Расчет подстанции 35/6 кВ

 

Санкт-Петербургский государственный аграрный университет

Расчет подстанции 35/6 кВ

1. Введение

Для экономичной передачи и распределения электроэнергии требуется ее преобразование (повышение или понижение напряжения).

Электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии, состоящая из трансформаторов, распределительных устройств, устройств управления и других вспомогательных сооружений называется трансформаторной подстанцией.

Часть подстанции, предназначенная непосредственно для приема и распределения электроэнергии, содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, устройства защиты, автоматики и измерительные приборы, а также другую вспомогательную аппаратуру, называется распределительным устройством.

В сельских электрических сетях применяют одно- и двухтрансформаторные подстанции. Двухтрансформаторные подстанции обеспечивают более надежное электроснабжение потребителей.

2. Выбор главной схемы подстанции

Рисунок 2.1. Главная электрическая схема подстанции

Таблица 2.1. Перечень оборудования главной схемы подстанции

ОбозначениеНаименованиеТипW1...W2Питающие линииQS1...QS4РазъединителиРДЗ-2-35/1000 УХЛ1QR1... QR2ОтделителиОД-35/630 У1QN1... QN2КороткозамыкателиКРН - 35 У1FV1...FV6Ограничители перенапряженияОПН-П1-35/40,5/10/2УХЛ2FV7...FV12Ограничители перенапряженияОПН-П1-6/6,9/10/2УХЛ(1,2)Т1...T2Силовые трансформаторыТМН - 2500/35 FU1...FU6ПредохранителиПКТ-101-6-10-40УЗFU7...FU12ПредохранителиПКТ-101- 6 - 31,5 - 40У3Q1...Q9Выключатели вакуумныеВВ/TEL-10-20/1000 У2Т3...T4Трансформаторы собст. нуждТМ - 100/6 ТА1...2Трансформаторы токаТФЗМ-35АТА3...8Трансформаторы токаТВЛМ-6ТV1...2Трансформаторы напряженияНТМИ-6УЗ

Рисунок 2.2. Эквивалентная схема замещения сети

. Описание работы схемы

Питание потребителей 1 категории осуществляется по двум линиям через два силовых трансформатора.

Со стороны высшего напряжения цепь коммутируется неавтоматически - используются ручные разъединители QS1 и QS2 (что экономит средства: дешевле, чем масляные выключатели), выключаемые без нагрузки. Разъединители соединены с устройством заземления и включаются через привод, установленный на расстоянии от разъединителя (для электробезопасности обслуживающего персонала).

Между питающими линиями на стороне высшего напряжения установлена неавтоматическая перемычка с двумя разъединителями QS3 и QS4 (в нормальном режиме один из разъединителей разомкнут).

Со стороны высшего и низшего напряжения установлены разрядники FV1...FV12, защищающие оборудование от атмосферных (со стороны высшего) и коммутационных (со стороны низшего напряжения) перенапряжений, в результате которых происходит пробой искрового промежутка в разряднике и разряд уходит в землю через устройство заземления. При внутренних повреждениях (межвитковых к.з.) силового трансформатора Т1 сработает релейная защита, подающая сигнал на короткозамыкатель QN1, который создает искусственное к.з. и линия отключается. После этого отключается отделитель QR1 (за 0,2 секунды). Затем срабатывает автоматическое повторное включение линии (АПВ), при этом выключается масляный выключатель Q1 и включается автоматический ввод резерва (АВР) (масляный выключатель Q3).

Если возникает устойчивое к.з. на второй линии W2, то отключается Q2 и включается АВР. При этом все потребители питаются от трансформатора Т1, который работает с перегрузкой. Так как работа трансформатора с перегрузкой возможна лишь кратковременно, то вручную отключают разъединитель QS2 (без нагрузки!). Далее замыкают разъединители QS3 и QS4 на перемычке и от линии W1 запитывают трансформатор Т2. Затем включают масляный выключатель Q2 и отключают Q3 (АВР).

Трансформаторы собственных нужд Т3 и Т4 (типа ТМ160/6) необходимы для освещения подстанции и обогрева коммутирующей аппаратуры. Измерительные трансформаторы напряжения TV1..TV2 служат для питания параллельных катушек измерительных приборов.

