Реконструкция подстанции 110/10 кВ Юрковичи Логойского РЭС с разработкой схем автоматизации. Подстанция 110/10кВ

Содержание

Введение

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1.Общая характеристика подстанции и обоснование необходимости реконструкции

1.2.Выбор конфигурации главной схемы подстанции

1.3. Определение расчетной нагрузки на шинах подстанции. Выбор числа и мощности трансформаторов

1.4. Выбор мощности трансформатора собственных нужд

1.5. Расчет токов короткого замыкания на шинах подстанции

1.6. Выбор основного оборудования ОРУ 110 кВ

1.7. Выбор основного оборудования РУ 10 кВ

1.8. Выбор шин напряжением 110 и 10 кВ

1.8.1. Выбор шин напряжением 10 кВ

1.8.2. Выбор шин напряжением 110 кВ

1.9. Выбор устройств регулирования напряжения

1.10. Выбор устройств компенсации реактивной мощности

1.11. Релейная защита подстанции

1.11.1. Дифференциальная защита

1.11.2.МТЗ на стороне 10 кВ

1.11.3.МТЗ отходящих линий

1.11.4. Газовая защита

1.11.5. Защита от перегрузок

1.11.6. Согласование защит

1.12. Защита оборудования подстанции от атмосферных перенапряжений

1.13. Мероприятия по экономии и рациональному использованию электроэнергии

1.14. Мероприятия по эксплуатации электрооборудования подстанции

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Обоснование темы. Требования к системе автоматизации подстанции

2.2. Автоматическое включение резерва

2.2.1. Назначение и область применения АВР

2.2.2. Требования к схемам АВР

2.2.3. Предлагаемая схема АВР для потребителей Логойского ТМО и завода Эпос

2.3. Автоматическое повторное включение

2.3.1. Назначение и область применения АПВ

2.3.2. Требования к схемам АПВ, классификация схем АПВ

2.3.3. Разработка схем АПВ отходящих линий 10кВ

2.4. Разработка схемы управления устройством РПН на силовых трансформаторах

3. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

3.1. Требования безопасности при монтаже электрооборудования подстанции

3.2. Требования безопасности при эксплуатации электрооборудования подстанции

3.3. Расчет контура заземления подстанции

3.4. Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных экологически неблагоприятных ситуациях

4.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1. Сравнение вариантов установки трансформаторов различной мощности

4.2. Определение времени использования максимальной нагрузки и времени максимальных потерь

4.3. Определение годовых потерь электроэнергии в трансформаторах

4.4. Определение суммарных дисконтированных затрат

ЛИТЕРАТУРА

Аннотация

Дипломный проект выполнен в объеме: расчетно-пояснительная записка на 110 страницах, таблиц – 14, графиков – 1, рисунков – 5; графическая часть – на 8 листах, формата А1.

Ключевые слова: реконструкция; трансформаторы подстанции; распре-делительное устройство; электрооборудование; схема автоматизации.

В проекте дана краткая характеристика ПС 110/10 кВ «Юрковичи» и обоснованна необходимость ее реконструкции; выбрано электрическое оборудование РУ 110 и 10 кВ; выбрано устройство регулирования напряжения и компенсация реактивной мощности; разработаны схемы релейной защиты подстанции; предложен комплекс мероприятий по экономии электроэнергии и эксплуатации электрооборудования подстанции.

В специальной части проекта разработаны схемы автоматизации подстанции, включающие в себя АВР, АПВ и РПН.

В проекте также предложены мероприятия безопасности при монтаже и обслуживанию электрооборудования подстанции, экологическая безопасность.

В экономической части проекта обосновано целесообразность установки дополнительного трансформатора на подстанции «Юрковичи».

Введение

Белорусская электроэнергетическая система сформировалась как часть единой электроэнергетической системы бывшего СССР. Электроэнергетика Беларуси сейчас – это объединенная энергетическая система, высокоавтоматизированный комплекс, который постоянно развивается, имеет общий режим работы, единое централизованное диспетчерское и автоматическое управление.

Массовая электрификация сельского хозяйства началась в 50е годы, когда значительно возросла мощность энергосистемы республики и было принято решение о присоединении сельскохозяйственных потребителей государственной энергосистеме. А к концу 1970 г. была завершена, полная электрификация сельского хозяйства Белоруссии. Электрификация сегодня является базой для механизации и автоматизации производственных процессов она играет особую роль в создании комфортных социально-бытовых условий жизни сельского населения.

