Разработка электрической части подстанции с тремя уровнями напряжения

 

1. Задание на курсовой проект

В курсовом проекте необходимо разработать электрическую часть подстанции с тремя уровнями напряжения.

1.1 Исходные данные

на высшей стороне(ВН)=220 кВ - высшее напряжение связи с энергосистемой.св=2 - количество линий связи с энергосистемой.=3 - количество линий отходящих, на высшей стороне(ВН).

на средней стороне(СН)=110 кВ - среднее напряжение на подстанции=210 МВт - загрузка активной мощности, передаваемой по одной линии

на низшей стороне(НН)=10 кВ - низшее напряжение на подстанции=24 МВт - загрузка активной мощности, передаваемой по одной линииj=0,85 - коэффициент мощности нагрузки=3200 МВА - мощность системы

хс=0,32 о.е. - индуктивное сопротивление системысв=240 км - длина линий связи с энергосистемой

Рисунок 1.1 - Структурная схема подстанции

2. Определение мощности подстанций. Выбор силовых трансформаторов

Для подстанций 220 кВ при среднем напряжение 110 кВ, применяют автотрансформаторы, которые имеют меньший вес, размеры, потери короткого замыкания, более высокий КПД, а соответственно и меньшие потери напряжения и реактивной мощности. Наиболее часто на подстанциях устанавливаются два автотрансформатора. В этом случае при правильном выборе мощности автотрансформатора обеспечивается надежное питание даже при аварийном отключении одного из них. В этом случае номинальная мощность автотрансформаторов определяется из выражения: Sном.т.?(0,65÷0,7)Sрасч.мах, где 0,65÷0,7 - коэффициент, учитывающий возможность перегрузки одного из автотрансформаторов на 40%. Sном.т -номинальная мощность трансформатора, ,Sрасч.мах-мощность подстанции, МВ?А.

2.1 Выбор силовых трансформаторов

;

;

;

,

.

Выбираем мощность трансформаторов из ряда номинальных мощностей . Устанавливаем на подстанцию два трансформатора АТДТН (АТДЦТН) 200000/220.

Таблица 1 - Параметры силовых трансформаторов

Sном, МВ·АUвн кВUсн кВUнн кВ?Ixx %?Pк, кВтUк, %ВСВНСН20023012110,50,45105113220

2.2 Выбор числа отходящих линий

3. Выбор схемы электрических соединений

Главная схема электрических соединений подстанции выбирается с учетом схемы электроснабжения района.

Схема подстанции связана с назначением и способом подключения подстанции к питающей сети. Схема подстанции должна удовлетворять следующим условиям:

а) обеспечивать надежность электроснабжения потребителей подстанции и перетоков мощности по межсистемным или магистральным связям в нормальном и послеаварийном режимах;

б) гибкость и перспектива развития;

в) учитывать требования противоаварийной автоматики;

г) обеспечивать возможность проведения ремонтных и эксплуатационных работ на отдельных элементах схемы без отключения соседних присоединений.

В соответствии с этими пунктами разработаны типовые схемы распределительных устройств подстанций.

3.1 Схема подстанции на стороне ВН

Для РУ UВН = 220 кВ, с большим числом присоединений (более 5) - применим двойную систему шин с обходной.

пр= nc+n1+nтр=2+3+2=7

- количество линий связи с энергосистемой; n1 - количество отходящих линий; nтр - количество трансформаторов.

3.2 Схема подстанции на стороне СН

На стороне СН UСН =110 кВ применим двойную систему шин с обходной

пр= n2+nтр=7+2=9

3.3 Схема подстанции на стороне НН

На стороне НН применим схему с одиночной секционированной системой шин. Схема обеспечивает надежное эл. снабжение потребителей на 10 кВ, а также ограничение токов к.з. при замыкании на стороне НН

пр= n3+nтр=9+2=11

4. Расчет токов короткого замыкания

Для выбора электроаппаратов, шин, кабелей необходимо знать токи К.З. Расчетным видом КЗ является трёхфазное (как наиболее тяжелый из всех видов замыканий). Для подстанции намечают следующие токи КЗ: К-1,К-2,К-3 (рисунок 2).

