Проект реконструкции подстанции номер 29К «Северный»

Аннотация

1 Общий раздел

1.1 Описание объекта

1.2 Назначение объекта

2 Технологический раздел

2.1 Выбор и обоснование проектируемых вариантов

2.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

2.3 Выбор схемы собственных нужд подстанции

2.3.1 Определение полной мощности потребителей собственных нужд

2.3.2 Схема собственных нужд подстанции

2.4 Расчет токов короткого замыкания

2.4.1 Составление расчетной схемы ПС и эквивалентной схемы замещения

2.4.2 Расчет сопротивлений элементов схемы

2.4.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К-1

2.4.4 Расчет токов короткого замыкания в точке К-2

2.4.5 Итоговая ведомость токов короткого замыкания на шинах ПС

2.5 Выбор электрически аппаратов и токоведущих частей

2.5.1 Выбор шин 35 кВ

2.5.2 Выбор шин 10 кВ

2.5.3 Выбор выключателя 35 кВ в цепи трансформатора

2.5.4 Выбор секционного выключателя на стороне напряжения 35 кВ

2.5.5 Выбор выключателя в цепи трансформатора на стороне 6 кВ

2.5.6 Выбор выключателей в цепи линий на стороне 6 кВ

2.5.7 Выбор секционного выключателя в цепи линий 6 кВ

2.5.8 Выбор разъединителей в цепи линий и секционного выключателя на стороне 35 кВ

2.5.9 Выбор разъединителей в цепи трансформатора на стороне 35 кВ

2.5.10 Выбор трансформаторов тока в цепи выключателя трансформатора 35 кВ

2.5.11 Выбор трансформаторов тока в цепи секционного выключателя

35 кВ

2.5.12 Выбор трансформаторов тока в цепи линий 6 кВ

2.5.13 Выбор трансформаторов тока в цепи ТСН

2.6 Конструкция распределительных устройств

2.7 Выбор рода оперативного тока

2.8 Расчет заземляющего устройства

2.9 Расчет элементов релейной защиты

2.9.1 Основные требования, предъявляемые к релейной защите

2.9.2 Расчет релейной защиты отходящих линий

2.9.2.1 Расчет токов трехфазного КЗ

2.9.2.2 Расчет токовой отсечки без выдержки времени

2.9.2.3 Расчет МТЗ для защиты от междуфазных КЗ

3 Организационный раздел

3.1 Расчет электрической и производственной мощности ПС

3.1.1 Расчет установленной мощности

3.1.2 Расчет рабочей мощности

3.1.3 Расчет производственной мощности

3.2 Организация ремонта действующего оборудования

3.3 Охрана труда

3.3.1 Основные понятия и определения

3.3.2 Технические и организационные мероприятия по безопасному проведению работ в действующих электроустановках

3.4 Безопасность жизнедеятельности обслуживающего персонала

3.5 Экологическая безопасность Экономический раздел

4.1 Расчет капитальных вложений

4.2 Расчет затрат на эксплуатационные издержки

4.3 Расчет и определение параметров бюджетного плана по прибыли по ПС

4.4 Расчет показателей экономической эффективности внедрения новой техники на ПС Список используемой литературы Приложение, А — Принципиальная электрическая схема ПС 29К Приложение Б — План-разрез ПС 29К Приложение В — Схема релейной защиты отходящих линий ПС 29К

Аннотация

Промышленные предприятия являются основными потребителями электроэнергии. В связи с этим перед промышленной энергетикой стоят ответственные задачи по рациональному применению электроэнергии во всех отраслях производства.

Основной целью дипломного проекта является реконструкция подстанции номер 29К «Северный». В связи с планируемым строительством новых и восстановлением старых цехов Кемского лесопильно-деревообрабатывающего завода в проекте предусматривается замена силовых трансформаторов на более мощные, а также замену выключателей 6 и 35 кВ.

К основным цехам лесопильного завода относятся:

— окорочный цех;

— лесопильный цех;

— блок сушильных камер типа «Валмет»;

— линия пакетирования сухих пиломатериалов типа «План-селл».

К вспомогательным цехам относятся:

— ЭРМЦ;

— деревообрабатывающий цех;

— автогараж;

— насосная станция;

— станция биологической очистки сточных вод;

— открытый и закрытый склад пиломатериалов;

— котельная;

— установка для антисентирования;

— склад пиловочного сырья.

В окорочном цеху пиловочное сырье окоривают при помощи окорочных машин. После этого окоренное сырье через бассейн, где происходит сортировка по диаметру, поступает в лесопильный цех на распиловку по заданному размеру и сортируется по сортам. Затем рассортиванные пиломатериалы поступают на установку для антисентирования. В блоке сушильных камер пиломатериалы подвергают искусственной сушке. На линии пакетирования происходит окончательная обработка сухих пиломатериалов: торцовка, сортировка, маркировка и пакетирование. Открытый и закрытый склад хранения пиломатериалов служит временным хранилищем до отправки водным или железнодорожным путем.

В процессе проектирования выбираются новое оборудование, решаются вопросы организации ремонтных работ, охраны труда, пожарной безопасности и экологии. В экономическом разделе производится экономическая сравнительная оценка базового и проектного варианта объекта, рассчитывается число обслуживающего персонала, определяются эксплуатационные расходы.

