Реконструкция подстанции "Сенная 100/35/10 кВ"

2.7.1 Выбор гибких шин ВН и сборных шин ВН

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины выполненные проводами АС. При заданном рабочем токе, сечение проводника можно выбрать таким, чтобы приведенные затраты были минимальны. Плотность тока в гибких шинах 110 кВ соответствовала экономической плотности тока.

Так как число часов использования максимума нагрузки в год равна 3136,3 часов, то по [9] для неизолированного провода и алюминиевых шин нормированная экономическая плотность тока

j_эк = 1,1 А/мм²

I_раб. =

S_{ном. тр} - номинальная мощность трансформатора (кВА)

U_ВН - номинальное напряжение ВН (кВ)

I_раб. = А.

Сечение проводников должно быть проверено по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение

Принимаем по [9] провод АС - 95 мм² и I_доп = 330 А, d = 13,5 мм

а) Проверяем на максимально допустимый ток нагрузки.

I_{раб. max} = I_раб • 1,4

I_{раб. max} = 83,978 • 1,4 = 117,569 А.

Условие выполнено I_{раб. max} = 117,569 А < I_доп =330 А.

б) Выбранное сечение проверяем на термическое действие тока к.з.

Определяем тепловой импульс квадратичного тока к.з.

В_К = I²_n.o • (t_отк + Т_а)

В_К = 12,871² • (0,16+0,05) = 34,789 кА² •С

Время отключения к.з., требуемое для оценки термической стойкости аппаратов, определяется по времени действия основных релейных защит и полному времени отключения выключателей.

t_откл. = t_рз + t_отк.в

t_откл. = 0,1+0,06 = 0,16 с

Минимальное сечение проводника, отвечающее требованию его термической стойкости при к.з. определяем по формуле

мм².

C - функция шины алюминиевые 91 [6].

q_min = мм².

Очевидно, что проводник сечением q будет термически стойким, если выполняются условия q ?q_min

q = 95 мм² ? q_min = 64,815 мм², следовательно шины АС-95 мм² удовлетворяют термической стойкости т.к. сечение провода больше минимально допустимого для 110 кВ, по условию нормы, поэтому проверку на нормирование не проводим.

в) Выбираем подвесные изоляторы по рабочему напряжению.

Количество изоляторов в гирлянде по рабочему напряжению выбираются исходя из длины пути утечки, требуемого для данного класса напряжения при данной загрязненности местности, и пути утечки, обеспечиваемого типом изолятора, выбранного по электромеханическим нагрузкам. При этом используется не геометрическая длина пути утечки изолятора, а действительная потеря равна:

l_эфф. =

L_из. - длина пути утечки не менее для изолятора ПС12-А = 325 мм

К - коэффициент эффективности использования пути утечки 1,2 [9]

l_эфф. = мм

Требуемая длина пути утечки определяется по удельному пути утечки l_о для различной степени загрязнения участка. Принимаем населенную местность вне защищенного интервала, степень II, рекомендуемая длина утечки для II степени 1,5 см/кВт = 15 мм/кВт.

Определяем количество изоляторов ПС ПС12-А в гирлянде по рабочему напряжению

n =

U_л - наибольшее допустимое линейное напряжение данного класса изоляции.

n = шт. принимаем 7 штук в гирлянде

Для натяжных гирлянд электромеханические условия работы и их условия замены значительно тяжелее, поэтому для класса напряжения 110 кВ их применяют на один изолятор больше. Следовательно, принимаем окончательно 8 штук.

г) Выбираем сборные шины ВН.

Так как сборные шины по экономической плотности не выбираются [2], принимаем сечение по допустимому току, при минимальной нагрузке на шинах, равной току наибольшего участка, это перемычка. Выбираем сборные шины из алюминиевых труб по формуле

I_раб =

I_раб = А.

I_{max. раб.} = 1,4 · I_раб

I_{max. раб.} = 1,4 · 83,978 = 117,569 А.

Выбираем сечение алюминиевых труб [8]. Внутренний диаметр 13 мм^2, наружный диаметр 16 мм², допустимая нагрузка 295 А, сечение 68 мм².

По условию нагрева в продолжительном режиме шины проходят

I_max.= 117, 569А < I_доп = 295 А.

Проверяем шины на термическую стойкость к току к.з. по формуле

q _min =

q _min = мм²;

Это минимальное сечение по условию термической стойкости.

q _min = 64,815 мм² < q _труб = 68 мм², следовательно, шины термически стойкие.

Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, находящихся под воздействием электродинамических сил. В такой системе возникают колебания, частота которых зависит от массы и жесткости конструкции. Электродинамические силы, возникающие при к.з. имеют составляющие, которые изменяются с частотой 50 и 100 Гц. Если собственные частоты колебательной системы шины - изоляторы совпадут с этими значениями, то нагрузки на шины и изоляторы возрастут. Если собственные частоты меньше 30 и больше 200 Гц, то механического резонанса не наступает.

Для проверки шин на электродинамическую стойкость производим механический расчет шин. Наибольшее удельное усилие, действующее на среднюю фазу при трехфазном к.з. равно:

f_расч = ;

a - расстояние между фазами равно 2 метра

i_у³ - ударный ток трехфазного замыкания равно 30,033 кА

f_расч = Н/м.

Момент сопротивления для алюминиевых труб [8] относительно оси, перпендикулярной действию усилия, см³:

W = ;

D - внешний диаметр трубы

d - внутренний диаметр трубы

W = см².

напряжение в материале шины при воздействии изгибающего момента:

у _расч = ;

l - длина пролета между опорными изоляторами вдоль шинной конструкции

у - допустимый изгибающий момент для алюминиевого сплава [8] равно 75,9 МПа

у _расч = мПа.

у _расч = 1242, 818 МПА ? ї_доп = 72,9 МПа, условие не соблюдается, шины механически не прочны, выбираем трубы большего диаметра

Берем из таблицы [8] алюминиевые трубы с внутренним диаметром 45 мм и наружным диаметром 50 мм, допустимая нагрузка 1040 А, сечение 373 мм².

Определяем момент сопротивления относительно оси, перпендикулярной действию усилия по формуле

W = ^;

W = см³.

Напряжение в материале шин под воздействием изгибающего момента по формуле:

у_расч =

у_расч =

у_расч = 66,59 МПа ? у_доп = 75 МПа условие выполняются значит шины механически прочны.

Окончательно выбираем сборные шины из алюминиевого сплава АД31Т с внутренним диаметром 45 мм и наружным диаметром 50 мм.

Итак ошиновка ОРУ-110 кВ выполняется трубами алюминиевого сплава 50х2,5 мм, отпайки и перемычки - проводами АС-95 мм².

Жесткая ошиновка опирается концами шин на колонки изоляторов смонтированных аппаратов.

Жесткие трубчатые шины имеют с одной стороны узел компенсации, конструкция которого позволяет осуществлять перемещение шины в пределах узла на ± 70 мм. Ошиновка расположена в два яруса: верхний ярус на высоте 4,8 м, нижний ярус - на высоте 3,7 м. Шины верхнего яруса одним концом опираются на Л-образный кронштейн. Контактная поверхность кронштейна имеет радиальные овальные отверстия, которые позволяют осуществлять поворот элементов ошиновки относительно друг друга на угол ± 10⁰.

Соединение трубчатой неподвижной шины с вращающейся колонкой аппарата выполняется гибкой связью самого аппарата. Ошиновка просматривается во время производства работ, что исключает возможность ошибок при переключениях. Отпайки и перемычки выполняются гибким проводом, присоединяются к аппаратам и выводам 110 кВ аппаратными зажимами.

2.7.2 Выбор гибких шин на стороне НН

На напряжение 10 кВ согласно ПУЭ сборные шины и ошиновка в пределах распределительных устройств по экономической плотности тока не выбираются. Выбор произведем по допустимому току по формуле:

I_раб =

S_ном.тр - номинальная мощность трансформатора

U_{ном (нн)} - номинальное напряжение

I_раб = А.

Максимальный рабочий ток I_{раб.ном} = 1,4·923,785 = 1293,299 А.

Берем гибкие шины от трансформатора до распредустройства 10 кВ, выбираем два провода АС-500/65 с допустимым током 2х945 А [8], т.е. 1890 А.

а) I_доп=1890 А > I_{раб.ном} = 1293,299 А проверка на максимальный длительный ток нагрузки.

б) Выбранное сечение проверяем на термическое действие токов короткого замыкания.

Определяем тепловой импульс квадратичного тока к.з. по формуле:

В_к = I²_{n o} · (t_{откл +} Т_а);

В_к = 8,06² · (0,2=0,05) = 16,240 кА² ·с

Минимальное сечение проводника его термической стойкости при к.з. по формуле

q_min = ;

q_min = мм².