Рисунок 4.1 - Схема замещения

;

;

;

.

Базисные токи:

;

;

.

Расчет ведем в относительных единицах (о.е.):

Напряжения КЗ, в %:

%

%

%

Расчет тока КЗ в точке К1:

, ,

Расчет тока КЗ в точке К2:

,

, ,

Расчет тока КЗ в точке К3:вариант:

, , с

вариант:

, , с

Таблица 4.1 - Результаты расчётов

Точка КЗ

Ino+iat, кАК12202,511,012,480,1956,021,413,7К21105,020,38712,955,74529,4536,8924,05К31055,021,8130,3817,44879,4415,360,41К31055,022,32223,5614,96745,989137,0448,28

5. Расчет токов нормального и аварийного токов

Для кВ в цепи линии

кА;

кА

в цепи трансформатора

кА;

кА

Для кВ в цепи линии

кА;

кА

в цепи трансформатора

кА;

кА

Для кВ в цепи линии

кА;

кА

в цепи трансформатора

кА;

кА

Таблица 5.1 - Результаты расчётов

В цепи W, кА0,4590,2110,159, кА0,9180,4220,318В цепи T, кА0,6560,8450,797, кА0,9511,6901,594

6. Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей

.1 Выбор типа выключателей и разъединителей

Выключатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения электрических цепей в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа.

На стороне ВН в цепи линии

Таблица 6.1 - Проверка условий выбора выключателя и разъединителя

Условия выбораКаталожные данные выключателяКаталожные данные разъединителяВГБУ-220-40/2000РДЗ.1-220/1000 НУХЛ1--- кА2?с

На стороне ВН в цепи трансформатора

Таблица 6.2 - Проверка условий выбора выключателя и разъединителя

Условия выбораКаталожные данные выключателяКаталожные данные разъединителяВГБУ-220-40/2000РДЗ.1-220/1000 НУХЛ1--- кА2?с

На стороне СН в цепи линии

Таблица 6.3 - Проверка условий выбора выключателя и разъединителя

Условия выбораКаталожные данные выключателяКаталожные данные разъединителяВГБУ-110-40/2000У1РДЗ.1-110/1000 УХЛ1--- кА2?с

На стороне СН в цепи трансформатора

Таблица 6.4 - Проверка условий выбора выключателя и разъединителя

Условия выбораКаталожные данные выключателяКаталожные данные разъединителяВГБУ-110-40/2000У1РДЗ.1-110/1000 УХЛ1--- кА2?с

На стороне НН в цепи линии

Таблица 6.5 - Проверка условий выбора выключателя

Условия выбораКаталожные данные выключателяVD4-1220-63

На стороне НН в цепи трансформатора

Таблица 6.6 - Проверка условий выбора выключателя

Условия выбораКаталожные данные выключателяVD4-1220-63

6.2 Выбор шин

Для РУ напряжением 35 кВ и выше используются гибкие шины, выполненные проводами АС и АСО. В установках напряжением до 20 кВ применяются жесткие алюминиевые шины с сечением различной формы. Согласно ПУЭ сборные шины и ошиновку выбираем по длительно допустимому току. Определение сечения шин производится по условию нагрева, т.е. по рабочему максимальному току.

Условие выбора шин по условию нагрева

Допущения при выборе гибких шин:

а) шины выполнены из голых проводов на открытом воздухе, на термическую стойкость короткого замыкания не проверяют;

б) гибкие шины РУ при Iпо < 20 кА не проверяют на электродинамическое действие токов КЗ;

в) проверка по условиям короны выполняется при напряжении 35 кВ и выше. Причем если шины выполнены из проводов сечением, равным или больше АС - 70 для 110 кВ; АС - 240 для 220 кВ, АС - 2x500 для 500 кВ, проверка по условиям короны не требуется.