реконструкция электрическая подстанция

1 Общий раздел

1.1 Описание объекта

Подстанция 29К расположена в Республике Карелия в поселке Северный Кемского района. Основным потребителем электроэнергии являлся ОАО «Кемский лесопильно-деревообрабатывающий завод», который находится в непосредственной близости от ПС.

Электроснабжение подстанции осуществляется двухцепной линией 35 кВ от ПС 10 «Кемь». На подстанции установлены два трансформатора типа ТМН-4000/35/6.

Закрытое распределительное устройство 6 кВ выполнено на восемь линейных присоединений, а именно:

Ш на лесопильно-деревообрабатывающий завод — шесть ячеек;

Ш на поселок Северный — две ячейки.

1.2 Назначение объекта

Подстанция находится на балансе и в эксплуатации филиала Северных электрических сетей открытого акционерного общества «Карелэнерго» .

ПС 29К «Северный» предназначена для электроснабжения лесопильно-деревообрабатывающего завода.

В зоне электроснабжения расположены потребители II (25%) и III (75%) категорий. Климатический район-II. Почва — суглинок.

2 Технологический раздел

2.1 Выбор и обоснование проектируемых вариантов

В связи с тем, что на ОАО «Кемский лесопильно-деревообрабатывающий завод» намечается строительство новых и восстановление старых цехов, настоящий проект предусматривает замену физически и морально устаревшего оборудования (масляных выключателей на элегазовые и вакуумные), установку секционного выключателя в цепи напряжения 35 кВ. А также замену трансформаторов марки ТМН-4000/35 на трансформаторы большей мощности для надежного и бесперебойного электроснабжения потребителей.

2.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Таблица 1 — Расчетные нагрузки для подстанции 29К «Северный»

Суммарные нагрузки предприятия составят:

где P_max1, P_max2, P_max3 — максимально-активные нагрузки объектов из Таблицы 1;

Q_max1, Q_max2, Q_max3 — максимально-реактивные нагрузки объектов из Таблицы 1;

К_о=0,95 — коэффициент одновременности максимумов нагрузок цехов завода.

С учетом допустимой длительной послеаварийной перегрузки на 40% сверх номинальной мощности, номинальная мощность устанавливаемых трансформаторов составит:

где N — количество устанавливаемых трансформаторов;

в — коэффициент загрузки трансформаторов.

По полученному расчетному значению принимается ближайшая стандартная мощность трансформаторов. Выбираем трансформатор типа: ТДН-16 000/35.

Таблица 2 — Параметры трансформаторов

2.3 Выбор схемы собственных нужд подстанции

Потребителями собственных нужд подстанции являются:

1. Обогрев приводов выключателей трансформатора и секционного выключателя 35 кВ.

2. Освещение открытого распределительного устройства 35 кВ.

3. Освещение, обогрев закрытого распределительного устройства 6 кВ.

4. Освещение, обогрев монтерского пункта.

5. Подогрев шкафов электромагнитных приводов, шкафов зажимов.

6. Обдув Т-1.

7. Обдув Т-2.

8. Резерв Таблица 3 — Нагрузки потребителей собственных нужд подстанции

2.3.1 Определение полной мощности потребителей собственных нужд

Полная мощность потребителей собственных нужд определяется по формуле:

где S — полная мощность потребителей собственных нужд, кВА;

К_С — коэффициент спроса, принимается равным 0,8;

P — активная нагрузка потребителей собственных нужд, кВт;

Q — реактивная нагрузка потребителей собственных нужд, кВар.

По каталогу выбирается комплектная трансформаторная подстанция с трансформатором мощностью 63 кВА.

Оборудование трансформаторной подстанции типа КТП-63−81:

Ш трансформатор типа ТМ-63/6;

Ш разъединитель типа РЛНД-6/20;

Ш предохранители типа ПКТ-6.

На подстанции устанавливаются две трансформаторные подстанции выбранного типа.

2.3.2 Схема питания собственных нужд подстанции

Рисунок 1 — Схема питания собственных нужд ПС

2.4 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания необходим:

— для сопоставления и оценки главных схем электроснабжения;

— для выбора и проверки аппаратов и проводников;

— для проектирования и настройки РЗА;

— для определения влияния токов нулевой последовательности;

— для проектирования заземляющих устройств;

— для анализа аварий в электроустановках и электрических системах;

— для анализа устойчивости работы энергосистемы.

Для учебного проектирования допускаются следующие упрощения: принимается, что фазы ЭДС всех генераторов не изменяются во все время КЗ; не учитывается насыщение магнитных систем; пренебрегают намагничивающими токами силовых трансформаторов; не учитываются емкости элементов короткозамкнутой сети; при вычислении токов КЗ пренебрегают активным сопротивлением сети, если реактивное больше активного в три раза.

Расчеты с данными упрощениями приводят к увеличению токов КЗ на 10−15%.

2.4.1 Составление расчетной схемы ПС и эквивалентной семы замещения

Рисунок 2 — а) Расчетная схема; б) Сема замещения Исходя из того, что расчетные точки КЗ находятся на двух разных ступенях напряжения, расчет токов КЗ целесообразно выполнить в относительных единицах. Принимаем: S_б=1000 МВА, U_б1=38,5 кВ, U_б2=6,3 кВ,, длина ЛЭП l₁=l₂=15 км.