проводник термически будет стойким т.к. выполняется условие

q = 2х500 мм² > q_min = 44,284 мм²

Проверяем токопровод на условия схлестывания. Сила взаимодействия между фазами:

f = ;

D - расстояние между фазами 1,5 м

f = Н/м.

Сила тяжести 1 метра токопровода, с учетом массы колец 1,6 кг, определяется (масса 1 метра провода АС-500/64 = 1,85 кг):

q = 9,8·(2·1,85+1,6)=51,94 Н/м.

Принимая время действия релейной защиты (дифференциальной) t₃ = 0,1 с

Находим время эквивалентное по импульсу, время действия быстродействующей защиты.

t_эк = t₃ + 0,05;

t_эк = 0,1=0,05=0,15 с

Определяем отношение

h - максимальная стрела провеса провода в каждом пролете при максимальной расчетной температуре

=

по диаграмме определяем отклонения гибкого токопровода с горизонтальным расположением фаз под действием токов к.з. в зависимости от

Определяем по кривой откуда b=0,05·2,5=0,125 м

Допустимое отклонение

b_доп =

Д - расстояние между разными фазами токопровода (м);

d - диаметр провода 2х500/64 = 61,2 мм =0,061 м;

б_доп - номинальное допустимое расстояние в свету между соседними фазами в момент их наибольшего сближения равно 0,2 м.

b_доп = м

Схлестывания не произойдет, так как

b = 0,125 м < b_доп = 0,619 м

Проверяем гибкий токопровод по электродинамическому взаимодействию проводников одной фазы. Усилие на каждый провод от взаимодействия со всеми остальными n - 1 проводами составляет:

f_у = ;

n - число проводов в фазе;

d - диаметр фазы (м);

I_no - действующее значение тока трехфазного к.з. (А)

f_у = Н/м.

Удельная нагрузка на каждый провод от взаимодействия при к.з.

МПа/м

Удельная нагрузка на провод АС-500 от собственного веса:



МПа/м.

m - масса провода

Принимая максимальное натяжение на фазу в нормальном режиме

Т_фmax = 100·10³ Н определяем:

;

МПа

Определяем допустимое расстояние между распорками внутри фазы:

l_р = К

К = 1,8 коэффициент допустимого увеличения механического напряжения в проводе при к.з.;

- максимальное напряжение в проводе при нормальном режиме, МПа (при температуре 40⁰С или гололеде и температуре - 5⁰С);

в - коэффициент упругого удлинения материала провода (для алюминия в=159 ·10^-13 м²/н);

г₁ - удельная нагрузка от собственной массы провода, МПа/м;

г_к - удельная нагрузка от сил взаимодействия при к.з., МПа/м.

l_р = 360 м

Итак, по условию электродинамической стойкости дистанционных распорок не требуется l_р =360 м, их устанавливаем через 15 метров для фиксации проводов расщепленной фазы.

2.7.3 Выбор изоляторов НН для гибких шин

Выбираем проходные изоляторы на 10 кВ в трансформаторных камерах и вводе КРУ. Выбираем изолятор ПН-10/2000-12500 [8].

Номинальное напряжение 10 кВ.

Номинальный ток 2000 А больше рабочего тока 1293,299 А.

Минимальная разрушающая нагрузка при изгибе 12263 Н

Максимальная сила, действующая на изгиб:

F_изгиб = 1,62•;

l - расстояние от проходного изолятора и подвесного на стенке трансформаторной камеры равно 3,5 м = 3500 мм;

а - расстояние между фазами равно 1,5 м.

F_изгиб = Н

Проверяем изолятор на механическую прочность:

F_расч=0,5·F_изгиб < F_разр·0,6

F_расч=0,5·136,175 = 68,087 Н < F_разр·0,6 =12,263·0,6=7357,8 Н

Итак, проходной изолятор на 10 кВ ПН-10/2000-12500 проходит по механической прочности.

Подвесной изолятор выбираем ПС-12 А - 3 шт.

2.7.4 Выбор сборных шин НН

Сборные шины выбираем по максимально длительному току нагрузки по формуле:

I_раб. =

I_раб. = А

Так как среднемесячная температура наиболее жаркого месяца для Саратовской области равна +21⁰С [10] поправочный коэффициент на температуру равен 1.

Принимаем однополосную алюминиевую шину сечением 80х10 мм, сечение шины 800 мм².

По условию нагрева в продолжительном режиме шины проходят.

I_max = 1293,299А < I_доп = 1480 А

Проверка на термическую стойкость

q_min = 44,284 мм² < q = 800 мм²

Шины термически стойкие.