Измерительные трансформаторы тока TА1..TА10 служат для питания последовательных катушек измерительных приборов и реле.

4. Определение количества и мощности силовых трансформаторов и трансформаторов собственных нужд

Для обеспечения надежности электроснабжения потребителей 1 категории на подстанциях устанавливают два силовых трансформатора (для случая аварийного отключения одного из них).

Мощность трансформаторов выбирается из условия:

. при работе обоих трансформаторов и резервировании этими трансформаторами других подстанций

МВА,

где - расчетная мощность на шинах низкого напряжения, МВА; - требуемая резервируемая мощность для других подстанций, МВА; - коэффициент перегрузки.

. при выходе из строя одного из трансформаторов и резервировании рабочего трансформатора от других подстанций

МВА,

где - требуемая резервируемая мощность от другой подстанции, МВА.

При наибольшей из полученных мощностей выбираю трансформаторы:

ТМН-2500/35 с паспортными данными:

; м.

А;

А.

На всех двухтрансформаторных подстанциях 35...110 кВ необходимо установить не менее двух трансформаторов для питания оборудования собственных нужд подстанций:

- устройств обогрева выключателей и шкафов РУ с установленными в них электрическими аппаратами и приборами;

- электрического освещения;

- систем сигнализации и пожаротушения.

Номинальную мощность трансформаторов выбирают по расчетной мощности потребителей собственных нужд, составляющей около 5% от расчетной мощности подстанции:

кВА

Выбираю два трансформатора ТМ-100/6 с паспортными данными:

.

5. Расчет токов короткого замыкания

Произведу расчет токов короткого замыкания для:

- проверки чувствительности защит,

- выбора и проверки оборудования подстанции на термическую и электродинамическую стойкость.

Рисунок 5.1. Расчетная эквивалентная схема сети

Величины напряжения при работе РПН (регулирование под нагрузкой):

(; ; ;

).

кВ,

кВ,

кВ<кВ - условие выполнено.

Расчет сопротивления трансформатора:

Ом,

Ом,

Ом.

Расчет токов короткого замыкания в точке К1:

кА,

где кВ, Ом.

кА.

Ударный ток:

кА,

где - постоянная времени, с,

- ударный коэффициент.

Расчет токов короткого замыкания в точке К2:

кА,

где Ом.

кА.

Ток короткого замыкания, приведенный к высшему напряжению:

кА,

кА,

кА.

Ток короткого замыкания, приведенный к низшему напряжению:

кА,

(кВ);

кА,

(кВ);

кВ.

Ударный ток:

кА,

где с, Ом,

.

6. Выбор и проверка электрических аппаратов и токоведущих частей на стороне высшего напряжения

Коммутационные аппараты.

Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей проводится по условиям:

- по напряжению: Uном ³Uуст;

- по току: Iном?Iрmax;

- по электродинамической стойкости: , где - предельный сквозной ток;

- по термической стойкости: , где - предельный ток термической стойкости, - время протекания тока , - приведенное время действия тока короткого замыкания (3 сек.).

) Разъединитель - коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения линии без нагрузки (для обеспечения безопасного изоляционного промежутка между контактами), для создания видимого разрыва между частями, оставшимися под напряжением для проведения ремонтных работ. Выключается и включается с помощью ручного рычажного привода.

Выбираю разъединитель для наружной установки РДЗ-2-35 УХЛ1: Р - разъединитель, Д - двухколонковый, З - с заземляющими ножами, 2 - число разъединяющих ножей, У - для районов с умеренным климатом, ХЛ - для районов с холодным климатом.

Паспортные данные: Uном =35кВ, Iном=1000А, =63кА, =25кА, =3с.

Результаты расчетов сведены в таблицу 6.1.

) Отделитель - отделяющий разъединитель для отключения поврежденного силового трансформатора при сохранении нормального питания исправного трансформатора. Выполняются однополюсными, соединяются на месте монтажа в трехполюсный аппарат. Отключаются автоматически, включаются ручным приводом.