Базисный ток определяется по формуле:

где S_б и U_б — базисная мощность КЗ и напряжение, соответственно МВА и кВ.

2.4.2 Расчет сопротивлений элементов схемы

Находим сопротивления системы X₁ и X₂:

где S_кз — мощность КЗ системы определяется по формуле:

где I_кз=10 кА — ток короткого замыкания на шинах 35 кВ ПС-10 «Кемь»;

Сопротивление линий определяется по формуле:

Определяем сопротивление трансформаторов:

2.4.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К-1

Трехфазный ток короткого замыкания рассчитывается по формуле:

где E''=1, x_рез — результирующее сопротивление Для определения эквивалентного сопротивления необходимо последовательно сложить сопротивления X₁ и X₃; X₂ и X₄, а затем параллельно.

Рисунок 3 — Схема замещения Определяем трехфазный ток короткого замыкания в точке К-1 по формуле (2):

Ударный ток короткого замыкания в точке К-1 определяется по формуле:

где k_уд=1,9

где =1,09

2.4.4 Расчет токов короткого замыкания в точке К-2

Для определения тока короткого замыкания в точке К-2 необходимо последовательно сложить сопротивления X₇ и X₅, X₈ и X₆.

Теперь параллельно складываются сопротивления X₁₀ и X₁₁:

Рисунок 4 — Этапы преобразования схемы замещения Определяем трехфазный ток короткого замыкания в точке К-2 по формуле (2):

По формуле (3) определяем ударный ток короткого замыкания в точке К-2:

2.4.5 Итоговая ведомость токов короткого замыкания на шинах ПС

Итоговая ведомость представлена в Таблице 4.

Таблица 4 — Итоговая ведомость токов короткого замыкания

2.5 Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей

2.5.1 Выбор шин 35 кВ

Выбор гибких шин производится по следующим параметрам:

Ш проверка по экономической плотности тока;

Ш проверка по длительно допустимому току;

Ш проверка гибких шин на схлестывание;

Ш проверка на термическое действие тока короткого замыкания;

Ш проверка по условиям коронирования.

Согласно Правил устройства электроустановок, проверка шин по экономической плотности тока в пределах распределительного устройства не производится.

Длительно допустимый ток на стороне 35 кВ рассчитывается по формуле:

где S_Т — мощность трансформатора, кВА;

U_н — номинальное напряжение, кВ;

k_Т — коэффициент перегрузки трансформатора.

Принимается провод марки АС-120, допустимый ток которого I_доп=390 А, расчетный диаметр d=15,2 мм.

Проверка шин на схлестывание не производится та как I"=6 кА < I"=50 кА (по условию Правил устройства электроустановок, п. 1.4)

Согласно Правил устройства электроустановок (п. 1.4) проверка шин на термическое действие тока короткого замыкания не производится, т.к. шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка шин по условиям коронирования производится по условию:

где Е — рабочая напряженность электрического поля, кВ/см;

Е₀ — начальная напряженность электрического поля, кВ/см.

Рабочая напряженность электрического поля определяется по формуле:

где U_л — линейное напряжение, кВ;

D_ср — среднегеометрическое расстояние между проводами, см, принимается равным 100 см;

r₀ — радиус провода, см.

Определяем линейное напряжение:

Полученные результаты подставляются в формулу (6):

Начальная напряженность электрического поля определяется по формуле:

где m — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода, принимается для многопроволочных проводов равным 0,82.

Полученные результаты подставляются в неравенство (6):

Неравенство верно, поэтому выбранная марка провода по условиям короны подходит.

2.5.2 Выбор шин 10 кВ

Согласно Правил устройства электроустановок, п. 1.3.28 сборные шины и ошиновки в пределах распределительного устройства по экономической плотности тока не проверяются, поэтому выбор производится по допустимому току, который определяется по формуле (5):

По каталогу принимаются шины (две полосы) прямоугольного сечения, допустимый ток (I_ДОП) которых равен 2390 А, сечение 800*2=1600 мм².

Минимальное сечение шин по условию термической стойкости определяется по формуле:

где q_min— минимальное сечение шин;

С — коэффициент, для алюминия равный 91.

Что меньше принятого сечения, значит шины термически стойки.

Проверка шин на механическую прочность:

Наибольшее удельное усилие при трехфазном коротком замыкании определяется по формуле:

где f⁽³⁾ — наибольшее удельное усилие при трехфазном коротком замыкании, Н/м;

а — наименьшее расстояние между фазами, м, принимается для напряжения 6 кВ равным 0,22 м.

Определение напряжения в материале при воздействии на него изгибающего момента производится по формуле:

где у_расч — напряжение в материале при воздействии на него изгибающего момента, МПА;

М — изгибающий момент, Н? м;

W — момент сопротивления шины, см³.

Определение изгибающего момента производится по формуле:

где? — пролет между изоляторами, м.

Пролет между изоляторами определяется при условии, что частота собственных колебаний будет больше 200 Гц и рассчитывается по формуле:

где ф — момент инерции, см⁴;

S — площадь поперечного сечения шины, см².

