хххххххх пояснительная записка
 Скачать 1.55 Mb.
|
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДСТАНЦИИРазработка электрической части подстанции 110/6 кВ «Шахтовая». На данной подстанции установлено два трансформатора ТДН-16000/110.Данная подстанция имеет связь с энергосистемой по двум линиям связи. Мощность короткого замыкания  Паспортные данные приведены в таблице 6Таблица 6.1 - паспортные данные трансформатора ТДН-16000/110
Для разработки электрической части подстанции 110/6 кВ «Шахтовая» необходимо: - рассчитать токи короткого замыкания; - сделать выбор электрических аппаратов и токоведущих частей; - разработаны конструкции РУ. Надежная и экономичная работа электрических аппаратов и токоведущих частей (шин, кабелей и др.) может быть обеспечена лишь при правильном их выборе по условиям работы как в длительном (штатном) режиме, так и в режиме короткого замыкания. Для длительного режима аппаратуру подстанции выбирают по номинальному току, номинальному напряжению, роду установки, конструктивному исполнению, току и мощности отключения (аппараты для отключения рабочих и аварийных токов). По исполнению аппараты и проводники выбирают таким образом, чтобы они своей конструкцией и технико-экономическими показателями наилучшим образом соответствовали условиям работы электроустановки. После выбора аппаратов и проводников по условиям длительного режима, их проверяют на электродинамическую и термическую стойкость при протекании токов короткого замыкания, вызывающих наибольшие механические напряжения и нагрев. Отключающие аппараты, кроме того, выбирают по их отключающей способности. Таким образом, выбор аппаратуры производим исходя из проектных данных согласно схеме подстанции. Расчет токов КЗ Основной причиной аварийных режимов в электроустановках являются трехфазные, двухфазные, двухфазные на землю и однофазные короткие замыкания. Расчеты аварийных режимов при проектировании электрической установки необходимы для выбора подстанционной аппаратуры и проверки токоведущих частей на их термическую и электродинамическую стойкость, а также для расчета релейной защиты и заземляющих устройств. Необходимо произвести расчет токов трехфазного короткого замыкания на стороне высокого (точка К1) и низкого напряжения (точка К2) трансформаторной подстанции. Все элементы этой сети должны быть представлены своими схемами замещения. На этих схемах приводятся активные и индуктивные сопротивления элементов, по которым возможно протекание токов короткого замыкания. Расчет токов короткого замыкания выполняется в системе именованных единиц. При коротком замыкании на шинах высокого напряжения трансформаторной подстанции (точка К1) индуктивное сопротивление системы определяется по выражению:  ;  где Uс.н. – средне - номинальное напряжение ступени короткого замыкания. Sк.з. – мощность короткого замыкания по заданию, МВА. Активное сопротивление линии электропередачи высокого напряжения: Rл = r0·L.  Реактивное сопротивление линии высокого напряжения: Xл = x0·L Ом.  где L - длина линии электропередачи по заданию, км; r0, x0 –удельные активные и индуктивные сопротивления провода, Ом/км. Rл1 = 0,301·11,7=3,52 Ом; Xл1 = 0,434·11,7=5,08 Ом; Rл2 = 0,244·6,92=1,69 Ом; Xл2 = 0,427·6,92=2,95 Ом. Эквивалентное сопротивление линий: Rл1//Rл2= 1,14 Ом. Xл1//Xл2= 1,87 Ом. Активное сопротивление трансформатора RТ:  где ΔPк.з. – потери короткого замыкания трансформатора, кВт, Sн - номинальная мощность трансформатора, МВА. Индуктивное сопротивление трансформатора:  где U%к.з. - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.   При коротком замыкании на шинах низкого напряжения трансформаторной подстанции (точка К2), индуктивное сопротивление системы определяется по выражению: где Uс.н. - средне-номинальное напряжение ступени короткого замыкания-6,3 кВ. Активное сопротивление линии электропередачи высокого напряжения:   где  и  – средне-номинальные напряжения на стороне обмоток низкого и высокого напряжения трансформатора.  Активное сопротивление трансформатора RТ:  Индуктивное сопротивление трансформатора:  где Uс.н. – средне-номинальное напряжение обмотки низкого напряжения трансформатора.   