На начало 2002 года в составе Белорусской энергосистемы имелось 23 электростанции с суммарной установленной мощностью 7624 МВт.

Основными задачами сельского электроснабжения в настоящее время яв-ляется:

- повышение надежности электроснабжения; повышение качества электроэнергии;

- снижение потерь электроэнергии, и ее рациональное использование.

Эксплуатация электроустановок должна быть организована так, чтобы все потребители были обеспечены в должном количестве высококачественной и более дешевой электроэнергией.

Исходя из этого, основными задачами эксплуатации электрически: установок являются:

1) разработка и осуществление мероприятий по снижению аварийности сельских электрических сетей;

2) выполнение плана выработки электроэнергии;

3) обеспечение высокого качества электроэнергии (заданных напряжения и частоты);

4) восстановление и реконструкция распределительных сетей;

5) внедрение технических средств, для повышения коэффициента мощности и снижения потерь электроэнергии;

6) создание комплексной системы автоматизированного контроля, учета управления электропотреблением сельхозпредприятий.

7) осуществление мероприятий по экономии энергоресурсов. Для выполнения этих задач эксплуатационный персонал должен:

1) точно соблюдать заданные режимы работы агрегатов;

2) тщательно наблюдать за работой всех частей установок, своевременно обнаруживая все ненормальности в работе и дефекты оборудования, принимая меры к скорейшему их устранению;

3) тщательно следить за качеством электроэнергии (за напряжением и частотой);

4) правильно производить все операции с электрооборудованием, строго соблюдая все эксплуатационные и должностные инструкции, правила технической эксплуатации электростанции и сетей, правила техники безопасности;

5) своевременно и тщательно производить осмотр, проверку, испытания и ремонт электрооборудования, выявляя и устраняя при этом все недостатки, могущие вызвать повреждение оборудования и аварии;

6) добиваться уменьшения расхода энергии на собственные нужды;

7) добиваться уменьшения потерь энергии в сетях и трансформаторах;

8) добиваться повышения использования оборудования путем уменьшения времени простоя его в ремонтах и т.д.

Существенное значение имеет уменьшение численности персонала за счет лучшей загрузки его и более правильного использования.

Каждый работник эксплуатации должен твердо помнить, что выполнение изложенных выше основных задач возможно только при полном соблюдении производственной дисциплины, при поддержании образцового порядка и чистоты на установке, при правильно организованной работе, а также при систематическом повышении своей производственной квалификации.

Таким образом стратегической целью развития энергетики АПК является обеспечение надежного, экономичного и устойчивою энергообеспечения потребителей при снижении энергоемкости производства сельскохозяйственной продукции, а следовательно, и ее себестоимости.

1.1. Общая характеристика подстанции и обоснование необходимости реконструкции

Существующая подстанция «Юрковичи» расположена в Северо-Западной части г. Логойска. Данная подстанция предназначена для электроснабжения городских потребителей г. Логойск, основными из которых являются завод «Эпос», хлебозавод, маслозавод, ТМО, а также сельскохозяйственные потребители Логойского района. Подстанция «Юрковичи» получает питание ответвлением от ВЛ 110кВ Плещеницы – Хотеново.

Самым основным потребителем подстанции является завод «Эпос». Исторически сложилось так, что оборудование и внутренние распределительные сети завода присоединялись к распределительному устройству (РУ) собственной электростанции с номинальным напряжением генераторов 6кВ.

В конце 40х и 50х годов, когда мощность энергосистемы возросла и значительно превзошла довоенный уровень за счет реконструкции, после восстановления разрушенных во время войны электростанций в областных и других городах республики, а также с вводом в эксплуатацию крупных (Светлогорской, Березовской и Лукомльской) ГРЭС, стало возможным присоединение сельскохозяйственных, коммунально-бытовых и других потребителей к государственной энергосистеме.

В эти годы для питания потребителей завода «Эпос» и включения в единую систему электростанции была построена подстанция (ПС) 110/6кВ, получившая название «Юрковичи».