Момент инерции определяется по формуле:

где ф — момент инерции, см⁴;

b — высота шины, мм;

h — ширина шины, мм.

Полученное значение момента инерции подставляется в формулу (13):

Полученное значение пролета между изоляторами подставляется в формулу (12):

Момент сопротивления шины определяется по формуле:

Значения пролета между изоляторами и момент инерции шины подставляются в формулу (11):

Для алюминия марки АДО допустимое напряжение в материале у_доп = 40 МПа Т.к. расчетное напряжение в материале меньше допустимого значит, шины механически прочны.

2.5.3 Выбор выключателя 35 кВ в цепи трансформатора

Выключатели являются основными коммутационными аппаратами и служат для отключения и включения цепей в различных режимах работы. Наиболее ответственной операцией является отключение токов короткого замыкания и включение при срабатывании автоматического повторного включения или ручного опробования оперативным персоналом на существующее короткое замыкание.

Выбор выключателей производится по следующим параметрам:

Ш по напряжению установки — U_уст? U_н;

Ш по длительному току — I_раб.max? I_н;

Ш проверка на электродинамическую прочность I_п0? I_дин; Я_У? Я_дин;

Ш на термическую стойкость — В_К = I_Т² · t_Т;

Максимальный ток в цепи трансформатора I_Tmax=370 А (п. 2.5.1)

По каталогу выбирается выключатель типа ВГБЭ-35−12,5УХЛ1

Таблица 5 — Технические данные выключателя ВГБЭ-35−12,5УХЛ1

Определение времени отключения короткого замыкания производится по формуле:

где t_з — время действия релейной защиты, с, принимается равным 0,3 с;

t_в — полное время отключения выключателя, с.

Тепловой импульс определяется по формуле:

Значение тока короткого замыкания берется из Таблицы 4 I_п0=5 кА, Т_а принимается равной 0,02 с.

Таблица 6 — Выбор выключателя в цепи трансформатора на стороне 35 кВ

2.5.4 Выбор секционного выключателя в цепи линий на стороне напряжения 35 кВ

На подстанции 29К «Северный» не установлен секционный выключатель в цепи линий на стороне напряжения 35 кВ. Это приводит к ряду недостатков.

Схема с одной секционированной выключателем системой шин позволяет частично устранить недостатки путем секционирования системы шин, т. е. разделения системы шин на части с установкой в точке деления секционного выключателя. Данная схема проста, наглядна, экономична, обладает достаточно высокой надежностью, широко применяется в промышленных и городских сетях для электроснабжения потребителей любой категории на напряжениях до 35 кВ включительно.

По каталогу выбирается выключатель такого же типа как и в подпункте 2.5.4

Расчетные данные и характеристики выключателя сводятся в Таблицу 7

Таблица 7 — Выбор секционного выключателя на стороне 35 кВ

2.5.5 Выбор выключателя в цепи трансформатора на стороне 6 кВ

Максимальный ток в цепи трансформатора I_max=2154 А определен в подпункте 2.5.2.

По каталогу выбирается выключатель типа ВРС-6−40.

Таблица 8 — Технические данные выключателя ВРС-6−40

Время отключения короткого замыкания производится по формуле (16):

Определение теплового импульса производится по формуле (17), значение тока короткого замыкания (I_п0) в максимальном режиме берется из Таблицы 4, а значение Т_А принимается 0,045.

Расчетные данные и характеристики сводятся в Таблицу 9.

Таблица 9 — Выбор выключателя в цепи трансформатора на стороне 6 кВ

2.5.6 Выбор выключателей в цепи линий 6 кВ

Определение максимального тока в цепи линий определяется по формуле:

где I_max — максимальный ток в цепи линии, А;

P_max — мощность одной линии 6 кВ, МВА, равна 2,3 МВА;

По каталогу выбирается выключатель типа ВР6−6-40.

Таблица 10 — Технические данные выключателя ВР6−6-40

Время отключения короткого замыкания производится по формуле (16):

Определение теплового импульса производится по формуле (17), значение тока короткого замыкания (I_п0) в максимальном режиме берется из Таблицы 4, а значение Т_А принимается 0,045.

Расчетные данные и характеристики сводятся в Таблицу 11.

Таблица 11 — Выбор выключателей в цепи линий 6 кВ

2.5.7 Выбор секционного выключателя в цепи линий 6 кВ

Определение максимального тока для двух секций работающих параллельно производится по формуле (18):

По каталогу выбирается выключатель типа ВР6−6-40

Таблица 12 — Технические данные выключателя ВР6−6-40

Время отключения короткого замыкания производится по формуле (16):

Определение теплового импульса производится по формуле (17), значение тока короткого замыкания (I_п0) в максимальном режиме берется из Таблицы 4, а значение Т_А принимается 0,045.

Расчетные данные и характеристики сводятся в Таблицу 13.

Таблица 13 — Выбор выключателей в цепи линий 6 кВ

2.5.8 Выбор разъединителей в цепи линий и секционного выключателя на стороне 35 кВ

Разъединители предназначены для отключения и включения цепей без тока и для создания видимого разрыва цепи в воздухе.

