Сложная схема, содержащая несколько генерирующих источников и разветвленную сеть сопротивлений, в общем случае может быть приведена к схеме с одной радиальной ветвью путём её преобразования.

Е

Рисунок 2- Схема замещения Рисунок 3- Преобразованная схема замещения

В приближённых расчетах удельное индуктивное сопротивление воздушных линий принимаем равным 0,4 Ом/м, кабельных - 0,06 Ом/км.

Сопротивления схемы замещения:

Ом;

Ом;

Сопротивление линий:

Ом;

Ом;

Ом;

Сопротивление трансформаторов:

Ом;

Ом;

Ом;

Преобразуем схему замещения:

Токи КЗ определяются по формулам:

;

;

,

где - ЭДС в относительных единицах;

- ударный коэффициент - учитывает действие апериодической составляющей тока КЗ (;;).

;

;

;

Ударные токи КЗ определяются:

;

;

;

;

;

.

Так как расчетные величины токов КЗ превышают значения допустимых, то мы используем токоограничивающий реактор.

Х*4- Общее сопротивление в относительных единицах до точки K*4.

Где -предельно допустимый ток КЗ.

=20 кА.

-Сопротивление реактора в относительных единицах.

Зная номинальный ток, напряжение и сопротивление выбираем токоограничивающий реактор. Так как в нашем случае реакторы включаются на линиях от трансформаторов к ЗРУ, то выбираем сдвоенные реакторы РБДГ10-5000-0,18 подключенные параллельно

После выбора реактора определяем ток КЗ в точке К*4

;

;

;

Таблица 2.1-Токи короткого замыкания

3. Выбор электрических схем первичных соединений подстанции

Распределительным устройством (РУ) называется электрическая установка, которая служит для приёма электроэнергии от генераторов станции или трансформаторов подстанции и распределения её по потребителям.

Электрической схемой называется чертёж, на котором в условных обозначениях нанесены все агрегаты и аппараты электрической установки и соединения между ними в той последовательности, в которой они выполняются в натуре.

Электрические цепи, по которым протекают рабочие токи нагрузки, относятся к схемам первичных соединений.

Контрольно-измерительные приборы, реле защиты и автоматики и соединения между ними относятся к схемам вторичных соединений.

Схемы первичных соединений обычно выполняются однолинейными, и три провода трёхфазной цепи условно изображаются одной линией.

Схема соединений должна обеспечивать высокую надежность и бесперебойность электроснабжения, удобство оперативных переключений, ограничение токов короткого замыкания и возможность секционирования сети.

На выбор схем электрических соединений РУ влияет ряд факторов: напряжение; тип, назначение и местоположение эс, ПС, энергосистемы; число и мощность генераторов, силовых трансформаторов и линий; требуемая надежность, электроснабжения потребителей и т.д.

Применяются следующие схемы распределительных устройств:

· с одной несекционированной системой шин;

· с одной секционированной системой шин;

· с двумя одиночными секционированными системами шин;

· с четырьмя одиночными секционированными системами шин;

· с одной секционированной и обходной системами шин;

· с двумя системами шин;

· с двумя секционированными системами шин;

· с двумя системами шин и обходной;

· с двумя секционированными системами шин и обходной.

4. Выбор оборудования на стороне ВН, СН

В данном разделе необходимо выбрать высоковольтные коммутационные аппараты, трансформаторы тока и напряжения с проверкой их на термическую и динамическую стойкость к токам КЗ.

4.1 Выбор выключателей

Среди основных параметров выключателей высокого напряжения следует выделить группу номинальных параметров, присущих всем типам выключателей и определяющих условия их работы.

К основным номинальным параметрам выключателей в соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК) относятся: номинальное напряжение Uном; наибольшее рабочее напряжение Uн.р; номинальный уровень изоляции в киловольтах; номинальная частота fном; номинальный ток Iном; номинальный ток отключения Iо.ном; номинальный ток включения Iв.ном; номинальное переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН) при КЗ на выводах выключателя; номинальные параметры при неудаленных КЗ; номинальная длительность КЗ; номинальная последовательность операций (номинальные циклы); нормированные показатели надежности и др.

