перенапряжения 35 кВ
Разъединитель РНД-352000
Выключатель ВВУ-35-402000
Трансформатор тока ТФЗМ 35 Б I У1

НА ПЕЧАТЬ.docx

РАСЧЁТ ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И МОЩНОСТИ ПОДСТАНЦИИ1
1. Расчёт графиков нагрузки потребителей1
2. Расчёт мощности подстанции6
ВЫБОР СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ7
ВЫБОР СХЕМ СОЕДИНЕНИЙ ПОДСТАНЦИИ11
1. Выбор распределительного устройства высшего напряжения11
2. Выбор распределительного устройства среднего напряжения11
3. Выбор распределительного устройства низшего напряжения12
РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ12
ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ15
1. Выбор силовых выключателей16
2. Выбор разъединителей18
3. Выбор трансформаторов тока19
4. Выбор трансформаторов напряжения20
РАСЧЁТ ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И МОЩНОСТИ ПОДСТАНЦИИ
1. Расчёт графиков нагрузки потребителей
Рассмотрим потребитель первой категории – приборостроительный завод.
Полная потребляемая мощность (согласно заданию): Smax1= 75 МВА.
Для расчёта будем использовать графики нагрузки и коэффициента мощности предприятия легкой промышленности.
Коэффициент мощности: cosφ1=095.
Максимальная активная мощность:
Максимальная реактивная мощность:
Так как трансформаторы и другое оборудование выбирается по средней нагрузке в наиболее загруженную смену то для начала построим график нагрузки данной отрасли в графической (рис. 1.1) и табличной формах (табл. 1.1).
Pi и Qi (%) берутся из графиков нагрузки предприятия легкой промышленности [2].
Нагрузка приборостроительного завода
Интервал времени ti ч
Рис. 1.1. Суточный график активной и реактивной нагрузки для приборостроительного завода.
Рассмотрим потребитель третьей категории – вагоноремонтный завод.
Полная потребляемая мощность (согласно заданию): Smax2 = 35 МВА.
Для расчёта будем использовать графики нагрузки и коэффициента мощности ремонтно-механического завода [2].
Коэффициент мощности (с учетом компенсации реактивной мощности потребителей): cosφ2=094.
Максимальная активная мощность находится по формуле (1.1):
Максимальная реактивная мощность находится по формуле (1.2):
Построим график нагрузки данной отрасли в графической (рис. 1.2) и табличной формах (табл. 1.2).
Расчёт производится аналогично расчёту нагрузки приборостроительного предприятия.
Нагрузка вагоноремонтного завода
Рис. 1.1. Суточный график активной и реактивной нагрузки для вагоноремонтного завода.
В табл. 1.3. представлены данные по общему суточному графику нагрузки подстанции. Сам график представлен на рис. 1.3.
Суммарные мощности подстанции
Рис. 1.3. Суточный график активной и реактивной нагрузки подстанции.
Полная средняя мощность:
- приборостроительный завод: Sср1 = 48 МВА
- вагоноремонтный завод: Sср2 = 235 МВА
- подстанция в целом: Sср = 715 МВА.
Активная средняя мощность:
- приборостроительный завод: Pср1 = 474 МВт
- вагоноремонтный завод: Pср2 = 215 МВт
- подстанция в целом: Pср = 689 МВт.
Число часов использования максимума:
- приборостроительный завод: Tmax1 = 5829
- вагоноремонтный завод: Tmax2 = 5723
- подстанция: Tmax = 5796.
2. Расчёт мощности подстанции
Мощность подстанции рассчитывается по формуле (1.9).
где Sср – полная средняя мощность подстанции;
Sс.н. – полная мощность потребляемая для собственных нужд.
Мощность собственных нужд потребляется с низкого напряжения подстанции (10 кВ) где питается вагоноремонтный завод.
Нагрузка собственных нужд составляет 4 % от мощности потребителей:
Мощность подстанции составляет:
ВЫБОР СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Трансформатор является одним из важнейших элементов электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах [3].
Выбор числа трансформаторов на подстанции определяется категорийностью потребителя. От рассчитываемой в данном курсовом проекте подстанции питаются потребители первой и третьей категории. Согласно [1] для потребителя первой категории необходимо два независимых источника а для третьей категории – достаточно одного.
Рассмотрим два варианта выбора трансформатора для заданной подстанции.