Результирующее сопротивление до точки короткого замыкания К1:   Результирующее сопротивление до точки короткого замыкания К2:     Начальное значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания в К1 и К2 определяется по выражению:   Максимальное значение полного тока – ударный ток возникает в сети примерно через 0,01 с после начала процесса короткого замыкания. При этом считается, что периодическая составляющая тока не претерпевает существенных изменений и остается равной, как и в начальный момент. При этом учитывается лишь затухание апериодической составляющей тока короткого замыкания. На основании этого ударный ток определится:  где kу - ударный коэффициент, определяемый по выражению:   где Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, которая может быть определена по формуле:  где Хрез, Rрез – соответственно результирующие (суммарные) индуктивные и активные сопротивления до точек КЗ. ω= 2πƒ– угловая частота, (ƒ=50 Гц).    ; ;  Выбор трансформатора собственных нужд Подстанции средней мощности (единичная мощность до 63 МВА) проектируются с питанием цепей защиты, управления, сигнализации на переменном оперативном токе. Приемниками энергии системы собственных нужд подстанции являются: -электродвигатели системы охлаждения трансформаторов; -устройства обогрева масляных выключателей и шкафов с установленными в них электрическими аппаратами и приборами; -электрическое отопление и освещение; -системы пожаротушения. Установленную мощность трансформатора собственных нужд (ТСН) подстанции можно найти по формуле: Sс.н. =0,05 Smax;  Sс.н. =0,05 20,742 = 1,04 МВА. Для повышения надежности электроснабжения цепей собственных нужд трансформатор присоединяется к выводу низкого напряжения силового трансформатора на участке между трансформатором и выключателем ввода. На двухтрансформаторных подстанциях рекомендуется устанавливать два трансформатора собственных нужд напряжением 6/0,4 кВ. Паспортные данные трансформатора собственных нужд приведены в таблице 6.2. Таблица 6.2 – Паспортные данные трансформатора собственных нужд
Выбор токоведущих частей и электрического оборудования подстанции Выбор необходимого оборудования производится на основании принятой схемы электрических соединений. В распределительных устройствах напряжением 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами марки АС. Выбор и проверка ошиновки распределительного устройства высокого напряжения В случае выполнения ошиновки гибкими проводниками их сечение принимается, как правило, равным сечению провода линии высокого напряжения. Согласно ПУЭ, сборные шины электроустановок и ошиновки в пределах, открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются. В зависимости от принятой схемы распределительного устройства сечение гибкой ошиновки проверяется по допустимому току нагрева. Выбор сечения шин производится по условию нагрева:  В ОРУ 110 кВ применяются жёсткие шины трубчатого сечения, ошиновка от шин до силовых трансформаторов выполняется голыми гибкими проводами марки АС. В ОРУ 110 кВ принимаются шины, выполненные в виде алюминиевых труб диаметром 13/16 мм, при длительно допустимом токе 295 А (наибольший рабочий ток на стороне 110 кВ с учётом возможной установки трансформатора следующей по шкале номинальной мощности составляет 175,7 А). Наибольшее удельное усилие при трёхфазном КЗ:  где  - ударный ток к.з. в цепи выключателя. Изгибающий момент:  ; где  – сила, приходящаяся на единицу длины, Н/м; — длина пролета между опорными изоляторами шинной конструкции, м. .Момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию изгибающего усилия:   Напряжение в материале шины, возникающее при воздействии изгибающего момента:   Полученное значение не превышает допустимого 96 МПа, поэтому применение трубчатого сечения диаметром 13/16 мм при данных условиях допустимо. Шины крепятся на опорных изоляторах, которые выбираются по номинальному напряжению и допустимой нагрузке:    Для изолятора ИОС – 110 – 600  . ;   В ОРУ-110 кВ принимаются опорные изоляторы типа ИОС-110-600УХЛ1. Ошиновка от ОРУ 110 кВ до силовых трансформаторов выполняется голыми сталеалюминевыми проводами марки АС. В данном выражении Iдоп должен быть определен с поправкой на температуру воздуха, отличной от принятой в таблицах (+25 оС) по выражению:  где ν0- действительная температура воздуха.  Выбранное сечение проверяется на термическую стойкость при протекании тока КЗ:  где νк - расчетная температура нагрева шины током короткого замыкания; νк.доп- допустимая температура нагрева шины при коротком замыкании (для алюминиевых гибких и жестких шин – 200оС, медных-300 оС). Для определения расчетной температуры проводника предварительно находится температура проводника до момента возникновения КЗ:  где νдоп-длительно допустимая температура проводника +70 оС. νо.