Расчёт электроснабжения шахты «Ульяновская»

Общие сведения

1. ВЫБОР СХЕМЫ ПИТАНИЯ ШАХТЫ И ВЕЛИЧИНЫ ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ В дальнейшем будут рассматриваться схема питания электроприёмников шахты: Схема обособленного питания потребителей шахты с применением трёхобмоточных трансформаторов.

Питание шахты будем осуществлять от напряжения 110 кВ, так как к шахте подходит воздушная линия 110 кВ.

2. ВЫБОР СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Передаваемая расчётная активная мощность шахты определяется по формуле где PР. i-расчётная суммарная активная мощность шахты, из таблицы потребителей PР. i=20 570 кВт;

kУ-коэффициент участия в максимуме, принимается согласно /1−3/, kУ=0.85.

Тогда Расчётная мощность ГПП согласно[1, 2] определяется по формуле где cos цк — коэффициент мощности с учётом компенсации реактивной нагрузки, принимается cos цк=0.97.

Для обеспечения бесперебойного питания потребителей первой и части второй категорий принимается двухтрансформаторная ГПП. Трансформаторы выбираются с учётом того, что один из них может быть выведен из работы, и второй будет обеспечивать электроэнергией потребителей первой и второй категорий.

Мощность каждого силового трансформатора двухтрансформаторной ГПП шахты согласно /1, 2/

Принимается стандартная номинальная мощность трансформатора Sн=16 000 кВ· А.

К рассмотрению принимается трансформатор типа — ТДТНШ. Он имеет техническую характеристику:

ТДТНШ-16 000/110−84У1

Номинальная мощность Sн=16 000 кВ· А, Uвн=115 кВ, Uсн=6,6 кВ· А Uнн=6,3 кВ, Pхх=23 кВт, Pк=76 кВт, Uк. вн-сн=10,5%, Uк. вн-нн=17%, Uк. сн-нн=6%.

Рассчитываем потери мощности в трансформаторах ТДТНШ.

где kз. вн, kз. сн, kз. нн — коэффициенты загрузки соответственно высшей, средней и низшей обмоток.

Потребители поверхности составляют 31.67% всей нагрузки шахты, а подземные — 68.33%.

Потери мощности на принудительное охлаждение. В условиях Кузбасса можно принять Pоу=0.

Для трёхобмоточного трансформатора потери короткого замыкания Тогда Окончательно принимаются к установке силовые трансформаторы типа ТДТНШ-16 000/110−84У1. От обмотки 6.3 кВ будут запитаны поверхностные потребители шахты, а от обмотки 6.6 кВ — подземные.

3. РАСЧЁТ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ Электроснабжение шахты будет осуществляться по двум кабельным линиям. Каждую линию будем рассчитывать на пропуск 75% всей нагрузки и на пропуск 100% нагрузки потребителей I и II категорий.

Максимальная токовая нагрузка ВЛ (КЛ) определяется по формуле где Uн-номинальное напряжение в линии;

n-количество цепей линии.

Сечение жил линии где iэк — экономическая плотность тока в рассматриваемом проводнике, выбирается согласно /2/. Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного.

Выбор воздушных и кабельных линий по длительно допустимой нагрузке производится исходя из соотношения где Iд. д — длительно допустимый ток линии в зависимости от сечения, принимается согласно /4/. Результаты расчётов для всех кабелей сводятся в таблицу 2.

Для того чтобы не проводить проверку воздушной линии по короне принимается сечение токоведущей жилы 70 мм². Электроэнергия к шахте будет подводиться по ВЛ АС-70.

Параметры выбранных воздушных и кабельных линий сводятся в таблицу 3.2.

Выбранные кабельные линии проверяются по потерям напряжения. Минимально допустимое напряжение у потребителя 5700 вольт, то есть позволительная потеря напряжение в линии от трансформатора до потребителя 900 вольт.

Потери напряжения в кабельных линиях 6 кВ определяются по формуле гдерасчётный ток соответствующего участка сети;

li — длина i-ого участка линии;

z0i — полное удельное сопротивление i-ого участка линии, оно определяется по выражению где r0i, x0i — соответственно удельные активное и реактивное сопротивления i-ого участка линии, определяемые по /2/.