Техническое обследование показало, что на данной подстанции отсутствует резервирование, устарело оборудование, мощности одного трансформатора недостаточно для надежного обеспечения электроэнергией потребите-лей.

С целью повышения пропускной способности распределительной сети, в связи с подключением новых мощностей, а также потребителей первой категории (в первую очередь хлебозавод, завод «Эпос», маслозавод, ТМО и др.) назрела необходимость реконструкции подстанции.

Для этого на подстанции предусматривается установка второго трансформатора 110/10кВ, а также устройств автоматического включения резерва (АВР), и автоматического повторного включения (АВП).

1.2. Выбор конфигурации главной схемы подстанции

Главная схема электрических соединений существующей части подстанции показана на листе 1 графической части проекта.

В ней на стороне высшего напряжения (ВН) установлен узел высокочастотной связи по воздушной линии (ВЛ) 110 кВ, разъединитель, короткозамыкатель и разрядники. Для заземления нейтрали трансформатора предусмотрен заземлитель однофазный наружной установки с комплектом разрядников.

Силовой трансформатор типа ТМН – 6300/110 мощностью 6300 кВА на стороне высшего напряжения имеет встроенные трансформаторы тока ТВТ – 110/300. На стороне низшего напряжения 6 кВ РУ – 6 кВ укомплектовано 11 выкатными ячейками серии К – 37:

– ячейкой ввода;

– ячейкой трансформатора собственных нужд;

– ячейкой предохранителей и разрядников;

– ячейкой измерительных трансформаторов напряжения;

– ячейкой связи с РУ – 6 кВ электростанции;

– шестью ячейками отходящих линий для питания потребителей завода.

Ячейки ввода 10 кВ и отходящих линий укомплектованы масляными выключателями типа ВМПП – 10 на 630 А с встроенными пружинными привода-ми на напряжение 220 В переменного тока.

Реконструируемая часть подстанции показана на листе 1 графической части проекта. Расширение предусматривается с применением стандартной схемы КТПБ – 110/10.

В результате реконструкции на ПС дополнительно устанавливаем трансформатор ТМН 2500/110, а также на стороне высшего напряжения 110 кВ предусматривается дополнительно установка линейного разъединителя, отделителя, короткозамыкателя и заземлителя нейтрали трансформатора.

На стороне низшего напряжения (НН) РУ 10 кВ комплектуется ячейки серии К - 47 с выкатными выключателями типа ВК – 10:

– ячейкой ввода 10 кВ;

– ячейкой измерительного трансформатора напряжения;

– ячейкой трансформатора собственных нужд (ТСН);

– ячейкой связи РУ – 10 кВ с электростанцией;

– пятью ячейками отходящих линий 10 кВ для питания примыкающих сельскохозяйственных и других потребителей.

1.13. Мероприятия по экономии и рациональному использованию электроэнергии

Повышение экономичности электроснабжения сельского хозяйства — большая комплексная задача. По существу, с ней тесно связаны задачи повышения качества электроэнергии и надежности электроснабжения. Поэтому рас-смотренные выше мероприятия в большинстве случаев одновременно решают задачу повышения экономичности электроснабжения. Весьма важное значение для ее решения имеют мероприятия по снижению потерь электроэнергии и ее рациональному использованию.

Все электроустановки, составляющие систему электроснабжения, в том числе электрические линии и трансформаторы, обладают активными сопротивлениями. Поэтому при передаче, распределении и преобразовании электрической энергии происходят ее потери.

Подавляющая часть потерь энергии в сельских сетях приходится на электрические линии и трансформаторы, и обычно в практических расчетах учитывают потери только в этих электроустановках. Потери энергии в проводах, ка-белях и обмотках трансформаторов пропорциональны квадрату протекающего по ним тока нагрузки, и поэтому их называют нагрузочными потерями. Ток нагрузки, как правило, изменяется во времени, и нагрузочные потери часто называют переменными.

По мере роста нагрузок и присоединения к электрической сети новых потребителей в ней возрастают потери электрической энергии. На предприятиях электрических сетей систематически рассчитывают потери мощности и энергии, и на основе этих расчетов в необходимых случаях осуществляют мероприятия по снижению потерь.

Различают организационные мероприятия по снижению потерь, мероприятия по совершенствованию систем учета электроэнергии, а также технические мероприятия.