Выбираю отделитель ОД-35/630У1: О - отделитель, Д - двухколонковый, У - для районов с умеренным климатом, 1 - для работы на открытом воздухе.

Паспортные данные: Uном =35кВ, Iном=630А, =80кА, =12,5кА, =3с.

Результаты расчетов сведены в таблицу 6.1.

) Короткозамыкатель - короткозамыкающие разъединители для создания мощных искусственных к.з. на питающих линиях, которые затем отключаются выключателями. Выполняются двухполюсными. Включаются автоматически, выключаются ручным приводом.

Выбираю короткозамыкатель КРН-35У1: К - короткозамыкатель, Р - рубящего типа, Н - наружной установки, У - для районов с умеренным климатом, 1 - для работы на открытом воздухе.

Паспортные данные: Uном =35кВ, =42кА, =12,5кА, =3с.

Результаты расчетов сведены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1.

Условия выбора и проверкиРасчетное значениеПаспортные данныеРазъединитель РДЗ-1-35/1000УХЛОтделитель ОД-35/630У1Короткозамыкатель КРН-35У1Uном ³Uуст35 кВ35 кВ35 кВ35 кВIном?Iрmax41,29 А1000 А630 Абез проверки6,524 А63 кА80 кА42 кА

=

=

=

=Тип приводаПВ-20У2ПРО-1У1ПРК-1У1

Измерительные аппараты.

Трансформаторы тока - служат для снижения токов до значений, которые могут быть измерены стандартными измерительными приборами (с пределами измерений по току 5 А), обеспечивая безопасность измерений (защита от токов первичных цепей), удобство обслуживания и питание измерительных приборов.

Коэффициент трансформации тока:

,

выбираю Ктр=100/5=20.

Выбираю трансформатор тока ТФЗМ-35А 100/5: Т - трансформатор тока, A - с фарфоровой изоляцией, З - с обмотками звеньевого типа, М - маслонаполненные, А - категория внешней изоляции по длине пути утечки.

Паспортные данные: Uном =35кВ, I1ном=100А, I2ном=5А,=31кА, =5,8кА, =3с, класс точности - 1.

Ток вторичной обмотки трансформатора тока, вызванный протеканием номинального рабочего тока в первичной обмотке:

А.

Проверка по напряжению: Uном ³Uуст, 35 кВ ³ 35 кВ.

Проверка по току: Iном?Iрmax, 100А ³ 41,29А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 31кА ³ 6,524кА.

Проверка на термическую стойкость: , .

Условия выполнены.

Токоведущие части.

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС, которые крепятся на фарфоровых изоляторах. На шины присоединяются все токоведущие части оборудования подстанции.

Выбираю сечение провода по экономической плотности тока:

мм2,

где j =1,1А/мм2 - экономическая плотность тока при числе часов использования максимума нагрузки в год Т=3000…5000ч;

А.

Выбираю сечение по термической стойкости:

мм2< 95 мм2.

Проверяю провод по условию короны:

мм, ,

или мм2 - допустимое минимальное сечение в соответствии с ПУЭ табл.2.5.6 и соответствует мм.

Окончательно выбираю провод АС 95/15,9.

Защитные аппараты:

Ограничитель напряжения (нелинейные) - служат для защиты изоляции электрооборудования подстанции от атмосферных (молнии), наведенных (со стороны оборудования подстанции) и коммутационных перенапряжений.

Выбираю ограничитель перенапряжения ОПН-П1-35/40,5/10/2УХЛ2: О - ограничитель, П - перенапряжения, Н - нелинейный, П - полимерный, 1 - одноколонковый, 35 - для распред. сетей 35 кВ, 40,5 - наиболее длительно допустимое рабочее напряжение, 10 - номинальный разрядный ток.

7. Выбор и проверка электрических аппаратов и токоведущих частей на стороне низшего напряжения

электрический подстанция трансформатор ток

Коммутационные аппараты.

Выключатели вакуумные - высоковольтные выключатели, служат для включения и отключения электрических цепей под нагрузкой и при коротких замыканиях.