ном- номинальная температура воздуха +25 о С.  По кривой, используя νнопределяем сложную функцию температуры проводника до момента возникновения КЗ – ƒн. Сложная функция температуры проводника, при протекании тока КЗ определится по формуле:  где Bk - импульс квадратичного тока КЗ, определяемый как:   - начальное значение периодической составляющей тока трехфазногокороткого замыкания в К1 и К2. tр.з. – время действия основной релейной защиты tоткл. в – полное время отключения выключателя k – коэффициент, учитывающий удельное сопротивление и эффективную теплоемкость проводника (алюминиевые шины, провода, кабели – 1,054; тоже с медными жилами-0,4570). g – сечение проводника, мм2. По графику кривой ƒк определяем конечное значение температуры проводника в режиме короткого замыкания νк. Если окажется, что  , то проводник термически стоек.Согласно ПУЭ, гибкие проводники на электродинамическую стойкость не проверяются. Однако, если iу≥ 20 кА, такие проводники должны быть проверены на схлестывание.   18  Выбор и проверка ошиновки распределительного устройства низкого напряжения Ошиновка от силового трансформатора до шкафов КРУН выполняется сталеалюминевыми проводами, скреплёнными между собой при помощи стальных колец. Сечение проводов также выбирается по допустимому току. Максимальная токовая нагрузка на стороне низкого напряжения составляет 1924,5 А. В качестве ошиновки выбирается провод марки 3×АС – 700 с допустимым током Iдоп = 3600 А. Проверка по допустимому току:    Выбор и проверка электрических аппаратов Необходимо произвести выбор и проверку следующих аппаратов: разъединители, выключатели, ограничители перенапряжения, трансформаторы тока и напряжения, измерительные приборы. На стороне низкого напряжения подстанции - дополнительно определить тип ячеек ЗРУ (КРУ, КСО). При выборе аппаратов следует учитывать возможность появления в схеме электроснабжения подстанции утяжеленного режима. Рабочий ток утяжеленного режима находится либо при отключении одного из параллельно работающих трансформаторов с учетом аварийно допустимой перегрузки работающего, либо при отключении одной из питающих линий. При выборе коммутационной аппаратуры следует учитывать современное развитие коммутационной техники. На ОРУ высокого напряжения следует использовать воздушные, элегазовые или вакуумные выключатели. В ЗРУ низкого напряжения вакуумную технику. Перед выбором коммутационных аппаратов нужно опредрелить тип установки - наружный или внутренний. Аппараты внутренней установки предназначены для работы в ЗРУ. Аппараты наружной установки предназначены для работы в ОРУ. Выбранные электрические аппараты проверяют на работоспособность при нагрузрке в режиме короткого замыкания. При выборе коммутационных аппаратов лучше устанавливать в одном РУ однотипные аппараты, что позволяет легче их эксплуатировать. Цепь двухобмоточного трансформатора: на стороне высшего напряжения и низшего напряжения расчётные нагрузки определяют, как правило, с учётом установки в перспективе трансформаторов следующей по шкале ГОСТ номинальной мощности  , таким образом, = 25 МВ⋅А.Наибольший ток нормального продолжительного режима в цепи трехобмоточного трансформатора на стороне ВН и НН Iнорм, А:  где S′ном - номинальная мощность трансформатора следующего на порядок выше по шкале ГОСТ номинальной мощности, кВ⋅А; UТном - номинальное напряжение трансформатора, кВ. Наибольший ток ремонтного или послеаварийного режима в цепи трехобмоточного трансформатора с учетом перегрузок в аварийных условиях, при которых в течение 5 суток допускается перегрузка масляных трансформаторов до 40 % на время суточного максимума продолжительностью не более 6 часов в сутки, причем коэффициент начальной нагрузки не должен быть более 0,93, на стороне ВН и НН Imax, А,  На стороне ВН:   На стороне НН:   Наибольший ток нормального продолжительного режима в цепи трехобмоточного трансформатора собственных нужд на стороне ВН Iнорм, А:  где Sном - номинальная мощность трансформатора, кВ⋅А; UТном - номинальное напряжение трансформатора, кВ. Наибольший ток ремонтного или послеаварийного режима (с учетом допустимого значения аварийной перегрузки для трансформаторов, не снабженных интенсивной системой охлаждения) в цепи ТСН на стороне ВН Imax, А,    Аналогичные величины в цепи ТСН на стороне НН составляют:   Выбор разъединителей и выключателей В таблице 6.3 представлены параметры выбора разъединителя и выключателя на 110 кВ. Таблица 6.3 – Параметры выбора разъединителя и выключателя на 110 кВ
В таблице 6.4 представлены параметры выбора разъединителя и выключателя на 10 кВ. Таблица 6.4 – Параметры выбора разъединителя и выключателя на 6 кВ
Для защиты трансформаторов собственных нужд устанавливаются предохранители типа ПКТ 101–10–5–У3. Для защиты трансформаторов напряжения предусматривается установка предохранителей ПКН 001–10У1. Выбор ограничителей перенапряжения В таблице 6.5 представлены параметры выбора ограничителя перенапряжения. Таблица 6.5 – Параметры выбора ограничителя перенапряжения
Контрольно-измерительная аппаратура На подстанции должно быть установлено минимальное количество электроизмерительной аппаратуры для облегчения обслуживания, упрощения схемы, а также в целях экономии, но достаточное для соблюдения правил эксплуатации. Измерение переменного тока требуется в цепях силовых трансформаторов и в цепях отходящих линий электропередачи. Для измерений тока в трехфазной цепи следует применять один амперметр. Измерение напряжения производится на всех секциях сборных шин на стороне высокого и низкого напряжений силового трансформатора. Напряжение в каждом случае измеряется одним вольтметром с переключателем. В электроустановках, работающих в режиме с изолированной нейтралью, необходимо предусмотреть устройство контроля изоляции. Для присоединения вольтметров контроля изоляции применяются трехфазный пятистержневой или три однофазных трансформатора напряжения. Измерение энергии производится в цепях трансформатора на стороне высокого и низкого напряжений. Счетчики учета активной энергии устанавливаются для определения количества электроэнергии, переданной через силовой трансформатор и израсходованной на собственные нужды, а также отпускаемой через отходящие линии. Счетчики реактивной энергии устанавливаются, как правило, со стороны низшего напряжения трансформаторной подстанции через измерительные трансформаторы тока и напряжения класса точности 0,5. В ячейках отходящих линий 6 кВ выбирается трансформатор тока типа ТОЛ-СЭЩ–6 с параметрами приведенные в таблице 6.6 Таблица 6.6-Паспортные данные трансформатора тока ТОЛ-СЭЩ–6
Трансформатор тока (ТТ) проверяется по вторичной нагрузке. В таблице 6.7 представлена вторичная нагрузка трансформатора тока. Таблица 6.7 – Вторичная нагрузка трансформатора тока
Общее сопротивление приборов определяется по формуле:  где Sприб – мощность, потребляемая приборами наиболее загруженной фазы, В⋅А; I2 – вторичный номинальный ток трансформатора тока, А.  Допустимое сопротивление проводов определяется по формуле:  где rk – сопротивление контактов, принимается равным 0,05 Ом;  Сечение соединительных проводов определяется по выражению:  ; где ρ – удельное сопротивление провода с медными жилами, ρ = 0,0175 (Ом⋅мм2)/м; lрасч – расчетная длина провода, м, принимается равной 5.  Принимается контрольный кабель КРВГ с жилами сечением 2,5 мм2 (по условию механической прочности), который обеспечивает работу трансформатора тока в заданном классе точности. В таблице 6.8 представлена проверка трансформатора тока в цепях линий 6 кВ. Таблица 6.8 – Проверка трансформатора тока в цепях линий 6 кВ
В таблице 6.9 представлен выбор трансформатора тока. Таблица 6.9 – Выбор трансформатора тока
Выбор трансформатора напряжения На стороне 110 кВ принимаются к установке измерительные трансформаторы напряжения (ТН) типа НКФ-100-57 производства ОАО «Запорожский завод высоковольтной аппаратуры» паспортные данные представлены в таблице 6.10 Таблица 6.10-Паспортные данные трансформатора НКФ-100-57
На шинах 10 кВ принимается к установке ТН типа НАЛИ-СЭЩ-6-У2 производства ЗАО «Группа компаний «Электрощит-ТМ Самара» с параметрами указанными в таблице 6.9 Таблица 6.11-Паспортные данные трансформатора НАЛИ-СЭЩ-6-У2
 Вторичная нагрузка ТН 6 кВ:   Мощность НАЛИ-СЭЩ-6-У2 равна 75 В⋅А, что больше мощности нагрузки на одной из секций шин 6 кВ. Таким образом, ТН будет работать с заданным классом точности 0,2. Выбор ТН другой секции производится аналогично. Для соединения ТН с приборами принимаем контрольный кабель КВРГ с жилами 2,5 мм2по условию механической прочности  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, МВ∙А
, Ом
, Ом
, кВт
, квар
, кВ
, кВ
В