Два трехобмоточных трансформатора (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Первый вариант выбора трансформаторов.
ВН – обмотка высшего напряжения (110 кВ) мощность подключенная на данную обмотку равна 7436 МВА.
СН – обмотка среднего напряжения (35 кВ) мощность подключенная на данную обмотку равна 48 МВА.
НН – обмотка низкого напряжения (6 кВ) мощность подключенная на данную обмотку равна 2636 МВА.
с.н – мощность затрачиваемая на собственные нужды подстанции
Номинальная мощность одного трансформатора находится по формуле (2.1):
Исходя из найденных значений выберем два трехобмоточных трансформатора одного типа и занесем их в табл. 2.1.
Трехфазные трехобмоточные трансформаторы 110 кВ
Номинальная мощность Sном МВА
Напряжение ВН Uном вн кВ
Напряжение СН Uном сн кВ
Напряжение НН Uном нн кВ
Потери мощности холостого хода P0 кВт
Потери при коротком замыкании Pк кВт
Ток холостого хода I0 %
Напряжение короткого замыкания Uк в-с Uк в-н Uк с-н %
Три двухобмоточных трансформатора (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Второй вариант выбора трансформаторов.
Номинальная мощность трансформатора Т1 и Т2 находится по формуле (2.1): Sрасч = 5311 МВА.
Номинальная мощность трансформатора Т3 находится по формуле (2.2):
Исходя из найденных значений выберем три двухобмоточных трансформаторов (первый и второй одного типа) и занесем их в табл. 2.2.
Трехфазные двухобмоточные трансформаторы 110 кВ
Напряжение короткого замыкания Uк %
Произведем экономический расчет обоих вариантов выбора трансформаторов и выберем вариант при котором капитальные затраты будут меньше.
Капитальные затраты для первого варианта находятся по формуле (2.3):
Капитальные затраты для второго варианта находятся по формуле (2.3):
Разница в затратах составляет около 10 % т.е. к установке принимаем первый вариант выбора трансформаторов.
Произведем расчет коэффициентов загрузки для выбранных трансформаторов.
Коэффициент загрузки в нормальном режиме:
Коэффициент загрузки в аварийном режиме (при отключении одного из трансформатора):
Аварийная перегрузка допускается в исключительных случаях и регламентируется ГОСТом по току в зависимости от длительности перегрузки на величину коэффициента допустимой перегрузки. Длительная перегрузка допускается током превышающим 5 % значения номинального тока если при этом напряжение ни на одной из обмоток не превышает номинального.
Выберем провод марки АС (сталеалюминиевый).
Выбор сечения провода по допустимой нагрузке.
Максимальный расчетный ток:
где Uн – номинальное напряжение Uн =110 кВ.
Выберем сечение провода по максимальному расчетному току (вне помещения) [1]:
Выбор сечения провода по экономической плотности тока.
Экономически целесообразное сечение:
где jэк – нормированное значение экономической плотности тока jэк = 1 Амм2 по [1].
Выберем сечение провода по [1]: S = 185 мм2.
Для того чтобы не учитывать потери на корону для ЛЭП 110 кВ и выше существуют рекомендованные минимальные сечения проводов (для ЛЭП 110 кВ – 70 мм2).
Из найденных значений сечения выбираем наибольшее – 185 мм2.
Проверка по падению напряжения.
Падение напряжения не должно превышать 5 %.
Падение напряжения рассчитывается по формуле (3.4):
где Rл – активное сопротивление ЛЭП
Xл – индуктивное сопротивление ЛЭП.
где r0 - удельное активное сопротивление линии (для АС – 185 r0=016 Омкм)
x0 - удельное реактивное сопротивление линии (для АС – 185 x0= 039 Омкм)
Условие падения напряжения выполняется.
ВЫБОР СХЕМ СОЕДИНЕНИЙ ПОДСТАНЦИИ
Схемы РУ подстанций при конкретном проектировании разрабатываются на основании схем развития энергосистемы схем электроснабжения района или объекта и других работ электрических сетей
1. Выбор распределительного устройства высшего напряжения
Данное РУ выберем открытого типа (рис. 4.1). Согласно заданию напряжение РУВН составляет 110 кВ. К данному РУ подходит две линии.
Рис. 4.1. Схема распределительного устройства ВН.