Таблица 2. — Расчёт и выбор воздушных и кабельных линий

Таблица 3. -Падение напряжения в линиях

При расчёте потерь напряжения в линии напряжением 110 кВ необходимо учитывать влияние ёмкости сети. Определение потерь напряжения в этой линии ведётся в следующем порядке:

Вычисляются активная и реактивная мощности, передаваемые по одной цепи ВЛ по формулам где tg цк — коэффициент реактивной мощности с учётом компенсации реактивной нагрузки, тогда Определяется активная составляющая напряжения на вводе ГПП по формуле где U1 — напряжение в начале ВЛ, U1=115 кВ;

r0, x0 — соответственно удельные активное и реактивное сопротивления ВЛ, определяются по [3], r0=0.46 Ом/км, x0=0441 Ом/км;

lвл — длина ВЛ, lвл=8 км.

Вычисляется реактивная составляющая напряжения на вводе ГПП по формуле Определяется подводимое к трансформатору ГПП напряжение как Фактическая величина падения напряжения на ВЛ ДUФ. ВЛ=U1-U2=115−114.75=0.25 кВ.

Характеристики выбранных кабелей приведены в таблице 4.

Таблица 4. — Характеристики выбранных кабелей

4. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Расчёт токов короткого замыкания необходим для правильного выбора и проверки элементов схемы электроснабжения и параметров релейной защиты. При расчёте определяются токи трёхфазного тока короткого замыкания и установившееся значение мощности короткого замыкания.

Расчётные точки короткого замыкания выбираются на вводе ГПП, на вторичной стороне силовых трансформаторов ГПП, на шинах ЦПП и РПП, на первичной и вторично ПУПП участка (рис. 4.1).

Для простоты расчётов за базисную величину мощности принимается Sб=100 МВА. За базисное напряжение рассматриваемой ступени принимается величина на 5% большая номинального напряжения этой ступени.

В соответствии с принятыми базисными величинами для рассматриваемой ступени трансформации определяется величина базисного тока, А.

где SБ — базисная мощность, SБ=100 МВ· А;

UБi — базисное напряжение рассматриваемой ступени, UБ=1.05· UН.

Относительные активное и реактивное сопротивления участка линии Относительное реактивное сопротивление трансформатора где UК (%) — напряжение короткого замыкания трансформатора, UК (%)=17%;

Sн.тр — номинальная мощность трансформатора, Sн. тр=10 МВ· А.

Относительное сопротивление Для каждой точки короткого замыкания определяется полное суммарное сопротивление короткозамкнутой цепи в относительных единицах по формуле где r*Уi, x*Уi — соответственно сумма относительных значений активных и реактивных сопротивлений всех элементов сети, по которым проходит ток короткого замыкания.

Сопротивление энергосистемы определяется по формуле где S (3)к — установившееся значение мощности короткого замыкания энергосистемы на шинах головной подстанции, к которой подключена шахта, для сетей 110 кВ принимается S (3)к=10 000 МВ· А.

Значения относительных сопротивлений участков линии сводятся в таблицу 5.

Таблица 5 — Относительные сопротивления участков кабельных линий

Мощность энергосистемы относительно возможной мощности короткого замыкания на вводе ГПП шахты можно считать бесконечной. Исходя из этого, сверхпереходный ток короткого замыкания в рассматриваемых точках определится как Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле где ку — ударный коэффициент, определяемый как где Та — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, определяемая по выражению Мощность короткого замыкания для каждой точки определится как Результаты расчёта сводятся в таблицу 6.

Таблица 6. — Расчёт токов короткого замыкания

5. ПРОВЕРКА КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПО ТОКУ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Проверка кабелей по термической стойкости осуществляется в целях обеспечения пожаробезопасности кабелей при дуговых коротких замыканиях посредством выбранных защитных аппаратов с заданным быстродействием отключения максимальных токов трехфазного короткого замыкания. Проверка производится исходя и условия где Iп — предельно допустимый кратковременный ток короткого замыкания в кабеле. Он определяется по формуле где С — коэффициент, учитывающий конечную температуру нагрева жил при коротком замыкании, для кабелей с медными жилами с бумажной изоляцией на напряжение 6 кВ С=129 А•с½/мм, для кабелей с алюминиевыми жилами с полихлоридвиниловой изоляцией С=75 А•с½/мм;

Si — выбранное сечение жилы кабеля;

tп — приведённое время отключения, для ячеек типа КРУВ-6 tп=0.17 с; для выключателей, установленных в КРУ общепромышленного применения.

