Проектирование подстанции 35/10 кВ

Черниговский государственный технологический университет Факультет электронных и информационных технологий Кафедра электрических систем и сетей

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине:

" Электрические станции и подстанции"

на тему:

" Проектирование подстанции 35/10 кВ"

Выполнил студ. гр. ЕМ-091 Будаш И.Л.

Руководитель проекта к. т. н. Буйный Р.А.

• Список сокращений
• Введение
• 1. Выбор схем электрических соединений на стороне 35 и 10 КВ
• 2. Расчет токов короткого замыкания
• 3. Выбор коммутационной аппаратуры на проектируемой подстанции
• 3.1 Выбор коммутационной аппаратуры на стороне 35 кВ
• 3.1.1 Выбор выключателей
• Марка выключателя: ВР35НСМ
• 3.1.2 Выбор заземляющих разъединителей
• 3.2 Выбор коммутационной аппаратуры на стороне 10 кВ
• 3.2.1 Выбор выключателей мощности
• 3.2.2 Выбор заземлителей
• 3.2.3 Выбора трансформаторов собственных нужд
• Выводы
• Список литературы

Список сокращений

ПС — подстанция

Проектирование электрической части электростанций и подстанций представляет собой сложный процесс выработки и принятия решений по схемам электрических соединений, составу электрооборудования и его размещению, связанный с производством расчетов, поиском пространственных компоновок, оптимизацией фрагментов и объекта в целом. Изучение процесса проектирования в техническом ВУЗе требует понимания основ и методов проектирования с примерами и ссылками на специальные и справочные издания по всем основным разделам проекта.

Проект представляет собой совокупность документов, содержащих основные проектные решения подстанции. Рабочий проект и рабочая документация состоят из пояснительной записки с расчетами и рабочих чертежей.

Таким образом задачей данного курсового проекта является закрепление навыков и знаний полученных в курсе «электрические станции и подстанции»; научиться проектировать электрические подстанции.

1. Выбор схем электрических соединений на стороне 35 и 10 КВ

Для данной подстанции выбираем схему соединения на высшей стороне типа мост с выключателем в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов, потому что у нас приоритет на сохранение транзита мощности и из-за неравномерных графиков нагрузки на подстанции (предположу). Схема показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Схема с выключателем в цепях линий и ТСН в цепях трансформаторов

На низкой стороне ПС выбираем Схема трансформатор — токопровод с разъединителем.

Схема приведена на рисунку 1.2.

электрическая подстанция трансформатор заземляющий Рисунок 1.2 — Схема трансформатор — токопровод с разъединителем.

Схему применяют в РУ напряжением 6 кВ или 10 кВ на НН основных силовых трансформаторов ПС с высшим напряжением 35 кВ.

2. Расчет токов короткого замыкания

Рассчитаем токи короткого замыкания на шинах 35 и 10 кВ ПС3, для дальнейшего выбора аппаратуры.

Эквивалентная схема замещения ПС3 приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 — Эквивалентная схема замещения ПС3

Расчет ведем в относительных единицах, для этого задаемся базисной мощностью и номинальным напряжением: S_б = 10 МВА, U_ном = 35 кВ.

Приведем активные и реактивные сопротивления линий к базисной мощности по формулам:

(2.1)

(2.2)

где — активное сопротивление линии в относительных единицах; - реактивное сопротивление линии в относительных единицах.

Приведем реактивные сопротивления трансформаторов к базисной мощности при условии, что так как на ПС3 параллельно работают два трансформатора, по формулам:

(2.3)

Рисунок 2.2 — Эквивалентная схема замещения ПС3 с рассчитанными параметрами в относительных единицах

Рассчитаем модуль сопротивления по формуле:

(2.4)

Рассчитаем ток короткого замыкания в точке К₁ по формуле:

(2.5)

где І_К1 — ток короткого замыкания в точке К₁, кА.

Ударный ток рассчитывается по формуле:

(2.6)

где К_у — ударный коэффициент, который находится по формуле:

(2.7)

где Т_А — временная составляющая, которая рассчитывается по формуле:

(2.8)

Рассчитаем ток короткого замыкания в точке К₂.