2. Выбор распределительного устройства среднего напряжения
В качестве РУ среднего напряжения (35 кВ) принимается одиночная секционированная система сборных шин открытого типа (рис.4.2). На данном РУ имеется 6 отходящих линий.
Рис. 4.2. Схема распределительного устройства СН.
3. Выбор распределительного устройства низшего напряжения
В качестве РУ низшего напряжения (10 кВ) принимается одиночная секционированная система сборных шин закрытого типа (рис.4.3). На данном РУ имеется 9 отходящих линий.
Рис. 4.3. Схема распределительного устройства НН.
РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Коротким замыканием (КЗ) называется нарушение нормальной работы электрической установки вызванное замыканием фаз между собой а также замыканием фаз на землю в сетях с глухозаземленными нейтралями.
Выберем в качестве расчетных точки при включенном положении секционных выключателей на ВН СН НН. Составим схему замещения
Сопротивление системы находится по формуле 5.1:
Uб.ном – номинальное базисное напряжение Uб.ном =115 кВ.
Рис. 5.1. Схема замещения
Активные и индуктивные сопротивления обмоток трансформатора сведены
Активные и реактивные сопротивления обмоток трансформатора
Активное сопротивление обмотки ВН RТВ Ом
Активное сопротивление обмотки СН RТС Ом
Активное сопротивление обмотки НН RТН Ом
Индуктивное сопротивление обмотки ВН xТВ Ом
Индуктивное сопротивление обмотки СН xТС Ом
Индуктивное сопротивление обмотки НН xТН Ом
Рассмотрим расчет тока КЗ в точке К1. С помощью вычислений преобразуем схему к простейшему виду (рис. 5.2).
Рис. 5.3. Преобразование схемы замещения.
Ток КЗ в точке К-1 находится по формуле (5.2):
где Uс и Z - найденные ранее значения напряжение сети и суммарное сопротивление до точки КЗ.
Постоянная времени затухания апериодической составляющей:
– угловая частота напряжения сети.
Ударный коэффициент:
Дальнейший расчет токов КЗ для точек К-2 и К-3 производится аналогичным образом полученные результаты сведены в табл.5.2.
Расчет токов короткого замыкания
Рассчитаем максимальные токи протекающие в цепях ВН СН и НН.
Расчетный максимальный ток:
Расчетный максимальный ток СН находим по формуле (6.1):
Расчетный максимальный ток НН находим по формуле (6.1):
Расчетный максимальный ток НН на отходящих линиях рассчитывается без учета мощности собственных нужд:
1. Выбор силовых выключателей
Выключатель – это коммутационный аппарат предназначенный для включения и отключения тока.
Выключатель является основным аппаратом в электрических установках он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка перегрузка короткое замыкание холостой ход несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.
Согласно рассчитанным значениям максимальных токов протекающих по двухцепным линиям и линиям подходящим к трансформаторам к установке принимаем выключатели наружного исполнения ВМТ – 110Б – 201000 [5]. Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.1.
Найдем интеграл Джоуля (по формуле (6.2)):
где tРЗ – время включения релейной защиты (01с)
tоткл.в. – время отключения выключателя (с) [5]
Iк1(3) и Tа1 – значения взяты из пункта 5.
Выбор выключателей на ВН
I2тер. tтер=1200кА2 с
Выберем выключатели на СН.
На данном напряжении к установке принимаем выключатели наружного исполнения ВВУ – 35 – 402000 [5].
Интеграл Джоуля рассчитаем по формуле (6.2). Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.2.
Выбор выключателей на СН
Uном≥Uсети Iном≥Iрmax
I2тер. tтер=6400кА2 с
Выберем выключатели СН на отходящих линиях.
Максимальный расчетный ток на отходящих линиях находится по формуле (6.3).
На данном напряжении к установке принимаем выключатели наружного исполнения С – 35М – 630 - 10 [5].
Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.3.
Выбор выключателей на отходящих линиях СН
I2тер. tтер=300кА2 с
Выберем выключатели на НН.
На данном напряжении к установке принимаем выключатели внутреннего исполнения ВЭ – 10 – 160040 [4].
Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.4.
Выбор выключателей на НН
Выберем выключатели НН на отходящих линиях.
Максимальный расчетный ток на отходящих линиях находится по формуле (6.4).