Выбор разъединителей производится по следующим параметрам:

Ш по напряжению установки — U_уст? U_н;

Ш по длительному току — I_раб.max? I_н;

Ш проверка на электродинамическую прочность — Я_У? Я_дин;

на термическую стойкость — В_К? I_Т² · t_Т.

Используя данные, рассчитанные в подпункте 2.5.3 пояснительной записки, по каталогу выбирается разъединитель типа РНД (З)-35/1000У1 с приводом типа ПР-У1.

Расчетные данные и характеристики разъединителя приводятся в Таблице 14

Таблица 14 — Выбор разъединителей в цепи линий и секционного выключателя на стороне 35 кВ

2.5.9 Выбор разъединителей в цепи трансформатора на стороне 35 кВ

Используя данные, рассчитанные в подпункте 2.5.3 пояснительной записки, по каталогу выбирается разъединитель типа РНД (З)-2−35/1000У1 с приводом типа ПР-У1.

Расчетные данные и характеристики разъединителя приводятся в Таблице 15

Таблица 15 — Выбор разъединителей в цепи трансформатора на стороне 35 кВ

2.5.10 Выбор трансформаторов тока в цепи выключателя трансформатора 35 кВ

Трансформаторы тока предназначены для уменьшения вторичного тока до значений наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных токов цепей высокого напряжения. Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформаторы тока нормально работают в режиме близком к режиму короткого замыкания.

Трансформаторы тока выбираются по следующим условиям:

Ш по напряжению установки — U_УСТ? U_Н;

Ш по длительному току — I_МАХ? I_Н;

Ш на термическую стойкость — В_К? I_Т² · t_Т.

По каталогу выбирается трансформатор тока типа ТФЗМ35-У1, номинальный ток (I_н) которого равен 400 А.

Таблица 16 — Технические данные трансформаторов тока

Расчетные данные и характеристики трансформатора тока приведены в Таблице 17.

Таблица 17 — Выбор трансформатора тока в цепи выключателя трансформатора 35 кВ

2.5.11 Выбор трансформаторов тока в цепи секционного выключателя 35 кВ

По каталогу выбирается трансформатор тока типа ТФЗМ35-У1, номинальный ток (I_н) которого равен 300 А.

Расчетные данные и характеристики трансформатора тока приведены в Таблице 18.

Таблица 18 — Выбор трансформатора тока в цепи секционного выключателя 35 кВ

2.5.12 Выбор трансформаторов тока в цепи линий 6 кВ

По каталогу выбирается трансформатор тока типа ТВЛМ6-У3, номинальный ток (I_Н) которого равен 300 А.

Таблица 19 — Технические данные трансформаторов тока

Расчетные данные и характеристики трансформатора тока приводятся в Таблице 20.

Таблица 20 — Выбор трансформаторов тока для цепи выключателя трансформатора 6 кВ.

2.5.13 Выбор трансформаторов тока в цепи ТСН

Максимальный ток в цепи определяется по формуле (18):

По каталогу выбирается трансформатор тока типа ТВЛМ6-У3, номинальный ток (I_Н) которого равен 10 А.

Таблица 21 — Технические данные трансформаторов тока

Расчетные данные и характеристики трансформатора тока приводятся в Таблице 22.

Таблица 22 — Выбор трансформаторов тока для цепи выключателя трансформатора 6 кВ.

2.6 Конструкция распределительных устройств

Электрооборудование, токоведущие части, изоляторы, крепления, ограждения, несущие конструкции, изоляционные и другие расстояния выбраны таким образом, чтобы:

— вызываемые нормальными условиями работы электроустановок усилия, нагрев, электрическая дуга или другие, соответствующие ее работе явления (искрение, выброс газов и т. п.) не могли привести к повреждению оборудования и возникновению КЗ или замыкания на землю, а также причинить вред обслуживающему персоналу;

— при нарушении нормальных условий работы электроустановки была обеспечена необходимая локализация повреждений обусловленных действием КЗ;

— при снятом напряжении с какой-либо цепи относящиеся к ней аппараты, токоведущие части и конструкции могли подвергаться безопасному осмотру, замене и ремонтам без нарушения нормальной работы соседни цепей;

— была обеспечена возможность удобного транспортирования оборудования.

Распределительное устройство (ОРУ и КРУН) оборудовано оперативной блокировкой, исключающей возможность:

— включения выключателей на заземляющие ножи;

— включения заземляющих ножей на ошиновку, не отделенную разъединителями от ошиновки, находящейся под напряжением;

— отключения и включения разъединителями тока нагрузки.

Все оборудование ОРУ 35 кВ расположено на открытом воздухе. Для опорных конструкций использован железобетон. Ошиновка на ОРУ 35 кВ выполнена в основном гибким алюминиевым проводом, который при помощи гирлянд-изоляторов крепится к П-образным порталам.

КРУН 6 кВ предназначено для ввода, секционирования и распределения электроэнергии потребителю. КРУН 6 кВ выполнено с вакуумными стационарными выключателями. Все оборудование 6 кВ (кроме ТСН и ТТ) расположено на выкатных тележках.

2.7 Выбор рода оперативного тока

При выборе рода оперативного тока необходимо учитывать два фактора:

Ш схему подстанции;

Ш релейную защиту и автоматику подстанции.

