Выбор и расчёт электрической части подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет»

СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Электрическая часть станций и подстанций систем электроснабжения"

Выполнил:

ст.гр. И09-ЭПП-2

Виниченко А.В.

Проверила:

Бурназова Л.В.

Мариуполь 2012г.



Задание 2 - Вариант 4

Нагрузка относится к потребителям 1,2 и 3 категориям, причём нагрузки 3 категории составляют 30% от общей нагрузки. Установленые мощности приведены в таблице1.

Питание осуществляется от подстанции энергосистемы и с шин ТЭЦ по самостоятельным линиям 110кВ. Генераторы ТЭЦ и энергосистемы снабжены АРВ. Число часов использования максимума нагрузок составляет Тм = 5000 час.

Исходные данные:

Линии: Л1- 30 км, Л2 - 18 км, Л3 - 20 км.

ГенераторыГ1 и Г2: P = 150МВТ, cos = 0,86, Xd = 0,128

Трансформаторы Т1 иТ2: S = 160МВА

Данные о цеховых нагрузках сведены в таблицу 1.

Дополнительно к шинам РП подключены 4 синхронных двигателя мощностью 4500 кВт , cos = 0,9.



Содержание

1. Схема электроснабжения

2. Расчёт электрических нагрузок

2.1 Выбор и расчёт компенсирующих устройств

2.2 Выбор числа и мощности трансформаторов

2.3 Выбор трансформатора собственных нужд

3. Выбор схемы РУ высокого и низкого напряжений подстанции

4. Расчёт токов короткого замыкания

5. Выбор выключателей

5.1 Выбор разъединителей

5.2 Выбор токоведущих частей РУ

5.3 Выбор кабелей и их проверка

6. Выбор трансформаторов напряжения

6.1 Выбор трансформаторов тока

7. Выбор защиты от перенапряжения

8. Выбор источников оперативного тока

Литература.



1.Схема электроснабжения



2. Расчёт электрических нагрузок

Для каждой группы ЭП определяют расчётные активные и реактивные нагрузки:

,

_,

Суммарная силовая расчётная нагрузка в целом по подстанции определяется из соотношений

,

, (1.4)

То же с учётом коэффициента разновременности максимума нагрузки

,

,

где = 0,95 - коэффициента разновременности максимума по активной нагрузке; = 0,9 - коэффициента разновременности максимума по реактивной нагрузке.

Полная расчётная мощность на стороне низкого напряжения (НН) силовых трансформаторов по подстанции определяется по формулам



,

,

,

,

Даныые о расчётах сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчет электрических нагрузок

Наименование потребителей	Р, кВт	k	сosц/tgц	P., кВт	Q., квар	S, кВ•А	Iр , А
Вентиляторы производственные Станки цехов горячей прокатки Станки цехов холодной прокатки Вентиляторы сан. гигиенические Механизмы непрерывного транспорта Краны цеховые Печи плавильные Тр-ры сварочные Синхронные двигатели	7500 11340 10260 2660 6830 4500 5180 5400 18000	0.8 0.4 0.5 0.75 0.8 0.3 0.55 0.6	0.8/0.75 0.6/1.33 0.65/1.16 0.8/0.75 0.8/0.75 0.5/1.73 0.8/0.75 0.8/0.75 0.9/0.48	6000 4536 5130 1995 5464 1350 2849 3240 16200	4500 6032.88 5950.8 1496.25 4098 2335.5 2079.77 2430 -8640
Сторонняя нагрузка				-	-
Итого С учетом коэффициента разновременности максимума Нагрузка освещения	1170	0.9		46764 44426 1053	20283.2 19269 -
Мощность компенсирующих устройств				-	7800
Суммарная расчетная нагрузка на НН Потери в трансформаторах				45479 350	11370 3324	46903	2578,9
Нагрузка на стороне ВН				47253	14694	49485	248,4

2.1 Выбор и расчёт компенсирующих устройств

В результате расчета получены значения нагрузок на низкой стороне трансформатора:

Р = 45479 кВт; Q = 19269 квар.

