Электроснабжение промышленного района

4. Расчет релейной защиты воздушных линий

Расчет производится для линии ПС2-6.

Защита от однофазных КЗ: выбираем двухступенчатую токовую защиту нулевой последовательности, выполняемую по схеме трансформаторного фильтра токов нулевой последовательности.

Первая ступень - токовая отсечка нулевой последовательности, вторая ступень - максимальная токовая защита нулевой последовательности.

Рассчитаем токовую отсечку нулевой последовательности. Ток срабатывания отсечки нулевой последовательности, без выдержки времени отстраивается от токов однофазного КЗ при повреждениях в точках К₁ и К₂.

. (4.1)

При однофазных КЗ на выводах 110 кВ трансформатора, через защиту протекает ток со стороны питающей системы, поэтому:

А.

При однофазных КЗ на шинах ПС2, через защиту протекает ток со стороны трансформаторов 6:

А.

Принимаем ток срабатывания защиты: А.

Ток срабатывания реле:

А.

Отсечка работает на отключение линии при замыканиях на землю в начале линии без выдержки времени.

Ток срабатывания МТЗ нулевой последовательности отстраивается от токов небаланса при трехфазных КЗ в конце линии (точка К₁).

, (4.2)

где - коэффициент отстройки [8];

- коэффициент апериодической составляющей, для МТЗ без ускорения после срабатывания АПВ [8];

= 1,0 - коэффициент однотипности для однотипных трансформаторов тока;

- максимальное значение полной погрешности трансформаторов тока.

По формуле (7.2) ток срабатывания МТЗ нулевой последовательности от токов небаланса равен:

А.

Ток срабатывания реле:

А.

Чувствительность второй ступени проверяем по току протекающему через защиту при однофазных КЗ в конце линии (точка К₁):

. (7.3)

Следовательно, защита нулевой последовательности удовлетворяет требованиям неравенства (4.3).

Два комплекта защиты выполнены на терминалах REL 521. Оба комплекта разработаны по одной схеме и выполняют следующие функции.

1. Дистанционная защита.

Для первой ступени, не требующей согласования с защитами смежных участков, наряду с защитой от междуфазных замыканий выполнена и защита от замыканий на землю. Вторая и третья ступени предназначены только для защиты от междуфазных КЗ.

2. Четырехступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности (ТЗНП).

3. Оперативное и автоматическое ускорение для ДЗ и ТЗНП.

4. Телеускорение ДЗ и ТЗНП. Для предотвращения ложной работы при замыканях на обходных связях предусмотрены раздельные сигналы для телеускорения ДЗ и ТЗНП. Выполнена логика обнаружения реверса мощности. Для повышения надежности отключения при замыканях на землю предусмотрено телеускорение ДЗ от замыканий на землю, для чего используется 4 ступень ДЗ.

5. Телеотключение по ВЧ-сигналу №1 с запретом ТАПВ и по ВЧ-сигналу №4 с подтверждением и последующим ТАПВ.

6. Быстродействующие защиты действуют на однофазное отключение через встроенные избиратели поврежденной фазы. При отказе избирателей защиты переводятся на трехфазное отключение.

7. ОАПВ для двух выключателей, действующее по схеме «ведущий-ведомый».

Каждый комплект защит работает со своим ВЧ-приемопередатчиком типа ETL-581.

Для предотвращения ложной работы, связанной с отказом избирателей, между комплектами защит предусмотрен обмен командами пофазного отключения.

Таким образом, система защит состоит из трех комплектов, каждый из которых благодаря наличию логики ВЧ-связи может работать в качестве основной защиты.

Наличие в каждом комплекте встроенных избирателей позволяет организовать независимые каналы отключения для каждой быстродействующей защиты.

Для управления и автоматики для каждого выключателя предусмотрены терминалы REB551 и REF545.

В терминале REB551 выполнены функции:

- УРОВ

- Различные виды ТАПВ, в том числе с контролем / улавливанием синхронизма, выполненное по принципу «ведущий-ведомый»

- Схема управления выключателем

- Схема автоматики неполнофазного режима.

В терминале REF545 выполнены следующие функции:

- Прием сигналов о положении коммутационных аппаратов ячейки с последующей передачей информации в АСУ и отображением на экране терминала.

