Проектирование электрической части подстанции

Максимальный рабочий ток согласно (4.1) в РУ-220 кВ:

Согласно (4.2) термический импульс короткого замыкания:

Предварительно принимаем к установке разъединитель РНД-220 /1000У1 ([1], табл. 5.5).

Дальнейший выбор разъединителей для вводных выключателей в РУ-220 кВ представим в виде таблицы 4.8

Таблица 4.8

Выбор разъединителей для вводных выключателей в РУ-220 кВ

Разъединитель удовлетворяет всем условиям выбора. Окончательно принимаем к установке разъединитель РНД-220/1000У1.

Как показали расчёты, значения тока короткого замыкания и термического импульса короткого замыкания остаются величинами постоянными в пределах РУ одного класса напряжения, так как там отсутствуют средства ограничения токов КЗ. Исходя из вышеизложенного, принимаем разъединители данного типа (РНД-220/1000У1) в качестве шинных, а также линейных.

- Производим выбор разъединителей для РУ-35 кВ.

Выбор разъединителя для вводного выключателя:

Максимальный рабочий ток согласно (4.3):

.

Термический импульс короткого замыкания согласно (4.2):

.

Предварительно принимаем к установке разъединитель РНД-35/2000У1 ([1], табл. 5.5). Дальнейший выбор разъединителя для вводного выключателя в РУ-35 кВ представим в виде таблицы 4.9

Таблица 4.9-Выбор разъединителей для вводного выключателя в РУ-35 кВ

Разъединитель удовлетворяет всем условиям выбора. Окончательно принимаем к установке разъединитель РНД-35/2000У1.

Исходя из вышеизложенного, принимаем разъединители данного типа (РНД-35/2000У1) в качестве шинных, а также линейных.

5. ВЫБОР ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ, СБОРНЫХ ШИН И КАБЕЛЕЙ

5.1 Выбор гибких токопроводов

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами марки АС. Гибкие токопроводы для соединения генераторов и трансформаторов с РУ 6-10 кВ выполняются пучком проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах. Два провода из пучка - сталеалюминевые несут в основном механическую нагрузку от собственного веса, гололеда и ветра. Остальные провода - алюминиевые - являются только токоведущими. Сечение отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать, возможно, большими (500, 600 мм кв.), так как это уменьшает число проводов и стоимость токопровода.

Сечение гибких шин и токопроводов проверяются:

1. По экономической плотности тока:

(5.1)

где Iнорм - ток протекающий в нормальном режиме;

jэ - экономическая плотность тока, определяемая в зависимости от времени работы в максимальном режиме (Tmax = 4500 ч);

qэ - экономически наивыгоднейшее сечение провода;

2. По длительно допустимому току:

(5.2)

где Imax - ток протекающий в послеаварийном режиме;

Iдоп - допустимое значение тока, определяется по справочным данным;

3. По термическому действию тока КЗ:

(5.3)

где qmin - минимальное сечение провода по термической стойкости;

Вк - термический импульс тока КЗ;

С - коэффициент, С=90 - для алюминия;

q - действительное сечение проводника;

4. По электродинамическому действию тока КЗ:

Гибкие шины и токопроводы обычно крепят на гирляндах подвесных изоляторов с достаточно большими расстояниями между фазами. Однако при больших токах КЗ провода в фазах могут, настолько, сблизится друг с другом, что произойдет их схлестывание. Согласно ПУЭ на электродинамическое действие токов КЗ должны проверяться гибкие шины РУ при мощности КЗ, равной или большей следующих значений:

- 110 кВ - 4000 МВА;

- 220 кВ - 8000 МВА, [5, стр.279].

5. По условию коронирования:

Проверка необходима для гибких проводников при напряжении 35 кВ и выше.

Разряд в виде короны возникает при максимальном значении начальной критической напряженности электрического поля, кВ/см:

(5.4)

где m - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов m = 0,82);

rо - радиус провода, см;

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению:

(5.5)

где U - линейное напряжение, кВ;

Dср - среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, Dср=1,26D;

D - расстояние между соседними фазами.