Расчетный коэффициент реактивной мощности равен

===>,

поэтому необходимо скомпенсировать реактивную мощность до значения = 0.25 (см. раздел 1.2.2)

Q = Q_рУ • = 45479 • 0.25 = 11370 квар

=19269 - 11370 = 7899 квар

По [3] выбираем батареи конденсаторов стандартной мощности для внутренней установки типа УКЛ(П) - 6(10) - 1300 У3 в количестве 6 штук, суммарной мощностью 1300 • 6 = 7800 квар, тогда с учётом КУ



2.2 Выбор числа и мощности тр-ров

Мощность силовых трансформаторов определим по формуле :

Число трансформаторов принимаем равным 2, т.к. большая часть электроприемников цеха относится к потребителям I-й и II-й категориям по надёжности

По [3] выбираем мощность силовых трансформаторов и их технические характеристики.

Выбран трансформатор типа ТРДН - 40000/110:

; ; ; ; ; ; ;

Реальный коэффициент загрузки трансформатора

Определяем потери в трансформаторах:



Активные и реактивные потери холостого хода.

- коэффициент изменения потерь, изменяющихся в пределах 0,02?-0,12, зависящий от места присоединения трансформаторов. Для трансформаторов ГПП или ПГВ, при-нимается равным 0,05.

Активные и реактивные потери к.з.

Суммарные потери:



Определяем нагрузку на стороне ВН(110кВ):

Расчётный ток на стороне ВН:

2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд

Нагрузка ТСН:

- двигатели обдува трансформаторов.

- подогрев разъединителей ячеек

- отопление ЗРУ

- освещение ЗРУ, ОРУ и уличное освещение

- обогрев шкафов

Мощность ТСН берём 1,5% от мощности силовых трансформаторов.

Устанавливаем трансформатор типа ТС3А-630/10-82Т3



3. Выбор схемы РУ высокого и низкого напряжений подстанции

Количество присоединений цеховых трансформаторов к шинам КТП можно определить по формуле:

- мощность потребителей (без учёта СД);

- мощность цехового трансформатора;

- кофициент загрузки трансформаторов;

Расчитаем мощность без учёта синхронных двигателей:

Ставим 14 трансформаторов мощностью 2500 кВА.

Сечение линии 110кв.

Сечение ВЛЭП определяем по формуле:

где - экономическое сечение, мм²;

- экономическая плотность тока, А/ мм² ;

- расчётный ток нормального режима, А.

Выбранное по экономической плотности тока сечение проверяются по условиям нагрева в послеаварийном режиме по условиям

?

где - - рабочий максимальный ток послеаварийного режима, А;

- дли-тельно допустимая токовая нагрузка на провода данного сечения в послеаварийном режиме [3].

Принимаем из [3] ближайшее стандартное сечение равное 120 мм².

Выбранное сечение проверяем по условию нагрева в после- аварийном режиме

?,

где = 375 А ; <, т.е. условие соблюдается.



4. Расчёт токов короткого замыкания

Схема замещения электрической сети.

Расчёт ведём в относительных еденицах(приближённый).

Базисные токи:



Расчёт схемы замещения.

Сопротивление ВЛЭП:

Так как у нас две линии то

Хл = Хл/2=0,095/2=0,048

Сопротивление кабельной линии:

Индуктивное сопротивление системы бесконечной мощности

,



Трансформаторы Т1 и Т2 U_k%=10,5; S_н=200МВА :

Трансформаторы Т3 и Т4 U_k%=10,5; S_н=40МВА :

Генераторы Г1 и Г2:

Синхронные двигатели:

,

где кратность пускового тока по отношению к номинальному току синхронного двигателя.

Полная мощность одного синхронного двигателя:



Так как на одном вводе у нас 2 С.Д. то общая мощность будет 10МВА.

Расчитаем ток КЗ в точке К1.