Выбираю выключатель ВВ/TEL-10-20/1000 У(1,2): В - выключатель, В - вакуумный, ТЕL - фирменная марка предприятия, 10 - номинальное напряжение сети, 20 - номинальный ток отключения кА, 1000 - номинальный ток А, У - для умеренного климата, 1,2 - для установки на открытом воздухе и в помещениях.

Паспортные данные: Uном =10кВ, Iном=1000А, Iотк.н=20кА,=32кА, =3с, =20кА.

Проверка по напряжению: Uном ³Uуст, 10 кВ ³ 6 кВ.

Проверка по току: Iном?Iрmax, 1000А ³ 229,38А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 32кА ³ 8,55кА.

Проверка на термическую стойкость: , .

Условия выполнены.

Предохранители - служат для отключения электрической цепи при появлении токов короткого замыкания или опасных токов перегрузки, устанавливаются в РУ0,4 кВ.

Для защиты трансформаторов собственных нужд выбираю предохранители

ПКТ-101-6-10-31,5УЗ: П - предохранитель, К - короткозамкнутый, Т- токоограничивающий.

Проверка по напряжению: Uном ³Uуст, 6 кВ ³ 6 кВ.

Проверка по току: Iном?Iрmax,

А,

А ³ 9,6А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 31,5кА ³ 8,55кА.

Проверка на термическую стойкость: , .

Для защиты трансформаторов напряжения выбираю

Для защиты трансформаторов напряжения выбираю предохранители

ПКТ-101-6-31,5-40УЗ: П - предохранитель, К - короткозамкнутый, Т- токовый.

Проверка по напряжению: Uном ³Uуст, 6 кВ ³ 6 кВ.

Проверка по току: Iном?Iрmax, А, 31,5А ³ 28,9А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 31,5кА ³ 8,55кА.

Проверка на термическую стойкость: ,

Для защиты трансформаторов напряжения выбираю

Измерительные аппараты.

Рис. 7.1. Схема подключения измерительных приборов через трансформатор тока

Трансформаторы тока - служат для снижения токов до значений, которые могут быть измерены стандартными измерительными приборами (с пределами измерений по току 5 А), обеспечивая безопасность измерений (защита от токов первичных цепей), удобство обслуживания и питание измерительных приборов.

,

выбираю Ктр=300/5=60.

Выбираю трансформатор тока ТВЛМ-6 300/5: Т - трансформатор тока, В - встроенный, Л с литой изоляцией, М - модернизированный.

Паспортные данные: Uном =6кВ, I1ном=300А, I2ном=5А,=35,2кА,=15кВА, =20кА, =3с, класс точности - 1.

Ток вторичной обмотки трансформатора тока, вызванный протеканием номинального рабочего тока в первичной обмотке:

А.

Проверка по напряжению: Uном ³Uуст, 6 кВ ³ 6 кВ.

Проверка по току: Iном?Iрmax, 300А ³ 229,38А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 35,2кА ³ 8,55кА.

Проверка на термическую стойкость: , .

Условия выполнены.

В качестве подключаемых измерительных приборов выбираем: амперметр, ваттметр, счетчики активной и реактивной мощности, устанавливаемые в РУ 6кВ.

Таблица 7.1.

ПриборТипНагрузка по фазам, ВААмперметрЭ-3350,5--ВаттметрД-3350,5-0,5Счетчики энергииактивнойСАЗ-6812,5-2,5реактивнойСРЗ-6822,5-2,5Итого:6,0-5,5

Трансформаторы напряжения - служат для включения и питания катушек измерительных приборов, реле защиты и автоматики, приборов сигнализации. Выбираю трансформатор напряжения НТМИ-6УЗ: Н - трансформатор напряжения, Т - трехфазный, М - с естественным масляным охлаждением, И - измерительный.

Паспортные данные: Uном=6кВ, Uном2=100А, схема соединения -10, классы точности 0,5 (ВА), 1 (ВА), 3 (ВА).

Проверка по напряжению: Uном ³Uуст, 6 кВ ³ 6 кВ.

Проверка по вторичной нагрузке:

В качестве подключаемых измерительных приборов выбираем вольтметр, счетчик активной и реактивной энергии, установленные в РУ 6кВ:

Таблица 7.2.