- Оперативное управление коммутационными аппаратами.

- Оперативные блокировки.

Кроме того, в терминале повторены наиболее важные функции автоматики.

5. Мероприятия по компенсации реактивной мощности

релейный магистральный реактивный мощность

Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий, является вопрос о компенсации реактивной мощности.

Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям нерациональна по следующим причинам: возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью, и дополнительные потери напряжения в питающих сетях.

Компенсация реактивной мощности с одновременным улучшением качества электроэнергии непосредственно в сетях промышленных предприятий является одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок предприятий.

Уменьшения потребления реактивной мощности промышленного предприятия можно достигнуть лишь при правильном сочетании различных способов, которые должны быть технически и экономически обоснованы.

Мероприятия по уменьшению потребления реактивной мощности можно разделить на следующие группы:

1) снижение потребления реактивной модности приемниками электроэнергии без применения компенсирующих устройств;

2) применение компенсирующих устройств.

Мероприятия по снижению потребления реактивной мощности должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных затрат. К ним относятся следующие:

- упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования; замена малозагруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности;

- ограничение холостой работы двигателей;

- понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;

- применение синхронных двигателей вместо асинхронных той же мощности в случаях, когда это возможно по условиям технологического процесса;

- повышение качества ремонта двигателей;

- замена и перестановка малозагруженных трансформаторов.

Для компенсации реактивной мощности, потребляемой электроустановками промышленного предприятия, могут быть применены синхронные компенсаторы, конденсаторы и использованы имеющиеся синхронные двигатели.

Синхронные компенсаторы являются синхронными двигателями облегченной конструкции без нагрузки на валу. Они могут работать как в режиме генерации реактивной мощности (при перевозбуждении компенсатора), так и в режиме ее потребления (при недовозбуждении). Изменение генерируемой или потребляемой реактивной мощности компенсатора осуществляется регулированием его возбуждения.

Конденсаторы - специальные емкости, предназначенные для выработки реактивной мощности. По своему действию они эквивалентны перевозбужденному синхронному компенсатору и могут работать лишь как генераторы реактивной мощности. Мощность конденсаторов в одном элементе составляет 10-75 квар. Из этих элементов собирают батареи требуемой мощности.

Конденсаторы по сравнению с другими источниками реактивной мощности обладают рядом преимуществ:

- малые потери активной мощности (0,0025-0,005 кВт/квар);

- простота эксплуатации (отсутствие вращающихся и трущихся частей);

- простота производства монтажных работ (малая масса, отсутствие фундаментов);

- для установки конденсаторов может быть использовано любое сухое помещение.

Среди недостатков конденсаторов следует отметить зависимость генерируемой ими реактивной мощности от напряжения, малый срок службы (8-10 лет) и недостаточную прочность (особенно при к.з. и напряжениях выше номинального), ступенчатость регулирования при выдаче реактивной мощности и невозможность ее изменения, чувствительность к искажениям питающего напряжения.

Современные конденсаторные установки применяются в виде комплектных устройств, собираемых в шкафах с аппаратами защиты, управления, измерительными приборами и аппаратурой для автоматического регулирования мощности, а также разрядными устройствами.

Конденсаторные установки, применяемые на промышленных предприятиях, бывают либо индивидуальными, либо групповыми, либо централизованными. Первые подключают к цеховым сборкам, непосредственно у электродвигателей, вторые - к групповым шинам напряжением до 660 В, третьи, рассчитанные на напряжение 6-10 кВ, - к сборным шинам подстанций или к вводам трансформаторов. Обычно конденсаторы включают на линейное напряжение (треугольником), причем каждый конденсатор или группу из 3-5 конденсаторов защищают плавким предохранителем. Всю батарею конденсаторов подключают к сборным шинам через автоматический выключатель (высокого или низкого напряжения). Примерная схема включения конденсаторной батареи, рассчитанной на напряжение 6-10 кВ, изображена на рисунке 5.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5.1 - Схема включения конденсаторной батареи

Батарея конденсаторов должна быть снабжена разрядным сопротивлением, наглухо присоединенным к ее зажимам. Разрядным сопротивлением для конденсаторных установок напряжением 6-10 кВ служат трансформаторы напряжения ТН, а для конденсаторных батарей напряжением до 380 В-лампы накаливания. Расчет мощности компенсирующих установок, включенных по схеме, представленной на рисунке 8.1, рассмотрен в разделе 1 (составление баланса мощности).

