Проектирование понизительной подстанции переменного тока

Разработка схем электрических соединений, расчет токов короткого замыкания. Выбор основного оборудования и аппаратуры. Расчет заземляющего устройства и определение напряжения прикосновения. Определение стоимости и расчет затрат на переработку энергии.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 23.11.2012
Размер файла 2,9 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Исходные данные

1. Разработка схем главных электрических соединений

1.1 Выбор схемы РУ-110 кВ

1.2 Выбор схемы РУ-35 кВ

1.3 Выбор схемы РУ-27,5 кВ

2. Расчет токов короткого замыкания

2.1 Расчет токов короткого замыкания в точке К1

2.2 Расчет токов короткого замыкания в точке К2

2.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К3

2.4 Расчет токов короткого замыкания в точке К4

2.4.1 Выбор аккумуляторной батареи

2.4.2 Выбор зарядно-подзарядного устройства аккумуляторной батареи

2.4.3 Выбор трансформатора собственных нужд

2.4.4 Выбор кабеля

2.4.5 Расчет токов короткого замыкания в точке К4

3. Выбор основного оборудования и аппаратуры

3.1 Расчет максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции

3.2 Определение величины теплового импульса

3.3 Выбор сборных шин и токоведущих элементов

3.4 Выбор выключателей

3.5 Выбор разъединителей

3.6 Выбор измерительных трансформаторов тока

3.7 Выбор объема измерений

3.8 Выбор измерительных трансформаторов напряжения

3.9 Выбор изоляторов

3.10 Выбор ограничителей напряжений (ОПН)

4. Расчет заземляющего устройства и определение напряжения прикосновения

4.1 Расчет заземляющего устройства

4.2 Определение напряжения прикосновения

5. Определение стоимости и расчет затрат на переработку энергии проектируемой подстанции

5.1 Определение стоимости подстанции

5.2 Определение себестоимости переработки электроэнергии

Заключение

Литература

Введение

электрический энергия напряжение затрата

Целью выполнения курсового проекта является практическое применение студентами теоретических знаний, формирование навыков проектирования электрических устройств и решения конкретных инженерных задач.

Проект “Понизительная подстанция электроснабжения электрифицированной железной дороги или общепромышленных потребителей” выполняется в объеме технического проекта с разработкой схемы подстанции, размещением основного оборудования, определением ее стоимости и основных технико-экономических показателей.

Электрификация железных дорог СССР до 1956 г. Проводилась преимущественно на постоянном токе напряжением 3 кВ. В настоящее время она осуществляется как на постоянном, так и на переменном. Применение переменного тока для электрической тяги более экономично по сравнению с постоянным током как по капитальным вложениям, так и по эксплуатационным расходам. По этому надо уметь рассчитывать и на практике убеждаться в более экономичном применении той или иной тяговой подстанции. В данном курсовом проекте будет рассчитана тяговая подстанция переменного тока.

Исходные данные.

Рис 1. Схема внешнего электроснабжения.

Номер расчетной подстанции: 4;

Генераторы питающих электростанций:

SКЗ``, МВА

SС, МВА

ИП1

1850

550

ИП2

2300

?

Длина линии электропередачи:

ЛЭП

l1

l2

l3

l4

l5

l6

Длина, км

50

25

30

70

85

60

Понизительные трансформаторы и не тяговая нагрузка;

ТП

Нагрузка района

UВН

UСН

UНН

количество

Sф (35 кВ)

количество

МВА

кВ

кВ

кВ

шт.

кВА

шт.

25

115

38,5

27,5

2

1200

6

Число питающих фидеров на контактной сети: 4;

Напряжение контактной сети: UКС=27,5 кВ;

Нагрузка собственных нужд подстанции - вариант 5;

Выдержка времени релейной защиты - вариант 1;

Параметры грунта, вариант 9;

Коэффициент, учитывающий район строительства: К=1,7;

1. Разработка схемы главных электрических соединений

Начинать разработку проекта следует с составления однолинейной схемы главных электрических соединений подстанции. С целью индустриализации строительно-монтажных работ и унификации элементов и узлов подстанции проектными институтами разрабатываются типовые проекты объектов электрификации, которыми и следует руководствоваться при проектировании.

1.1 Выбор схемы РУ-110 кВ

Для опорной тяговой подстанции типовой является схема питающего распределительного устройства (РУ) с двумя рабочими, секционированными выключателями и обходная система шин с двумя обходными и двумя шиносоединительными выключателями..

Рис 1.1. Две рабочие, секционированные выключателями и обходной системой шин с двумя шиносоединительными выключателями.

1.2 Выбор схемы РУ-35 кВ

Для распределительных устройств 35 кВ, на тяговых подстанциях выполняются с одинарной секционированной системой шин.

Рис 1.2. Схема РУ-35 кВ с одинарной секционированной системой шин.

1.3 Выбор схемы РУ-27,5 кВ

Схема тяговых РУ 27,5 кВ с одинарной, секционированной двумя разъединителями системой шин в двухпроводном исполнении, дополненной запасным выключателем и запасной шиной.

Рис 1.3. Схема тяговых РУ 27,5 кВ с одинарной, секционированной двумя разъединителями системой шин.

Схема главных электрических соединений составляется на основании указанных в задании исходных данных и типовых решений, приведенных в учебной и справочной литературе с соблюдением требуемых ГОСТ условных обозначений и приводится на чертеже формата А1. Использованная литература [1,2].

2. Расчет токов короткого замыкания

Согласно правил устройств электроустановок (ПУЭ), выбор и проверка электрических аппаратов и токоведущих элементов по электродинамической и термической устойчивости производится по току трехфазного короткого замыкания Ik(3),поэтому в проекте необходимо произвести расчет токов короткого замыкания Ik(n) для всех РУ и однофазного замыкания на землю Ik(1) для РУ питающего напряжения. Для чего на основании схемы внешнего электроснабжения, исходных данных и принятой схемы главных электрических соединений подстанции составляется структурная и расчётная схема.

Рис 2.1. Структурная схема подстанции.

Рис 2.2. Упрощенная схема замещения внешнего электроснабжения.

При расчете токов короткого замыкания принимаем хо=0,4 Ом/км для провода АС-95 для класса напряжения 110 кВ.

Рис 2.3. Расчетная схема.

2.1 Расчёт токов короткого замыкания в точке К1

При преобразовании схемы замещения сопротивления электрических аппаратов и ЛЭП целесообразно вести расчет в относительных единицах, пример расчета представлен в [4,5].

Определим относительные сопротивления энергосистем до шин опорной подстанции:

(2.1)

,где - относительное сопротивление энергосистемы;

- базисная мощность, принимаем ;

- сверхпереходная мощность короткого замыкания на шинах источника питания.

Определим относительные сопротивления линии:

(2.2)

,где - относительное сопротивление линии;

- сопротивление линии от источника до шин подстанции;

- базисная мощность, принимаем ;

- номинальное напряжение на шинах подстанции.

Рис 2.4. Схема замещения до точки К1.

Определим относительное сопротивление от каждого источника:

(2.3)

,где - относительное сопротивление до шин подстанции;

- относительное сопротивление линии;

- относительное сопротивление энергосистемы.

Определим относительное сопротивление до точки К1:

(2.4)

Определим значение базисного тока:

(2.5)

,где - базисный ток;

- базисная мощность;

- номинальное напряжение на шинах подстанции.

Определим трехфазный ток короткого замыкания:

(2.6)

,где - трехфазный ток короткого замыкания;

- базисный ток;

- относительное сопротивление до точки К1.

.

Определим двухфазный ток короткого замыкания:

(2.7)

Определим однофазный ток короткого замыкания:

2.8)

Определим ударный ток:

(2.9)

,где - ударный ток;

- трехфазный ток короткого замыкания;

- ударный коэффициент, равный 1,8.

Определим мощность трехфазного короткого замыкания на шинах питающего напряжения:

(2.10)

2.2 Расчёт токов короткого замыкания в точке К2

Для данного расчета примем следующие условия. Из задания заданы параметры трансформатора Uн=115/38,5/27,5 и Sтр=25 МВА. Выбираем трансформатор ТДТНЖ 25000/110, из паспортных данных известно:

Определим расчетное значение напряжение короткого замыкания обмоток трансформаторов:

(2.11)

,где - напряжение короткого замыкания %;

- напряжения пары обмоток.

Определим относительные сопротивления обмоток трансформаторов:

(2.12)

,где - относительное сопротивление обмотки трансформатора;

- базисная мощность;

- номинальная мощность трансформатора;

- напряжение короткого замыкания %.

Определим относительное сопротивление до точки К2:

(2.13)

Определим значение базисного тока:

(2.14)

,где - базисный ток;

- базисная мощность;

- номинальное напряжение на шинах подстанции.

Определим трехфазный ток короткого замыкания:

(2.15)

,где - трехфазный ток короткого замыкания;

- базисный ток;

- относительное сопротивление до точки К2.

.

Определим двухфазный ток короткого замыкания:

(2.16)

Определим ударный ток:

(2.17)

,где - ударный ток;

- трехфазный ток короткого замыкания;

- ударный коэффициент, равный 1,8.

Определим мощность трехфазного короткого замыкания на шинах питающего напряжения:

(2.18)

2.3 Расчёт токов короткого замыкания в точке К3

Определим относительное сопротивление до точки К3:

(2.19)

Определим значение базисного тока:

(2.20)

,где - базисный ток;

- базисная мощность;

- номинальное напряжение на шинах подстанции.

Определим трехфазный ток короткого замыкания:

(2.21)

,где - трехфазный ток короткого замыкания;

- базисный ток;

- относительное сопротивление до точки К3.

.

Определим двухфазный ток короткого замыкания:

(2.22)

Определим ударный ток:

(2.23)

,где - ударный ток;

- трехфазный ток короткого замыкания;

- ударный коэффициент, равный 1,8.

Определим мощность трехфазного короткого замыкания на шинах питающего напряжения:

(2.24)

2.4 Расчёт токов короткого замыкания в точке К4

Как видно из схемы, для начала расчётов необходимо выбрать трансформатор собственных нужд, аккумуляторную батарею и кабель.

2.4.1 Выбор аккумуляторной батареи

Для питания оперативных цепей на тяговых и понизительных подстанциях, как правило, применяются свинцово-кислотные аккумуляторные стационарные батареи кратковременного разряда типа СК. В качестве рабочего напряжения оперативных цепей следует принять напряжение Uн = 220 В.

Батарея включается по упрощенной схеме без элементного коммутатора и работает в режиме постоянного подзаряда. У неё имеются отпайки на напряжение 230 и 258 В; которые подключаются к шинам, питающим цепи управления, защиты и сигнализации (230 В) и к шинам цепей включения выключателей (258 В). Выбор АБ и ЗПУ произведём [4].

Определим ток аварийного освещения:

(2.25)

,где - ток аварийного освещения;

- мощность аварийного освещения, ;

- напряжение аккумуляторной батареи, .

Определим ток цепи управления:

(2.26)

,где - ток цепи управления;

- мощность потребляемая цепями управления, ;

- напряжение аккумуляторной батареи, .

.

Определим длительный ток разряда:

(2.27)

,где - ток длительного разряда;

- ток цепи управления;

- ток аварийного освещения.

Определим ток кратковременного разряда в аварийном режиме:

(2.28)

,где - ток кратковременного разряда;

- ток цепи управления;

- ток, потребляемый наиболее мощным приводом выключателя, .

.

Определим расчетную мощность батареи:

(2.29)

,где - мощность батареи;

- ток длительного разряда;

- время длительного разряда при аварийном режиме, .

Выберем номер батареи по требуемой емкости:

(2.30)

,где - мощность батареи;

- емкость аккумулятора СК-1, при длительности разряда .

Принимаем ближайшую батарею СК-2.

Выбираем номер батареи по току кратковременному разряду:

(2.31)

,где - ток кратковременного разряда;

46 - кратковременный допустимый разрядный ток аккумулятора СК-1 не вызывающий его разрушения.

Окончательно принимаем СК-3.

2.4.2 Выбор зарядно-подзарядного устройства аккумуляторной батареи

Определим зарядный ток батареи:

(2.32)

,где - зарядный ток батареи;

- номер батареи.

Определим расчетную мощность зарядно-подзарядного устройства:

(2.33)

,где - напряжение заряда ЗПУ, ;

- зарядный ток батареи;

- ток цепи управления.

Принимаем зарядно-подзарядное устройство: ВАЗП-380/260-40/80-УХЛ4.1.

2.4.3 Выбор трансформатора собственных нужд

Выбор и методику расчета произведем по [1,4].

Таблица 2.1.

Определение мощности собственных нужд.

Наименование потребителя

Ки

Км

Рабочее освещение

0,7

1,0

24

16,8

-

Моторные нагрузки

0,6

0,8

23

13,8

10,35

Печи отопления и калорифер

0,7

1,0

90

63

-

Потребители СЦБ

1,0

0,7

60

60

61,2

Зарядно-подзарядное устройство

1,0

0,9

5,4

5,4

2,7

Всего

159

74,25

Определим мощность трансформатора собственных нужд:

(2.34)

,где - расчетная мощность собственных нужд;

- активная мощность собственных нужд;

- реактивная мощность собственных нужд.

Выбираем трансформатор ТМ-160/27,5-74У1 из ([3] стр.63 табл.19.22). Паспортные данные ТМ-160/27,5-74У1:

2.4.4 Выбор кабеля

Определим максимальный рабочий ток вторичной обмотки ТСН, по которому выберем кабель:

(2.35)

,где - номинальная мощность трансформатора собственных нужд;

- коэффициент перспективы развития потребителей, равный 1,3;

- напряжение на шинах подстанции (ступени).

Выбираем по ([4], с.402) одножильный кабель сечением 95мм2. Длительно допустимый ток такого кабеля (для воздуха). Из ([6] с.421) определяем данные кабеля:

2.4.5 Расчет токов короткого замыкания в точке К5

Определим относительное полное сопротивление ТСН:

(2.36)

,где - напряжение короткого замыкания в %;

- номинальная мощность трансформатора собственных нужд;

- базисная мощность.

Определим относительное активное сопротивление ТСН:

(2.37)

,где - потери мощности в трансформаторе;

- номинальная мощность трансформатора собственных нужд;

- базисная мощность.

Определим относительное реактивное сопротивление ТСН:

(2.38)

Определим относительные сопротивления кабельной линии:

(2.39)

,где - реактивное и активное сопротивления кабеля;

- длина кабельной линии, равная 30 м;

- базисная мощность;

- напряжение ступени.

Определим относительное реактивное сопротивление до четвертой ступени:

(2.40)

Определим относительное активное сопротивление до четвертой ступени:

(2.41)

Определим относительное полное сопротивление до четвертой ступени:

(2.42)

Определим значение базисного тока:

(2.43)

,где - базисный ток;

- базисная мощность;

- номинальное напряжение на шинах подстанции.

Определим трехфазный ток короткого замыкания:

(2.44)

,где - трехфазный ток короткого замыкания;

- базисный ток;

- относительное полное сопротивление до точки К4.

.

Определим двухфазный ток короткого замыкания:

(2.45)

Определим ударный ток:

(2.46)

,где - ударный ток;

- трехфазный ток короткого замыкания;

- ударный коэффициент, равный 1,8.

Определим мощность трехфазного короткого замыкания на шинах питающего напряжения:

(2.47)

Таблица 2.2.

Значение токов короткого замыкания

К1

115

j0,144

3,486

9,79

694,4

3,012

1,917

К2

37

j0,484

5,583

14,212

206,6

4,835

---

К3

27,5

j0,354

6,225

15,846

282,5

5,39

---

К4

0,4

42,78

3,374

8,589

2,338

2,922

---

3. Выбор основного оборудования и аппаратуры

3.1. Расчет максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции

Методика выбора и расчета представлена в [1,4].

Рис 3.1. Схема для расчета максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции

Определим максимальный рабочий ток на вводе опорной подстанции:

(3.1)

,где - коэффициент перспективы развития потребителей, равный 1,3;

- количество трансформаторов установленных на подстанции;

- номинальная мощность тягового трансформатора;

- номинальное напряжение на вводе подстанции.

Определим максимальный рабочий ток на обходной системе сборных шин:

(3.2)

,где - коэффициент перспективы развития потребителей, равный 1,3;

- коэффициент распределения нагрузки по шинам первичного напряжения, равный 0,6-0,8;

- количество трансформаторов установленных на подстанции;

- номинальная мощность тягового трансформатора;

- номинальное напряжение на вводе подстанции.

Определим максимальный рабочий ток на вводе трансформатора:

(3.3)

,где - коэффициент допустимой перегрузки трансформаторов, равный 1,5;

- номинальная мощность тягового трансформатора;

- номинальное напряжение на вводе подстанции.

Расчет приводим в Таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Максимальные рабочие токи основных присоединений подстанции.

Наименование потребителя

Расчетная формула

Питающий ввод 110 кВ

Обходная система сборных шин 110 кВ

Ввод трансформатора 110 кВ

Ввод ОРУ-27,5 кВ

Тяговый фидер

Сборные шины ОРУ-27,5 кВ

Ввод ТСН

Ввод ОРУ-35 кВ

Сборные шины ОРУ-35 кВ

Фидер районной нагрузки

3.2 Определение величины теплового импульса

Для проверки электрических аппаратов и токоведущих элементов по термической устойчивости в режиме короткого замыкания необходимо определить величину теплового импульса для всех распределительных устройств. Методика представлена в [4].

Пример расчета теплового импульса:

(3.4)

,где - тепловой импульс тока;

- периодическая составляющая сверхпереходной ток ;

- время протекания тока короткого замыкания;

- время срабатывания основной защиты;

- полное время отключения выключателя, равное 0,1 с;

- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Расчет приводим в Таблицу 3.2.

Таблица 3.2.

Расчет теплового импульса.

Наименование РУ

ОРУ-110 кВ

3,486

2,5

0,1

2,6

0,03

9,168

ОРУ-35 кВ

5,583

2,0

2,1

0,02

11,836

Фидер 35 кВ

1,5

1,6

9,044

ОРУ-27,5 кВ

6,225

1,0

1,1

0,005

6,879

Фидер 27,5 кВ

0,5

0,6

3,766

3.3 Выбор сборных шин и токоведущих элементов

Для распределительных устройств 27,5 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС. Методика представлена в [4].

Минимальное допустимое сечение токоведущей части по условию ее термической стойкости:

(3.5)

,где - тепловой импульс тока;

- коэффициент принимаем из ([1] с.49 табл.16), равный .

Гибкие шины напряжением выше 35 кВ проверяют по условию коронирования:

(3.6)

,где - максимальное значение начальной критической напряженности электрического поля, при котором возникает разряд в виде короны;

- коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов ;

- радиус провода.

Напряженность электрического поля около поверхности провода:

(3.7)

,где - среднее геометрическое расстояние между проводами фаз;

- радиус провода.

При сечениях шин q>95 мм2 на напряжение 110 кВ и q>240 мм2 на напряжение 220 кВ проверка по условию коронирования не производится. Результаты выбора шин для всех распределительных устройств приведены в Таблице 3.3.

Таблица 3.3.

Выбор сечения сборных шин

Наименование РУ

Тип

провода

Длительный режим

По термической стойкости

принятое сечение

Питающий ввод 110 кВ

АС - 120/27

375>326

120

120>34,41

Обходная система сборных шин 110 кВ

АС - 95/16

330>261

95

95>34,41

Ввод трансформатора 110 кВ

АС - 50/8

210>188

50

50>34,41

Сборные шины ОРУ- 35 кВ

АС - 240/32

605>585

240

240>39,08

Фидера ОРУ-35 кВ

AС - 50/16

210>28

70

50>34,17

Сборные шины ОРУ-27,5 кВ

AС - 150/24

450>381

150

480>29,8

Фидера ОРУ-27,5 кВ

АС - 2*185/43

1030>1000

2*185

370>22,05

3.4 Выбор выключателей

Выбор и методику расчета произведем по [1,4]. При выборе выключателей его паспортные параметры сравнивают с расчётными условиями работы.

Пример выбора и проверки выключателя в ОРУ-110 кВ ВЭБ-110 II:

1. По напряжению:

(3.8)

,где - номинальное напряжение, кВ;

- рабочее напряжение распределительного устройства, кВ.

2. По длительно допустимому току:

(3.9)

,где - номинальный ток выключателя, А.

- максимальный рабочий ток присоединения, где устанавливают выключатель, А.

3. По отключающей способности:

3.1. По номинальному периодическому току отключения:

(3.10)

,где - номинальный ток выключателя по каталогу, кА;

- максимальный ток короткого замыкания, кА.

3.2. По полному току отключения:

(3.11)

,где - номинальный ток выключателя по каталогу, кА;

- номинальное значение относительного содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, определяется по ([4] стр.56 рис.11) в зависимости от ;

- апериодическая составляющая тока к.з. в момент расхождения контактов выключателя , кА;

- максимальный ток короткого замыкания, кА.

(3.12)

,где - минимальное время до момента размыкания контактов, с;

- минимальное время действия защиты, 0,01 с;

- собственное время отключения выключателя с приводом по каталогу, с;

- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания;

- максимальный ток короткого замыкания, кА.

4. По электродинамической стойкости:

4.1. По предельному периодическому току:

(3.13)

,где - эффективное значение периодической составляющей предельного сквозного тока к.з., равный кА;

- максимальный ток короткого замыкания, кА.

4.2. По ударному току:

(3.14)

,где - амплитудное значение предельного сквозного тока к.з., равное кА;

- ударный ток, кА.

5. По термической стойкости:

(3.15)

,где - предельный ток термической стойкости, равный кА;

- время прохождения тока термической стойкости, равное 3 с;

- тепловой импульс тока к.з., .

Результаты расчета приводим в Таблице 3.4.

3.5 Выбор разъединителей

Выбор производим аналогично п. 3.4. без проверки по отключающей способности. Результаты выбора представлены в Таблице 3.5.

3.6 Выбор измерительных трансформаторов тока

Паспортные данные и методику выбора трансформаторов тока (ТТ) принимаем по [4,6]. Встроенные ТТ на электродинамическую и термическую устойчивость не проверяем, т.к. она согласована с соответствующими параметрами ранее выбранных выключателей. Результаты выбора ТТ для всех присоединений подстанции приводим в Таблице 3.6.

Таблица 3.4.

Выбор выключателей

Наименование РУ или присоединения

Тип выключателя

Тип привода

Условие проверки

, кВ

, А

, кА

,кА

, кА

, кА

,

Обходная система сборных шин 110 кВ

ВЭБ-110 II

ППрк-1800С

110110

2000261,063

403,486

76,3686,03

101,63,486

101,69,79

48009,168

Вводы ВН трансформатора 110 кВ

ВЭБ-110 II

ППрк-1800С

110110

2000188,266

403,486

76,3686,03

101,63,486

101,69,79

48009,168

Ввод РУ-27,5 кВ

БВК - 27,5 Б

ПЭМ

27,527,5

1250826,36

206,225

38,18417,393

50,86,225

50,815,846

12006,879

Питающая линия фидера КС и запасной выключатель

БВК - 27,5 Б

ПЭМ

27,527,5

12501000

206,225

38,18417,393

50,86,225

50,815,846

12003,766

Питающая линия ДПР и ввод ТСН

ВБЭТ - 27,5 IV

ПЭМ

27,527,5

630250

256,225

38,18417,393

63,56,225

63,515,846

18753,766

Ввод РУ-35 кВ

ВБЭС-35 III

ПЭМ

3535

630585,152

31,55,583

60,13913,91

80,015,583

80,0114,212

2976,811,836

Секционный выключатель 35 кВ

ВБЭС-35 III

ПЭМ

3535

630292,576

31,55,83

60,13913,91

80,015,583

80,0114,212

2976,811,836

Фидера районной нагрузки

ВБЭС-35 III

ПЭМ

3535

630292,576

31,55,83

60,13913,91

80,015,583

80,0114,212

2976,89,044

Таблица 3.5.

Выбор разъединителей

Наименование РУ или присоединения

Тип аппарата

Тип привода

Условие проверки

, кВ

, А

, кА

,

Ввод в РУ 110 кВ

РДЗ 110/1000Н УХЛ1

ПД-5У1

110110

1000326,328

639,79

6259,168

Обходная система сборных шин 110 кВ

РДЗ 110/1000Н УХЛ1

ПД-5 У1

110110

1000261,063

639,79

6259,168

Вводы ВН трансформатора 110 кВ

РДЗ 110/1000Н УХЛ1

ПД-5 У1

110110

1000188,266

639,79

6259,168

Ввод РУ-27,5 кВ

РДЗ-35.IV/1000 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3527,5

1000826,36

4015,846

2566,879

Шины РУ-27,5 кВ

РДЗ-35.IV/400 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3527,5

400381,269

31,2515,846

156,256,879

Фидер КС

РДЗ-35.IV/1000 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3527,5

10001000

4015,846

2563,766

Запасной выключатель-27,5 кВ

РДЗ-35.IV/1000 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3527,5

10001000

4015,846

2563,766

Фидер ДПР

РДЗ-35.IV/400 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3527,5

400250

31,2515,846

156,253,766

ТСН

РДЗ-35.IV/400 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3527,5

4005,289

31,2515,846

156,253,766

Трансформаторы напряжения шины 27,5 кВ

РДЗ-35.IV/400 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3527,5

---

31,2515,846

156,256,879

Ввод 35 кВ

РДЗ-35.IV/1000 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3535

1000585,152

4014,212

25611,836

Шины РУ-35 кВ

РДЗ-35.IV/400 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3535

400292,576

31,2514,212

156,2511,836

Фидер РУ-35 кВ

РДЗ-35.IV/400 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3535

40028,087

31,2514,212

156,259,044

Трансформаторы напряжения шины 35 кВ

РДЗ-35.IV/400 УХЛ1

ПДГ-9 УХЛ1

3535

---

31,2514,212

156,2511,836

Таблица 3.6.

Выбор трансформаторов тока

Наименование РУ или присоединения

Тип трансформатора тока

Класс точности

Условие проверки

, кВ

, А

, кА

,

Обходная система сборных шин 110 кВ

ТФЗМ110Б-IV У1

0,5

110110

300261,063

629,79

4329,168

Ввод ВН трансформатора 110 кВ

ТФЗМ110Б-IV У1

0,5

110110

300188,266

629,79

4329,168

Ввод РУ-27,5 кВ

ТФЗМ35Б-II У1

0,5

3527,5

1000826,36

12515,846

72036,879

Фидера КС

ТФЗМ35Б-II У1

0,5

3527,5

10001000

12515,846

72033,766

Фидера ДПР (ТСН)

ТФЗМ35Б-I У1

0,5

3527,5

300250

6315,846

6753,766

Ввод 35 кВ

ТФЗМ35Б-I У1

0,5

3535

600585,152

12714,212

288311,836

Шины РУ-35 кВ

ТФЗМ35Б-I У1

0,5

3535

300292,576

6314,212

67511,836

Фидера РУ-35 кВ

ТФЗМ35А У1

0,5

3535

10028,087

2114,212

36,759,044

3.7 Выбор объема измерений

Контрольно-измерительные приборы устанавливаются для контроля за измерением электрических параметров в схеме подстанции и расчётов за электроэнергию, потребляемую и отпускаемую подстанцией. Предусматриваем следующий объём измерений:

- измерение тока (амперметром) на вводах силовых трансформаторов со стороны всех ступеней напряжения, на всех питающих и отходящих линиях, фидерах контактной сети, отсасывающей линии;

- измерение напряжения (вольтметром) на шинах всех РУ;

- измерения энергии (счетчиками) на вводах низшего напряжения тяговых трансформаторов, на питающих и отходящих фидерах потребителей, на ТСН (счётчик активной энергии), ДПР.

3.8 Выбор измерительных трансформаторов напряжения

Методику и выбор измерительных трансформаторов напряжения производится по следующим условиям представленных в [4,6]:

1) По напряжению:

(3.16)

,где - номинальное напряжение, кВ;

- рабочее напряжение распределительного устройства, кВ.

2) По классу точности:

3) По нагрузке вторичной цепи:

(3.17)

,где - номинальная мощность трансформатора в выбранном классе точности;

- номинальная мощность однофазного трансформатора.

Мощность, потребляемая всеми приборами и реле, присоединенными к вторичной обмотке ТН:

(3.18)

,где - сумма активных мощностей всех приборов, Вт;

- сумма реактивных мощностей всех приборов, ВАр;

- мощность, потребляемая обмоткой напряжения одного прибора, кВА;

для счётчиков; для остальных приборов .

Таблица 3.7.

Потребители трансформаторов напряжений

Прибор

Тип

Число приборов

Число катушек напряжения в приборе

Мощность одной катушки

---

---

шт

шт

ВА

---

---

Вт

ВАр

Для ОРУ-110 кВ: НКФ-110-II-У1

Счетчик активной энергии

САЗУ

3

2

4,0

0,38

0,925

9,12

22,2

Счетчик реактивной энергии

СР-4

3

3

7,5

0,38

0,925

25,65

62,4375

Реле напряжения

РН-54

1

1

1,0

1,0

0

1,0

0

Вольтметр

Э-377

1

1

2,0

1,0

0

2,0

0

Всего:

37,77

86,6375

Для ОРУ-27,5 кВ: ЗНОМ-35-65 УХЛ1

Счетчик активной энергии

САЗУ

5

2

4,0

0,38

0,925

15,2

37

Счетчик реактивной энергии

СР-4

4

3

7,5

0,38

0,925

34,2

83,25

Реле напряжения

РН-54

1

1

1,0

1,0

0

1,0

0

Вольтметр

Э-377

1

1

2,0

1,0

0

2,0

0

Электронное реле защиты фидера 27,5 кВ

БМРЗ

2

1

4,0

1,0

0

8,0

0

Определитель места к.з. на контактной сети

ОМП-71

2

1

1,0

1,0

0

2,0

0

Всего:

62,4

120,25

Для ОРУ-35 кВ: ЗНОМ-35-65 УХЛ1

Счетчик активной энергии

САЗУ

5

2

4,0

0,38

0,925

15,2

37

Счетчик реактивной энергии

СР-4

4

3

7,5

0,38

0,925

34,2

83,25

Реле напряжения

РН-54

1

1

1,0

1,0

0

1,0

0

Вольтметр

Э-377

1

1

2,0

1,0

0

2,0

0

Всего:

52,4

120,25

Полная мощность НКФ-110-II-У1:

.

Из паспортных данных для класса точности 1,0. Принимаем из ([5] стр. 176, табл 4.25.)

Полная мощность ЗНОМ-35-65 УХЛ1:

.

Из паспортных данных для класса точности 1,0. Принимаем из ([6] стр. 174, табл 4.24.)

3.9 Выбор изоляторов

Выбор подвесных изоляторов. Гибкие шины открытых распределительных устройств подстанции обычно крепятся на гирляндах подвесных изоляторов. Количество подвесных изоляторов в гирлянде определяется в зависимости от их типов и напряжения установки приведено в ([6] стр. 53, табл 24).

Таблица 3.9

Выбор изоляторов

Наименование РУ

Тип изолятора

Количество изоляторов

ОРУ-110 кВ

ПС-70

8

ОРУ-27,5 кВ

ПС-70

3

ОРУ-35 кВ

ПС-70

3

3.10 Выбор ограничителей перенапряжений (ОПН)

Защита оборудования подстанций от прямых ударов молнии осуществляется молниеотводами и в настоящем курсовом проекте не рассматривается. Для защиты оборудования от набегающих перенапряжений со стороны ВЛ и коммутационных перенапряжений необходимо выбрать для каждого РУ тип ОПН и место их подключения [6]. ОПН являются аппаратами для глубокого ограничения (до 1,6-1,85Uф) коммутационных перенапряжений с несколько лучшими грозозащитными характеристиками, чем у традиционных разрядников. ОПН представляют собой высоконелинейное сопротивление на основе оксида цинка.

Таблица 3.10.

Выбор ОПН

Наименование РУ

Тип ОПН

Условие выбора

ОРУ-110 кВ

ОПН-110

110=110

ОРУ-35 кВ

ОПН-35

35=35

ОРУ-27,5 кВ

ОПН-27,5

27,5=27,5

4. Расчет заземляющего устройства и определение напряжения прикосновения

Целью расчета защитного заземляющего контура является нахождение таких его оптимальных параметров, при которых сопротивление растекания контура (R3) и напряжение прикосновения (Uпр) не превышают допустимых значений.

В основу расчета положен графоаналитический метод, основанный на применении теории подобия, который предусматривает:

- замену реального грунта с изменяющимся по глубине удельным сопротивлением (к) эквивалентной двухслойной структурой с сопротивлением верхнего слоя (1), толщиной h и сопротивлением нижнего слоя (2) значение которых определяют методом вертикального зондирования (ВЭЗ);

- замену реального и сложного заземляющего контура, состоящего из системы вертикальных электродов, объединенных уравнительной сеткой с шагом 420 м, любой конфигурации, эквивалентной квадратной расчетной моделью с одинаковыми ячейками, однослойной структурой земли (э), при сохранении их площадей (S), общей длинны вертикальных (LВ) и горизонтальных (LГ) электродов, глубины их заложения (hГ) значения растекания сопротивления (R3) и напряжение прикосновения (Uпр).

a)

b)

c)

Рис.4.1. Поясняющие схемы к расчёту сопротивлений заземляющего контура.

Таблица 4.1.

Данные для расчета заземляющих устройств.

Сопротивление верхнего слоя земли 1, Омм

500

Сопротивление нижнего слоя земли 2, Омм

90

Толщина верхнего слоя h, м

1,9

Время протекания ,с

0,4

4.1 Расчет заземляющего устройства

Методика расчета представлена [1,4]. задана преподавателем.

Определим длину горизонтальных заземлителей:

(4.1)

,где - длина горизонтальных заземлителей;

- площадь заземляющего контура.

Определим число вертикальных заземлителей:

(4.2)

,где - число вертикальных заземлителей;

- площадь заземляющего контура.

Принимаем шт.

Определим длину вертикального электрода:

(4.3)

,где - длина вертикального электрода;

- толщина верхнего слоя.

Определим общую длину вертикальных электродов:

(4.4)

,где - длина вертикального электрода;

- число вертикальных заземлителей.

Определим расстояние между вертикальными электродами:

(4.5)

,где - длина вертикального электрода.

Определим глубину заложения горизонтальных электродов:

(4.6)

,где - глубина заложения горизонтальных электродов, принимаем 0,7 м.

Определим сопротивление заземляющего контура:

(4.7)

,где - площадь заземляющего контура;

- длина горизонтальных заземлителей;

- общая длина вертикальных электродов;

- эквивалентное сопротивление контура.

Проверим условие:

(4.8)

,где - сопротивление заземляющего контура;

- допустимое сопротивление заземляющего контура, равное 0,5 Ом.

4.2 Определение напряжения прикосновения

Методика расчета представлена в [1,4].

В связи с тем, что окончательным критерием безопасности электрической установки является величина напряжения прикосновения Uпр, то необходимо определить его расчётное значение и сравнить с допустимым.

Определим расчётное значение напряжения прикосновения:

(4.9)

,где - напряжение прикосновения;

- ток однофазного замыкания на землю в РУ питающего напряжения;

- коэффициент прикосновения.

Определим коэффициент прикосновения:

(4.10)

,где - коэффициент приведен в ([1] стр. 21, табл. 8.1), равен ;

- коэффициент, характеризующий условия контакта человека с землей;

- сопротивление человека;

- сопротивление растекания тока со ступеней человека;

- расстояние между вертикальными электродами;

- площадь заземляющего контура;

- длина горизонтальных заземлителей;

- длина вертикального электрода.

;

Проверим условие:

(4.11)

,где - напряжение прикосновения;

- допустимое напряжение прикосновения принятое из ([5] стр. 302, табл. 20), равное 200 В.

5. Определение стоимости и расчет затрат на переработку энергии проектируемой подстанции

5.1 Определение стоимости подстанции

Определение стоимости проектируемой подстанции производится по укрупненным показателям стоимости строительства объектов электрификации железных дорог и трансформаторных подстанций общепромышленного назначения (УППС) с учетом основных узлов и элементов подстанции.

Показатели стоимости в УППС определены для первого территориального района (Московская область), который является базисным.

Таблица 5.1.

Показатели стоимости опорной подстанции 110/35/27,5 кВ переменного тока

Характеристика подстанции, состав комплекса

Строитель-ные работы, руб.

Монтажные

работы, руб.

Оборудова-ние, руб.

Прочие, руб.

Общая, руб.

Верхнее строение подъездного пути

10660

---

---

---

10660

Здание (панельное)

38170

11180

52670

410

102430

Благоустройство территории

10880

---

---

---

10880

ОРУ 110 кВ

54440

29700

160720

---

244860

Тяговый блок

14600

10210

242670

---

267480

ОРУ 35 кВ

13340

6500

64520

---

84360

Поперечная компенсация

3090

1470

21900

---

26460

Автоблокировка подстанции

460

220

8250

---

8930

Шкафы собственных нужд

170

40

2150

---

2360

Прожекторное освещение территории

4200

1200

---

---

5400

Заземление открытой части

1780

2250

---

---

4030

Отдельно стоящие молниеотводы

1140

---

---

---

1140

Порталы шинных мостов, опоры

7790

---

---

---

7790

Шинные мосты к ОРУ-35 кВ до ОРУ-110 кВ

---

1930

2310

---

4240

Колодцы

1040

---

---

---

1040

Кабельные каналы (межузловые)

2700

---

---

---

2700

Резервуары для аварийного слива масла V=30 м3

1780

40

---

---

1820

Прокладка кабеля

430

44010

---

---

44440

Всего:

167260

108750

555190

410

831610

Показатели стоимости строительства с учетом поправочного территориального коэффициента () представлены в таблице.

Таблица 5.2.

Показатели стоимости строительства транзитной подстанции с учетом поправок

Наименование затрат

Поправочный коэффициент

Стоимость для 1-го территориального района, руб.

Стоимость для искомого района, руб.

Оборудование

-

555190

555190

Строительные работы

1,7

167260

284342

Монтажные работы

1,7

108750

184875

Согласно методике изложенной в [8] определим стоимость проектируемой подстанции в ценах 2006 г. Для этого произведем расчет коэффициентов для пересчета стоимости от цен 1984 г. в цены 2006 г. Результаты расчетов представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3.

Индексы пересчета стоимости в цены на 2006 г.

Наименование затрат

Расчет индекса на 2006 г. без НДС

Индекс на 2006 г.

Строительные работы

Монтажные работы

Оборудование

Обозначения в таблице 5.3.:

- индекс удорожания строительных работ;

- индекс удорожания строительных работ от цен 1984 г. в цены 2000 г., ;

- индекс удорожания строительных работ от цен 2000 г. в цены 2006 г., ;

- индекс удорожания монтажных работ;

- индекс удорожания монтажных работ от цен 1984 г. в цены 2000 г., ;

- индекс удорожания монтажных работ от цен 2000 г. в цены 2006 г., ;

- индекс удорожания оборудования;

- индекс удорожания оборудования от цен 1984 г. в цены 2000 г., ;

- индекс удорожания оборудования от цен 2000 г. в цены 2006 г., .

Расчет стоимости проектируемой подстанции в ценах 2006 г. представлен в таблице.

Таблица 5.4.

Расчет стоимости в ценах 2006 г.

Наименование затрат

Расчет стоимости в ценах 2006 г., тыс. руб.

Стоимость, тыс. руб.

Строительные работы

10490,5472

Монтажные работы

6820,8

Оборудование

95798,0345

Итого

113109,3817

Согласно проведенному расчету стоимость строительства опорной подстанции 110/38,5/27,5 кВ переменного тока оставила

5.2 Определение себестоимости переработки электроэнергии

Согласно методике изложенной в [2] для определения себестоимости переработки электроэнергии, отпускаемой тяговой подстанцией тяговым и районным потребителям.