ПриборТипКолРпотр,ВтQпотр,ВтРS, ВтQS, ВтВольтметрЭ-33522-4-Счетчики энергииактивнойСАЗ-681549,72048,5реактивнойСРЗ-6825614,53072,5Итого:54121

ВА.

Условия выполнены.

Защитные аппараты:

Ограничители перенапряжения - служат для защиты изоляции электрооборудования подстанции от атмосферных (молнии), наведенных (со стороны оборудования подстанции) и коммутационных перенапряжений.

Выбираю ограничитель перенапряжения ОПН-П1-6/6,9/10/2УХЛ(1,2): О - ограничитель, П - перенапряжения, Н - нелинейный, П - полимерный, 1 - одноколонковый, 6 - для сетей 6 кВ, 6,9 - наиболее длительно допустимое рабочее напряжение, 10 - номинальный разрядный ток.

Токоведущие части.

В закрытых РУ 6кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами.

А.

Выбираем шину сечением F=75мм2 (25х3) с Iдоп=265А.

Проверка на термическую стойкость:

мм2< 75 мм2 - условие выполнено.

Проверка на электродинамическую стойкость:

Рассчитаю напряжение в шине из условия:

,

где =82 МПа - допустимое напряжение для алюминиевых шин.

,

где М - изгибающий момент, Нм; W - момент сопротивления, м3.

,

где f - удельная сила на изгиб шины,

l = 150см=1,5м - расстояние между опорными изоляторами.

,

где кф =1 - коэффициент формы, а =15см = 0,15м - расстояние между шинами.

Н/м.

Нм.

.

МПа.

- условие выполнено.

. Расчет заземляющего устройства

В соответствии с ПУЭ для обеспечения нормальной работы оборудования подстанции и обеспечения безопасных условий для его эксплуатации необходимо выполнить заземляющее устройство ТП, выполненное в виде заземляющей сетки из соединенных продольных и поперечных стальных полос под РУ 6кВ.

Допустимое сопротивление заземляющего устройства на подстанции 35 кВ должно быть не более 4 Ом.

Рисунок 8.1. Эскиз заземляющей сетки для РУ 6кВ

Дано: Ом×м - сопротивление верхнего слоя грунта,

Ом×м - сопротивление нижнего слоя грунта,

м - глубина верхнего слоя грунта,

м - глубина прокладки горизонтального заземлителя,

м - длина верхнего электрода (уголок равнополочный 50х50х5мм),

горизонтальный заземлитель - стальная полоса 40х4мм,

м - длина территории подстанции,

м - ширина территории подстанции,

укладываю 6 продольных полос общей длиной 39 м,

укладываю 6 поперечных полос общей длиной 26 м.

Эквивалентное сопротивление грунта:

,

где кс.г - коэффициент сезонности для горизонтального заземлителя, кг = 4,5;

кс.в - коэффициент сезонности для вертикального заземлителя, кв =1,8.

.

Сопротивление одной продольной полосы:

Ом,

где - коэффициент сезонности.

Общее сопротивление всех продольных полос:

Ом,

где - коэффициент использования, - количество продольных полос.

Сопротивление одной поперечной полосы:

Ом,

Общее сопротивление всех поперечных полос:

Ом.

Общее сопротивление сетки:

Ом.

Суммарное сопротивление естественных заземлителей и сетки:

Ом,

где Ом - сопротивление трос-опоры.

Вывод: <, 1,95Ом<4 Ом - условие выполнено.

9. Список используемой литературы

1. И.А. Будзко, Н.М. Зуль. Электроснабжение сельского хозяйства. М. Агропромиздат. 1990г.

. М.А. Шабад. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - Л.: Энергоатомиздат, 1985г. - 296 с.

. Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. - М.: Энергоатомиздат, 1989г. - 608 с.

. Правила устройства электроустановок. 7-е издание. - СПб.: Издательство ДЕАН, 2007. - 625 с.

Санкт-Петербургский государственный аграрный университет Расчет подстанции 35/6 кВ 1. Введение

Больше работ по теме: