Проект районной понизительной подстанции 110/35/10 кВ
Введение
электронагрузка подстанция трансформатор
Приоритетами Энергетической стратегии России на период до 2020 года, утвержденной Правительством РФ, являются повышение эффективности использования энергии как средства снижения энергоемкости производства и в целом затрат на собственное энергообеспечение, уменьшение вредного воздействия на окружающую среду и реализация концепции устойчивого развития. Развитие экономики России неразрывно связано с повышением эффективности использования энергоресурсов. Особое значение для укрепления энергетической безопасности государства имеет внедрение энергосберегающих технологий во все сферы деятельности человека. Недостаток энергоресурсов и необходимых видов энергии может стать тормозом в развитии отечественной экономики, которые в настоящее время демонстрируют положительную динамику. Повышение энергоэффективности - наиболее конструктивное решение данной проблемы.
1. Расчет суммарных электронагрузок на шинах всех напряжений подстанции. Определение годовых расходов активной и реактивной энергии
Расчет электрических нагрузок выполняется для определения суммарной максимальной мощности всех потребителей электроэнергии на подстанции. По полученным результатам будет произведен выбор мощности силовых трансформаторов.
Весь расчет сводится в таблицу.
Рассчитывается реактивная мощность потребителей Qм, Мвар по формуле:
(1.1)
tgц - коэффициент мощности;
Рм - активная мощность, МВт.
Рассчитывается полная мощность потребителей Sм, МВА по формуле:
(1.2)
Аналогично проводится расчёт для всех потребителей электроэнергии и сводится в таблицу 1.1.
Рассчитывается суммарная активная нагрузка на шинах низшего напряжения РåНН, МВт по формуле:
(1.3)
где N - количество потребителей на шинах одного напряжения
Суммарная реактивная нагрузка на шинах низшего напряжения QåНН, Мвар определяется по формуле:
(1.4)
Суммарная полная мощность потребителей на шинах низшего напряжения S?НН, МВА рассчитывается по формуле:
(1.5)
Аналогично проводится расчёт для среднего уровня напряжения и сводится в таблицу 1.1.
Суммарная трансформируемая нагрузка НН и СН напряжения S?ТР, МВА рассчитывается по формуле:
(1.6)
Суммарная расчетная трансформируемая нагрузка SТР РАСЧ, МВА определяется по формуле:
(1.7)
Где kсм - коэффициент смещения максимумов
МВА
Так как отсутствуют потребители на стороне ВН, то суммарная трансформируемая нагрузка и суммарная нагрузка подстанции будут совпадать.
Таблица 1. 1 - Расчет электронагрузок на шинах подстанции
Наименование потребителейPмi, МвтtgjQмi, МварSмi, МВАPå, МВтQå, МварSå, МВАSåрасч, МВАПотребители НН 1. Насосная станция КП 2. Завод спец. автомобилей 3. Завод коробок скоростей 4. Завод штампов 5. Завод метизов 12,8 6,6 5,6 9,8 5,2 0,4 5,12 2,64 2,24 3,92 2,08 13,78 7,1 6 10,5 5,6Суммарная нагрузка на шинах НН SåНН401643Потребители СН 1. Комбинат полимеров300,41232,3Суммарная нагрузка на шинах СН SåСН301232,3Суммарная трансформируемая нагрузка НН и СН SSТР702875,39Суммарная расчетная трансформируемая нагрузка SТР РАСЧ67,85
Расход активной энергии Wа, МВт*ч определяется по формуле:
(1.8)
Где Тма - годовое число часов использования максимума активной нагрузки.
МВт*ч
Расход реактивной энергии Wр, Мвар*ч определяется по формуле:
(1.9)
Где Тмр - годовое число часов использования максимума реактивной нагрузки.