Рисунок 2.3 — Эквивалентная схема замещения для расчета тока КЗ в точке К₂

Активное сопротивление (приведённое) считаем аналогично, как и сопротивление линий:

(Ом)

Так как на ПС3 работает два трансформатора параллельно, то:

(Ом)

Приведу это сопротивление к базисному:

Рисунок 2.4 — Эквивалентная схема замещения для расчета тока КЗ в точке К₂ с рассчитанными параметрами в относительных единицах

Упростив эту схему, получим:

Рисунок 2.5 — Эквивалентная упрощенная схема замещения сети для расчета К2

Найдем эквивалентное активное и реактивное сопротивление:

Рисунок 2.6 — Эквивалентная упрощенная схема замещения сети для расчета К2 с рассчитанными параметрами в относительных единицах

Рассчитаем модуль эквивалентного сопротивления по формуле (2.4):

Рассчитаем ток короткого замыкания в точке К₂ по формуле (2.5):

Аналогично рассчитываются параметры i_y, K_y и T_a по формулам (2.6−2.8):

Таблица 2.1 — Значения токов КЗ на шинах 35 и 10 кВ

Согласно рассчитанным значениям токов короткого замыкания на шинах 35 и 10 кВ будем проводить выбор коммутационной аппаратуры на подстанции.

3. Выбор коммутационной аппаратуры на проектируемой подстанции

3.1 Выбор коммутационной аппаратуры на стороне 35 кВ

3.1.1 Выбор выключателей

Выключатели мощности выбираются по таким условиям [4]:

1) по номинальному напряжению:

2) по рабочему току:

3) по коммутационной способности на симметричный ток КЗ:

где I_п (ф) — действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени ф после начала расхождения дугогасительных контактов выключателя; I_{н. откл -} номинальный ток при КЗ, который способен отключить выключатель;

4) по коммутационной способности на асимметричный ток КЗ:

где i_a (ф) — апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов;

в_н — номинальное значение относительной вместимости апериодической составляющей в выключаемом токе КЗ; ф — наименьший промежуток времени от начала КЗ до момента расхождения контактов, рассчитывается по формуле:

где t_{рз. мин} — минимальное время действия релейное защиты; t_{с. в. -} собственное время отключения выключателя;

5) по электродинамической устойчивости:

где I_{пр скв} — амплитудное значение предельного сквозного тока к. з. (по каталогу);

6) по термической устойчивости:

где B_к — тепловой импульс по расчету кА²•с; I_т — предельный ток термической устойчивости по каталогу, кА; t_т — длительность протекания тока термической устойчивости, с;

Максимальный ток в послеаварийном режиме который протекает через выключатель:

Выбор выключателя Q3

Марка выключателя: ВР35НСМ

Номинальные параметры выключателя:

U_н = 35 кВ;

I_н = 1600 А;

I_{н откл} = 20 кА;

I_{пр скв} = 52 кА;

I_т = 20 кА;

t_т = 3 с;

t_{c. в.} = 0.0,055 с, (берем 0,055);

t_{рз. мин.} = 0,6 с;

в_н = 0,4;

Сделаем проверку выключателя:

1) по номинальному напряжению:

2) по рабочему току:

3) по коммутационной способности на симметричный ток КЗ:

4) по коммутационной способности на асимметричный ток КЗ:

;

5) по электродинамической устойчивости:

6) по термической устойчивости:

Расчетные данные:

Каталожные данные:

.

Как видим из наших расчетов, выключатель отвечает всем необходимым требованиям и может быть использован для нашей подстанции. Выключатель Q2 выбираем с такими же параметрами что и Q5.

3.1.2 Выбор заземляющих разъединителей

Разъединители выбираются по таким условиям [4]:

1) по номинальному напряжению:

2) по конструктивному выполнению;

3) по электродинамической устойчивости:

4) по термической устойчивости:

Выбор разъединителя

Марка разъединителя РГ.1а-35. II/1000 УХЛ 1:

Номинальные параметры разъединителя:

U_н = 35 кВ; I_н = 100 А; I_т = 40 кА; I_{пр скв} = 100 кА; t_т = 3 с;t_откл = 1,035 с.

Сделаем проверку разъединителя:

1) по номинальному напряжению:

3) по электродинамической устойчивости:

4) по термической устойчивости:

Расчетные данные:

Каталожные данные:

.

На стороне 35 кВ выбираем разъединители РГ.1а-35. II/1000 УХЛ1, но в зависимости от схемы выбираем разъеденитель с одним или с двумя заземляющими ножами (РГ.1а-35. II/1000 УХЛ 1 или РГ.1а-35. I/1000 УХЛ 1).

3.2 Выбор коммутационной аппаратуры на стороне 10 кВ

3.2.1 Выбор выключателей мощности

Выберем выключатели по низкой стороне для защиты трансформатора.