На стороне ВН

Принимаем гибкие шины из сталеалюминевого провода марки 2×АС-240/32

Условие выбора шин по току выполняется.Принятое сечение больше минимального по условию короны

Проверка шин на термическое и электродинамическое действие тока КЗ не производится.

На стороне СН

Принимаем гибкие шины из сталеалюминевого провода 2×АС-400/64

Условие выбора шин по току выполняется. Принятое сечение больше минимального по условию короны

Проверка шин на термическое и электродинамическое действие тока КЗ не производится.

На стороне НН

Принимаем жесткие алюминиевые шины прямоугольного сечения.

Выбираем сечение шин (h=10 мм, b=100 мм)

Проверка на термическую устойчивость

,

Проверка на механическую прочность

Наибольшее удельное усилие

,

где а=0,8 м - расстояние между фазами; - ударный ток на стороне низшего напряжения, кА.

Изгибающий момент

,

,

где - момент сопротивления шин; - допустимое механическое напряжение в материале шин, для алюминия.

6.3 Выбор трансформаторов тока

Рисунок 6.1 - Измерительные приборы в цепи подстанции

На ВН трансформаторы встроены в силовые трансформаторы.

Таблица 6.7 - Подсчет нагрузки трансформаторов тока на ВН

ПриборНагрузка по фазамТипАВСАмперметр0,50,50,5Э335Итого:0,5

Таблица 6.8 - Подсчет нагрузки трансформаторов тока на СН

ПриборНагрузка по фазамТипАВСАмперметр0,50,50,5Э335Ваттметр0,50,5Д335Варметр0,50,5Д335Счетчик активной мощности0,050,05СЭТ3Счетчик реактивной мощности0,050,05СЭТ3Итого:1,61,6

Таблица 6.9 - Подсчет нагрузки трансформаторов тока на НН

ПриборНагрузка по фазамТипАВСАмперметр0,50,50,5Э335Ваттметр0,50,5Д335Варметр0,50,5Д335Счетчик активной мощности0,050,05СЭТ3Счетчик реактивной мощности0,050,05СЭТ3Итого:1,61,6

Полная мощность приборов

; ;

Сопротивление приборов

;

;

,

где I2 - вторичный номинальный ток.

На стороне ВН принимаем ТВТ-220-I-1000/5 по [1, с.321]

;

Вторичная нагрузка трансформатора

,

где rk - сопротивление контактов (rk=0,1 Ом, при большом числе приборов; rk=0,05 при малом количестве приборов).

;

Принимаем провод марки АКВРГ 4 мм2. В соответствие с qст найдем сопротивление проводов

,

где ? - удельное сопротивление повода (для алюминия ?=0,0283).

Вторичная нагрузка

Таблица 6.10 - Расчетные и каталожные данные трансформаторов тока на стороне высокого напряжения

Условия выбораРасчетные данныеКаталожные данные ТВТ-220-I-1000/5ВНUуст?UномUуст=220 кВUном=220 кВIраб.мах?IномIраб.мах=588 АI1ном=1000 АZ2?Z2номZ2=0,71 ОмZ2ном=2,0 ОмВк?(ктI1ном)2tтерВк=1,41кА2сВк=1875 кА2с

На стороне CН принимаем ТВТ-110-I-2000/5

;

Вторичная нагрузка трансформатора

,

где rk - сопротивление контактов (rk=0,1 Ом, при большом числе приборов; rk=0,05 при малом количестве приборов).

;

Принимаем провод марки АКВРГ 4 мм2. В соответствие с qст найдем сопротивление проводов

,

где ? - удельное сопротивление повода (для алюминия ?=0,0283 ).

Вторичная нагрузка

Таблица 6.11 - Расчетные и каталожные данные трансформаторов тока на стороне среднего напряжения

Условия выбораРасчетные данныеКаталожные данные ТВТ-110-I-2000/5СНUуст?UномUуст=110 кВUном=110 кВIраб.мах?IномIраб.мах=1690 АI1ном=2000 АZ2?Z2номZ2=0,69 ОмZ2ном=2,0 ОмВк?(ктI1ном)2tтерВк=36,89 кА2сВк=7500 кА2с

На стороне НН принимаем ТВТ-10-I-5000/5

;

Вторичная нагрузка трансформатора

,

где rk - сопротивление контактов (rk=0,1 Ом, при большом числе приборов; rk=0,05 при малом количестве приборов).