К основным организационным мероприятиям относятся:

1) выбор оптимальных мест размыкания воздушных линий (ВЛ) напряжением 10 ... 35 кВ с двухсторонним питанием;

2) поддержание оптимальных уровней напряжения на шинах 10 кВ районных трансформаторных подстанций (РТП) 110 ... 35/10 кВ и на шинах 0,38 кВ ТП 10/0,38 кВ;

3) отключение одного из трансформаторов в режимах малых нагрузок на двухтрансформаторных подстанциях, а также отключение трансформаторов на подстанциях с сезонной нагрузкой;

4) выравнивание нагрузок фаз в сетях напряжением 0,38 кВ;

5) сокращение сроков ремонтов и технического обслуживания линий, трансформаторов и распределительных устройств;

6) снижение расхода энергии на собственные нужды подстанций.

Организационные мероприятия, а также мероприятия по совершенствованию систем учета электроэнергии, как правило, не требуют значительных первоначальных затрат, и поэтому их проводить всегда целесообразно.

Иначе обстоит дело с техническими мероприятиями, связанными с дополнительными капитальными вложениями.

К основным техническим мероприятиям в сельских электрических сетях относятся:

1) установка в сетях статических конденсаторов, в том числе батарей с автоматическим регулированием мощности;

2) установка на РТП 110 ... 35/10 кВ трансформаторов с регулированием под нагрузкой (РПН);

3) замена недогруженных и перегруженных трансформаторов на потребительских ТП;

4) повышение пропускной способности сетей путем строительства новых линий и подстанций;

5) замена проводов на перегруженных линиях, в том числе замена от-ветвлений от ВЛ напряжением 0,38 кВ к зданиям;

6) перевод электрических сетей на более высокое номинальное напряжение.

Наиболее эффективное из этих мероприятий — компенсация реактивной мощности, в первую очередь при помощи статических конденсаторов.

Принцип компенсации реактивной мощности параллельно включаемыми конденсаторами заключается в следующем.

Часть мощности, передаваемой по линии, а именно реактивная, не расходуется на теплоту или механическую работу, а является лишь мерой энергии, которой обмениваются магнитные поля источника и приемника. Однако ток, соответствующий реактивной мощности, протекая по линии передачи, вызывает в ней потери мощности и напряжения.

Реактивный ток и, следовательно, ток линии можно уменьшить, подключив параллельно приемнику емкость С, в которой будет протекать ток Iс, направленный противоположно току IL. Тогда в линии будет протекать уже меньший суммарный ток.

При этом угол между напряжением и током уменьшится от φ до φH, коэффициент мощности увеличится от cosφ до cosφH, коэффициент реактивной мощности уменьшится от tgφ до tgφH а потери мощности и напряжения также уменьшатся.

Для обеспечения наивысшей экономической эффективности мощность конденсаторных батарей в сетях напряжением 0,38 кВ нужно выбирать такой, чтобы в часы максимума реактивной нагрузки коэффициент мощности у потребителей был не менее 0,95. При этом коэффициент реактивной мощности tgφ не должен превышать 0,33.

Установка на подстанциях 110 ... 35/10 кВ трансформаторов с РПН необходима не только для снижения потерь энергии, но в первую очередь для соблюдения у потребителей нормированных отклонений напряжения.

Из-за несовпадения фактических и расчетных нагрузок некоторые трансформаторы эксплуатируемой сети могут быть недогружены, причем в после-дующие годы рост нагрузки части этих трансформаторов маловероятен. В этом случае целесообразно заменить трансформатор на аппарат меньшей мощности. При замене снижаются потери холостого хода, но увеличиваются потери в обмотках трансформатора. С учетом этого обстоятельства можно определить предельную загрузку установленного трансформатора, при которой целесообразна замена на трансформатор меньшей мощности.

Повышение пропускной способности сетей путем строительства новых линий и подстанций, а также замены проводов на перегруженных линиях осуществляют, как правило, в процессе развития сети по специальным проектам.

Что касается перевода электрических сетей на более высокое номинальное напряжение, то применительно к сельским сетям речь практически может идти лишь о переводе сохранившихся в отдельных районах сетей напряжением 6 кВ на напряжение 10 кВ.