Провода не будут коронировать, если выполняется условие:

(5.6)

Выбор гибких токопроводов на стороне 220 кВ.

Рабочий ток равен:

А;

1. Определяется расчетное сечение по экономической плотности тока:

;

где JЭ - экономическая плотность тока (Tmax = 4500 ч) по [4, стр.267, табл. 4.1]: ;

Выбираем сечение АС-10/1,8 с допустимым током 84А.

2. Проверка по длительно допустимому току:

А;

; . Условие проверки не выполняется, выбираем провода большего сечения.

Выбираем сечение АС-25/4,2 с допустимым током 142А.

; Условие выполняется.

3. Проверка термическую стойкость не выполняется т.к. провода находится на открытом воздухе.

4. Проверка на схлестывание:

Рассчитываем мощность КЗ в РУ-220 кВ:

;

Т.к Sкз=1501,3МВА < 8000МВА, [4, стр.279] то проверка на схлестывание не выполняется.

5. Проверка на корону:

Определяем начальную критическую напряженность электрического поля по (5.4):

;

По формуле (5.5) определяем напряженность электрического поля:

где rо = 0,345 см [1, табл. 7.35];

U=220 кВ;

Dср=1.26D=1.26*300=378 см;

D=300 см [4, стр. 244].

Проверяем условие (5.6):

Условие проверки не выполняется, выбираем провода большего сечения.

Выбираем сечение провода АС - 35/6,2

Определяем начальную критическую напряженность электрического поля по (5.4):

;

По формуле (5.5) определяем напряженность электрического поля:

где rо=0,42 см [1, табл. 7.35];

Dср=1.26D = 1.26*300 = 378 см;

D=300 см [4, стр. 244].

Проверяем условие (5.6):

Условие проверки выполняется, принимаем сечение провода АС - 35/6,2 с допустимым током 175 А.

Проверка на динамическую стойкотсь не проверяется т.к. ток КЗ на шинах 220 кВ меньше 20 кА.

Выбор гибких токопроводов на стороне 35 кВ.

Рабочий ток равен:

А;

1. Определяется расчетное сечение по экономической плотности тока:

;

где JЭ - экономическая плотность тока (Tmax = 4500 ч) по [4, стр.267, табл. 4.1]: ;

Выбираем сечение АС-300/39 с допустимым током 710А.

2. Проверка по длительно допустимому току:

А;

; Условие не выполняется.

Расчет гибкого токопровода заключается в определении числа и сечения проводников.

Рабочий ток равен:

1. Определяется расчетное сечение по экономической плотности тока:

Исходя из общего сечения пучка qэ проводов выбираются несущие провода. Сечение несущего провода принимается равным: мм2.

Принимаем несущий провод сечением АС - 120 с Iдоп =390 А .

Число и сечение токоведущих проводов выбирается по следующим условиям:

- .

- Сечение несущего провода рекомендуется брать на ступень больше токоведущего или равное ему.

Находим количество токоведущих проводов:

Принимаем 6 токоведущих проводов сечением А120.

2. Проверка по длительно допустимому току:

Iдоп=390·2+6·390=3120 А.

Iдоп =3120А > Iутяж =1515,5 А.

3. Проверка на термическую стойкость:

Находим термический импульс:

Минимально допустимое сечение по условию термической стойкости по (5.3):

мм2,

что меньше Fсум=960 мм2.

Fсумм=120·2+120·6=960 мм2.

4. Проверка на корону:

Определяем начальную критическую напряженность электрического поля по (5.4):

;

По формуле (5.5) определяем напряженность электрического поля:

где rо = 0,76 см [1, табл. 7.35];

U=35 кВ;

Dср=1.26D=1.26*300=378 см;

D=300 см [4, стр. 244].

Проверяем условие (5.6):

Условие проверки выполняется, принимаем сечение провода 2xАС-120+6xA-120 А.

Проверка на динамическую стойкотсь не проверяется т.к. ток КЗ на шинах 35 кВ меньше 20 кА.