В настоящее время применяются следующие виды оперативного тока:

Ш постоянный;

Ш выпрямленный;

Ш переменный.

Применение постоянного оперативного тока, требующее установки дорогостоящих аккумуляторных батарей, увеличивает стоимость сооружения, эксплуатационные расходы, вызывает необходимость сооружения разветвленной сети. На ПС-29К «Северный» отсутствуют потребители I категории, поэтому выбирается переменный оперативный ток.

2.8 Расчет заземляющего устройства

С целью защиты обслуживающего персонала все металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением, должны быть надежно заземлены, это заземление называют защитным. Защитному заземлению обязательно подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов, приводы электрических аппаратов, каркасы распределительных щитов, пультов и шкафов, металлические конструкции распределительных шкафов, металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и броня кабеля. Для создания нормальной работы предназначено рабочее заземление. К нему относятся заземления нейтрали, дугогасительных катушек, разрядников, молниеотводов. Без рабочего заземления аппарат не может выполнять свои функции или нарушается режим работы электроустановки. Для выполнения заземления используются естественные и искусственные заземлители. В качестве естественных заземлителей используют водопроводы, оболочки кабелей, фундаменты, надежно соединенные с землей. В качестве искусственны заземлителей используют уголки, стержни, полосы погруженные в почву для надежного контакта с землей. Размещение заземлителей производится таким образом, чтобы было равномерное распределение электрического потенциала по занятой площади электрооборудования.

Заземляющее устройство подстанции имеет площадь 30?30 м² при удельном сопротивлении 40 Ом. Естественные заземлители отсутствуют. В качестве искусственного заземлителя применяют вертикальные и горизонтальные заземлители.

Вертикальные заземлители — сталь круглая диаметром 22 мм, длиной 5 метров.

Заземлитель горизонтальный выполнен из стальной полосы 30?4.

Расстояние между уголками 5 м, глубина заложения проводника от поверхности земли 0,7 м.

Климатическая зона II, нормируемое сопротивление заземляющего устройства: R_З.Н. = 0,5 Ом.

Согласно Правил устройства электроустановок, допустимое сопротивление заземляющего устройства с учетом удельного сопротивления грунта с_гр равно:

где R_з — допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом;

с_гр — удельное сопротивление грунта;

R_зн — нормируемое сопротивление заземляющего устройства, Ом.

Определение сопротивления растекания вертикального заземлителя производится по формуле:

где R_В — сопротивления растекания вертикального заземлителя, Ом;

L — длина заземлителя, м;

d — диаметр поперечного сечения, м;

с_{расч в} — расчетное удельное сопротивления вертикального заземлителя, Ом •м;

t? — расчетная (условная) глубина заложения проводника, м.

Определение расчетной (условной) глубины заложения проводника:

Определение удельного сопротивления вертикального заземлителя:

где К_С — коэффициент сезонности для вертикальных электродов принимается равным 1,7

Полученное значение подставляется в формулу (20):

Определение количества вертикальных заземлителей производится по формуле:

где n — количество вертикальных заземлителей, шт.;

з_в — коэффициент использования вертикальных заземлителей с учетом интерполяции, принимается равным 0,6.

Принимается n_В = 118 шт.

Определение длины горизонтальных заземлителей производится по формуле:

где L_г — длина горизонтальных заземлителей, м;

а — расстояние между вертикальными заземлителями, м.

Определение сопротивления растекания горизонтального заземлителя производится по формуле:

где R_Г — сопротивления растекания горизонтального заземлителя, Ом;

с_{расч г} — расчетное удельное сопротивления вертикального заземлителя, Ом •м;

d — диаметр поперечного сечения, м;

где К_С — коэффициент сезонности для горизонтальной полосы принимается равным 4 для II климатической зоны.

где b — ширина полосы проводника, м.

Определение действительного сопротивления растекания горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования производится по формуле:

где R_Г — сопротивления растекания горизонтального заземлителя, Ом;

з_г — коэффициент использования горизонтальных заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя, принимается равным 0,2.

Определение сопротивления растекания заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя производится по формуле:

Определение уточненного количества вертикальных заземлителей производится по формуле:

Принимается n_в=107 шт.

2.9 Расчет элементов релейной защиты

2.9.1 Основные требования, предъявляемые к релейной защите

Релейная защита осуществляет ликвидацию коротких замыканий в системе, а автоматика предназначена для устранения ненормальных режимов работы.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите:

а) селективность (отключение только поврежденного участка);

б) быстродействие (отключение с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушений);

в) чувствительность (каждая защита должна отключать только тот участок, для которого предназначена);

г) надежность (защита должна безотказно работать в пределах установленной для нее зоны);

д) резервирование (любая защита должна иметь резерв);

е) экономичность.

2.9.2 Расчет релейной защиты отходящих линий

Исходные данные для расчета защиты от междуфазных КЗ линий 6 кВ представлены в Таблице 23.

Таблица 23 — Исходные данные

2.9.2.1 Расчет токов трехфазного КЗ

Рассчитываются токи трехфазного КЗ, протекающие через защиту при КЗ в начале и конце защищаемой линии.