Объединим ветви генераторов и трансформаторов так-как они однотипны:

Схема замещения:

электроснабжение подстанция ток трансформатор



Для расчёта тока КЗ в точке К1 объединим сопротивления линии Хл с Х1:

Х2 = Хл+Х1 = 0,061+0,048 = 0,11

Раскидаем сопротивление Хл2:

Кофициент распределения токов:

Результирующее дополнительное сопротивление:



Индуктивные сопротивления ветвей с учётом потокораспределения:

Переодическая составляющая тока КЗ:

,

Ток от системы:

Ток от генераторов:



Сумарный ток в точке К1:

Ударный ток:

Расчитаем ток КЗ в точке К2.

Для расчёта тока КЗ в точке К2 объединим сопротивления линии Хл с

Хс:

Х2 = Хл+Хс = 0,048+0,021 = 0,07



Раскидаем сопротивление Хл3:

Коэффициент распределения токов:

Результирующее дополнительное сопротивление:

Индуктивные сопротивления ветвей с учётом потокораспределения:



Периодическая составляющая тока КЗ:

Ток от системы:

Ток от генераторов:

Сумарный ток в точке К2:

Ударный ток:

Сумарный и ударный ток в точке К1 больше чем в точке К2 поэтому дальнейшие расчёты и выбор оборудования будем вести по 1 вводу (с большими токами).

Расчитаем ток К.З. в точке К3(на шинах КТП):



Схема замещения:

Для расчёта тока К.З. в точке К3 объединим сопротивления линии Хл2 с Хт3 и полученое значение сопротивления раскидаем по ветвям:

Х2 = Хл2+Хт3 = 0,069+0,26 = 0,33

Также объединим сопротивления Хсд1,2 и Хкл:

Х5 = Хсд1,2 +Хкл = 1,4+0,12 = 1,52

Раскидаем сопротивление Х2:



Кофициент распределения токов:

Результирующее дополнительное сопротивление:

Индуктивные сопротивления ветвей с учётом потокораспределения:

Преобразованная схема замещения:



Периодическая составляющая тока КЗ:

Ток от системы:

Ток от генераторов :

Ток от синхронных двигателей :

Сумарный ток в точке К3:

Ударный ток:

Рассчитаем ток К.З. в точке К4(на шинах РП):



Схема замещения:

Для расчёта тока К.З. в точке К3 объединим сопротивления линии Хл2 с Хт3 и с Хкл :

Х2 = Хл2+Хт3+Хкл = 0,069+0,26+0,12 = 0,45

Раскидаем сопротивление Х2:



Коэффициент распределения токов:

Результирующее дополнительное сопротивление:

Индуктивные сопротивления ветвей с учётом потокораспределения:



Переодическая составляющая тока КЗ:

Ток от системы:

Ток от генераторов:

Ток от синхронных двигателей :

Сумарный ток в точке К3:

Ударный ток:



5. Выбор выключателей

Выключатели выбирают по:

1. Номинальному напряжению

2. Расчётному току нормального режима

3. Рабочему максимальному току

где Кп = 1,25 - допустимая перегрузка.

4. По отключающему току

Также проверяют на термическую и электродинамическую стойкость.

На вводе 110кВ ставим масляный баковый выключатель тип МКП-110Б-630-20У1.

Остальные выключатели ставим вакуумного типа.

Выключатели выбираем в табличной форме.

1 . Выключатель на вводе 110кВ типа МКП-110Б-630-20У1.

2. Выключатель на вводе 10 кВ типа МГУ-20-90/6300У3

3. Выключатель межсекцеонный типа МГГ-11-3500/1000Т3

4. Выключатель от КТП типа ВМПЭ-10-630-20У3

5. Выключатель к СД типа ВМПЭ-10-630-20У3

Таблица данных о выключателях.