Определим эксплуатационные расходы:

(5.2)

,где - эксплуатационные расходы;

- стоимость потерь энергии;

- амортизационные отчисления;

- стоимость годового обслуживания подстанции;

- годовой фонд заработной платы.

Определим стоимость потерь энергии:

(5.3)

,где 1,5% - потери энергии в оборудовании;

= 2,95 руб./кВт·ч - стоимость 1 кВт·ч;

- перерабатываемая энергия за год, .

Определим амортизационные отчисления:

(5.4)

где =1,5 - коэффициент амортизационных отчислений;

- стоимость тяговой подстанции.

Определим годовой фонд заработной платы:

(5.5)

где - число работников 11 человек;

- число месяцев в году;

- коэффициент учитывающий, 100% зарплата работников и 25% премиальные работникам;

- средняя зарплата персонала тяговой подстанции:

Начальник тяговой подстанции з/п 30000 руб., ст.эл.механик з/п 20000 руб., 2 эл.механика з/п 18000 руб., 4 эл.монтера з/п 15000 руб., 2 дежурных з/п 15000 руб., уборщица з/п 8000 руб.

Определим себестоимость перерабатываемой энергии:

(5.6)

где - эксплуатационные расходы;

- перерабатываемая энергия за год, .

Определим себестоимость 1 кВА установленной мощности:

(5.7)

,где - стоимость тяговой подстанции;

- установленная мощность силовых трансформаторов подстанции.

.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был произведен выбор основного оборудования понизительной подстанции электроснабжения электрифицированной железной дороги для РУ 110 кВ, РУ 35 кВ и РУ 27,5 кВ, разработана однолинейная схема главных электрических соединений транзитной подстанции. На базе однолинейной схемы составлено компоновочное решение подстанции, произведен расчет контура заземления подстанции и определено напряжение прикосновения на оборудовании при коротком замыкании в РУ питающего напряжения.

Литература

Фоков К.И. Электрическая часть станций и подстанций: Методические указания по выполнению курсового проекта.- Хабаровск: ДВГАПС,1996г.- 37с..

Григорьев Н.П. Альбом главных электрических соединений распределительных устройств подстанции: Методические указания по выполнению графической части проектов на ЭВМ.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2001г.-45с..

Справочник электроснабжения т. II под редакцией Маркварда К.Г. М. Транспорт 1981 г.-255 с.

Гринберг-Басин. Тяговые подстанции. Пособие по дипломному проектированию. М; Транспорт 1986 г.- 167 с.

Бей Ю.М. и др. Тяговые подстанции М. Транспорт 1986 г.- 319 с.

Силовое оборудование тяговых подстанций железных дорог (сборник справочных материалов).ОАО «РЖД».-М., «ТРАНСИЗДАТ», 2004г.-384с.

Прохорский А.А. Тяговые подстанции М. Транспорт 1983 г.- 495 с.

Григорьев Н.П. Разработка проектно-сметной документации устройств электроснабжения на ЭВМ: Учеб. Пособие.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006г. 127с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Разработка схемы главных электрических соединений подстанции. Расчет токов короткого замыкания. Выбор и проверка аккумуляторной батареи, разъедениетелей и приборов измерения тока. Расчет заземляющего устройства и определение напряжения прикосновения.

    курсовая работа [801,3 K], добавлен 23.03.2015

  • Обоснование выбора схем электрических соединений подстанции. Расчет электрических нагрузок, токов короткого замыкания. Выбор трансформатора, реактора, выключателей, жестких шин. Определение параметров схемы замещения. Расчет заземляющего устройства.

    курсовая работа [195,2 K], добавлен 17.05.2015

  • Определение расчетных нагрузок и выбор силовых трансформаторов. Расчет токов короткого замыкания. Выбор электрических схем первичных соединений подстанции. Выбор ограничителей перенапряжения. Выбор ячеек закрытого распределительного устройства.

    курсовая работа [167,2 K], добавлен 16.03.2017

  • Выбор схем электрических соединений согласно действующим нормативным документам. Расчет токов короткого замыкания, молниезащиты подстанции. Выбор коммутационного оборудования на проектируемой подстанции, измерительных трансформаторов тока и напряжения.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 25.02.2014

  • Проектирование электрических станций. Выбор схем электрических соединений на стороне 35 и 10 кВ. Расчет токов короткого замыкания. Выбор аппаратуры на проектируемой подстанции. Напряжение и мощность трансформаторов. Расчет молниезащиты подстанции.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 02.06.2014

  • Выбор основного оборудования и токоведущих элементов подстанции. Расчёт максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции. Определение мощности трансформаторов подстанции. Расчет заземляющего устройства и определение зоны защиты молниеотводов.

    дипломная работа [3,2 M], добавлен 26.05.2023

  • Расчет мощности тяговой подстанции переменного тока, ее электрические характеристики. Расчет токов короткого замыкания и тепловых импульсов тока КЗ. Выбор токоведущих частей и изоляторов. Расчет трансформаторов напряжения, выбор устройств защиты.

    дипломная работа [726,4 K], добавлен 04.09.2010

  • Расчеты электрической части подстанции, выбор необходимого оборудования подстанций. Определение токов короткого замыкания, проверка выбранного оборудования на устойчивость к воздействию токов короткого замыкания. Расчеты заземляющего устройства.

    курсовая работа [357,3 K], добавлен 19.05.2013

  • Проектирование электрической части электростанций и подстанций. Выбор схем электрических соединений. Расчет токов короткого замыкания. Выбор коммутационной аппаратуры, выключателей, заземляющих разъединителей и трансформаторов на проектируемой подстанции.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 17.02.2013

  • Выбор структурной схемы подстанции и понижающих трансформаторов. Расчет токов короткого замыкания. Выбор схем распределительных устройств высокого и низкого напряжения. Подбор коммутационной аппаратуры, токоведущих частей, средств контроля и измерений.

    курсовая работа [734,0 K], добавлен 24.09.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.