Рациональное использование электроэнергии предполагает прежде всего улучшение работы ее приемников. При этом технико-экономические расчеты нужно выполнять для всей системы электроснабжения, то есть ее производства, распределения и применения. Экономический эффект должен быть определен в масштабе всей энергосистемы, но не отдельного хозяйства.

Для рационального использования электроэнергии важное значение имеет нормирование ее расхода, то есть установление норм удельного расхода. При наличии научно обоснованных, прогрессивных норм и соответствующей системе материального вознаграждения за их выполнение и перевыполнение обеспечивается существенная экономия электроэнергии.

По мере изменения технологического процесса, повышения квалификации персонала, установки более совершенного оборудования нормы должны систематически пересматриваться; это входит в обязанности работников электротехнической службы хозяйства.

Полученные расчетом удельные нормы расхода электроэнергии обязательно должны быть проверены для данного объекта путем замера расхода электроэнергии в нем в течение определенного срока (год, сезон работы) и при условии нормальной эксплуатации объекта.

Совершенно очевидно, что нормирование возможно только при налаженном учете расхода электрической энергии в данном хозяйстве.

В рациональном использовании электроэнергии существенную роль играет регулирование графиков нагрузки. Пропускная способность электрических сетей (проводов, трансформаторов и пр.) определяется максимальной расчетной нагрузкой: чем больше будет передаваться электроэнергии по этим сетям в течение суток или года, тем больше они будут использованы и тем выше будет экономичность электроснабжения. Следовательно, идеальным графиком для группы электроприемников была бы прямая линия, параллельная оси абсцисс с ординатой, равной максимальной нагрузке Рmax. Тогда потребление электроэнергии за сутки составило бы Wmax = Ртах24.

В действительности реальный график нагрузки всегда отличается от идеального тем, что большую часть времени нагрузка меньше расчетной.

Для улучшения положения нужно, с одной стороны, как можно меньше электроприемников включать в часы максимума нагрузки, а с другой — по возможности загружать установку в ночные часы. Очень хорошими электроприемниками, могущими выровнять график в ночные часы, являются различные электронагревательные устройства с аккумулированием тепла (электрические котлы, печи, обогреваемые полы и пр.). В ночные часы они запасают тепловую энергию, а затем позволяют расходовать ее днем.

Необходимо принимать все возможные меры для повышения коэффициента мощности во всех звеньях сельской электрической установки. Правильный выбор электродвигателей по мощности — одно из внутрихозяйственных мероприятий. Коэффициент мощности недогруженного асинхронного электродвигателя значительно ниже номинального. Поэтому при проектировании установки нельзя брать повышенные запасы мощности, а также применять двигатели закрытого типа там, где можно использовать открытые.

У многих потребителей продолжительность работы на холостом ходу составляет 50 ... 60 % всего времени эксплуатации, Электродвигатели таких потребителей целесообразно снабжать ограничителями холостого хода.

При наличии однофазных нагрузок существенное значение имеет равно-мерное распределение их по фазам, особенно при максимуме нагрузки. Нарушение симметрии приводит, как уже указывалось, к дополнительным потерям энергии и потере напряжения.

Наибольшая экономия электрической энергии может быть получена при внедрении электросберегающих технологий. Расчеты показывают, что дополнительные затраты, которые при этом обычно требуются, в 2 ... 3 раза меньше затрат на дополнительный расход электроэнергии. Кроме того, сохраняются невозобновляемые энергоресурсы — уголь, газ, жидкое топливо, уран.

В настоящее время ведутся исследования по разработке электросберегающих технологий во всех отраслях народного хозяйства, в том числе в сельском хозяйстве.

Очень важно использовать возобновляемые и вторичные энергетические ресурсы для снижения расхода электроэнергии. Так, в первую очередь нужно использовать энергию солнца для тепловых целей.

Вторичные топливно-энергетические ресурсы представляют собой отходы низкопотенциальной теплоты в различных промышленных предприятиях, на тепловых электростанциях (в том числе атомных), металлургических, химических и других заводах, в вентиляционных выбросах производственных и бытовых объектов. Они составляют значительную долю от первичных энергоисточников и примерно равны общему объему полезно используемой тепловой энергии. Особенно перспективно использовать тепловые отходы газокомпрессорных станций магистральных газопроводов, число которых быстро увеличивается.