Выбираем вакуумный выключатель BB/TEL-10−31,5−1000-УХЛ2 с такими техническими данными:

1) номинальное напряжение ;

2) номинальный ток: ;

3) номинальный ток отключения: ;

4) номинальное относительное содержание апериодической составляющей: ;

5) наибольшее пиковое значение (сквозной ток): ;

6) начальное действующее значение периодической составляющей: ;

7) ток термической стойкости: ;

8) время термической стойкости: с;

9) собственное время отключения: с;

10) tрз. мин. = 0,75 с.

Рисунок 3.1 — Внешний вид BB/TEL-10−31,5/1000 УХЛ2

Выполним проверку данного выключателя:

1) по номинальному напряжению:

10 кв = 10 кв

2) по максимальному рабочему току:

17 205 А < 1000 A

3) по коммутационной способности на симметричный ток КЗ (для этого рассчитаем время до разногласия контактов выключателя):

4) по коммутационной способности на асимметричный ток КЗ

5) по электродинамической стойкости:

15,56 кА < 51 кА

6) по термической стойкости:

Для однотипности везде поставлю выключатели BB/TEL-10−31,5/1000 УХЛ2

3.2.2 Выбор заземлителей

Выбираем заземления на номинальное напряжение 10кВ марки UW-12/Z/160 польской фирмы ZWAE с такими параметрами:

Рисунок 3.14 — Внешний вид заземлителя UW-12/Z/160

Выполним проверку:

1) по номинальному напряжению:

10 кв < 12 кв

2) по электродинамической стойкости:

15,56 кА < 40 кА

3) по термической стойкости:

3.2.3 Выбора трансформаторов собственных нужд

Примем что на ПС установлены такие приёмники:

1. Подогрев шкафов наружной установки — 2 кВт

2. Отопление пульта управления — 5 кВт

3. Подогрев проводов розъединителей — 0,5 кВт

4. Оперативные цепи — 1 кВт

5. Охлаждение трансформаторов — 40 кВт

6. Аппаратура связи и телемеханики — 1 кВт

7. Освещение ЗРУ — 3 кВт

8. Блокировка разъединителей — 10 кВт

9. Освещение ОРУ — 2 кВт

10. Аварийная вентиляция — 5 кВт

Суммарная мощность составляет: 69,5 кВт

С учётом возможной перегрузки выбираем трансформатор марки ТМ-63/10 мощностью 63 кВА.

Рекомендуемые номинальные токи на стороне 0,4 и 10 кВ для трансформаторов мощностью 63 кВА составляют 100 и 10 А соответственно. Исходя из этого выбираем предохранители марки ПКТ-10−100−12,5 и ПКТ-10−10−12,5 для низкой и высокой сторон трансформаторов.

Выводы

В курсовом проекте по дисциплине `"Электрические сети" нам были заданы электрические нагрузки на подстанции ПС3. В данном курсовом проекте, пользуясь этими параметрами, мы выбрали схему сети и выбрали оборудование на подстанции.

Оборудование было выбрано и проверено надлежащим образом.

Оценив несколько видов схем подстанций, мы выбрали схему с мостиком и ремонтной перемычкой, поскольку у нас две питающие линии и через подстанцию происходит переток мощности. На низкой стороне произведено секционирование системы шин, так как у нас двухтрансформаторная подстанция и секционирования в данном случае повышает надежность при сравнительно небольшом увеличении капиталовложений.

Приняв за номинальное значение напряжения сети напряжение 10 кВ и, рассчитав номинальные токи, проходящие через оборудование, мы выбрали все оборудование, которое используется на ПС. Так же мы проверили оборудование по другим критериям таким, как электродинамическая стойкость к токам КЗ, термическая стойкость к токам КЗ, коммутационная способность к симметричным и асимметричным токам КЗ.

С учетом выбранного оборудования был построен план разрез подстанции.

1. Курсовой проект «Электрические системы и сети», Будаш И. Л., Чернигов, ЧГТУ — 20 012 г.

2. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / В. В. Ершевич, А. Н. Зейлигер, Г. А, Илларионов, и др.; под ред.С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 352 с.

3. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций, Учебник для техникумов. М.: «Энергия», 1975. — 704 с.

4. Каталог трансформаторного оборудования и высоковольтной аппаратуры ОАО «УРАЛЭЛЕКТРОТЯЖМАШ-УРАЛГИДРОМАШ» .

5. Каталог электроаппаратов ЗАО «Группа компаний „Электрощит“ — ТМ Самара» .

6. Каталог высоковольтного оборудования компании «АВВ» .

7. Каталог оборудования предприятия «Таврида Электрик Украина» .

8. Каталог оборудования ОАО «Запорожский завод высоковольтной аппаратуры» .