Выбор трансформаторов. 
Проектирование понизительной подстанции

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов ГПП

3. Расчётная полная мощность ЭН с учётом компенсации.

Суммарная расчётная полная мощность ЭН:

УSp = 18,901 МВА ГПП желательно выполнять с числом трансформаторов не больше двух. Двухтрансформаторные подстанции экономически более целесообразны, чем подстанции с одним или большим числом трансформаторов. При сооружении двухтрансформаторных подстанций желательно выбирать простую схему электрических соединений со стороны высших напряжений с числом выключателей, меньшим числа присоединений.

При питании потребителей первой категории от данной подстанции для обеспечения надёжности питания необходимо иметь по одному трансформатору на каждой секции шин, при этом мощность трансформатора должна быть выбрана так, чтобы при выходе из строя одного из них, второй (с учётом допустимой перегрузки) обеспечил питание всех потребителей первой категории.

Таким образом, мы выбираем двухтрансформаторную подстанцию. Это обеспечит требуемую надёжность электроснабжения потребителей первой категории.

Силовые трансформаторы двухтрансформаторной подстанции должны соответствовать условию по перегрузке:

Т.е. в нашем случае мощность силовых трансформаторов должна быть.

По справочнику [6] выбираем трнсформатор ТД 25 000/220.

UВН = 230 кВ.

UНН = 11 кВ.

SТР = 25 000 кВА.

PХХ = 21 кВт.

PКЗ = 90 кВт.

UКЗ = 8%.

IХХ = 0,6%.

6. Выбор проводов воздушных линий и кабельных линий Потребители данной подстанции относятся к первой категории надежности, поэтому должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания. Отходящие кабельные линии выполнены с двух секций шин 10кВ к каждому потребителю. Проверку кабельных линий проводим по номинальным параметрам ЭН, на случай если вся нагрузка будет от одной кабельной линии.

Выбор сечения проводника по нагреву

Сечение проводника выбирается по условию:

Для ввода 220 кВ №№ 1,2:

Определим номинальный ток линии:

По справочнику [6] выбираем сечение проводника, а по справочнику [6] выбираем марку сталеалюминевый провод марки АС с Iдоп=330 А S=95.

Для других линий расчёт ведётся аналогично, результаты расчёта сводим в таблицы № 4,.

Таблица 4. Расчёт сечения проводников.

Выбор сечения проводника по потерям напряжения

Потери напряжения в линии определяются:

.

где S — полная мощность в линии, МВА; U — номинальное напряжение в линии, кВ; z — полное сопротивление, Ом.

;

где r0 — удельное активное сопротивление линии, Ом/км; x0 — удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км; l — длина линии.

По ГОСТ-13 109−97 отклонение напряжения на электроприёмниках должно оставаться в пределах ±5% [4].

Активное удельное сопротивление линии, Ом/км:

.

Где F — сечение провода, мм2; г — удельная проводимость, равная для алюминия и для меди.

Значение x0 берём из справочника [6].

Расчёт значений сведём в таблицы 5.

5. Потери напряжения.

Выбранные сечения позволяют поддерживать отклонение напряжения в заданных пределах. электрический напряжение подстанция замыкание Выбранные проводники соответствуют техническим требованиям по нагреву и потерям напряжения.

7. Расчёт токов короткого замыкания Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение коротких замыканий. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения токов КЗ. Места точек КЗ на линии выбираем так чтобы оборудование находилось в наиболее тяжёлых условиях.

Расчёт токов КЗ будем вести в именованных единицах. За базисную ступень напряжения Uб выбираем напряжение Uб=11 000 В.

Формулы приведения параметров расчётной схемы к базисным условиям.

Сопротивление энергосистемы при внешнем токе КЗ Iк=3,6 кА:

Реактивное и активное сопротивление трансформатора:

Реактивное и активное сопротивление линии:

После расчёта сопротивлений отдельных элементов цепи путём постепенного преобразования приводят схему к одному эквивалентному элементу, обладающему результирующим сопротивлением.

Полное сопротивление схемы:

Ток короткого замыкания, в зависимости от выбранной системы единиц вычисления, определяют по формулам:

Ударный ток КЗ определяется из выражения:

где kу — ударный коэффициент, учитывающий участие апериодического в образовании ударного тока.

Величина kу зависит от соотношения индуктивного и активного сопротивлений цепи КЗ, и может быть определена по кривой или принята равной: 1,8 — при КЗ в установках и сетях напряжением свыше 1000 В.

Расчёт токов КЗ в точках

Для расчёта токов КЗ составили схему замещения, где все элементы заменяют сопротивлениями, приведёнными к базисным условиям.

Определим сопротивление энергосистемы:

Рассчитаем сопротивления трансформатора ТД-25 000/220:

Приведём сопротивления линий ввода 220 кВ №№ 1,2 к базисному напряжению Uб:

Произведём расчет токов КЗ на стороне 220 кВ перед силовыми трансформаторами ГПП:

Для остальных линий расчёты аналогичны, результаты сведены в таблицы № 6;7.

Таблица 6. Сопротивления линий.

Таблица 7. Расчёт токов КЗ.

Проверка выбранных проводников на термическую и электродинамическую стойкость

Термическая стойкость проводников называется способность выдерживать протекание номинального тока термической устойчивости в течение заданного времени без нагрева токоведущих частей до температур, превышающих допустимые при токах КЗ, и без нарушения пригодности к дальнейшей исправной работе.

Выбор термически стойкого сечения жил кабеля производят по значению установившегося тока КЗ и времени прохождения этого тока через кабель. Время определяется уставкой защиты, имеющей наибольшее время выдержки (в случае использования нескольких защит).

Условие выбора и проверки проводников на термическую устойчивость:

Где F — фактическое сечение кабеля, мм2; Fмин — минимально допустимое по термической устойчивости сечение кабеля, мм2; I" - ток КЗ, А; tпр — приведённое время действия тока КЗ, с; C — термический коэффициент.

Приведённое время действия тока КЗ складывается из приведённого времени действия тока КЗ tпр. п и приведённого времени действия апериодического тока КЗ tпр. а:

tпр=tпр.п+tпр.а При питании от системы неограниченной мощности:

tпр=tвыкл+tзащ где tвыкл — время отключения выключателя (tвыкл=0,1 с — для быстродействующих выключателей; tвыкл=0,2 с — для небыстродействующих выключателей); tзащ — время действия релейной защиты (определяется по условию селективности Дt=0,5 с).

tпр=0,1+0,5=0,6 с Так же выбранные проводники проверяются на электродинамическую устойчивость току КЗ:

iн.дин?iуд где iн. дин — предельно допустимый ток электродинамической перегрузки, взятый из справочника [6]; iуд — ударный ток трёхфазного КЗ.

Для линий ввода 220 кВ №№ 1,2:

tзащ?2,5 сектрический нагрузка ток замыкание.

iн.дин= 33 кА? iуд =5806 А Для остальных линий проверка кабеля на термическую и электродинамическую стойкость аналогична. Все выбранные проводники соответствуют требованиям по термической стойкости.

8. Выбор электрооборудования Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в условиях эксплуатации в трех основных режимах: длительном, перегрузки (с повышенной нагрузкой, которая для некоторых аппаратов достигает значения до 1,4 номинальной) и короткого замыкания.

Выбранное оборудование необходимо проверить:

• 1. по номинальному напряжению (Электрические аппараты изначально имеют запас электрической прочности, что позволяет им работать при напряжении на 10−15% выше номинального)
• 2. по номинальному току (Номинальным током аппарата называют ток, который при номинальной температуре окружающей среды может проходить по аппарату неограниченно длительное время и при этом температура наиболее нагретых частей его не превышает длительно допустимых значений.)
• 3. на электродинамическую стойкость (Сравнение с ударным током).
• 4. на термическую стойкость (способность выдерживать протекание номинального тока термической устойчивости в течении заданного времени без нагрева токоведущих частей до температур, превышающих допустимые при токах КЗ, и без нарушения пригодности к дальнейшей работе).

Оборудование, которое выбирается на напряжение 10 кВ, рассчитывается для линии ЭН 1,2,3,4,5 с наибольшим током КЗ.

Выбор разъединителя 220 кВ

Iкз (3)=2281 А.

Iр мах=283 А.

iуд=5806 А РДЗ — разъединитель для наружной установки, с двумя колодками и заземляющим ножом. Марка РДЗ-220/1000 НУХЛ1.

IН=1000 А? IР мах=283 А.

iдин=63 кА? iуд=5806 А.

Iн, Т, с=25 кА ?

Выбор выключателей

Выбор выключателей 10 кВ:

Iкз (3)=5801 А.

Iр мах=984 А.

iуд=14 761 А Марка ВB/TEL-10−1000.

IН=1000 А? IР мах=984 А.

IНО=20 кА? IКЗ (3) =5801 А.

iдин=52 кА? iуд=14 761 А.

Iн, Т, с=20 кА ?

Выбор выключателей 220 кВ:

Iкз (3)=2281 А.

Iр мах=283 А.

iуд=5806 А Марка ВЭБ-220.

IН=1000 А? IР мах=283 А.

IНО=20 кА? IКЗ (3)=2281 А.

iдин=52 кА? iуд=5806 А.

Iн, Т, с=20 кА ?

Выбор трансформаторов тока.

Для линий ввода 220 кВ Марка TB-220.

UН.Т.Т=220 кВ? UН. У=220 кВ.

Iн1=300 А? IР мах=283 А.

iдин=64 кА? iуд=5806 А.

Iн, Т, с=25 кА ?

Для линий 10 кВ используем трансформаторы тока ТОЛ-10.

UН.Т.Т=10 кВ? UН. У=10 кВ.

Iн1=1000 А? IР мах=984 А.

iдин=100 кА? iуд=14 761 А.

Iн, Т, с=40 кА ?

По результатам расчёта, всё выбранное оборудование (Выключатели 220 и 10 кВ; разъединители 10 и 220 кВ; трансформаторы тока 10 и 220 кВ.) было успешно проверено по всем критериям выбора (по номинальному напряжению, по номинальному току, на электродинамическую стойкость, на термическую стойкость). И подходит для применения в выбранных схемах. Кроме того оборудование не будет нуждаться в замене при увеличении нагрузок. Все оборудовании отвечает самым современным стандартам.

Комплектация РЗиА

Оборудование ГПП и отходящих фидеров должно быть укомплектовано следующими видами защит:

Трансформаторы:

• — дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ);
• — защита от дуговых замыканий (ЗДЗ);
• — защита от перегруза трансформатора.

Отходящие фидера:

• — токовая отсечка без выдержки времени (ТО);
• — максимально-токовая защита (МТЗ);
• — защита от замыканий на землю (ЗЗЗ).
• — защита ячеек от дуговых замыканий (ЗДЗ)

Секции шин:

• — автоматический ввод резерва (АВР);
• — автоматическое повторное включение (АПВ);
• — автоматическая частотная разгрузка (АЧР).

Данные виды защит позволяют сохранить оборудование при действии на них токов короткого замыкания и удовлетворяют требованиям ПУЭ.