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 2012 г.

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.

1. Схема электроснабжения

2. Расчёт электрических нагрузок

2.1 Выбор и расчёт компенсирующих устройств

2.2 Выбор числа и мощности трансформаторов

2.3 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

6. Выбор трансформаторов напряжения

6.1 Выбор трансформаторов тока

7. 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

2.1 Выбор и расчёт компенсирующих устройств

В результате расчета получены значения нагрузок на низкой стороне трансформатора:

Р = 45 479 кВт; Q = 19 269 квар.

Расчетный коэффициент реактивной мощности равен

===>,

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

Q = Q_рУ • = 45 479 • 0.25 = 11 370 квар

=19 269 — 11 370 = 7899 квар По 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 выбираем мощность силовых трансформаторов и их технические характеристики.

Выбран трансформатор типа ТРДН — 40 000/110:

;; ;; ;; ;

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:

2.3 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.

Принимаем из ближайшее стандартное сечение равное 120 мм².

Выбранное сечение проверяем по условию нагрева в послеаварийном 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 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:

1. Номинальному напряжению

2. Расчётному току нормального режима

3. Рабочему максимальному току где Кп = 1,25 — допустимая перегрузка.

4. 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.

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

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

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

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

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

Таблица данных о выключателях.

5.1 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:

U_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 2 м.

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

Напряжение в материале полос:

Сила междуфазного взаимодействия:

Междуфазный изгибающий момент:

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

Напряжение в материале шин:

Шины электродинамически устойчивы.

5.3 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 послеаварийном 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 100 В или 100³.

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

3. На секционной связи ставим ТШЛ-10

4. На отходящие присоединения ставим ТПОЛ-10

5. 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 230 В.

Количество элементов находящихся в режиме постоянного подзаряда:

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

Дополнительное количество элементов:

N_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.

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