Находим наибольшее усилие, действующее на среднюю фазу при трехфазном токе к.з. по формуле:

f_расч =

а - расстояние между соседними фазами в ЗРУ равно 130 мм для 10 кВ [8].

f_расч = Н

Проверяем шины на механическую прочность.

Определяем пролет l при условии, что частота собственных колебаний будет больше 200 Гц:

200 ? откуда l² ? м²

тогда l ? = 0,668 м

J - момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению силы (см⁴);

q - поперечное сечение шины (см²);

если шина расположена на ребре

J =

J = см⁴

Итак, если шины будут на ребро, то расстояние между изоляторами 0,668 м. Если шины на изоляторах расположены плашмя, тот момент инерции по формуле:

J =

J = см⁴

l² ? м²

l ?

Вариант с шинами плашмя позволяет увеличить длину пролета до

1,889 м, т.е. дает значительную экономию изоляторов. Принимаем положение шин плашмя, пролет берем l = 1,5 м.

Напряжение в материале однополосной шины находим по формуле:

=

= МПа

Момент сопротивления

W =

W = см²

Для алюминиевых шин = 75 МПа > = 9,993 МПа

Следовательно, сборные шины удовлетворяют максимальному длительному току нагрузки, термической и электрической стойкости.

2.7.5 Выбор шин на отходящих фидерах НН

Определяем рабочий ток

I_раб =

S_{ном. тр} - номинальная мощность трансформатора;

U_ном - номинальное напряжение;

n - количество фидеров.

I_раб = А.

Экономически целесообразное сечение по формуле:

q_эл =

q_эл = мм²

Принимаем однополосные шины из алюминия (АД 31Т) с установкой плашмя 50х3 мм, сечение шины 150 мм².

По условию нагрева в продолжительном режиме шины проходят

I_ном = I_раб · К_ав

I_ном = 92,376·1,4 = 129,326 А.

I_max = 129,326 А < I_доп = 155 А.

Момент сопротивления по формуле:

W =

W = см²

Напряжение в материале шины по формуле:

=

= МПа

Для шин на отходящих фидерах = 75 МПа > = 6,537 МПа

Данные шины 50х3 мм удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

2.7.6 Выбор изоляторов для шин НН

Для крепления жестких шин выбираем опорные изоляторы для работы в помещении КРУН. ИО-10-3,75 F_разр=3,75 кН Н_из=120 мм

Проверяем изоляторы на механическую прочность. Максимальная сила, действующая на изгиб:

F_изг.=

F_изг.= Н

Поправка на высоту прямоугольных шин (плашмя):

К_h=

К_h= мм

в-ширина шины

F_расч = К_h · F_изг = 1,708 · 661,152= 1129,247 Н < 0,6 · F_разр= 0,6 ·3750= 2250 Н

Значит опорный изолятор ИО-10-3,75 проходит по механической прочности.

2.7.7 Выбор выключателей ВН и разъединителей ВН

Электрические аппараты в системе электроснабжения должны надежно работать как в нормальном длительном режиме, так и в условиях кратковременного аварийного режима.

К аппаратам предъявляется ряд общих требований надежной работы: соответствие номинальному напряжению и роду установки; отсутствие опасных перегревов при длительной работе в нормальном режиме, термическая и динамическая устойчивость при к.з., а также такие требования как простота и компактность конструкции, удобство и безопасность эксплуатации, малая стоимость.

При проектировании на стороне 110 кВ выбираем оборудование:

Разъединитель с заземляющими ножами - основное назначение изолировать участок цепи на время ремонта электрооборудования путем создания видимого воздушного промежутка.

Для заземления нейтрали силового трансформатора выбираем заземляющий разъединитель нейтрали ЗОН-110М-I У1.

Номинальное напряжение - 110 кВ

Номинальный ток - 400 А

Амплитуда предельного тока к.з. 16 кА

Номинальный ток термической стойкости - 6,3 кА, допустимое время действия 3 с.

Тип привода ПРН-11У1

По [8] выбираем разъединитель РНДЗ-2-110/1000 У1

Р - разъединитель;

Н - наружной установки;

Д - двухколонковый;

З - с заземляющими ножами;

У - умеренного климата;

Выбор и проверка разъединителей

Расчетные данные	Каталожные данные	Условия выбора
Uном = 110 кВ	Uном = 110 кВ	Uном ? Uуст.н
Iр.ном = 117,569 А	I.ном = 1000 А	I.ном ? Iр.ном
iу = 30,033 кА	iдин = 80 кА	iдин ? iу
Вк= 34,789 кА2 ·с	I2тер·tтер=3,97·103 кА2·с	I2тер·tтер? Вк

I²_тер - предельный ток термической стойкости равен 31,5 кА;

t_тер - время. Длительность протекания предельного тока термической стойкости равен 4 с.

