Проектирование районной электрической сети суммарной мощностью 105 МВт с проектированием понижающей подстанции

Расчетным видом КЗ является 3-х фазное (как наиболее тяжелое по последствиям из всех видов коротких замыканий).В расчётной схеме установки отражается нормальный режим работы, намечаются расчетные точки, КЗ в которых приводит к наиболее тяжелым условиям работы выбираемы аппаратов и проводников. Для расчёта токов КЗ составляем расчётную схему, соответствующую нормальному режиму работы систем электроснабжения. В расчётную схему вводим сверхпереходными сопротивлениями трансформаторы, воздушные линии, которые связывают источники с местом КЗ. Схема для расчёта токов КЗ представлена в соответствии с рисунком 18. Рисунок 18 – Эквивалентная схема замещенияПредварительно примем базисную мощность МВ·А.Uб=Uср.ном.;Uб1= 115 кВ; Uб2=10,5 кВДля каждой ступени КЗ будут свои базисные напряжения и ток:Iб = Sб/ Uб, (11.1)Iб1 = 100 / (= 0,5 кА,Iб2 = 100 / (= 5,5 кАСопротивление энергосистем:X1 = Sб/ , (11.2)Х1 = 100 / 40,04 = 2,5,X2 = Sб/ , (11.3)Х2 = 100 / 26,11 = 3,83Для энергосистемы необходимо задать значение сверхпроходной ЭДС в относительных единицах:Е1 = Е2 = 1,0; Е3 = 0,85. Относительное сопротивление ВЛX3 = Х12Sб/ ,(11.4)Х3 = 40,66 100 / 1152 = 0,31,X4 = Х32Sб/ , (11.5)Х4 = 24,17 100 / 1152 = 0,18Относительное сопротивление трансформатораХ5 = uкSб / (100 Sном), (11.6)Х5 = 10,5 100 / (100 16) = 0,66Сопротивление нагрузкиХ6 = Sб 0,35 / S2, (11.7)X6 = 100 0,35 / 17,3 = 2,02Определим результирующее сопротивление относительно точки К-1:Х7 = ((Х1 + Х3) (Х2 + Х4)) / (Х1 + Х3 + Х2 + Х4), (11.8)Х7 = ((2,5 + 0,31) (3,83 + 0,18)) / (2,5 + 0,31 + 3,83 + 0,18) = 1,65,Е4 = Е2 (Х1 + Х3) + Е1 (Х1 + Х4) / (Х1 + Х3 + Х2 + Х4), (11.9)Е4 = 1 (2,5 + 0,31) + 1 (3,83 + 0,18) / (2,5 + 0,31 + 3,83 + 0,18) = 1,ХΣ1 = Х7 (Х6 + Х5) / (Х7+ Х6 + Х5), (11.10)ХΣ1 = 1,65 (2,02 0,66) / (1,65 + 2,02 + 0,66) = 1,02Эквивалентная результирующая ЭДС для точки К-1ЕΣ1 = Е3Х7 + Е4 (Х6 + Х5) / (Х7 + Х6 + Х5),(11.11)ЕΣ1 = 0,851,65 + 1 (2,02 + 0,66) /(1,65 + 2,02 + 0,66) = 0,94Результирующее сопротивление относительно точки К-2:ХΣ2 = (Х7+ Х5) Х6) / (Х7 + Х6 + Х5), (11.12)ХΣ2 = (1,65 + 0,66) 2,02) / (1,65 + 2,02 + 0,66) = 1,08Эквивалентная результирующая ЭДС для точки К-2ЕΣ2 = Е3(Х7+ Х5) + Е4Х6 / (Х7 + Х6 + Х5), (11.13)ЕΣ2 = 0,85 (1,65 + 0,66) + 12,02 /(1,65 + 2,02 + 0,66) = 0,92Значение периодической составляющей тока КЗ для момента времени t совпадает со значение его в начальный момент времени (t= 0), так как место КЗ можно считать электрически удаленным.Периодическая составляющая тока КЗ, кАIп01 =ЕΣ1Iб1 / ХΣ1, (11.14)Iп01 = 0,94 0,5 / 1,02 = 0,46,Iп02 =ЕΣ2Iб2 / ХΣ2, (11.14)Iп02 = 0,92 5,5 / 1,08 = 4,7Примем для энергосистемы, связанной с точкой КЗ воздушной линией напряжением 110 кВ Та1=0,25 с,Ку1=1,7 о.е.Для системы связанной с точкой КЗ через трансформатор с Sном< 200 МВА принимаем следующие значения: Та2=0,05 с,Ку2=1,82 о.е.Определяем значение ударного тока КЗ, кА, (11.15),, (11.16)Значения апериодической составляющей тока КЗ в момент времени t:(11.17)Время t определяет сумму минимального времени действия релейной защиты и собственного времени отключения выключателя, сt1= tрзВН+ tсв,(11.18)t1= 1,8+0,05 = 1,85,t2= tрзНН+ tсв,(11.19)t2= 0,6+0,05 =0,65,кА,кАТепловой импульс,, (11.20),Результаты расчётов токов КЗ представим в таблице 8.Таблица 8 – Результаты расчета токов КЗТочка КЗIпо, кАiу, кАiа,t, кАВк, кА2сК-10,461,1100,40К-24,712,09015,4512 Выбор оборудования12.1 Выбор выключателейВыключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения электрических цепей в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа.Выбор выключателей допустимо производить по следующим параметрам: по напряжению установки Uуст.≤Uном;по длительному току Iраб.max≤ Iномпо току отключенияIпt≤ Iоткл.;по электродинамической стойкостиiуд.≤Imax. доп.;по термической стойкости Вк≤ Iт2tт;Выбор коммутационного оборудование на 110 кВ.Выбираем элегазовый баковый выключатель ВГТ-XII*-40/2500 У1.Таблица 9 – Проверка условий выбора выключателяУсловия выбораРасчётные величиныКаталожные данныеUуст. ≤ Uном, кВ110110Iраб.max≤Iном, А912500Iпt≤ Iоткл., А46040000iуд. ≤ Iпр.скв, А111063000Вк≤ , кА2с0,401200Разъединитель – это коммутационный аппарат, предназначенный для создания видимого разрыва в электрической цепи без нагрузки (предварительно выключенной выключателем).Разъединитель – РНДЗ.1-110/630 ХЛ1 (разъединитель наружной установки двухколонковый с заземляющими ножами для районов с холодным климатом).Таблица 10– Проверка условий выбора разъединителяУсловия выбораРасчетные величиныКаталожные данныеUуст. ≤ Uном, кВ110110Iраб.max≤ Iном, А91630iуд. ≤ Iпр.скв., А111010000Вк≤, кА2с0,403969Выбор коммутационного оборудование на 10кВНа шинах 10 кВ принимаем КРУ-10 выбираем шкаф выкатного исполнения К-ХХIV с выключателем BB/TEL-10-12,5/1600У2.Таблица 11 – Проверка условий выбора выключателяУсловия выбораРасчетные величиныКаталожные данныеUуст.≤ Uном, кВ1010Iраб.max≤ Iном, А10001600Iпt≤ Iоткл., А470032000iуд. ≤ Iпр.скв., А1209063000Вк≤ , кА2с15,45120012.2 Выбор шин и ошиновкиОсновное электрическое оборудование электростанций, подстанций соединяются между собой проводниками разного типа, которые образуют токоведущие части электрической установки.Выбор шин и ошиновки на 110 кВ Так как сборные шины по экономической плотности не выбираются, принимаем сечение по допустимому току при максимальной нагрузке на шинах. Выбираем марку провода: АС-240/32 [1] со следующими параметрами: q=244мм2, d=21,6мм, Iдоп=605А.Проверка шин на схлестывание не производится, так как .Проверка на термическое действие тока КЗ не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.Проверка по условиям коронирования не производится, так как согласно ПУЭ минимальное сечение провода для воздушных линий на 110 кВ 70мм2.Токоведущие части от выводов 110кВ блочного трансформатора до сборных шин выполняем гибкими проводами.По справочнику принимаем провод в фазе АС240/32, с параметрами:d=21,6мм2, Iдоп=605.Выбор шин и ошиновки на 10 кВ В закрытых РУ 10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами, поэтому выбор производится по допустимому току.По справочнику выбираем однополосную алюминиевую шину прямоугольного сечения марки АДО100×8, Iдоп= 1625 А, где h= 100мм – ширина шины, b=8мм высота шины, площадь поперечного сечения q = 7,97 мм2.Проверяем шины на термическую устойчивость,мм2qmin = ,(12.1)где С – коэффициент для алюминия.qmin = Расчет на механическую прочность.Для АДО:допустимое напряжение: доп.=40 МПа;разрушающее напряжение: разр.=60-70 МПа;Так как h= 100мм, b= 8 мм тогда, а>>2 · (b+h), принимаем, а=0,3м – расстояние между фазами.Наибольшее удельное усилие при трехфазном КЗ,Н/м.f(3) = 10-7 (2 / a, (12.2)f(3) = 10-7 120902 / 0,3 = 84,41Равномерно распределенная сила создает изгибающий момент,Н·мМ = f(3)l2 / 10, (12.3)где l = 0,9 мм – длина пролета между изоляторами.М = 84,41 0,92 / 10 = 7,6Момент сопротивления шин определяется, см3.W = b h2 / 6, (12.4)W = 8 1002 / 6 = 13333,33 10-3Определяем напряжение в материале шины, возникающее при воздействии огибающего момента,МПа.σрасч = M / W, (12.5)σрасч = 7,6 / (8533,33 10-3) = 0,56,МПа ≤доп.=40Условие выполняется, шины механически прочны.12.3 Выбор изоляторовВ РУ жесткие шиныкрепятсянаопорныхизоляторах.