Рассмотрим некоторые наиболее важные параметры. Номинальное напряжение Uном (линейное) -- это базисное напряжение из стандартизованного ряда напряжений, определяющее уровень изоляции сети и электрического оборудования. Действительные напряжения в различных точках системы могут отличаться от номинального, однако они не должны превышать наибольшие рабочие напряжения (номинальное напряжение по МЭК), установленные для продолжительной работы.

Номинальный уровень изоляции выключателя характеризуется значениями испытательных напряжений, воздействующих на основную изоляцию выключателя.

Номинальный ток -- действующее значение наибольшего тока, допустимого по условиям нагрева токоведущих частей выключателя в продолжительном режиме, принимающее следующие значения: 200; 400; 600; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000; 12 500; 16 000; 20 000; 25 000; 31 500 А.

Коммутационная отключающая способность выключателя характеризуется номинальным током отключения Iо.ном, который может отключить выключатель при наибольшем рабочем напряжении и нормированных условиях восстановления напряжения. Ток отключения характеризуется действующим значением его периодической составляющей Iо.п, отнесенной к моменту возникновения дуги (момент размыкания дугогасительных контактов) и называемой номинальным током отключения Iо.ном (2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 35,5; 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250 кА), а также нормированным процентным содержанием bн апериодической составляющей, равным отношению апериодической составляющей ia тока отключения к амплитуде периодической составляющей того же тока в момент размыкания дугогасительных контактов. Ток отключения выключателя определяется суммой периодической и апериодической составляющих.

Номинальный ток включения Iв.ном -- наибольший ток, который выключатель может включить при наибольшем рабочем напряжении. При возникновении КЗ в цепи за время около 10 мс ток достигает своего максимального значения, называемого ударным током КЗ. Поэтому номинальный ток включения должен быть не менее ударного тока КЗ из условия возможности включения на существующее КЗ в цепи [в режиме автоматического повторного включения (АПВ)].

Высоковольтные выключатели по способу гашения дуги подразделяются на воздушные, элегазовые, электромагнитные и вакуумные.

Среди достоинств выключателей элегазового типа можно отметить следующее:

- возможность установки в электроустановках как закрытого, так и открытого исполнения практически всех классов напряжения;

- простота и надежность конструкции;

- большой коммутационный ресурс контактной системы;

- неплохая отключающая способность;

- высокая скорость срабатывания;

- взрыво- и пожаробезопасность;

- небольшие габаритные размеры и масса (в несколько раз меньше масляного выключателя).

Как и любое устройство, выключатель имеет и недостатки:

- высокие требования к качеству элегаза;

- применение специальной аппаратуры для периодического обслуживания коммутационного аппарата;

- образование в процессе эксплуатации вредных для организма человека веществ - фторидов.

Несмотря на некоторые недостатки, элегазовый выключатель является достойной заменой масляных и воздушных коммутационных аппаратов.

Достоинства и недостатки вакуумных выключателей.

В электроустановках до 110 кВ широко применяются вакуумные выключатели, которые хорошо зарекомендовали себя своей высокой надежностью и практичностью. Среди достоинств ВВ следует выделить:

- простая и надежная конструкция;

- высокая коммутационная устойчивость;

- сравнительно небольшие расходы на эксплуатацию и ремонт.

Несмотря на множество достоинств, как и у любого другого выключателя, у ВВ существуют свои недостатки:

- возникновение коммутационных перенапряжений при отключении токов нагрузки;

- малый ресурс дугогасительной камеры при коммутации тока К.З;

- сравнительно невысокая отключающая способность (по сравнению с элегазовыми и масляными аппаратами).

Выключатели элегазовые баковые типа ВЭБ предназначены для коммутации электрических цепей в нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц. Выключатели имеют пружинный привод типа ППрК и встроенные трансформаторы тока.

