Экономическая целесообразность схемы соединения определяется минимумом приведенных затрат:

З = рн·К + И + У,

где К - капиталовложения на сооружение электроустановки, тыс. руб.; рн - нормативный коэффициент экономической эффективности, в настоящее время равный для подстанций 0,15 1/год; И - годовые эксплуатационные издержки, тыс. руб./год; У - ущерб от недоотпуска электроэнергии, тыс. руб./год. Ущерб от недоотпуска электроэнергии в данной работе не учитывается.

Таблица 1. Расчет капиталовложений.

- где расчетная стоимость предварительно выбранных выключателей определена по таблицам 5.1 и 5.2

Годовые эксплутационные издержки определяются по формуле:

И = Иа + Ипот = а·К/100 + ?·?Wгод,

где а =(8…9)% - отчисления на амортизацию и обслуживание; ?Wгод - годовые потери энергии в электроустановке, кВт·ч; ? - средняя себестоимость потерь электроэнергии, коп/кВт·ч.

Принимаю а = 8%, ? = 25 коп/кВт·ч.

Потери электроэнергии в одном двухобмоточном трансформаторе определяются по формуле:, здесь Рх, Ркз - потери мощности холостого хода и короткого замыкания, кВт; Sном - номинальная мощность трансформатора, МВ·А; Sмакс - расчетная максимальная нагрузка трансформатора, МВ·А; Т - продолжительность работы трансформатора в году; ? - продолжительность максимальных потерь.

Потери электроэнергии в одном трёхобмоточном трансформаторе определяются по формуле: ,

здесь Ркв, Ркс , Ркн - потери мощности короткого замыкания, кВт; Sном -номинальная мощность трансформатора, МВ·А; Sв , Sс , Sн - расчетные максимальные нагрузки по обмоткам трансформатора, МВ·А; Т - продолжительность работы трансформатора в году; ?в , ?с , ?н - продолжительности максимальных потерь по обмоткам трансформатора.

Выбираю число часов использования максимальной нагрузки Тмакс с = 6000 ч, Тмакс н = 5800 ч ( а для нагрузки на повышенных напряжениях Тмакс = (6000-7000) ч).

Следовательно,

.

Число часов максимальных потерь в году по обмоткам трансформатора ?в = 4300 ч, ?с = 4500 ч, ?н = 3200 ч определяю по графику на рис. 10.1.

Так как для автотрансформаторов в справочной литературе заданы только значения Ркз в-с, то принимаю Ркз в-н = Ркз с-н = Ркз в-с, тогда Ркз в = Ркз с = Ркз н = 0,5·Ркз в-с.

1 вариант. Два автотрансформатора мощностью по 200 МВ·А каждый.

Трансформатора два, поэтому ?Wгод ? =2· ?Wгод = 2·2038659,4 = 4077318,8 (кВт·ч).

Приведенные затраты: =27580(тыс. руб.) 2 вариант. Один трёхобмоточный трансформатор мощностью 63 МВ·А.

Трансформатор один, поэтому ?Wгод ? = ?Wгод = 2249940 (кВт·ч).

Приведенные затраты:

Первый_вариант является самым дорогим, но и самым надёжным из всех предложенных. Даже при отключении одного трансформатора в случае ремонта или аварии, оставшийся в работе полностью обеспечит питание всех потребителей.

Второй вариант с одним автотрансформатором по суммарным капиталовложениям и приведённым затратам является самым дешёвым и самым ненадёжным, так как при выходе из строя трансформатора прекратится питание всех потребителей.

Питание потребителей через один трансформатор возможно в следующих случаях:

1) от подстанции питаются неответственные электроприёмники, причём на случай отказа трансформатора предусмотрен централизованный трансформаторный резерв с возможностью замены повреждённого трансформатора в течение суток;

2) для резервирования питания потребителей первой и второй категорий в сетях среднего и низшего напряжений имеются вторые источники питания, причём для потребителей первой категории обеспечен автоматический ввод резерва.