Выборпроизводится: по напряжению Uуст. ≤ Uномпо допустимой нагрузкеFрасч ≤ Fдоп,где Fрасч.– сила, действующая на изолятор, Н;Fдоп. – допустимая нагрузка на головку изолятора, НFдоп.=0,6·Fразр.,(12.6)где Fразр. – разрушающая нагрузка на изгиб, Н.Fдоп.=0,66250=3750 НПо[1] выбираем опорный изоляторИО-10-3,75 УЗс параметрами Fраз = 3,75 кН, Низ=100мм12.4 Выбор измерительных электроаппаратовНагрузка трансформатора тока показана в таблице 12.Таблица 12 – Нагрузка трансформатора токаПриборТипКласс точностиНагрузка фазы, ВААВСАмперметрН-3931,50,5--Счетчик акт. энергииСЭТ 320,05-0,05Счетчик реак. энергииЦЭ 68011,50,3-0,3Итого0,85-0,35Общее сопротивление приборов, Омrприб = Sприб / I22, (12.7)rприб = 0,85 / 5 2 = 0,034Сопротивление проводов, Ом,(12.8)где rк – сопротивление контактов.Принимаем длину контрольного кабеля с алюминиевыми жилами (ρ=0,0283) равной l=50 м.Сечение провода,мм2qпров = ρ lрасч / rпров, (12.9)qпров = 0,0289 50 / 0,516 = 2,8Выбираем контрольный кабель КВВГ сечением 4 мм2.Реальное сопротивление провода, Ом= ρ lрасч / qсм, (12.10) = 0,0283 50 / 4 = 0,354Вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом, (12.11)По [1] выбираем трансформаторы тока.Каталожные данные трансформаторов токапредставим в таблице 13.Таблица 13 –Каталожные данные трансформаторов токаТипUном,кВUном. раб.,кВIном, АпервичныйвторичныйТФЗМ-110 Б-11101106005ТПЛК10 У3101020005Трансформаторы напряжения выбираются:по напряжению установки ;по конструкции и схеме соединения обмоток;по классу точности;по вторичной нагрузке, В·А,где Sном– номинальная мощность в выбранном классе точности, В·А; S2Σ– нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, В·А.Выбираем трансформатор НАМИ-10 У2, имеющий номинальную мощность в классе точности 0,5, необходимом для присоединения счетчиков, 75 В·А. Таким образом, S2Σ= 11,6 < 200 В·А, трансформатор будет работать в выбранном классе точности. Каталожные данные трансформаторов напряжения представлены в таблице 14.Вторичная нагрузка трансформатора напряжения показана в таблице 15.Таблица 15 – Каталожные данные трансформаторов напряженияТипUном, кВUном обмоток, ВПервичнойвторичнойНАМИ-10 У21010000100Таблица 15 –Вторичная нагрузка трансформатора напряженияПриборТипПотребляемая Мощность катушки В·АЧисло катушекОбщая потребляемая мощность S, В·АВольтметрВаттметрВарметрСчетчик активной энергииСчетчик реактивной энергииЭ-377Д-365Д-365ЕвроальфаЕвроальфа2,01,51,53,63,6122112,03,03,03,63,6Итого:11,612.5 Выбор ОПННа линиях электропередачи возникают волны перенапряжения, в результате прямых ударов молний в провода либо перекрытий воздушных промежутков при ударе молнии в опору. Эти волны перенапряжений доходят до подстанции и вызывают кратковременное перенапряжение на оборудовании. Они могут вызывать повреждение изоляции.Для предотвращения этого и защиты оборудования используются нелинейные ограничители перенапряжений. Для защиты от атмосферных перенапряжений и кратковременных внутренних напряжений изоляции ВЛ и трансформаторов на сторонах ВН и НН устанавливают ограничители перенапряжений типа: ОПН 110, ОПН-10.12.6 Выбор трансформаторов собственных нужд подстанцииНа подстанциях приемниками энергии системы собственных нужд являются: электродвигатели системы охлаждения трансформаторов и синхронных компенсаторов; устройства обогрева выключателей и шкафов КРУ и КРУН с установленными в них электрическими аппаратами и приборами; электродвигатели компрессоров, снабжающих воздухом пневматические приводы; вентиляция; электрическое отопление и освещение; система пожаротушения; оперативные цепи. Наиболее ответственными потребителями собственных нужд подстанций являются оперативные цепи, системы связи, телемеханики, аварийное освещение, система пожаротушения.