;

Принимаем провод марки АКВРГ 4 мм2. В соответствие с qст найдем сопротивление проводов

,

где ? - удельное сопротивление повода (для алюминия ?=0,0283 ).

Вторичная нагрузка

Таблица 6.12 - Расчетные и каталожные данные трансформаторов тока на стороне низшего напряжения

Условия выбораРасчетные данныеКаталожные данные ТВТ-10-I-5000/5ННUуст?UномUуст=10 кВUном=10 кВIраб.мах?IномIраб.мах=1594 АI1ном=5000 АZ2?Z2номZ2=0,25 ОмZ2ном=1,2 ОмВк?(ктI1ном)2tтерВк=415,3 кА2сВк=5880 кА2с

6.4 Трансформаторы тока на линии

Таблица 6.13 - Подсчет нагрузки трансформаторов тока на линии ВН

ПриборТипНагрузка по фазамАВСВНАмперметрЭ3790,50,50,5ВаттметрД3450,50,5ВарметрД3450,50,5Итого1,51,5

Таблица 6.14 - Подсчет нагрузки трансформаторов тока на линии СН

ПриборТипНагрузка по фазамАВССНАмперметрЭ3790,50,50,5ВаттметрД3450,50,5ВарметрД3450,50,5Итого1,51,5

Таблица 6.15 - Подсчет нагрузки трансформаторов тока на линии НН

ПриборТипНагрузка по фазамАВСННАмперметрЭ3790,50,50,5Счетчик активной мощностиСЭТ30,050,05Счетчик реактивной мощностиСЭТ30,050,05Итого0,60,6

Полная мощность приборов

;

;

Сопротивление приборов

; ;

,

где I2 - вторичный номинальный ток.

На стороне ВН принимаем ТВ-220-I-1000/5 по [1, с.321]

;

Вторичная нагрузка трансформатора

,

где rk - сопротивление контактов (rk=0,1 Ом, при большом числе приборов; rk=0,05 при малом количестве приборов).

;

Принимаем провод марки АКВРГ 4 мм2. В соответствие с qст найдем сопротивление проводов

,

где ? - удельное сопротивление повода (для алюминия ?=0,0283 ).

Вторичная нагрузка

Таблица 6.16 - Расчетные и каталожные данные трансформаторов тока на стороне высокого напряжения

Условия выбораРасчетные данныеКаталожные данные ТВ-220-I-1000/5ВНUуст?UномUуст=220 кВUном=220 кВIраб.мах?IномIраб.мах=918 АI1ном=1000 АZ2?Z2номZ2=0,8 ОмZ2ном=2,0 ОмВк?(ктI1ном)2tтерВк=1,41 кА2сВк=1875 кА2с

На стороне CН принимаем ТВ-110-I-600/5

;

Вторичная нагрузка трансформатора

,

где rk - сопротивление контактов (rk=0,1 Ом, при большом числе приборов; rk=0,05 при малом количестве приборов).

;

Принимаем провод марки АКВРГ 4 мм2. В соответствие с qст найдем сопротивление проводов

,

где ? - удельное сопротивление повода (для алюминия ?=0,0283 ).

Вторичная нагрузка

Таблица 6.17 - Расчетные и каталожные данные трансформаторов тока на стороне среднего напряжения

Условия выбораРасчетные данныеКаталожные данные ТВ-110-I-600/5СНUуст?UномUуст=110 кВUном=110 кВIраб.мах?IномIраб.мах=422 АI1ном=600 АZ2?Z2номZ2=0,69 ОмZ2ном=2,0 ОмВк?(ктI1ном)2tтерВк=36,89 кА2сВк=675 кА2с

На стороне НН принимаем ТПЛК-10-У3

;

Вторичная нагрузка трансформатора

,

где rk - сопротивление контактов (rk=0,1 Ом, при большом числе приборов; rk=0,05 при малом количестве приборов).