Тип привода ПРН-110У1

Разъединитель РНДЗ-2-110/1000 У1 смонтирован на раме со смонтированными полюсами, стоит на двух стойках, на одном из которых устанавливаем привод ПРН-110У1.

Привод разъединителя соединен с валом управления главными ножами и валами управления заземляющими ножами.

Полюса разъединителя соединены с помощью межполюсных тяг. Контактные выводы ножей заземления соединены стальной полосой с рамой блока.

Далее выбираем выключатели 110 кВ.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

- надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального);

- быстрота действия т.е. наименьшее время отключения;

- пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;

- возможность пофазного (пополюсного) управления;

- легкость ревизии и осмотра контактов;

- взрыво и пожаробезопасность;

- удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток I_ном U_ном.

Выбор выключателя производим по важнейшим параметрам:

- по напряжению установки U_ном ? U_уст._ном;

- по длительному току I_ном ? I_р.ном;

- проверка на симметричный ток отключения I_отк ? I_п.о;

- проверка на отключающей способности по полному току к.з.

(I_hr + i_ar) ?

- на термическую стойкость В_Н ? I²_тер·t_тер;

- на электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельным сквозным токам к.з. i_у ? i_дин

Выбираем выключатель газовый ВГТ-110 // * - 40/2500У1.

Выбор выключателя

Расчетные данные	Каталожные данные	Условия выбора
Uном = 110 кВ	Uном = 110 кВ Umax=126 кВ	Uном ? Uуст.ном
Iр.ном = 117,569 А	I.ном = 2500 А	I.ном ? Iр.ном
I.n.о.=12,871 кА	I.откл = 40 А	Iоткл ? In.о
(Ihr + iar) = А	= кА	Ihr + iar ?
Вк= 34,789 кА2 ·с	I2тер·tтер=88 кА2·с	I2тер·tтер? Вк
iу = 30,033 кА	iдин = 102 кА	iдин ? iу

где в_ном - нормированное значение апериодической составляющей в отключенном поле в 4%, по каталогу не больше 40%.

Выключатель ВГТ-110 // * - 40/2500У1 изготовлен в климатическом исполнении У, категория размещения ГОСТ15150, ГОСТ151543 и предназначены для эксплуатации на открытом воздухе в районах с умеренным климатом.

Верхние значения температуры +40⁰С, нижнее рабочее -45⁰С.

Высокие механические и коммутационные ресурсы, повышенные сроки службы уплотнений и комплектующих, обеспечивают 20-ти летний межрегиональный период.

Низкий уровень шума при срабатывании соответствует высоким природоохранным требованиям.

Ресурс коммутационной стойкости составляет:

- при токах в диапазоне свыше 60% до 100% номинального тока отключения - 20 операций;

- при токах в диапазоне свыше 30% до 60% номинального тока отключения - 50 операций;

- при рабочих токах равных номинальному току - 5000 операций.

Все три полюса управляются одним пружинным приводом типа ППрК.

Номинальное напряжение постоянного тока электромагнитов управления привода 110 или 220 В.

Допускается питание электромагнитов управления и выпрямленным током, например, от блоков БПТ-1002, БПНС-2 и пр.

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ-7)/ Главгосэнергонадзор России. M.: Сибирское университетское изд-во, 2009.853 с.

2. Правила эксплуатации электроустановок потребителей. М.: ЗАО «Энергосервис», 2003. 392 с.

3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ. М.: Изд-во ЗАО «Энергосервис», 2003. 36д8 с.

4. Андреев В.А. «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения» /4-е издание, Изд-во «Высшая школа», 2006. 639 с.

5. Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникации/ М-во энергетики РФ. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. 48 с.

6. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35 -750 кВ (СТО 59647007 - 29.240.10.028 - 2009). - М.; ОАО «ФСК ЕЭС», 2009. - 96 с.

7. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций напряжением 35 - 750 кВ. Типовые решения. - М.; ОАО Институт «Энергосетьпроект», 2007. - 144 с.

8. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций М: Энергоатомиздат, 1987. - 646 с.

9. Справочник по проектированию линий электропередачи/ Под редакцией Д.Л. Файбисовича. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС 2006.

Размещено на Allbest.ru