Мвар*ч
Аналогично проводится расчёт для всех потребителей электроэнергии и сводится в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 - Определение расхода электроэнергии потребителями РПП
Наименование потребителяPм, МВтQм, МварТма, чТмр, чWа, МВт. чWр, Мвар. чКомбинат полимеров30127100781021,3*1049,372*104Насосная станция КП12,85,128000876010,024*1044,485*104Завод спец. автомобилей6,62,64496052403,274*1041,383*104Завод коробок скоростей5,62,24496052402,778*1041,174*104Завод штампов9,83,92435558804,268*1042,305*104Завод метизов5,22,08435558802,265*1041,223*104
. Выбор числа и мощности главных понизительных трансформаторов
Для выбора числа главных понизительных трансформаторов определяется надёжность электроснабжения.
Надёжность электропитания в основном зависит от принятой схемы электроснабжения, степени резервирования отдельных элементов системы электроснабжения (линий, трансформаторов, электрических аппаратов и др.).
От проектируемой подстанции запитаны приемники I-II категории, поэтому число трансформаторов принимаем равным двум.
Выбор номинальной мощности трансформатора производится с учетом его перегрузочной способности:
(2.1)
где SНОМ.Т - номинальная мощность трансформатора;РАСЧ. Т - расчетная мощность трансформатора.
Расчетная мощность трансформатора SРАСЧ., МВА определяется по формуле:
(2.2)
где SТР.РАСЧ - суммарная расчетная мощность, передаваемая через трансформаторы;п. ав - допускаемый коэффициент перегрузки трансформаторов в аварийном режиме, равен 1,4.
МВА
Предварительно выбираем трансформатор ТДТН 63000/110 У-1, проверяем выполнение условия (2.1)
МВА > 48,5 МВА
Определяем фактический коэффициент загрузки kз.н. в номинальном режиме по формуле:
(2.3)
где Sном.т - номинальная мощность трансформатора.
Определяем фактический коэффициент загрузки kз.ав. в аварийном режиме по формуле:
(2.4)
После выбора номинальной мощности трансформатора должно выполняться условие:
(2.5)
,08 < 1,4
Для установки на подстанции выбираются два трансформатора серии ТДТН 63000/110 У-1 - трансформатор силовой трехфазный трехобмоточный, с РПН. Технические характеристики трансформатора приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Технические характеристики трансформатора ТДТН 63000/110
ТипSном, МВ?АПределы регулированияПаспортные данныеUном обмоток, кВРк, кВтРх, кВтIх, %uк, %ВНСНННВН-СНВН-ННСН-ННТДТН-63000/11063±9x1,78%11,538,511290530,510,5187
3. Составление схемы подстанции с распределением отходящих линий по секциям и трансформаторам
Проектирование главной схемы электрических соединений включает в себя два последовательных этапа:
)составление структурной схемы (блок-схемы) (рисунок 3.1);
)выбор схем электрических соединений распределительных устройств (РУ) всех напряжений подстанции.
Рисунок 3.1 - Блок схема РПП
В мостиковых схемах транзит мощности осуществляется через рабочую перемычку с выключателем. Ремонтная перемычка служит для сохранения транзита при выводе в ремонт выключателя рабочей перемычки.
При повреждении трансформатора отключается только ближайший к нему выключатель. Транзит мощности через рабочую перемычку сохраняется. Поэтому схема применяется в случаях, когда передача транзита через подстанцию имеет большое значение для энергосистемы.
Согласно методическим указаниям [9] на сторонах ВН подстанций 35…220 кВ при необходимости секционирования линий и мощности трансформаторов до 63 МВА включительно применяются мостиковые схемы. В нашем случае для удобства ремонта любого выключателя в РУ 110 кВ и обеспечения надёжного транзита применяем схему 5АН (мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов).
Для РУ СН (35 кВ) применяем схему «Одна рабочая секционированная выключателем система шин», так как данная схема рекомендуется для применения в РУ 35 кВ и обеспечивает необходимое количество присоединений (в данном случае 4 присоединения для комбината полимеров).
На стороне НН (10 кВ) подстанции при двух трансформаторах, присоединённых к разным секциям согласно методическим указаниям [9] выбираю схему 10-1 (одна одиночная секционированная выключателем система шин). В нормальном режиме секции работают раздельно. Секционный выключатель срабатывает автоматически при авариях с одним из трансформаторов, чтобы не нарушать электроснабжение потребителей. Для этого выключатель снабжают устройством автоматического включения резервного питания (АВР).