На данном напряжении к установке принимаем выключатели внутреннего исполнения ВЭВ – 10 – 63016 [5].
Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.5.
Выбор выключателей на отходящих линиях НН
I2тер. tтер=1024кА2 с
Выбранные выключатели удовлетворяют всем заданным условиям.
2. Выбор разъединителей
Разъединитель – это контактный коммутационный аппарат предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток.
Выберем разъединители на ВН.
Согласно рассчитанным значениям максимальных токов протекающих по одноцепным линиям и линиям подходящим к трансформаторам к установке принимаем разъединители наружного исполнения РНД – 110 – 1000 [5].
Выбор осуществляется аналогичным образом как для выключателей.
Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.6.
Выбор разъединителей на ВН
I2тер. tтер=29768кА2 с
Выберем разъединители на СН.
На данном напряжении к установке принимаем разъединители наружного исполнения РНД – 352000 [5].
Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.7.
Выбор разъединителей на СН
Выберем разъединители СН на отходящих линиях.
На данном напряжении к установке принимаем выключатели наружного исполнения РНД – 351000 [5].
Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.8.
Выбор разъединителей на отходящих линиях СН
I2тер. tтер=1875кА2 с
Выбранные разъединители удовлетворяют всем заданным условиям.
3. Выбор трансформаторов тока
Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до значений наиболее удобных для измерительных приборов и реле а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения [4].
Выбор трансформаторов тока на ВН.
К установке принимаем трансформаторов тока наружного исполнения ТФЗМ110Б – II [5]. Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.9.
Выбор трансформаторов тока на ВН
I2тер. tтер=3468кА2 с
Выбор трансформаторов тока на CН.
К установке принимаем трансформаторов тока наружного исполнения ТФЗМ35Б – I [5]. Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.10.
Выбор трансформаторов тока на CН
I2тер. tтер=3675кА2 с
Выбор трансформаторов тока на НН.
К установке принимаем трансформаторов тока внутреннего исполнения ТЛМ – 10 [5]. Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.11.
Выбор трансформаторов тока на НН
I2тер. tтер=3267кА2 с
Выбранные трансформаторы тока удовлетворяют всем заданным условиям.
4. Выбор трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения предназначены для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения.
Выбор трансформаторов напряжения на ВН.
К установке принимаем трансформаторов напряжения наружного исполнения НКФ – 110 – 58 [5]. Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.12.
Выбор трансформаторов напряжения на ВН
Выбор трансформаторов напряжения на СН.
К установке принимаем трансформаторов напряжения наружного исполнения ЗНОМ – 35 – 65 [5]. Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.13.
Выбор трансформаторов напряжения на СН
Выбор трансформаторов напряжения на НН.
К установке принимаем трансформаторов напряжения внутреннего исполнения ЗНОЛ.09 – 10 [5]. Условия выбора данные аппарата и сети сведем в табл. 6.14.
Выбор трансформаторов напряжения на НН
Выбранные трансформаторы напряжения удовлетворяют всем заданным условиям.
Произведен расчет трансформаторной подстанции 110356 кВ. В ходе работы была рассчитана мощность каждого из потребителей а также суммарная мощность всей подстанции с учетом мощности собственных нужд; были выбраны силовые трансформаторы и схема их соединений которая является дешевой и наиболее надежной.
При расчете проводов линий электропередач сделан вывод об установке одноцепных ЛЭП как наиболее оптимального варианта.
Из расчетов токов КЗ в наиболее тяжелом режиме был произведен выбор основного оборудования подстанции: силовых выключателей разъединителей трансформаторов тока и напряжения. Выбранное оборудование соответствует всем параметрам подстанции и удовлетворяет условиям выбора.
Рожкова Л.Д. Электрическая часть электрических станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат 1987. - 642 с.;
Шаткин Б.Н. Расчеты по электроснабжению промышленных предприятий. Саратов: Сарат. политех. ин-т 1980. - 72 с.;
Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Барыбина Ю.Г. М.: Энергоатомиздат 1990. – 577 с.
Неклепаев Б.Н. Крючков И.П.. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов.-М.:Энергоатомиздат1989. - 608с.;
Чунихин А.А. Жаворонков М.А. Аппараты высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат 1985. – 420 с.;
Правила устройства электроустановок (ПУЭ).- СПб.: Изд-во ДЕАН 2002.- 928 с.