электроприёмник шахта ток замыкание

6. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ С целью уменьшения и полной ликвидации отрицательных последствий повышенного потребления реактивной мощности её следует компенсировать.

Мощность компенсирующего устройства определится

Qку=PУр•(tgце-tgцк) где tgце — естественный коэффициент реактивной мощности, tgце=QУр/PУр,

tgцк — коэффициент реактивной с учётом компенсации реактивной нагрузки, соответствующий cosцк.

Количество компенсирующих устройств определяется по формуле где Qн — номинальная реактивная мощность компенсирующего устройства, берётся из ряда номинальных мощностей конденсаторных установок (600, 900, 1350, 2700 кВ· Ар).

Так как ГПП и ЦПП питаются от различных обмоток трансформатора, то компенсирующие устройства для ГПП и ЦПП будут рассчитываться отдельно.

Для ГПП:

Тогда Принимается n1=4.

Для ЦПП:

Принимается n2=6.

К установке на ГПП принимаются 4 компенсирующих устройства мощностью по 900 кВ· Ар, на ЦПП — 6 компенсирующих устройств мощностью по 1350 кВ· Ар.

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Потери активной мощности на передачу активной нагрузки предприятия определяется как где n — число цепей ВЛ.

Потери активной мощности на передачу реактивной нагрузки предприятия определяется как где QУр — суммарная реактивная нагрузка, определяемая как Тогда Суммарные потери активной энергии на передачу активной и реактивной нагрузки шахты определяются как где фа — число часов использования максимума активных потерь /2/, фа=2500 ч.

Потери активной энергии в трансформаторе где Тп — полное число часов присоединения трансформатора к сети, определяемое как Тп=365· 24=8760 ч;

Тр — число часов работы трансформатора под нагрузкой за расчётный период, с небольшой погрешностью можно принять Тр=фа=2500 ч.

8. ИСТОЧНИКИ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА Для питания цепей управления, сигнализации, автоматики и связи, аварийного освещения, приводов выключателей и других систем и механизмов собственных нужд берётся источник оперативного тока.

В качестве последнего принимаются два трансформатора ТМ мощностями по 40 кВт, которые будут подключаться непосредственно к выходным зажимам силовых трансформаторов ГПП на стороне 6.3 кВ.

Техническая характеристика трансформаторов ТМ-40/10−65У1

Номинальная мощность Sн=40 кВ· А, Номинальное высшее напряжение Uвн=6.3 кВ, Номинальное низшее напряжение Uнн=0.4 кВ, Группа соединений обмоток Y/Zн-11,

Потери мощности холостого хода Pхх=190 Вт, Потери мощности короткого замыкания Pк=1000 Вт, Напряжение короткого замыкания Uк=4.7%,

Ток холостого хода i0=3%.

9. выбор оборудования ГПП Выбор КРУ для ГПП.

Для установки на ГПП принимаются стационарные камеры серии КСО-285 с технической характеристикой, приведённой в таблице 7.

Таблица 7. — Техническая характеристика КРУ типа КСО-285

Выбор выключателей.

Так как для установки в ячейку требуется выключатель ВМП-10, то принимается выключатель внутренней установки ВМП-10−20/630У3. Его техническая характеристика приведена в таблице 9.2.

Таблица 9.2 — Техническая характеристика выключателя ВМП -10−20/630У3

Для установки между секциями шин ГПП принимается выключатель ВМПЭ-10−630−20У3. Его основные технические данные аналогичны техническим данным выключателя ВМП-10−20/630У3, приведённым в таблице 9.2.

Отключающая способность выключателей проверяется по симметричному току отключения по следующему соотношению где Iн. ономинальный ток отключения выключателя;

I''к — ток короткого замыкания в точке установки выключателя.

Для выключателей ВМП и ВМПЭ 20 кА > 4.804 кА.

Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей.

Расчётный тепловой импульс в воздушной линии.

где tп. п — приведённое время действия короткого замыкания, tп. п=0.2 с.

Выбранное оборудование проверяется по соотношению где Iму — предельный ток термической стойкости;

tнноминальное время протекания тока короткого замыкания.

Для установки принимаются разъединители РВ-6/400У3 с технической характеристикой, приведённой в таблице 8.

Таблица 8. — Техническая характеристика РВ-6/400У3

Для установки на трансформаторной подстанции принимаются отделители типа ОД-110/1000УХЛ1 и короткозамыкатели КЗ-110УХЛ1, характеристика которых приведена в таблице 9.

Защита от перенапряжений.

Для защиты оборудования от атмосферных перенапряжений на ГПП шахты предусматривается установка вентильных разрядников типа РВС 110МУ1. Его техническая характеристика приведена в таблице 10.

Выбор трансформаторов напряжения.

Для питания цепей контроля сопротивления изоляции и подключения счетчиков принимаются трансформаторы напряжения внутренней установки типа НОМ-10−66У3 и НТМИ-6−66У3. Их характеристика приведена в таблице 11.

Для защиты трансформаторов напряжения принимаются разрядники типа РВО-6У1. Его техническая характеристика приведена в таблице 10.

Таблица 9

Техническая характеристика ОД-110/1000УХЛ1 и КЗ-110УХЛ1

Таблица 10. — Техническая характеристика РВС-110МУ1 и РВО-6У1

Таблица 11. -Техническая характеристика трансформаторов напряжения

10. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ЦПП и РПП-6

Выбор КРУ.

Так как ЦПП находится на поверхности, то для её комплектации принимаются две ячейки КРУН-6Л, которые устанавливаются на поверхности. Для комплектации РПП-6 принимаются ячейки во взрывобезопасном исполнении КРУВ-6. Техническая характеристика КРУ приведена в таблице 12.

Таблица 12. Технические данные КРУ

В качестве межсекционного выключателя на секциях шин ЦПП принимается тот же тип выключателя, что и для ГПП — ВМПЭ-10−630−20У3.

Выбор и проверка уставок КРУ.

Уставка максимальной токовой защиты (МТЗ) любого КРУ, установленного в подземных выработках шахт, выбирается исходя из условия где кн — коэффициент надёжности, принимается кн=1.2 — 1.4;

Iр.max — рабочий максимальный ток.

Для КРУ, питающих ПУПП, рабочий максимальный ток определяется как где Iн. пупп — номинальный ток защищаемой ПУПП;

Iп.max — номинальный пусковой ток наиболее крупного электродвигателя на вторичной стороне низкого напряжения ПУПП;

кт — коэффициент трансформации ПУПП.

Максимальный рабочий ток вводных и секционных КРУ ЦПП и РПП-6 определяется как где Iр. в — рабочий ток линии, питающей ЦПП или РПП-6, в аварийном режиме;

Iп.пуск — пусковой ток наиболее крупного электродвигателя, получающего питание по защищаемой ветви.

Уставка МТЗ ячеек КРУВ-6 благодаря использованию ступенчатого и плавного её регулирования может быть принята любой величины в пределах, начиная от номинального значения тока первичной цепи установленных в ячейке трансформаторов тока и кончая максимально возможной величиной 2400 А.

Проверка выбранной уставки МТЗ высоковольтного КРУ, питающего ПУПП, осуществляется по току двухфазного короткого замыкания на низкой стороне защищаемого трансформатора по формуле где I (2)к.minток двухфазного короткого замыкания на стороне вторичной обмотки (НН) трансформатора, который определяется как Уставка высоковольтной ячейки, установленной на питающей линии ЦПП и РПП-6, соответствует условиям эксплуатации, если выполняется соотношение где I (2)к.з — ток двухфазного короткого замыкания в самой удалённой точке резервируемой смежной зоны.

Результаты расчётов сводятся в таблицу 13.

Таблица 6. — Расчёт токов короткого замыкания

Принятые уставки удовлетворяют условиям эксплуатации.

Список используемой литературы

1. Справочник по проектированию электроснабжения. Под редакцией В. И. Круповича, Ю. Г. Барыбина, М. Л. Самовеа. — 3-е изд., перераб. И доп. — М. Энергия, 1980.

2. Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных шахт: Справочник/ Под общей ред. В. В. Дегтярёва, В. И. Серова, Г. Ю. Цепелинского — М.: Недра, 1988.

3. Правила устройства электроустановок. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Самохин Ф. И., Маврицин А. М., Бухтояров В. Ф. Электрооборудование и электроснабжение открытых горных работ. — М.: Недра, 1988.