Рисунок 5 — Расчетная схема и схема замещения отходящей линии W1

По расчетам подпункта 2.4.4:

Ток двухфазного КЗ определяется по формуле:

Ток трехфазного короткого замыкания в точке К-2 определяется по формуле (2):

Ток двухфазного короткого замыкания определяется по формуле (31):

Результаты расчетов токов КЗ сведены в Таблицу 24

Таблица 24 — Результаты расчетов токов КЗ

2.9.2.2 Расчет токовой отсечки без выдержки времени

Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по условию отстройки от тока трехфазного КЗ, протекающего через защиту при КЗ в конце линии:

где k_отс =1,2

Ток срабатывания реле определяется по формуле:

где k_сх=1 — коэффициент схемы;

К₁=80 — коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Чувствительность токовой отсечки проверяется аналитическим методом при двухфазном КЗ в начале линии:

2.9.2.3 Расчет максимальной токовой защиты от междуфазных КЗ

Первичный ток срабатывания МТЗ выбирается по условию отстройки от максимального тока нагрузки линии I_{нагр max}=2 МВА:

где k_отс=1,2 — коэффициент отстройки;

k_в=0,8 — коэффициент возврата;

k_с.з.=2.

Определяется ток срабатывания реле:

Выбираем реле типа РТ-40/0,2 с трансформатором тока типа ТЗЛ-95 и реле времени РВ-01.

3 Организационный раздел

3.1 Расчёт электрической и производственной мощности энергопредприятия (ПС 35/6 кВ)

К электрическим мощностям подстанции ПС 35/10 кВ относят: установленную (N_y), рабочую (N_p), а также производственную мощность (W_ф).

3.1.1 Расчет установленной мощности

Установленная электрическая мощность определяется по формуле:

где i — количество силовых трансформаторов;

N_н — номинальная мощность силовых трансформаторов, МВА.

3.1.2 Расчет рабочей мощности

Рабочая мощность, то есть мощность ПС с учетом износа силовых трансформаторов, определяется по формуле:

где N_экс — эксплуатационная мощность трансформаторов с учетом их износа, определяется по формуле:

где k_экс — коэффициент эксплуатационной мощности, определяется по формуле:

где Т_экс^ф — фактический срок эксплуатации силовых трансформаторов, который определяется по формуле:

Коэффициент производственной мощности определяется по формуле (39):

Эксплуатационная мощность трансформаторов с учетом их износа, определяется по формуле (38):

Рабочая мощность определяется по формуле (37):

3.1.3 Расчет производственной мощности

Производственная мощность рассчитывается по формуле:

где cosц — коэффициент мощности, принят 0,8;

Т_ф — фактическое время работы силовых трансформаторов за год, которое рассчитывается по формуле:

где Т_р — время на плановые ремонты (5?24=120 часов) Т_ав — время потерь на аварийные остановы ПС (для базы 1,5% от времени готовности, а по проекту они меньше на 30%)

— количество силовых трансформаторов.

Время готовности к работе силовых трансформаторов (Т_г) (Т_г=8760−120=8640 часов) Фактическое время работы силовых трансформаторов за год определяется по формуле (41):

Производственная мощность рассчитывается по формуле (40):

Вывод: в результате расчетов определены установленная, рабочая и производственная мощности.

3.2 Организация ремонта действующего оборудования

Оперативный персонал «Северных электрических сетей» производит необходимые переключения в случае вывода оборудования в ремонт или в аварийных ситуациях. Эксплуатация оборудования 6 кВ и 35 кВ (осмотры, обходы и контроль) также возложена на оперативный персонал в сроки указанные ПТЭ. Постоянного дежурства персонала на ПС нет. В случае аварийной ситуации проходит сигнал на щит диспетчера «Северных электрических сетей», а тот в свою очередь вызывает оперативный персонал.

Профилактические испытания, проведение текущих и капитальных ремонтов оборудования (кроме капитальных ремонтов силовых трансформаторов) возложено на ремонтный персонал «Северных электрических сетей».

В объем работ при текущем ремонте входят следующие мероприятия:

1) осмотры оборудования по графику, но не реже одного раза в месяц;

2) ежесуточные осмотры оборудования, включающие осмотры оборудования в ночное время;

3) мелкий ремонт оборудования, не требующий специальной остановки технологического процесса;

4) отключение оборудования в аварийных ситуациях;

5) участие в приемке оборудования и рабочего места после монтажа, ремонта или испытания оборудования;

6) контроль состояния кожухов, уплотнителей, кранов;

7) визуальная проверка состояния изоляторов;

8) проверка наличия, исправности и соответствия требованиям ограждений, предупреждающих плакатов и надписей, переносных заземлений;

9) контроль состояния ошиновки кабелей, отсутствия нагрева контактных соединений;

10) проверка целостности пломб у счетчиков и реле;

11) проверка состояния заземляющей сети и надежности заземления;

12) проверка исправности сигнализации, состояния блинкеров, предохранителей.

В объем текущего ремонта также входят:

Для силовых трансформаторов — проверка отсутствия дефектов, доливка масла, подтяжка соединений, разборка и очистка маслоуказателя, проверка работы РПН.

Для выключателей, разъединителей и их приводов — проверка состояния, ремонт или замена подвижных контактов, проверка одновременности замыкания и размыкания контактов.