4. Расчет токов короткого замыкания
Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов короткого замыкания, а так же для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определить токи короткого замыкания и по ним выбрать электрооборудование, защитную аппаратуру, силовые кабели и шины. Расчет токов короткого замыкания ведем в относительных единицах.
Рисунок 4.1 - Схема замещения
Зададимся базисными условиями:
Sб - базисная мощность, принимаем равной 4000 МВА;
За базисное напряжение принимаем среднее напряжение той ступени, на которой производится расчет токов к.з.:
;
;
.
Таким образом, для каждой точки к.з. будет свой базисный ток, Iб:
(4.1)
;
;
Определим параметры схемы замещения.
Ес - ЭДС системы, принимаем равной 1.
Сопротивление системы Хс, рассчитаем по формуле:
(4.2)
где Ic - ток системы, определяется отключающей способностью выключателя, принимаем равным 40 кА.
Относительное сопротивление линии Хл, определяем по формуле:
(4.3)
где х0 - удельное сопротивление линии, равное 0,4 Ом/км;
l - длина линии.
Относительное сопротивление обмотки ВН схемы замещения трехобмоточного трансформатора, приведенное к базисным условиям, Хтв, определяем по формуле:
(4.4)
где uk - напряжения короткого замыкания трансформатора для соответствующих пар обмоток, определяются из паспортных данных трансформатора, указанных в таблице 2.1
Относительное сопротивление обмотки СН схемы замещения трехобмоточного трансформатора, приведенное к базисным условиям, Хтс, определяем по формуле:
(4.5)
Относительное сопротивление обмотки НН схемы замещения трехобмоточного трансформатора, приведенное к базисным условиям, Хтн, определяем по формуле:
(4.6)
Действующее значение периодической составляющей начального (сверхпереходного) тока трехфазного короткого замыкания I» кА, определяется по формуле:
(4.7)
где Хэкв. i - эквивалентное сопротивление схемы замещения в соответствующей точке к.з.
Для точки К1 уравнение (4.7) примет вид:
Для точки К2 уравнение (4.7) примет вид:
Для точки К3 уравнение (4.7) примет вид:
Ударный ток Iуд кА, определяется по формуле:
(4.8)
где kуд - ударный коэффициент, определяется по формуле:
(4.9)
где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей
Та1=0,025с, Та2=0,02с, Та3=0,06с
Действующее значение апериодической составляющей тока к.з. в момент начала расхождений дугогасительных контактов выключателя ia.t кА, рассчитывается по формуле:
(4.10)
где t - усредненное значение собственного времени отключения выключателя, вычисляется по формуле:
(4.11)
где tс.в-собственное время отключения выключателя.
Для точки К1 tс.в= 0,045 с (для выключателя ВРС-110):
Для точки К2 tс.в= 0,055 с (выключатель ВР35НСМ):
Для точки К3 tс.в= 0,03 с (выключатель ВВ/TEL-10 - ISM15_Shell_2-У2):
Тепловой импульс тока Вк кА2*с, определяем по формуле:
(4.12)
где tоткл - время отключения тока короткого замыкания, вычисляется по формуле:
(4.13)
где t Р.З - время действия основной релейной защиты;
t ОТК.В-полное время отключения выключателя
Для точки К1:
;
;
tотк.в.=0,065 - для выключателя ВРС - 110
Для точки К2:
;
(выключатель ВР35НСМ)
;
.
;
.
Для точки К3:
;
(выключатель ВВ/TEL-10 - ISM15_Shell_2-У2)
;
.
;
.
Результаты расчета токов короткого замыкания сводятся в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 - Результаты расчетов токов короткого замыкания
Расчетная точка к.з.К1Выводы трансформаторов со стороны 110 кВ3,88,970,881,73К2Для вводного выключателя4,9511,250,2139,2Для секционного выключателя27Для отходящей линии14,7К3Для вводного выключателя12,532,639253Для секционного выключателя175Для отходящей линии96,8
. Выбор электрических аппаратов и проводников
Аппараты и проводники распределительных устройств всех напряжений выбираются по условиям продолжительного режима работы и проверяются по режиму короткого замыкания.
Расчетными токами продолжительного режима являются:
Iнорм - наибольший ток нормального режима;
Iмакс. - наибольший ток ремонтного или послеаварийного режимов, в котором часть элементов электроустановки отключена, поэтому на оставшиеся в работе элементы ложится повышенная нагрузка.
Расчет токов нормального и послеаварийного режимов
Цепь трехобмоточного трансформатора
На стороне ВН:
На стороне СН:
На стороне НН:
Цепь линии к потребителю
Для расчета максимального тока потребителя Imax, А получающего питание от четного числа линий, подключенных симметрично к двум секциям сборных шин, используется формула:
(5.1)
где Smi - мощность нагрузки единичного потребителя из таблицы 1.1.;
n - количество линий к потребителю, подключенных симметрично к двум секциям сборных шин соответствующего напряжения.
Наибольший ток нормального режима Iнорм, А рассчитывается по формуле:
(5.2)
Для потребителей СН:
Комбинат полимеров (при n=4).
;
.
Для потребителей НН:
Насосная станция КП (при n=4).
;
.
Завод спец. автомобилей (при n=4).
;
.
Завод коробок скоростей (при n=4).
;
.
Завод штампов (при n=4).
;
.
Завод метизов (при n=2).
;
.
Цепь питающей линии.
Так как потребителей на стороне ВН нет, то токи питающей линии будут такие же, что и в цепи трансформатора на стороне ВН:
;
.
Цепи секционных выключателей
В нормальном режиме секционные выключатели отключены. Максимальный расчетный ток определяется для самого неблагоприятного режима, когда питание переведено на одну секцию. Максимальный ток Imax, А рассчитывается по формуле:
(5.3)
Для шин СН:
.
Для шин НН:
.
Сборные шины.
Для шин СН:
.
Для шин НН:
.
Выбор аппаратов РУ ВН и СН.
Выбор высоковольтных выключателей:
- по напряжению установки:
(5.4)
- по длительному току:
; (5.5)
- по отключающей способности:
на симметричный ток отключения:
(5.6)
- на возможность отключения апериодической составляющей тока:
(5.7)
где вном - номинальное значение относительного содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, iа.ном - номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени ф.
на электродинамическую стойкость:
по номинальному току отключения:
(5.8)
- по ударному току:
(5.9)
где iу - ударный ток к.з. в цепи выключателя; iдин. - номинальный ток электродинамической стойкости выключателя (амплитудное значение предельного полного тока, допустимого для рассматриваемого аппарата)
на термическую стойкость (по тепловому импульсу):
(5.10)
где Вк - тепловой импульс по расчету; IT - предельный ток термической стойкости по каталогу; tТ - длительность протекания тока термической стойкости, с.
Выбор разъединителей:
- по напряжению установки:
(5.11)
- по току:
; (5.12)
- по конструкции;
по типу установки;
по электродинамической стойкости:
- по ударному току:
(5.13)
где iу - ударный ток к.з. в цепи выключателя; iдин. - номинальный ток электродинамической стойкости выключателя (амплитудное значение предельного полного тока, допустимого для рассматриваемого аппарата).
по термической стойкости (по тепловому импульсу):
(5.14)
где Вк - тепловой импульс по расчету, кА.с2; IT - предельный ток термической стойкости по каталогу; tТ - длительность протекания тока термической стойкости, с.
Выбор трансформаторов напряжения:
- по напряжению установки:
(5.15)
- по конструкции и схеме соединения обмоток;
по классу точности;
по вторичной нагрузке (данное условие будет рассчитано в разделе 11).
Выбор трансформаторов тока:
- по напряжению установки:
(5.16)
- по току:
; (5.17)
Номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току уставки, т.к. недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей;
по электродинамической стойкости:
(5.18)
где kэд - кратность электродинамической стойкости по каталогу, I1ном - номинальный первичный ток трансформатора тока.