В зависимости от типа, мощности ПС питание потребителей собственных нужд осуществляется от специально установленных трансформаторов собственных нужд (ТСН).На всех ПС устанавливается не менее двух трансформаторов собственных нужд. К трансформаторам собственных нужд подстанции могут подключаться только потребители подстанции. В схемах собственных нужд ПС предусматривается присоединение трансформаторов собственных нужд к разным источникам питания (вводам разных трансформаторов, различным секциям РУ и др.).Мощность потребителей собственных нужд невелика, поэтому они присоединяются как правило к сети 380/220 В, которая получает питание от понижающих трансформаторов.Мощность ТСН выбирается в соответствии с нагрузками в разных режимах работы подстанции, но не более 630 кВ·А[3].Мощность, потребляемая собственными нуждами,кВАSТСН = 0,1% SΣВН , (12.12)SТСН = 0,001 17300 = 17,3Выбираем два трансформатора ТЛС-25/10. с предохранителями и кабельными вводами.ЗаключениеВ ходе курсового проектирования, зная взаимное расположение потребителей их нагрузку и другие исходные данные, была спроектирована районная электрическая сеть. Цель была достигнута. Поставленные задачи выполнены.Разработана конфигурация сети. Выбран оптимальный вариант сети. Рассчитано и выбрано целесообразное напряжение сети. Рассчитаны нагрузки подстанций, выбраны трансформаторы и РУ. Определены параметры схем замещения трансформаторов и потери мощности в обмотках. Рассчитаны приведенные нагрузки с учетом потерь в трансформаторах. Определены мощности по участкам сети (в линиях), рассчитаны и выбраны сечения проводников ЛЭП (с проверкой по току нагрева в режиме ПАР). Рассчитаны параметры схемы замещения сети (линий). Составлен баланс мощностей. Рассчитано напряжение в сети и на шинах ТП. Анализ режимов позволил оценить устойчивость и надежность работы сети в установившихся режимах.Также в данной работебыла рассчитана и проектирована электрическая часть трансформаторной подстанции с выбором необходимой электрической аппаратуры. Посредством применения нормативных документов, учебной и научной литературы, а также полученных теоретических знаний рассчитали токи короткого замыкания, на основании которых произвели расчет и выбор электрических аппаратов. Таким образом, полученная сеть электроснабжения удовлетворяет всем требования ПУЭ, является наиболее рациональной как по экономическим, так и по техническим требованиям.Итогом работы является графическая часть работы с выбранными схемами электрических соединений и электрооборудования.Список используемой литературы1. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей. / Сост. В. М. Блок, Г. К. Обушев, Л. Б. Папернов и др., Высш.школа. – М, 1981. – 304 с.2. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. М., «Энергия», 1977. – 228 с.3. Неклепаев, Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования [Текст]: учеб. пособие для вузов / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.4. Правила устройства электроустановок[Текст] : 7-е изд. - Электрон. текстовые данные. - М.: ЭНАС, 2013. - 104 c.5. Охрана труда в электроустановках [Текст]: учеб. / Под. ред. Б. А. Князевского. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 336с.6. Правила технической эксплуатации электроустановок потребите-лей[Текст] - 2-й выпуск (по состоянию на 1 ноября 2005г.) Новосибирск:Сиб. унив. издательство, 2005 – 253с.7.Лыкин, А.В. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в электрических сетях: учеб. пособие / Новосибирск: изд-во НГТУ, 2013. – 115 с.