№	Расчётные значения	Паспортные данные.
	Uн, кВ	Iр.н. A	Ip.max A	Iпо, кА	Bk, kA2c	Iу, кА	Uн, кВ	Iр.н A	Ip.max A	Iотк кА	It2*t, kA2*c	Iу, кА
1	110	248,4	496,8	5,55	15,4	17	110	630	787,5	20	1200	52
2	10	2578	5156	20,2	204	51,5	20	6300	7560	90	360	300
3	10	2578	2578	20,2	204	51,5	11	3500	4200	58	256	170
4	10	550	1100	16,4	134,4	41,7	10	630	1260	20	160	52
5	10	137,5	137,5	16,4	134,4	41,7	10	630	1260	20	160	52

5.1 Выбор разъединителей.

Разъединители предназначены для отключения и включения цепей без тока(так как они не имеют дугогасящей камеры) для ремонтных работ.

Выбор разъединителей проводится по темже условиям что и выключатели с одним лишь отличием - ненужно делать проверку по отключающему току.

На вводе 110 кВ ставим разъединитель типа РН Д-110/1000У1 с параметрами:

U_н=110кВ,



5.2 Выбор токоведущих частей РУ

Сечение шин выбираем по условию:

- длительно-допустимый ток для шин выбранного сечения.

Выбираем алюминиевые шины коробчатого сечения 75(35*5,5*6)мм²

Проверим шины на термическое действие токов К.З.

Температура до К.З.

По кривым на рис.1 определим температуру до которой нагреются шины при к.з. при



Рисунок 1.

По рисунку 1

По рисунку 2 находим до какой температуры нагреются шины.

Рисунок 2.



Шины нагреваются до 140 градусов ,что допустимо для алюминия.

Тепловой импульс:

т.к. = , а шины выбраны сечением 695 мм, значит они являются термически стойкими.

Проверка выбранных шин на электродинамическую стойкость.

Определяем силу междуполосного взаимодействия в пакете из двух полос по формуле:

,

Изгибающий момент :

,

где l_n - расстояние между изоляторами 2м.

Момент сопротивления из методички №519 по оси y₀- y₀ = 30,1см³

Напряжение в материале полос:



Сила междуфазного взаимодействия:

Междуфазный изгибающий момент:

Момент сопротивления из методички №519 по оси y-y = 3,17см³

Напряжение в материале шин:

?

Шины электродинамически устойчивы.

5.3 Выбор кабелей и их проверка

Кабели выбираем по экономической плотности тока,после чего проверяем их в послеаварийном режиме и на нагрев при токах КЗ.

Сечение кабеля до РП:



где - экономическое сечение, мм²;

- экономическая плотность тока, А/ мм² ;

- расчётный ток нормального режима, А.

Выбранное по экономической плотности тока сечение проверяются по условиям нагрева в послеаварийном режиме по условиям

?

где - - рабочий максимальный ток послеаварийного режима, А;

- дли-тельно допустимая токовая нагрузка на провода данного сечения в послеаварийном режиме.

Нагрузкой РП являются 4 синхронных двигателя:

Принимаем ближайшее стандартное сечение равное 300 мм².

Выбранное сечение проверяем по условию нагрева в после- аварийном режиме

?,

где = 570 А ; <, т.е. условие соблюдается.



Проверка кабеля при токах КЗ:

Тепловой импульс:

т.к. = , а кабель выбран сечением 250 мм, значит он являются термически стойкий к токам КЗ.

Сечение кабеля до одного синхронного двигателя:

Увеличим сечение кабеля до термически стойкого 150 мм²



6. Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения нужны для снижения высокого напряжении до уровня 100В или 100^3.

ТН выбираются по номинальному напряжению и по допустимой нагрузке.

Таблица нагрузки ТН.

Приборы	Тип	S одн. катушки	Число катуш.	cos/ tg	sin	Число приб.	Акт. Р,Вт	Реакт. Q,вар
Вольтметр	Э-335	2	1	1/0	0	2	4	0
Ваттметр	Д-335	1,5	2	1/0	0	1	3	0
Варметр	Д-335	1,5	2	1/0	0	1	3	0
Счётчик активной энергии	И-680	2	2	0,98/ 2,43	0,92	4	16	38,88
Счётчик реактивной энергии	И-673	2	2	0,98/ 2,43	0,92	4	16	38,88
Всего:							42	77,76

Полная мощность потребляемая приборами:

Выбираем ТН типа НТМИ-10 с допустимой мощностью 120ВА.