Окончательно принимаем к установке 2xАС-120+6xA-120.

Выбор токопроводов на стороне 10 кВ:

Расчет гибкого токопровода заключается в определении числа и сечения проводников.

Рабочий ток равен:

1. Определяется расчетное сечение по экономической плотности тока:

Исходя из общего сечения пучка qэ проводов выбираются несущие провода. Сечение несущего провода принимается равным: мм2.

Принимаем несущий провод сечением АС - 70 с Iдоп =265 А .

Число и сечение токоведущих проводов выбирается по следующим условиям

.

- Сечение несущего провода рекомендуется брать на ступень больше токоведущего или равное ему.

Находим количество токоведущих проводов:

Принимаем 3 токоведущих провод сечением А70.

2. Проверка по длительно допустимому току:

Iдоп=265·2+3·265=1325 А.

Iдоп =1325А > Iутяж =757,77 А.

3. Проверка на термическую стойкость:

Находим термический импульс:

Минимально допустимое сечение по условию термической стойкости по (5.3):

мм2,

что меньше Fсум=350 мм2.

Fсумм=70·2+70·3=350 мм2.

4. Проверка на корону не производится т.к. расчет производится на стороне 10 кВ.

Окончательно принимаем к установке 2xАС-70+3xA-70

5.2 Выбор сборных шин

Согласно ПУЭ сборные шины в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются.

Сборные шины круглого сечения проверяются по тем же условиям, что и гибкого токопроводы.

Сборные шины прямоугольного сечения проверяются:

1. По длительно допустимому току;

2. По термическому действию тока КЗ;

3. Проверка на электродинамическую стойкость:

Момент инерции поперечного сечения шины:

(5.7)

где b - толщина шины, см;

h - ширина шины, см;

Частота собственных колебаний сборных шин не должно входить в пределы (30-200) Гц:

(5.8)

где l - длина пролета между изоляторами, м;

J - момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению изгибающей силы, см2;

q - поперечное сечение шины, см2.

4. Механический расчет шин:

Шины являются механически прочными при выполнении условия:

расчдоп (5.9)

где доп - допустимое механическое напряжение в материале шин (для алюминиевых шин 82 МПа );

расч - расчетное напряжение в материале шин:

(5.10)

где l - пролет между изоляторами, м;

W- момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию силы, см.

(5.11)

При расположении шин плашмя момент сопротивления находится по формуле:

(5.12)

где b - толщина шины, см;

h - ширина шины, см;

Выбор сборных шин на стороне 220 кВ:

Шины на напряжение 220 кВ принимаем гибкими с круглым сечением.

А

Выбираем провод АС с сечением 35 мм2 с допустимым током 175 А, т.к. провода меньшего сечения не проходят проверку на корону для напряжения 220 кВ.

1. Проверка по длительно допустимому току:

;

121,4А ? 175 А;

2. Проверка на схлёстывание:

Рассчитываем мощность КЗ в РУ-220 кВ:

МВА

Т.к Sкз=1501,3МВА < 8000МВА, [4, стр.279] то проверка на схлестывание не выполняется.

3. Проверка на термическое действие не выполняется, т.к. шины выполнены голым проводом на открытом воздухе.

Проверка на динамическую стойкотсь не проверяется т.к. ток КЗ на шинах 220 кВ меньше 20 кА.

Выбор сборных шин на стороне 35 кВ:

Шины на напряжение 35 кВ принимаем гибкими с круглым сечением.

А,

Выбираем провод 2xАС-120+6xA-120 , т.к. провода меньшего сечения не проходят проверку по допустимому току.

1. Проверка по длительно допустимому току:

;

1515,5А ? 3120 А;

2. Проверка на схлёстывание:

Рассчитываем мощность КЗ в РУ-35 кВ:

МВА

Т.к Sкз=258,25МВА<4000МВА, [4, стр.279] то проверка на схлестывание не выполняется.