Вывод: С учётом вышеизложенного, а также того, что большей частью от подстанций питаются потребители всех трёх категорий и питание от системы подводится лишь со стороны высокого напряжения, то по условию надёжности выбираю первый вариант с использованием двух автотрансформаторов АТДЦТН-200000/330/110. Данный вариант структурной схемы по суммарным капиталовложениям дороже второго на 34,5%, а по приведённым дороже второго на 32,4%, но обладает повышенной надёжностью электроснабжения.

2.Расчет токов короткого замыкания для выбора электрооборудования главной схемы и схемы собственных нужд

Для распределительных устройств 35-220 кВ двухтрансформаторных подстанций при количестве присоединяемых линий равном двум рекомендуются следующие типовые схемы:

1) два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линии;

2) мостик с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов;

3) четырёхугольник.

Ориентировочно по табл.1 определяю количество отходящих линий от РУ 110 кВ. Если Рмакс = 140 МВт, тогда выбираю четыре воздушные линии. С ростом мощности нагрузки необходимо постепенно увеличивать количество отходящих линий.

Следовательно, для РУ 330 кВ выбираю схему четырёхугольника, а для РУ 35 кВ схему мостика с поэтапным переходом к схеме с одной секционированной системе шин и заменой разъединителей выключателями.

Определяю количество отходящих линий от РУ 35 кВ. Согласно табл.12 при Рмакс = 60 МВт выбираю четыре воздушные линии. С ростом мощности нагрузки необходимо постепенно увеличивать количество отходящих линий.

Для РУ 35 кВ и для РУ СН 0,4 кВ выбираю схему с одной секционированной системой шин (межсекционный выключатель в нормальном режиме отключен для снижения токов короткого замыкания).

Рис. 2. Окончательная схема

о.е.

ЛЭП, питающие подстанцию

Для воздушных линий напряжением 6 - 330 кВ среднее значение индуктивного сопротивления на 1 км длины X0 равно 0,4 Ом / км.

Тогда сопротивление одной линии, приведённое к базисным условиям равно:

0,5 о.е.

Система

0,2

о.е.

ЭДС системы принимаю равной единице: Ес = 1.

Рис. 3. Схема замещения подстанции для расчета токов короткого замыкания

Uб = 0,4 кВ, кА

Рис 7. Схема замещения относительно точки К4

о.е.

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания от системы:

кА

По табл. 3.810 определяю Та=0,02 с и Кус=1,608. Тогда ударный ток короткого замыкания от системы: кА.

Суммарная мощность потребителей собственных нужд подстанции мала (250 кВ·А), поэтому подпитку от двигателей собственных нужд при определении токов короткого замыкания не учитываю.

Следовательно, расчетным током короткого замыкания для выбора аппаратов и шин РУСН 0,4 кВ является кА, кА.

3.Выбор электрических аппаратов и проводников

3.1Выбор выключателей

В ГОСТ 687-78 приведены следующие параметры выключателей:

Номинальное напряжение Uном.

Номинальный ток Iном.

Номинальный ток отключения Iоткл.

Номинальное процентное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения

Действующее значение периодической составляющей Iдин и амплитудное значение полного тока Im дин, которые характеризуют электродинамическую стойкость выключателя.

Ток термической стойкости Iт и время действия тока термической стойкости tт.

Номинальный ток включения Iвкл.

Время действия выключателя:

– собственное время отключения tсв- промежуток времени от подачи команды на отключение до расхождения контактов выключателя;

– время отключения tов - промежуток времени от подачи команды на отключение до полного погасания дуги во всех фазах;

– время включения выключателя tвв - промежуток времени от подачи команды на включение до возникновения тока в цепи.

Параметры восстанавливающегося напряжения при номинальном токе отключения.

Таблица 3. Условия выбора выключателей

3.1.1РУ-330 кВ

Наибольший ток нормального режима в цепи высокого напряжения на подстанции с двумя автотрансформаторами определяю с учётом установки в перспективе трансформаторов следующей по шкале ГОСТ номинальной мощности S?Т ном.

Так как SТ ном = 200 МВ·А, то S?Т ном = 250 МВ·А.

А

Наибольший ток ремонтного или послеаварийного режима принимаю при условии отключения параллельно работающего трансформатора, когда оставшийся в работе трансформатор может быть перегружен на 40 %.

А

Расчётные токи короткого замыкания: кА, кА

Предварительно по табл.5.2 выбираю ячейку элегазовую ВГУ-330Б-40/3150У1, параметры которой:

Таблица 4. Расчетные и каталожные данные

Проверка на отключающую способность

Короткое замыкание в точке K1 является удаленным, поэтому периодическую составляющую тока короткого замыкания к моменту размыкания дугогасительных контактов можно принять незатухающей кА < Iоткл = 40 кА.

Время от момента возникновения короткого замыкания до расхождения контактов выключателя: ? = tрз min + tсв = 0,01+0,04 = 0,05 с

Для этого момента времени апериодическая составляющая тока короткого замыкания: кА, где постоянная времени затухания апериодической составляющей Tа = 0,03 с определена по табл. 3.8.

Номинальное процентное содержание апериодической составляющей тока короткого замыкания в токе отключения определяю по по рис. 35 для ? = 50 мс: .

Так как , то проверку на отключающую способность по полному току не выполняю.

Термическая стойкость выключателя

Полный импульс квадратичного тока

Принимая максимальное время действия основной защиты равным tрз max = 0,1 с, определяю время отключения тока короткого замыкания:

tоткл = tрз max + tов = 0,1 + 0,05 = 0,15 c.

Тогда (кА)2·с

(кА)2·с > (кА)2·с

По всем основным условиям выбора выключатель подошел, следовательно принимаю выбранный выключатель.

3.1.2РУ-110 кВ

Наибольший ток нормального режима в цепи среднего напряжения на подстанции с двумя автотрансформаторами определяю с учётом перспективной нагрузки на стороне среднего напряжения на 10-летний период S?нагр С.

Так как перспективная нагрузка на 10-летний период неизвестна, делаю допущение об одинаковой загрузке обмоток среднего и низкого напряжений автотрансформатора, то есть . В качестве S?макс принимаю расчётную мощность, текущую через трансформаторы (коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме ?н.р. = 0,7).

=>

С учётом этого:

Наибольший ток нормального режима в цепи среднего напряжения:

А

Наибольший ток ремонтного или послеаварийного режима принимаю при условии отключения параллельно работающего трансформатора.

А

Расчётные токи короткого замыкания: кА, кА

Предварительно по табл. (основные технические данные выключателей, применяемых ОАО «МОСЭЛЕКТРОЩИТ») выбираю элегазовый выключатель ВГБУ-110, параметры которого:

Таблица 5. Расчетные и каталожные данные

Проверка на отключающую способность

Короткое замыкание в точке K2 является удаленным, поэтому периодическую составляющую тока короткого замыкания к моменту размыкания дугогасительных контактов можно принять незатухающей кА < Iоткл = 40 кА.

Время от момента возникновения короткого замыкания до расхождения контактов выключателя: ? = tрз min + tсв = 0,01+0,035= 0,045с

Для этого момента времени апериодическая составляющая тока короткого замыкания: кА, где постоянная времени затухания апериодической составляющей Tа = 0,02 с определена по табл. 3.8.

Номинальное процентное содержание апериодической составляющей тока короткого замыкания в токе отключения: .

Так как , то проверку на отключающую способность по полному току не выполняю.

Термическая стойкость выключателя

Полный импульс квадратичного тока

Принимая максимальное время действия основной защиты равным tрз max = 0,1 с, определяю время отключения тока короткого замыкания:

tоткл = tрз max + tов = 0,1 + 0,055= 0,155 c.

Тогда (кА)2·с

(кА)2·с > (кА)2·с

По всем основным условиям выбора выключатель подошел, следовательно принимаю выбранный выключатель.

3.1.3РУ-35 кВ

Наибольший ток нормального режима в цепи низкого напряжения на подстанции с двумя автотрансформаторами определяю с учётом перспективной нагрузки на стороне среднего напряжения на 10-летний период S?нагр С. Так как перспективная нагрузка на 10-летний период неизвестна, делаю допущение об одинаковой загрузке обмоток среднего и низкого напряжений трёхобмоточного трансформатора, то есть . В качестве S?макс принимаю расчётную мощность, текущую через трансформаторы (коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме ?н.р. = 0,7).

=>

С учётом этого:

Наибольший ток нормального режима в цепи среднего напряжения:

А

Наибольший ток ремонтного или послеаварийного режима принимаю при условии отключения параллельно работающего трансформатора.

А

Расчётные токи короткого замыкания: кА, кА

Предварительно по табл. 5.2 выбираю масляные баковые выключатель С-35-3200-50БУ1, параметры которого:

Таблица 5. Расчетные и каталожные данные

Проверка на отключающую способность

Короткое замыкание в точке K2 является удаленным, поэтому периодическую составляющую тока короткого замыкания к моменту размыкания дугогасительных контактов можно принять незатухающей кА < Iоткл = 50 кА.

Время от момента возникновения короткого замыкания до расхождения контактов выключателя: ? = tрз min + tсв = 0,01+0,055= 0,065с

Для этого момента времени апериодическая составляющая тока короткого замыкания: кА, где постоянная времени затухания апериодической составляющей Tа = 0,02 с определена по табл. 3.8.

Номинальное процентное содержание апериодической составляющей тока короткого замыкания в токе отключения: .

Так как , то проверку на отключающую способность по полному току не выполняю.

Термическая стойкость выключателя

Полный импульс квадратичного тока

Принимая максимальное время действия основной защиты равным tрз max = 0,1 с, определяю время отключения тока короткого замыкания:

tоткл = tрз max + tов = 0,1 + 0,08= 0,18 c.

Тогда (кА)2·с

(кА)2·с > (кА)2·с

По всем основным условиям выбора выключатель подошел, следовательно принимаю выбранный выключатель.

3.1.4РУ СН-0,4кВ

Uуст = 0,4 кВ; Sсн = 0,25 МВ·А

Наибольший ток нормального режима в цепи собственных нужд:

А

Наибольший ток ремонтного или послеаварийного режима принимаю при условии отключения параллельно работающего трансформатора.

А

Выбираю по табл. 6.9 автоматический трёхполюсный выключатель АВМ4С, параметры которого:

Таблица 8. Расчетные и каталожные данные

По всем основным условиям выбора выключатель подошел, следовательно принимаю выбранный выключатель.

3.2 Выбор разъединителей

3.2.2Выбор токоведущих частей от силовых трансформаторов до сборных шин 35 кВ

Связь силовых трансформаторов АТДЦТН-200000/330/110 с ОРУ 35 кВ выполняю гибким сталеалюминевым проводом АС.

Сечение выбираю по экономической плотности тока. При продолжительности использования максимальной нагрузки Tmax = 6000 часов и использовании алюминиевых проводов Jэ = 1 А/мм2 (по табл. 4.5) Тогда экономически целесообразное сечение

Sэ = Iнорм/Jэ = 2944,5/1 = 2944,5 мм2.

По табл.7.35 выбираю провод 3хАС-600/72, для которого Iдоп = 3150 А.

Проверка по условию нагрева в продолжительном режиме.

Imax = 2944,5 А < Iдоп = 3150 А - провода проходят.

Проверка на термическое действие тока короткого замыкания не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка шин на электродинамическое действие тока короткого замыкания (проверка на схлестывание) не производится, так как Iпо = 5,52 кА < 20 кА. Окончательно принимаю провод 3хАС-600/72 для токоведущих частей, идущих от силовых трансформаторов АТДЦТН-2000000/330/110 до сборных шин 35 кВ.

3.2.3Выбор сборных шин 110 кВ

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС. Сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений проверке по экономической плотности тока не подлежат. Сечение сборных шин принимаю по допустимому току при максимальной нагрузке на шинах, равной току наиболее мощного присоединения.

А

Imax = 1,4*Iраб утяж = 1311 А

В РУ 110 кВ каждая фаза для уменьшения коронирования выполняется не менее, чем двумя проводами, то есть применяется расщепление проводов.

По табл. 7.35 принимаю ориентировочно провод 2хАС-300/66, для которого

Iдоп = 1360 А > Imax = 1311 А

Сечение провода q = 500 мм2, диаметр d = 2,45 см, радиус r0 = 1,225 см. Фазы расположены горизонтально с расстоянием между ними D = 300 см.

Проверка на термическое действие тока к.з. не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка шин на электродинамическое действие тока к.з. (проверка на схлестывание) не производится, так как Iпо = 6,76 кА < 40 кА.

Проверка по условиям коронирования:

Начальная критическая напряженность:

кВ/см, где коэффициент учитывает шероховатость поверхности провода.

Максимальное значение напряжённости электрического поля вокруг расщеплённых проводов:

где коэффициент k, учитывающий количество проводов в фазе, для n = 2 определяется по формуле

Расстояние между проводами в расщепленной фазе в установках 110 кВ принимается равным а = 25 см, тогда .

кВ

см - среднегеометрическое расстояние между проводами фаз.

Эквивалентный радиус расщепленных проводов при n = 2 см.

Следовательно, кВ/см

Провода не будут коронировать, если .

1.07E = 11,871 кВ/см < 0.9E0 = 28,35 кВ/см, следовательно, по условию образования короны 2хАС-300/66 проходит.

Окончательно принимаю провод 2хАС-300/66.

3.2.4Выбор токоведущих частей от силовых трансформаторов до сборных шин 110 кВ

Связь силовых трансформаторов АТДЦТН-200000/330/110 с ОРУ 110 кВ выполняю гибким сталеалюминевым проводом АС.

Сечение выбираю по экономической плотности тока. При продолжительности использования максимальной нагрузки Tmax = 6000 часов и использовании алюминиевых проводов Jэ = 1 А/мм2 (по табл. 4.5) Тогда экономически целесообразное сечение

Sэ = Iнорм/Jэ = 1311/1 = 1311 мм2.

По табл.7.35 выбираю провод 2хАС-300/66, для которого Iдоп = 1360 А.

Проверка по условию нагрева в продолжительном режиме.

Imax = 1311 А < Iдоп = 1360 А - провода проходят.

Проверка на термическое действие тока короткого замыкания не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка шин на электродинамическое действие тока короткого замыкания (проверка на схлестывание) не производится, так как Iпо = 6,76 кА < 40 кА.

Окончательно принимаю провод 2хАС-300/66 для токоведущих частей, идущих от силовых трансформаторов АТДЦТН-2000000/330/110 до сборных шин 110 кВ.

3.2.5Выбор сборных шин 330 кВ

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС. Сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений проверке по экономической плотности тока не подлежат. Сечение сборных шин принимаю по допустимому току при максимальной нагрузке на шинах, равной току наиболее мощного присоединения.

 А

Imax = 1,4*Iраб утяж = 612,4 А

В РУ 330 кВ каждая фаза для уменьшения коронирования выполняется не менее, чем двумя проводами, то есть применяется расщепление проводов.

По табл. 7.35 принимаю ориентировочно провод АС-300/66, для которого

Iдоп = 680 А > Imax = 612,4 А

Сечение провода q = 300 мм2, диаметр d = 2,45 см, радиус r0 = 1,225 см. Фазы расположены горизонтально с расстоянием между ними D = 450 см.

Проверка на термическое действие тока к.з. не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка шин на электродинамическое действие тока к.з. (проверка на схлестывание) не производится, так как Iпо = 3,69 кА < 40 кА.

Проверка по условиям коронирования:

Начальная критическая напряженность:

кВ/см, где коэффициент учитывает шероховатость поверхности провода.

Максимальное значение напряжённости электрического поля вокруг расщеплённых проводов:

где коэффициент k, учитывающий количество проводов в фазе, для n = 1 определяется по формуле

Расстояние между проводами в расщепленной фазе в установках 330 кВ принимается равным а = 25 см, тогда .

кВ

см - среднегеометрическое расстояние между проводами фаз.

Эквивалентный радиус расщепленных проводов при n = 1 см.

Следовательно, кВ/см

Провода не будут коронировать, если .

1.07E = 63,986 кВ/см > 0.9E0 = 28,35 кВ/см, следовательно, по условию образования короны АС-300/66 не проходит.