Продольная компенсация индуктивности линий обеспечивается включением последовательно в линию обратного по знаку емкостного сопротивления в виде конденсаторов. Это сопротивление компенсирует индуктивное сопротивление линий, вследствие чего в ней уменьшается потеря напряжения (рисунок 5.2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) - без компенсации;

б) - с продольной компенсацией.

Рисунок 5.2 - Схема компенсации трехфазного тока

Если подобрать емкость конденсаторов так, чтобы Х_с = Х, то есть обеспечить полную компенсацию полного индуктивного сопротивления линии, то падение напряжения будет определяться только активным сопротивлением R.

В большинстве случаев нет необходимости добиваться, чтобы U₁ = U₂, так как мощность конденсаторов получается в этом случае значительной, а затраты на их установку не оправдывают получаемой экономии в сечении проводов. Поэтому мощность установки продольной компенсации следует выбирать, сопоставляя результаты технико-экономических расчетов для ряда вариантов. На практике мощность продольной компенсации можно рассчитывать, исходя из желательного уровня напряжение в сети.

Исходные данные к расчету продольной компенсации:

= 5% - допустимая потеря напряжения;

r₀ = 0,249 Ом/км - активное сопротивление провода АС-120/19;

х₀ = 0,427 Ом/км - реактивное сопротивление провода АС-120/19;

I = 57,7 A - ток на участке А-1.

Необходимо выбрать продольную компенсацию для сети напряжением 110 кВ с нагрузками, указанными на рисунке 8.3. Напряжение в питающем пункте составляет 115 кВ.

 кВ. (5.1)

Потери напряжения по участкам (без учета компенсации):

. (5.2)

Потери напряжения на участке А-1:

кВ.

Потери напряжения на участке 1-8:

кВ.

Полная потеря напряжения:

кВ.

Суммарная потеря напряжения меньше допустимой значит компенсация не требуется. Рассмотрим потери напряжения при компенсации.

Так как у нагрузки 8 уровень напряжения меньше чем у нагрузки 1 то продольную компенсацию целесообразно установить в конце участка А-1. Напряжение на выходе будет вычисляться следующим образом:

кВ.

Необходимое напряжение на выходе после конденсатора равно:

кВ.

Необходимая мощность конденсаторов:

; (5.3)

 квар.

Сопротивление фазы:

Ом. (8.4)

Максимально возможное напряжение на конденсаторах составляет:

кВ.

Выбираем конденсатор типа КСК2-1,05-125 У1 с номинальным напряжением 1 кВ. Номинальный ток выбранного конденсатора I_н = 120 А. Сопротивление Х_с = 8,96 Ом [11].

Всего устанавливает три конденсатора (по одному конденсатору на фазу).

Производим проверочный расчет потерь напряжения в линии.

Потеря реактивной мощности в конденсаторах составит:

квар.

Эта опережающая мощность уменьшает реактивную мощность, протекающую на участках А-1 линии.

Потери напряжения на участке А-1:

кВ.

Потери напряжения на участке 1-8:

кВ.

Суммарная потеря напряжения:

кВ.

Суммарная потеря напряжения меньше допустимой потери напряжения.

Из полученных результатов видно, что место продольной компенсации выбрано правильно, так как обеспечивает приемлемый уровень напряжения.

6. Расчет проводов воздушных линий на механическую прочность в нормальном режиме

При расчете воздушных линий на механическую прочность определяются механические нагрузке на элементы воздушных линий, внутренние напряжения, возникающие в элементах воздушных линий под действием этих нагрузок, и стрелы провеса проводов и тросов. Основной целью расчета на механическую прочность является выбор элементов воздушных линий с такой прочностью, которая обеспечивает их безаварийную эксплуатацию при механических нагрузках, имеющих место при самом неблагоприятном сочетании расчетных условий.

Расчет проводов на прочность должен производиться при климатических условиях, соответствующих второму району по толщине стенки гололеда и третьему - по ветровой нагрузке. Максимальная температура воздуха +37 ⁰С; минимальная - 32 ⁰С; среднегодовая +2 ⁰С.

Исходные данные для механического расчета провода АС-120/19:

= 136,8 мм² - сечение провода [9, таблица 12-4];

d = 15,2 мм - диаметр провода [9, таблица 12-4];

с = 10 мм - толщина стенки гололеда [9, таблица 11-3];

q = 50 кгс/см² - нормативный скоростной напор [9, таблица 11-5];

= 0,783 - коэффициент неравномерности [9, таблица 11-4];

с_x = 1,2 - коэффициент лобового сопротивления для проводов и тросов диаметром менее 20 мм;

t_г = -5 ⁰С - температура гололеда;

t_- = -32 ⁰С - низшая температура воздуха;

t_max = +37 ⁰C - максимальная температура воздуха;

t_э = +2 ⁰С - среднегодовая температура воздуха;

E = 8,4510³ кгс/мм² - модуль упругости [9, таблица 11-2];

= 18,910^-6 1/град - температурный коэффициент линейного удлинения [9, таблица 11-2];

_г = 12,2 кгс/мм² - допустимое напряжение при наибольшей нагрузке;

_- = 10,7 кгс/мм² - допустимое напряжение при низшей температуре;

_э =7,25 кгс/мм² - допустимое напряжение при среднегодовой температуре [9, таблица 11-1];

= 3,5610^-3 кгс/(ммм²) - приведенная нагрузка от собственной массы [9, таблица 11-2].

Произведем механический расчет провода АС-120/19, определим приведенные и погонные нагрузки.

Нагрузки от собственной массы:

мм². (6.1)

Погонная нагрузка от массы гололеда:

мм². (6.2)

Погонная нагрузка от массы провода с гололедом:

₃ = ₁ + ₂ = мм²; (6.3)

. (6.4)

Погонная нагрузка от ветра на провода без гололеда:

кгс/м. (6.5)

Погонная нагрузка от ветра на провода с гололедом:

; (6.6)

кгс/м.

Нагрузка от ветра и массы провода без гололеда:

кгс/м;

^.

Нагрузка от ветра и массы провода с гололедом:

кгс/мм².

Длины критических пролетов производятся при следующих условиях:

1. наибольшей внешней нагрузке;

2. низшей температуре и отсутствии внешних нагрузок;

3. среднегодовой температуре и отсутствии внешних нагрузок.

; (6.7)

м;

; (4.8)

м;

; (4.9)

м.

Исходным режимом при расчете проводов воздушных линий на механическую прочность называется такой режим, при котором напряжение в проводе равно допускаемому, при этом в остальных режимах напряжения в проводе должны быть меньше допускаемого. Исходный режим зависит от соотношения между длинами трех критических пролетов:

По данным таблицы 11-7 [9] для случая ; исходным режимом является режим наибольшей внешней нагрузки, что соответствует сочетанию расчетных климатических условий 6. Для этого режима полагаем ₆ = _г = 12,2 кгс/мм².

Вычислим напряжение в проводе при всех сочетаниях расчетных климатических условий при длине пролета l = 255 м:

1. Температура t = t_max, ветер и гололед отсутствуют:

; (6.10)

;

кгс/мм².

2. Провод покрыт гололедом, t = -5 ⁰С, ветер отсутствует:

;

;

кгс/мм².

3. Низшая температура t = t_min, ветер и гололед отсутствуют:

;

;

кгс/мм².

4. Среднегодовая температура t = t_э, ветер и гололед отсутствуют:

;

;

кгс/мм².

5. Наибольший нормативный скоростной напор ветра t = -5 ⁰C, гололед отсутствует:

;

;

кгс/мм².

6. Провода и тросы покрыты гололедом, t = -5 ⁰C, скоростной напор ветра 0,25q_max. Этот режим является исходным, поэтому кгс/мм².

Вычисляем стрелы провеса для всех сочетаний расчетных климатических условий при длине пролета l = 255 м:

м; (6.11)

м;

м;

м;

м;

м.

Габарит линии задается, исходя из напряженности электрического поля и безопасности транспорта, линий связи, людей и животных, которые могут находиться под проводами. Для линий с напряжением 110 кВ в ненаселенной местности габаритный пролет должен составлять 6 м. В населенной местности, на территории промышленных предприятий в нормальном режиме габаритный пролет составляет 7 м. В труднодоступной местности габаритный пролет равен 5 м [9, таблица 8.1].