;

Принимаем провод марки АКВРГ 4 мм2. В соответствие с qст найдем сопротивление проводов

,

где ? - удельное сопротивление повода (для алюминия ?=0,0283).

Вторичная нагрузка

Таблица 6.18 - Расчетные и каталожные данные трансформаторов тока на стороне низшего напряжения

Условия выбораРасчетные данныеКаталожные данные ТПЛК-10-У3ННUуст?UномUуст=10 кВUном=10 кВIраб.мах?IномIраб.мах=318 АI1ном=400 АZ2?Z2номZ2=0,2 ОмZ2ном=0,4 ОмВк?(ктI1ном)2tтерВк=415,3 кА2сВк=588 кА2с

6.5 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения или и для отделения цепей измерения и релейной защиты от цепей высокого напряжения.

Трансформаторы высокого напряжения подбираются по следующим параметрам:

уст ? Uном

С учётом конструкции и схемы соединения обмоток.

С учётом класса точности S2 < S2 ном.

Таблица 6.19 - Измерительные приборы на подстанции ВН [2, с.366]

ПриборТипМощность ВАКол-во обмотокКол-во приборовПотребляемая мощностьР, ВтQ, ВарВНВаттметрД345224160ВарметрД345224160ВольтметрЭ37921120

Таблица 6.20 - Измерительные приборы на подстанции СН [2,стр366]

ПриборТипМощность ВАКол-во обмотокКол-во приборовПотребляемая мощностьР, ВтQ, ВарСНВаттметрД3452210400ВарметрД3452210400Счетчик активной энергииСЭТ321240Счетчик реактивной энергииСЭТ341280ВольтметрЭ37921120

Таблица 6.19 - Измерительные приборы на подстанции НН [2,стр366]

ПриборТипМощность ВАКол-во обмотокКол-во приборовПотребляемая мощностьР, ВтQ, ВарННВаттметрД34522140ВарметрД34522140Счетчик активной энергииСЭТ3216120Счетчик реактивной энергииСЭТ3416240ВольтметрЭ37921120

.

Выбираем НФА- 220-У1(Т1), класс точности 0,5 [1,стр336].

ном = 200?3=600 В·А.

Выбираем НФА -110-У1 ХЛ1, класс точности 0,5.

ном = 150?3=450 В·А.

Выбираем НОМ-10-66У2, класс точности 0,5.

ном = 75?3=225 В·А.

Таблица 6.20 - Расчетные и каталожные данные

Условия выбораРасчётные величиныКаталожные данныеВНUуст ? UномUуст =220 кВUном =220 кВS2 ? S2 номS2 = 34 В·АS2ном = 600 В·АСНUуст ? UномUуст = 110 кВUном = 35 кВS2 ? S2 номS2 = 94 В·АS2ном = 450 В·АННUуст ? UномUуст =10 кВUном = 10 кВS2 ? S2 номS2 = 44 В·АS2ном = 225 В·А

Сечение проводов (по условию механической прочности) принимают 1,5 мм2 для медных жил и 2,5 мм2 для алюминиевых жил.[2,стр376]

Для ВН, СН и НН применяю кабель АКРВГ 2,5 мм2

7. Выбор трансформаторов собственных нужд

Потребители собственных нужд подстанции:

электродвигатели обдува трансформаторов;

обогреватели приводов отделителей, короткозамыкателей, выключателей и шкафов комплектных распределительных устройств (КРУ);

освещение подстанции;

компрессорные установки;

зарядные и подзарядные устройства.

Напряжение сети на подстанции с постоянным оперативным током принимается 220-380 В с заземленной нейтралью.

Мощность потребляемая собственными нуждами

Устанавливаем трансформатор ТМ 400/0,4.