по термической стойкости (по тепловому импульсу):
(5.19)
где Вк - тепловой импульс по расчету, кА.с2; kT - кратность термической стойкости по каталогу; tТ - длительность протекания тока термической стойкости, с;
по вторичной нагрузке (данное условие будут рассчитано в разделе 11).
Выбор ограничителей перенапряжений (ОПН):
- по напряжению:
(5.20)
Все расчетные данные выбора аппаратов РУ ВН и СН сводятся в таблицы 5.1. и 5.2.
Таблица 5.1 - Сводная таблица выбора аппаратов РУ ВН
Наименование и тип аппаратаУсловие выбораРасчетные величиныТехнические параметрыПроверка условияВакуумный выключатель ВРС-110-31,5/2500 УХЛ1Uсети=110кВUном=110кВIмах=0,463кАIном=2,5кАIп.ф=3,8кАIотк.ном=31,5кАiа.ф=0,88кАiа.ном=0,4.1,41.31,5=17,8кАiу=8,97кАiдин.=81кАВк=1,73 кА.с2Вк=31,52.3=31212 кА.с2 Разъединитель РПД-110Uсети=110кВUном=110кВIмах=0,463кАIном=1,25кАiу=8,97кАiдин.=64кАВк=1,73 кА.с2Вк=252.3= 1875кА.с2
Трансформатор тока TG 145NUсети=110кВUном=110кВIмах=0,463кАIном=500Аiу=8,97кАiдин.=81кАВк=1,73 кА.с2Вк=31,52.3=31212 кА.с2 Ограничитель перенапряжения ОПНн-110Uсети=110кВUном=110кВТрансформатор перенапряжения НКФ-110-83Uсети=110кВUном=110кВ
Таблица 5.2 - Сводная таблица по выбору аппаратов РУ СН
Наименование и тип аппаратаУсловие выбораРасчетные величиныТехнические параметрыПроверка условияВыключатель ВР35НСМ-35-20/1600 У1 (вводной выключатель)Uсети=35кВUном=35кВIмах=0,533кАIном=1,6кАIп.ф=4,95кАIотк.ном=20кАiу=11,25кАiдин.=52кАВк=39,2 кА.с2Вк=202.1200 кА.с2 Разъединитель РДЗ-35/1000 УХЛ1Uсети=35кВUном=35кВIмах=0,533кАIном=1кАiу=11,25кАiдин.=50кАВк=39,2кА.с2Вк=202.3=1200кА.с2Трансформатор токаТЛК-35-2 Класс точности 0,5Uсети=35кВUном=35кВIмах=0,533кАIном=1кАiу=11,25 кАiдин.=150кАВк=39,2кА.с2Вк=602.1=3600кА.с2Ограничитель перенапряжений ОПН-35М-У1Uсети=35кВUном=35кВВыключатель ВР35НСМ-35-20/1600 У1 (секционный выключатель)Uсети=35кВUном=35кВIмах=0,533кАIном=1,6кАIп.ф=4,95кАIотк.ном=20кАiу=11,25кАiдин.=52кАВк=27кА.с2Вк=202.1200кА.с2Разъединитель РДЗ-35/1000 УХЛ1Uсети=35кВUном=35кВIмах=0,533кАIном=1кАiу=11,25кАiдин.=50кАВк=27кА.с2Вк=202.3=1200кА.с2Трансформатор тока ТЛК-35-2 Класс точности 0,5Uсети=35кВUном=35кВIмах=0,533кАIном=1кАiу=11,25кАiдин.=150кАВк=27кА.с2Вк=602.1=3600кА.с2Выключатель ВР35НСМ-35-20/1600 У1 (комбинат полимеров)Uсети=35кВUном=35кВIмах=0,266кАIном=1,6кАIп.ф=4,95кАIотк.ном=20кАiу=11,25кАiдин.=52кАВк=14,7 кА.с2Вк=202.1200 кА.с2 Разъединитель РДЗ-35/1000 УХЛ1Uсети=35кВUном=35кВIмах=0,266кАIном=1кАiу=11,25кАiдин.=50кАВ