3. Проверка на корону:

Определяем начальную критическую напряженность электрического поля по (5.4):

;

По формуле (5.5) определяем напряженность электрического поля:

;

где rо = 0.76 см [1, табл. 7.35];

Dср=1.26D=1.26*300=378 см;

D=300 см [5, стр. 283].

Проверяем условие (5.6):

Условие проверки выполняется, принимаем сечение провода 2xАС-120+6xA-120 А.

4. Проверка на термическое действие не выполняется, т.к. шины выполнены голым проводом на открытом воздухе.

Проверка на динамическую стойкотсь не проверяется т.к. ток КЗ на шинах 35 кВ меньше 20 кА.

Выбор сборных шин на стороне 10 кВ:

Предварительно примем шину прямоугольного сечения 50х5 мм с Iдоп = 860 А.

1. Проверка по длительно допустимому току:

Iдоп = 860 А > Iутяж =757,77 А.

2. Проверка на термическую стойкость:

Находим термический импульс:

кА•с.

Минимально допустимое сечение по условию термической стойкости по:

мм2,

что меньше qст=50х5=250 мм2.

3. Проверка на электродинамическую стойкость:

Момент инерции поперечного сечения шины:

см4.

Гц.

Частота собственных колебаний сборных шин удовлетворяет требуемому условию т.к не попадает в промежуток от 30 до 200 Гц.

4. Механический расчет шин.

Распределение усилия

Н/м,

Момент сопротивления:

расчетное напряжение в материале шин:

МПа,

Шины механически прочные, т.к. расч=1,37 МПа доп=82 МПа (для алюминия)

Окончательно примем алюминиевые шины сечением 50х5 мм.

Таблица 5.1 - Сводные данные по выбору токопроводов и сборных шин.

6. ВЫБОР КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ ОСНОВНЫХ ЦЕПЕЙ СХЕМЫ

Контроль за режимом работы основного и вспомогательного оборудования на электростанциях и подстанциях осуществляется с помощью контрольно-измерительных приборов.

В зависимости от особенностей режима работы даже на аналогичных присоединениях количество контрольно-измерительных приборов может быть различным.

Выбор приборов будем осуществлять по [4. стр. 374, табл.4-9], в табличной форме:

Таблица 6.1 - Выбор контрольно-измерительных приборов

7. ВЫБОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

7.1 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения выбираются по следующим условиям:

1) по номинальному напряжению:

Uуст < U1ном; (7.1)

где U1ном - номинальное первичное напряжение.

2) по вторичной нагрузке:

S2<S2ном (7.2)

где S2 - мощность внешней вторичной цепи (вторичная нагрузка);

S2ном - номинальная вторичная нагрузка.

Выбираем трансформаторы напряжения на стороне 10кВ.

Результаты выбора трансформаторов напряжения показаны в табл. 7.1

Таблица 7.1 - Выбор трансформаторов напряжения на стороне 10кВ

ВА;

Таблица 7.2 - Выбор трансформатора напряжения на стороне 10 кВ

Выбираем к установке НТМИ-10-66У3который имеет номинальную мощность 120ВА в классе точности 0,5.

Рассчитаем потерю напряжения в соединительных проводов по (7.5-7.7):

Определяем ток в проводах:

А;

Сопротивление проводов:

Ом;

;

Полученное значение Uпот меньше допустимого 0.5%.

Таблица 7.3 - Выбор трансформаторов напряжения на стороне 35кВ

ВА;

Таблица 7.4 - Выбор трансформатора напряжения на стороне 35 кВ

Выбираем к установке ЗНОМ-35-72У1 (Т1), который имеет номинальную мощность 150 ВА в классе точности 0,5.

Рассчитаем потерю напряжения в соединительных проводов, сечение которого для алюминиевых проводов применяют 2,5 мм2, для медных - 1,5 мм2.

Рассчитаем потерю напряжения в соединительных проводов по (7.5-7.7):

Определяем ток в проводах:

А;

Сопротивление проводов:

Ом;

;

Полученное значение Uпот меньше допустимого 0.5%.