Следовательно, возьмем 3хАС-300/66

Максимальное значение напряжённости электрического поля вокруг расщеплённых проводов:

где коэффициент k, учитывающий количество проводов в фазе, для n = 1 определяется по формуле

Расстояние между проводами в расщепленной фазе в установках 330 кВ принимается равным а = 25 см, тогда .

кВ

см - среднегеометрическое расстояние между проводами фаз.

Эквивалентный радиус расщепленных проводов при n = 1 см.

Следовательно, кВ/см

Провода не будут коронировать, если .

1.07E = 21,3 кВ/см < 0.9E0 = 28,35 кВ/см, следовательно, по условию образования короны АС-300/66 не проходит.

Окончательно принимаю провод 3хАС-300/66.

3.2.6Выбор токоведущих частей от силовых трансформаторов до сборных шин 330 кВ

Связь силовых трансформаторов АТДЦТН-200000/330/110 с ОРУ 110 кВ выполняю гибким сталеалюминевым проводом АС.

Сечение выбираю по экономической плотности тока. При продолжительности использования максимальной нагрузки Tmax = 6000 часов и использовании алюминиевых проводов Jэ = 1 А/мм2 (по табл. 4.5) Тогда экономически целесообразное сечение

Sэ = Iнорм/Jэ = 612,4/1 = 612,4 мм2.

По табл.7.35 выбираю провод АС-300/66, для которого Iдоп = 680 А.

Проверка по условию нагрева в продолжительном режиме.

Imax = 612,4 А < Iдоп = 680 А - провода проходят.

Проверка на термическое действие тока короткого замыкания не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка шин на электродинамическое действие тока короткого замыкания (проверка на схлестывание) не производится, так как Iпо = 3,69 кА < 40 кА.

Окончательно принимаю провод АС-300/66 для токоведущих частей, идущих от силовых трансформаторов АТДЦТН-2000000/330/110 до сборных шин 330 кВ.

4.Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

Контроль за режимом агрегатов электростанций и подстанций осуществляется с помощью измерительных приборов (указывающих и регистрирующих) и релейных устройств датчиков сигнализации, срабатывающих при отклонениях параметров агрегата от заданных значений. В зависимости от характера объекта контроля и структуры его управления объем контроля и место размещения контрольно-измерительной аппаратуры могут быть различными. Приборы контроля для различных присоединений могут устанавливаться в разных цепях и разных местах - на центральном пульте управления, на блочных щитах управления, на агрегатных технологических щитах.

Для питания измерительных приборов во всех цепях устанавливаются трансформаторы тока. Целесообразно использовать ТТ с несколькими сердечниками: один или несколько сердечников соответствующего класса точности используются для питания измерительных приборов, другие - для релейных защит. Измерительные трансформаторы напряжения устанавливаются на сборных шинах. От них питаются катушки напряжения измерительных приборов, приборы синхронизации, контроля изоляции, устройства релейной защиты. Трансформаторы напряжения также устанавливаются в цепях генераторов.

Выбор трансформаторов тока в цепях ОРУ 330 кВ

Трансформаторы тока для питания измерительных приборов выбирают по напряжению установки, номинальному первичному току, конструкции и классу точности, по вторичной нагрузке, проверяют на термическую и электродинамическую стойкость.

Для ОРУ 330 кВ: Uуст = 330 кВ, Iраб утяж = 612,4 А, iу = 9,28 кА, Вк = 2,7 (кА)2·с

Предварительно выбираю по табл. 5.9 трансформатор тока ТФУМ-330А-У1, вариант исполнения вторичных обмоток которого 0,5/10р/10р/10р. Обмотка с классом точности 0,5 используется для присоединения измерительных приборов, а 10р - для использования в цепях релейной защиты.

Параметры выбранного трансформатора тока:

Uном = 330 кВ; I1ном = 1000 А; I2ном = 5 А; номинальная нагрузка в классе точности 0,5

r2ном = 2 Ом; допустимый ток термической стойкости Iт = 38,6 кА; время термической стойкости tт = 2 с, ток электродинамической стойкости Iдин = 99 кА.

Таблица 11. Расчетные и каталожные данные