6.1 Выбор трансформаторов тока

Выберем трансформатор тока для ввода 110кВ.

Нагрузкой вторичной обмотки ТТ будет амперметр типа Э377,



Потребляемая мощность 0,1ВА.

Сопротивление приборов:

Сопротивление контактов примем 0,09 ом.

По ПУЭ минимальное сечение алюминиевых проводов принимается 4 мм²

с учётом этого, общее сопротивление будет равно:

Выбор и проверку делаем по условиям:

Таблица распределения приборов по фазам.

Измерительный прибор	Фаза А	Фаза В	Фаза С
амперметр	0,5
варметр	0,5		0,5
ваттметр	0,5		0,5
Счётчик активной энергии	2,5		2,5
Счётчик реактивной энергии	2,5		2,5
Всего:	6,5		6



Самая загруженная фаза А.

По схеме соединения по неполной звезде:

1. На вводе 110кВ ставим ТФЗМ-110Б-1

2. На вводе 10кВ ставим ТШЛ20-Б1

3. На секционной связи ставим ТШЛ-10

4. На отходящие присоединения ставим ТПОЛ-10

5. На цепи СД ставим ТЛК-10-4

Таблица результатов выбора трансформаторов тока.

Паспортные данные	Расчётные данные
Uн	I1н	R2доп			Uн.уст	Ip.max	R2расч	Вк	IУ
1	110	800	1,2	100	7203	110	496	0,404	15,4	17
2	10	8000	1,2	82	1600	10	5156	0,305	204	51,5
3	10	3000	1,2	100	3675	10	2578	0,225	204	51,5
4	10	1500	0,5	69	972	10	1100	0,201	134,4	41,7
5	10	200	0,5	81	768	10	137,5	0,201	134,4	41,7



7. Выбор защиты от перенапряжения

Для защиты от атмосферных перенапряжений на подстанции предусмотрены разрядники типа РИС-110МУ1.

При воздействии перенапряжения на линейные вводы трансформаторов нейтрали возникают перенапряжения. Согласно ПУЭ в нейтраль трансформатора включается разрядник типа РВС-60.

На вводе 10 кВ ставим разрядники типа РВО-10.



8. Выбор источников оперативного тока

Оперативный ток на подстанциях служит для питания вторичных устройств,таких как аварийное освещение, цепи защиты, автоматики и приводов выключателей.

Найболее надёжными источниками ОТ являются аккумуляторные батареи.

По ПУЭ напряжение на источниках оперативного тока берём 230В.

Количество элементов находящихся в режиме постоянного подзаряда:

Количество элементов находящихся в режиме аварийного разряда, при напряжении на элементе 1,75В:

Дополнительное количество элементов:

N_доп=n - n₀=126 - 108 = 18 элементов.

Число элементов в конце заряда:



Нагрузка аккумуляторной батареи.

Наименование нагрузки	Ток разряда,А	Расчётная нагрузка
		аварийный	толчковой ток
Постоянная нагрузка	10	10
Аварийное освещение	15	15
Привод выключателей	25	25	100
всего	50	50	150

Выбор номера аккумуляторной батареи выбирается по двум условиям:

- по аварийному току:

Проверка по максимальному толчковому току:

где 46 - коффициент учитывающий дополнительную перегрузку.

Ток разряда при найбольшем толчковом токе:

При токе разряда 37,5 А напряжение на приводе составит 0,93U_н что обеспечивает надёжное его срабатывание.



Список использованной литературы

1. Б.Н. Неклепаев - «Электрическая часть станций и подстанций».

2. Методические пособие №519 по выполнению курсовой работы.

3. В.А. Веников - «Переходные электромеханические процессы в электрических системах».

Размещено на Allbest.ru