Таблица 7.5 - Выбор трансформаторов напряжения на стороне 220кВ

ВА;

Таблица 7.6 - Выбор трансформатора напряжения на стороне 220 кВ

Принимаем к установке ЗНОГ-220-79У3, который имеет номинальную мощность 150ВА в классе точности 0.2.

Рассчитаем потерю напряжения в соединительных проводов по (7.5-7.7):

Определяем ток в проводах:

А;

Сопротивление проводов:

Ом;

;

Полученное значение Uпот меньше допустимого 0.5%.

7.2 Выбор трансформаторов тока

Выбор трансформаторов тока (ТА) производится по следующим условиям:

по напряжению установки:

Uуст Uном (7.3)

по рабочему току

Imax.раб. I1ном (7.4)

где I1ном - номинальный первичный ток трансформатора тока, А;

Номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей.

по конструкции и классу точности;

по электродинамической устойчивости

где kэд - кратность электродинамической устойчивости по каталогу;

по термической стойкости

где kT - кратность термической устойчивости (справочные данные);

tТ - время протекания тока термической устойчивости, с;

Вк - расчетный импульс квадратичного тока КЗ, кА2·с.

по вторичной нагрузке:

Z2 Z2ном (7.7)

где Z2ном - номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в

выбранном классе точности, Ом;

Z2 - вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом.

Индуктивное сопротивление вторичных цепей невелико, поэтому Z2 ~ r2, где:

r2 = rприб. + rпров. + rк (7.8)

где rприб. - сопротивление приборов;

rпров. - сопротивление измерительных проводов;

rк. - переходное сопротивление контактов.

Сопротивление приборов определяется по формуле:

(7.9)

где I2 ном - номинальный вторичный ток приборов, А;

Sприб.- мощность приборов, В·А.

Переходное сопротивление контактов (rк) принимает следующие значения:

rк = 0,05 Ом - при количестве приборов до трех;

rк = 0,1 Ом - при трех и более приборах.

Зная Zном определяют допустимое сопротивление проводов rпров по формуле:

rпров = z2ном - rприб - rк (7.10)

По значению сопротивления проводов определяют площадь сечения провода по формуле:

(7.11)

где с - удельное сопротивление материала провода, Ом·мм2/м;

lрасч - расчётная длина, зависящая от схемы соединения трансформатора тока и расстояния l от трансформатора тока до приборов, м.

Провода с медными жилами (с = 0,0175 Ом·мм2/м) применяются во вторичных цепях основного и вспомогательного оборудования мощных электростанций с агрегатами 100 МВт и более, а также на подстанциях с высшим напряжением 220 кВ и выше. В остальных случаях во вторичных цепях применяются провода с алюминиевыми жилами (с = 0,0283 Ом·мм2/м).

Полученная по формуле (9.11) площадь сечения не должна быть по условию механической прочности менее 4 мм2 для проводов с алюминиевыми жилами. Провода с площадью сечения более 6 мм2 обычно не применяются.

Выбор трансформаторов тока на стороне 220 кВ на питающих линиях:

Результаты по выбору ТТ представим в виде таблицы 9.9:

Выбираем трансформатор тока типа ТФЗМ 220Б-4-У1 с номинальным вторичным током 5 А. Результаты выбора и проверки представим в табличной форме:

Таблица 7.7 - Выбор трансформаторов тока линии 220 кВ

Выберем приборы, которые подключаются к трансформатору тока.

Таблица7.7- Вторичная нагрузка ТТ в цепях линии 220 кВ

Проверку трансформатора тока по вторичной нагрузке, пользуясь схемой включения и каталожными данными приборов, определяем нагрузку по фазам для наиболее загруженного ТТ.

Сопротивление приборов определим по формуле 7.9:

Номинальная вторичная нагрузка трансформатора тока в классе точности 0,5:

Следовательно, условие (7.8) выполняется, так как Ом < Ом. Определяем допустимое сопротивление проводов по формуле (7.10) (сопротивление контактов принимаем rк = 0,05):

rпров = Z2ном - rприб - rк = 1,2 -0,204 - 0,05 =0,946Ом.

Сечение проводов по формуле (7.11):