Для предохранителей — проверка целостности, сверка со схемами.

3.3 Охрана труда

3.3.1 Основные понятия и определения

Электробезопасностью в соответствии с ГОСТ 12.1.009−76 называется система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от опасного и вредного воздействия на человека электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

К поражению электрическим током может привести прикосновение человека к токоведущим частям электроустановок, находящихся под напряжением. Поражение проявляется в парализующем и разрушительном воздействии тока на внешние и внутренние органы — кожный покров, мышцы, органы дыхания, сердце, нервную систему.

Степень поражения током зависит от ряда фактором, в том числе от величины сопротивления человеческого тела. Это сопротивление зависит от толщины и состояния кожного покрова, его влажности или сухости, состояния здоровья человека, длительности прохождения тока, вида одежды и обуви и т. д. В зависимости от перечисленных обстоятельств оно изменяется в весьма широких пределах от 500 до 100 000 Ом. При расчетах сопротивление принимают равным 1000 Ом при напряжении прикосновением 50 В.

Степень поражения зависит от длительности прохождения тока через организм или участок тела человека. Наибольшим сопротивлением обладает кожа человека. Вместе с тем, протекание тока через нее приводит к ее обугливанию и последующему резкому снижению общего электрического сопротивления тела и нарастанию тока, вызывающего тепловое разрушение внутренних органов.

Человек ощущает ток величиной в 0,005 А. Ток величиной в 0,05 А считается опасным для жизни, а ток в 0,1 А — смертельным. Величина тока, протекающего через организм, зависит также он напряжения прикосновения.

Напряжением прикосновения называется величина, соответствующая разности потенциалов между двумя точками в цепи тока, которых одновременно может коснуться человек.

Допустимые величины напряжения прикосновения и тока в аварийных режимах электроустановок, проходящего через человека, при длительности воздействия тока не более 1 с определяются из Таблицы 25.

Таблица 25 — Допустимые величины напряжений и токов прикосновения.

3.3.2 Технические и организационные мероприятия по безопасному проведению работ в действующих электроустановках

При организации обслуживания и ремонтных работ необходимо строго соблюдать требования Межотраслевых правил по охране труда при эксплуатации электроустановок, которые предусматривают выполнение организационных и технических мероприятий.

Организационными мероприятиями являются:

— оформление работ нарядом, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации;

— допуск к работе;

— надзор во время работы;

— оформление перерыва в работе, перевода на другое место, окончания работы.

Ответственными за безопасное ведение работ являются:

— выдающий наряд, отдающий распоряжение, утверждающий перечень работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации;

— ответственный руководитель работ;

— допускающий;

— производитель работ;

— наблюдающий;

— член бригады.

Выдающий наряд, отдающий распоряжение определяет необходимость и возможность безопасного выполнения работы. Он отвечает за достаточность и правильность указанных в наряде (распоряжении) мер безопасности, за качественный и количественный состав бригады и назначение ответственных за безопасность, а также за соответствие выполняемой работе групп перечисленных в наряде работников.

Ответственный руководитель работ назначается, как правило, при работах в электроустановках напряжением выше 1000 В. В электроустановках напряжением до 1000 В ответственный руководитель может не назначаться.

Ответственный руководитель работ отвечает за выполнение всех указанных в наряде мер безопасности и их достаточность, за принимаемые им дополнительные меры безопасности, за полноту и качество целевого инструктажа бригады, в том числе проводимого допускающим и производителем работ, а также за организацию безопасного ведения работ.

Ответственный руководитель работ назначается при выполнении работ:

— с использованием механизмов и грузоподъемных машин;

— с отключением электрооборудования, за исключением работ в электроустановках, где напряжение снято со всех токоведущих частей, в электроустановках с простой и наглядной схемой электрических соединений, на электродвигателях и их присоединениях в РУ;

— на КЛ и КЛС в зонах расположения коммуникаций и интенсивного движения транспорта;

— по установке и демонтажу опор всех типов, замене элементов опор ВЛ;

— в местах пересечения ВЛ с другими ВЛ и транспортными магистралями, в пролетах пересечения проводов в ОРУ;

— по подключению вновь сооруженной ВЛ;

— по изменению схем присоединений проводов и тросов ВЛ;

— на отключенной цепи многоцепной ВЛ с расположением цепей одна над другой или числом цепей более 2, когда одна или все остальные цепи остаются под напряжением;

— при одновременной работе двух и более бригад;

— по пофазному ремонту ВЛ;

— под наведенным напряжением;

— без снятия напряжения на токоведущих частях с изоляцией человека от земли;

— на оборудовании и установках СДТУ по устройству мачтовых переходов, испытанию КЛС, при работах с аппаратурой НУП (НРП), на фильтрах присоединений без включения заземляющего ножа конденсатора связи.

Необходимость назначения ответственного руководителя работ определяет выдающий наряд, которому разрешается назначать ответственного руководителя работ, и при других работах, помимо перечисленных.

Допускающий отвечает за правильность и достаточность принятых мер безопасности и соответствие их мерам, указанным в наряде, характеру и месту работы, за правильный допуск к работе, а также за полноту и качество проводимого им инструктажа членов бригады.