Для прокладки двухцепной воздушной линии в ненаселенной местности выбираются столбы ПБ110-2 и изоляторы ПФ-6А. Высота подвеса изоляторов - 13,5 м. Гирлянда изоляторов состоит из шести изоляторов ПФ-6А и ее длина составляет 1,2 м. Высота подвеса проводов - 12,3 м. Максимальная стрела провеса равна 6,06 м, соответственно, габаритная высота пролета составит 6,24 м.

Наименьший расход материалов и оборудования при сооружении ВЛ достигается при соблюдении наименьшего допускаемого габарита провода над землей или над пересекаемыми объектами в каждом пролете. Наиболее распространенным и простым способом является расстановка опоре путем наложения на профиль линии передачи шаблонов, изображающих кривые наибольшего провеса провода, построенные на основании расчета напряжений и стрел провеса для пролетов разной величины.

Ось шаблона при наложении его на профиль должна быть строго вертикальной. Кривая 1 показывает положение провода в пролете по отношению к земле и к пересекаемым объектам. Кривая 2 не должна пересекать линию профиля, иначе не будет соблюдаться габарит провода над землей. Кривая 3 в точках пересечения с линией профиля показывает местоположения соседних опор. Если кривая 3 пересекает линию профиля несколько раз, то предпочтительное место установки следующей опоры - последнее место пересечения. При расстановке опоре следует рассматривать все возможные варианты расположения опор, включая опоры на переходах через различные препятствия. Оптимальный вариант расположения опор оформляется и именуется расстановкой опор.

Заключение

В результате выполнения дипломного проекта получены следующие результаты.

Наиболее перспективным и рациональным оказался вариант №3 радиально-магистральной сети электроснабжения с напряжением питающих сетей 110 и 35 кВ, так как в сравнении с другими рассмотренными вариантами обладает наибольшей экономической эффективностью и наименьшим сроком окупаемости.

Для выбранного варианта был произведен уточненный расчет в режимах наибольших и наименьших нагрузок и в послеаварийном режиме для проверки устройств РПН.

Компенсация реактивной мощности производится по низкой стороне в сети 10 кВ и 6 кВ, при помощи ККУ-6-2 и ККУ-10-2. Для каждого потребителя электроснабжения определили необходимое количество компенсирующих устройств.

Был осуществлен расчет токов короткого замыкания и выбор основного электрооборудования на приемных подстанциях.

Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий, является вопрос о компенсации реактивной мощности, следовательно, были рассмотрены мероприятия по снижению реактивной мощности.

При расчете воздушных линий на механическую прочность были определены механические нагрузки на элементы воздушных линий, внутренние напряжения, возникающие в элементах воздушных линий под действием этих нагрузок, и стрелы провеса проводов и тросов

В разделе по охране труда был произведен расчет тросовой молниезащиты и заземления воздушных линий.

Список использованных источников

релейный магистральный реактивный мощность

1 Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования/ Гл. редактор Неклепаев Б.Н. - М.: Энергоатомиздат, 1989

2 Правила устройства электроустановок (ПУЭ) - Спб.: Изд-во ДЕАН, 2002.

3 Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов. Под ред. Блок В.М. - М.: Высшая школа, 1990

4 Хусаинов И.М. Примеры расчетов электрических сетей: Учебное пособие для студентов специальности 100400 и направления 551700. Саратов.: СГТУ, 1998

5 Идельчик В.И. Электрические системы и сети. - М.: Энергоатомиздат, 1989

6 Боровиков В.А., Косарев В.К., Ходот Г.А. Электрические сети энергетических систем. - Л.: Энергия, 1977

7 Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: Т.1. Электроснабжение/ Под общ. ред. Федорова А.А. - М.: Энергоатомиздат, 1986

8 Поспелов Г.Е., Федин В.Т. Электрические системы и сети. Проектирование: Учеб. пособ. для втузов. - 2-е изд. - М.: Высш.шк., 1988

9 Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. 2-е изд. Федоров А.А., Сербиновский Г.В. - М.: Энергия, 1980

10 Зюзин А.Ф., Поконов Н.З. Вишток А.М. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок. Учебник - М.: высш. шк., 1980

Размещено на Allbest.ru