Выключатели элегазовые колонковые трехполюсные ВЭКТ предназначены для коммутации электрических цепей в нормальных и аварийных режимах, в том числе в циклах АПВ в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц.

Выбор коммутационной аппаратуры производим по следующим условиям:

- по номинальному напряжению сети: Uном Uсети;

- по длительному току: Iном Iраб мах.

Проверяем выбранные аппараты по условиям:

- термической стойкости к токам КЗ: , ;

- динамической стойкости к токам КЗ: iдин iуд.

4.2 Выбор разъединителей

Разъединители серии РНД изготавливаются в трехполюсном исполнении. Полюс разъединителя РНД выполнен в виде двухколонкового аппарата с разворотом главных ножей на 90° в горизонтальной плоскости.

Токоведущая система разъединителей РНД выполнена в виде двух контактных ножей, установленных на верхних фланцах изоляторов. Токовый переход с основания контактного ножа на контактный вывод осуществляется через скользящий контакт розеточного типа защищенный от загрязнения кожухом.

Контактный нож разъединителей РНД представляет собой две пары контактных ламелей, на концах которых имеются отгибы (ловители). Контактные ламели выполнены из бериллиевой бронзы и не требуют регулировки контактного нажатия в течение всего срока службы. На конце контактного ножа имеется контакт типа «кулачок», образованный отгибами двух параллельных шин и защищенный от обледенения кожухом. Все скользящие поверхности покрыты гальваническим серебром, а неподвижные - оловом. Контакты заземлителя также изготавливаются из двух пар ламелей из бериллиевой бронзы. На концах соединительных тяг расположены сферические подшипники скольжения, допускающие перекосы при повороте приводных валов и вала заземлителей.

Конструкция разъединителей РНД предусматривает установку следующих типов приводов:

для главных ножей - ПДС-СЭЩ (двигательный), ПР СЭЩ-П (ручной);

для заземляющих ножей - ПДС-СЭЩ, ПР СЭЩ-П (ручной).

Таблица 4.1-Выбор коммутационных аппаратов для РУ ВН

Таблица 4.2 Выбор выключателей для РУ СН

Таблица 4.3 Выбор разъединителей аппаратов для РУ СН

4.3 Выбор ограничителей перенапряжения

Ограничители перенапряжений ОПН-П (110, 35кВ)

Ограничители перенапряжения нелинейные с полимерной внешней изоляцией предназначены для защиты электрооборудования на классы напряжения 110, 35 кВ 2-5 класса пропускной способности, работающего в сети с эффективно заземленной нейтралью (коэффициент замыкания на землю не выше 1,4), от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Таблица 4.4 - Параметры ограничителей перенапряжений

4.4 Выбор измерительных трансформаторов

Выбор трансформаторов тока при проектировании РУ заключается в выборе типа трансформатора, определении ожидаемой нагрузки (Р2 или r2) сопоставлении ее с номинальной, проверке на электродинамическую и термическую стойкость.

При выборе номинального первичного тока следует исходить из значения рабочего тока утяжеленного режима соответствующего присоединения.

Класс точности намечают в соответствии с назначением трансформатора тока.

Трансформаторы тока, предназначенные для присоединения расчетных счетчиков, должны отвечать классу точности 0,5, для присоединения щитовых приборов -1 и 3, для релейной защиты - 3-5. чтобы убедиться в том, что погрешности трансформатора не выходят за пределы намеченного класса, следует сопоставить расчетную нагрузку с нагрузкой, указанной в каталоге.

По конструкции различают трансформаторы тока катушечные одновитковые, многовитковые с литой изоляцией. Динамическая устойчивость трансформаторов тока характеризуется кратностью динамической устойчивости КД, которая представляет отношение к амплитуде первичного номинального тока трансформатора тока: Принимаем к установке трансформаторs тока наружной установки

Таблица 4.5 Трансформаторы тока ВН, СН

Выбор трансформаторов напряжения заключается в выборе типа трансформатора и схемы соединения его обмоток, определении ожидаемой нагрузки и сопоставлении ее с номинальной . На динамическую и термическую стойкости трансформаторы напряжения не проверяются.

При выборе типа трансформатора напряжения учитывают уровень первичного и вторичного напряжения, класс точности, схему соединения его обмоток, необходимое число фаз.

Таблица 4.6 Трансформаторы напряжения

5. Выбор ячеек закрытого распределительного устройства

Выбор оборудования 6 кВ проводим для типа ячеек - КРУ

КРУ - комплектные распределительные устройства различных серий с выкатными тележками, комплектуются вакуумными, элегазовыми и электромагнитными выключателями различных серий.

Помимо выключателей на стороне 6 кВ выбираем трансформаторы тока, трансформатор напряжения и трансформатор собственных нужд, а также выключатели нагрузки и секционные выключатели.

Шкафы КРУ всех серий имеют жесткую конструкцию, в которую встроены выключатели, трансформаторы напряжения, трансформаторы тока, токоведущие части (сборные шины и отпайки). В верхней части шкафов КРУ устанавливаются релейные шкафы со встроенной аппаратурой релейной защиты и автоматики (РЗА), аппаратурой управления, измерения и сигнализации, клеммниками и цепями вторичных соединений.

Корпуса шкафов предусматривают встраивание выкатных элементов (тележек), в которых размещены выключатели, трансформаторы напряжения и разъединяющие контакты (выполняющие роль разъединителей).

Конструкция шкафов и выкатных элементов предусматривает возможность их закрепления в рабочем и контрольном положениях, а также их выкатывание из шкафа для ревизии и ремонта.

В качестве коммутационных аппаратов для шкафов КРУ применяются выключатели: маломасляные, вакуумные и элегазовые.

Переход сборных шин с одного ряда камер на другой выполняется с помощью шинных мостов. Шинный мост без разъединителей устанавливается в любом месте распредустройства. Шинный мост с двумя разъединителями устанавливается только на крайние камеры ряда.

Конструкция шкафов предусматривает кабельный и шинный ввод.

Для цепей ввода от силового трансформатора:

,

где - полная расчетная мощность на стороне низшего напряжения.

для секционной ячейки:

для отходящих линий:

,

,

где и - активные мощности отходящих линий низшего напряжения.

КРУ должны быть устойчивы к воздействию сквозных токов короткого замыкания, т.е. должны выдерживать (во включенном положении установленных коммутационных аппаратов главных цепей) номинальный ток электродинамической стойкости, установленный для КРУ конкретного типа. Время протекания тока термической стойкости 1 или 3 с устанавливается в технических условиях. При иной длительности протекания тока термической стойкости соотношение между током и временем находят по формуле:

,

где - ток термической стойкости, соответствующий времени , кА;

- время протекания тока термической стойкости, равное 1 или 3 с;

- ток термической стойкости, соответствующий времени протекания , кА;

- время протекания тока термической стойкости, с.

Основные параметры шкафов КРУ

Таблица 5.1 - Выбор ячеек КРУ напряжением 6 (10) кВ

Таблица 5.2 - Выбор выключателей на напряжение 6 (10) кВ для КРУ

5.1 Выбор измерительных трансформаторов

Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбираем по номинальному току и напряжению и проверяем на электродинамическую и термическую стойкость к токам КЗ. Кроме того, для выбора трансформаторов тока рассчитываем мощность вторичной нагрузки. При определении этой нагрузки учитывается нагрузка от сопротивлений приборов (амперметров, счётчиков активной и реактивной мощности), соединительных проводов и переходного сопротивления контактов. Расчёт мощности нагрузки приборов сведен в таблицу .

Расчетные нагрузки трансформаторов тока определяются по формулам:

;

;

где zконт - расчетное сопротивление контактов, zконт ? 0,1 Ом;

zприб - расчетное сопротивление подключаемых к ТТ приборов.

Ом.

Z пров - расчетное сопротивление проводов, которое определяется по формуле:

Ом,

где - удельная проводимость алюминиевых проводов, = 28 Ом·мм2/м;

l - длина токовых цепей, 36 м. - на вводе, 5 м. - на отходящих линиях;

S - сечение проводов токовых цепей.

Для больших токов применяют ТТ типа ТШЛ и у которых роль первичной обмотки выполняет шина.

Таблица 5.3 - Выбор трансформаторов тока для вводной и секционной ячеек

Таблица 5.4 - Выбор трансформаторов тока на ячейки отходящих линий

Выбор трансформаторов напряжения

Для щитовых измерительных приборов допускают погрешности 1ч3%, для коммерческих счетчиков - 0,5%, для большинства реле защиты -3ч5%.

Поскольку часть приборов имеет две обмотки напряжения (электрические счетчики, ваттметры), подлежащие присоединению на линейные напряжения АВ и ВС, целесообразно установить два однофазных трансформатора напряжения. Возможны и другие варианты. Так, для низшего напряжения 6-10 кВ возможна установка трехфазных трансформаторов.

Однофазные трансформаторы напряжения могут иметь схемы соединения обмоток в «треугольник» или «неполный треугольник» при и или в «звезду» при и .

Таблица 5.5 - Мощность подключаемых приборов

Основные параметры трансформаторов напряжения: тип, схема соединения обмоток, номинальная вторичная нагрузка, уровень первичного и вторичного напряжений, класс точности (приложение Г10), сопоставляем с расчетными данными.

По приложению Г7 выбираем трансформатор напряжения и проверяем его по наиболее загруженной фазе, по условию:

S2ном.?S2расч.

С учётом рассчитанных суммарных нагрузок, напряжения сети и класса точности 0,5 выбирается трансформатор напряжения. Выполняется проверка по вторичной мощности. Параметры выбранного трансформатора напряжения заносятся в таблицу.

Таблица 5.6 - Выбор измерительного трансформатора напряжения

При определении вторичной нагрузки сопротивление проводов не учитывают, однако учитывают потерю напряжения в них.

Согласно ПУЭ потеря напряжения в проводах для коммерческих счетчиков не должна превышать 0,5%, а в проводах к щитовым измерительным приборам -3%.

6. Выбор и проверка силовых кабелей для отходящих линий

Выбор по напряжению

,

где - номинальное напряжение кабеля;

- номинальное напряжение РУ.

Выбор по экономической плотности тока:

,

где - экономическая плотность тока;

- номинальный ток отходящей линии, А;

,

где - мощность отходящих линий и ;

- коэффициенты мощности отходящих линий и соответственно.

;

Выбор по длительно допустимому току:

,

где - рабочий утяжелённый ток.

,

где - допустимый ток для N кабелей с учётом их перегрузочной способности в послеаварийном режиме и совместной прокладке в одной траншее;

- количество параллельно проложенных кабелей ();

- коэффициент допустимой перегрузки в послеаварийном режиме;

- поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле;

- справочное значение длительно допустимого тока для выбранного значения одного кабеля.

справочное значение длительно допустимого тока для одного трехжильного кабеля сечением 240 мм2 с ПВХ изоляцией.

Для НН1:

=0,9;

Для НН2:

=0,9;

.

Суммарное сечение кабелей:

;

Для НН1: ;

Для НН2: .

Проверка на термическую стойкость:

,

где - минимальное по термической стойкости сечение пучка из 3 кабелей;

- действующее значение периодической составляющей тока КЗ, А; где - полное время срабатывания релейной защиты и силового выключателя;

с - коэффициент, учитывающий теплоотдачу, .

Из полученных расчётных сечений кабеля выбираем наибольшее, которое удовлетворяло бы всем требованиям.

Выбираем кабели для прокладки в земле с алюминиевыми жилами, с алюминиевой оболочкой в поливинилхлоридном шланге (из поливинилхлоридного пластика):

Для НН1:3 АВБбШв-6 3*240.

Для НН2:3 АВБбШв-6 3*240.

7. Собственные нужды подстанции

Приемниками энергии системы СН ПС являются электродвигатели системы охлаждения силовых трансформаторов и синхронных компенсаторов. Устройства обогрева масляных выключателей и шкафов с установленными в них электрическими аппаратами и приборами, электродвигатели компенсаторов, снабжающих сжатым воздухом воздушные выключатели и пневматические приводы, электрическое отопление и освещение. Система пожаротушения.

Наиболее ответственными приемниками являются приемники систем управления, телемеханики и связи, электроснабжение которых осуществляется или от сети переменного тока через стабилизаторы и выпрямители, или от независимого источника - аккумуляторной батареи.

Для электроснабжения потребителей СН ПС предусматриваем трансформаторы с вторичным напряжением 380/220 В. Они могут быть присоединены к сборным шинам РУ 6 кВ. Однако такая схема обладает недостатком, который заключается в нарушении ЭС СН при повреждениях в РУ. Поэтому ТСН присоединяют к выводам НН главных трансформаторов - на участке между трансформатором и выключателем.

Потребляемая мощность СН тупиковыми подстанциями 50-200 кВт, узловой - 200-500 кВт.

На двухтрансформаторных подстанциях 35-750 кВ устанавливается два ТСН, которые подключаются через разъединители и предохранители.

Для проектируемой подстанций мощность ТСН выбираем приближенно равной 0,1% от .

Таблица 7.1 - Технические характеристики трансформатора собственных нужд

Выбор предохранителей для защиты трансформаторов собственных нужд и трансформаторов напряжения

Выбор и проверку предохранителей осуществляем:

· по номинальному напряжению;

· по току плавкой вставки;

· по отключающей способности.

Ток плавкой вставки для трансформатора напряжения:

Ток плавкой вставки для трансформаторов собственных нужд:

Заключение

Спроектированная подстанция предназначена для снабжения электроэнергией потребителей первой и второй категории. Потребители третьей категории составляют 10% от общего потребления подстанции. Поэтому, согласно требованиям ПУЭ, на подстанции установлено два трансформатора, мощность каждого из них составляет 80 МВА. В послеаварийном режиме разрешается перегружать трансформатор на 40% в течение 5 суток, если его нагрузка не превышала 0,93 паспортной мощности. Однако при этом необходимо применять средства для форсирования охлаждения.

Список используемой литературы

1 Справочник по электрическим установкам высокого напряжения /Под ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова. М., Энергоиздат, 1989. 768 с.

2 Справочник по проектированию электроснабжения /Под ред. Ю.Г. Барыбина, Л.Е. Федорова, М.Г. Зименкова, А.Г. Смирнова. М., Энергоатомиздат, 1990. 576 с.

3 Крючков И.П, Кувшинский Н.Н, Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций: Справочные материалы. М., Энергия, 1978. 456 с.

4 Васильев А.А, Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. М., Энергоатомиздат, 1990. 575 с.

5 Правила устройства электроустановок. М. , Энергоатомиздат, 1985.

6 Ю.С. Бурдочкин. Электрическая часть станций и подстанций. Методические указания к курсовому проектированию. Рубцовск, РИИ, 1995.

7 Электротехнический справочник. Т.З, книга первая /Под общей ред. В.Г. Герасимова и др. М., Энергоатомиздат, 1988. 880 с.

8 Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Энергоатомиздат, 1989.

9 Электрооборудование и автоматизация: Справочник по электроснабжению промышленных предприятий /Под общей ред. А.А. Федорова.М., Энергоатомиздат, 1981. 624 с.

10 Федотов М.П. Производство электрической энергии. Методические указания к курсовому проектированию. Рубцовск, РИИ, 2000.

Размещено на Allbest.ru