8. Расчет заземляющего устройства

Все металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением, но имеющие возможность оказаться под напряжением из-за повреждения изоляции, должны надежно соединяться с землей.

В электрических установках заземляются корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, каркасы распределительных щитов, пультов, шкафов, металлические конструкции распределительных устройств, металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и броня кабелей, проводов, металлические конструкции зданий и сооружений и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования.

Определим расчетную длительность воздействия

,

где - общее время отключения выключателя.

С учетом длительности воздействия, по [1] находим наибольшее допустимое напряжение прикосновения

В реальных условиях удельное сопротивление грунта неодинаково по глубине. В расчетах многослойный грунт представляется двухслойным: верхний толщиной h с удельным сопротивлением , нижний с удельным сопротивлением . Величины, , , h определяются на основе замеров. По [1] примем

Определим коэффициент прикосновения

где M - параметр, зависящий от отношения , М = 0,806 при - площадь, м2;

- длина вертикальных заземлителей;

- суммарная длина всех горизонтальных заземлителей, определяется по плану подстанции (рисунок 5),

а - расстояние между вертикальными заземлителями, а = 5 м,

- коэффициент, определяемый по сопротивлению тела человека и сопротивлению растекания тока от ступней

,

,.

Рисунок 8.1 - Заземляющее устройство подстанции

Определяем напряжение на заземлителе

,

Допустимое сопротивление заземляющего устройства можно определить по выражению

Ом,

где - ток, стекающий с заземлителя при однофазном коротком замыкании на землю, кА.

кА.

кА

подстанция ток трансформатор перенапряжение

Для дальнейшего расчета заменяется сложный действительный заземлитель подстанции на более простую квадратную расчетную модель. Замена производится из условия равенства площадей реального заземляющего устройства и его модели. Длина стороны модели определится из следующего выражения

м

Определим число ячеек расчетной модели

,

принимаем m = 14.

Длина полос

м

Длина сторон ячейки

м

Общая длина вертикальных заземлителей

м

Относительная глубина

<0,05<0,1

тогда

.

По таблице /1, с.600/ для условий

= 8,3

= 2,

находим = 1,4, тогда Ом×м.

Найдем общее сопротивление заземлителя

Ом.

Общее сопротивление заземлителя должно быть меньше допустимого

,58 Ом 1,37 Ом.

Так как необходимое условие выполняется, то делаем вывод о пригодности заземляющего устройства.

Найдем напряжение прикосновения

В,

Проверим по напряжению прикосновения

,

,6 В 400 В

Заземление обеспечиваем ячейками 5×5м с вертикальными заземлителями по периметру длинной 5м.

9. Защита от перенапряжений. Выбор ОПН

Для защиты от атмосферных перенапряжений и кратковременных внутренних напряжений изоляции ВЛ и трансформаторов на сторонах ВН, СН, НН. Ограничители перенапряжений типа: ОПН110. На подстанции напряжением 110 кВ режим заземления нейтрали трансформаторов с учетом класса изоляции нейтрали, допустимых значений токов однофазного КЗ действие релейной защиты.

Постоянное заземление нейтрали должны иметь все автотрансформаторы 220кВ.

Рисунок 9.1 - План размещения ОПН

Список используемой литературы

1.Рожков Л.Д., Козулин В.С. Проектирование электрической части станций и подстанций. Учебник для техникумов-М.: Энергия, 1980-608с.

2.Неклепаев Б.И., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстаннации: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования.-М.: Энергоиздат, 1989-608с.

.Гук Ю.Б., Петрова С.С. Проектирование электрической части станций и подстанций. Учебное пособие для вузов- Л.: Энергоиздат 1988-204с.

.Электрическая часть станций и подстанций. Методическое указание по курсовому проектированию для студентов специальности 10.04-Электрические станции (сост. Ермаков В.А., КрПИ, Красноярск, 1992 40 с.).

1. Задание на курсовой проект В курсовом проекте необходимо разработать электрическую часть подстанции с тремя уровнями напряжения. 1.1 Исходные д

Больше работ по теме: