Методические указания к курсовому проектированию по курсу Проектирование систем электрификации идипломному проектированию по курсу
 Скачать 3.43 Mb.
|
|
Для энергоснабжения предприятий средней мощности применяются радиальные и магистральные схемы питания с одним и более приемными пунктами. Питание предприятия может осуществляться радиальными линиями от подстанции энергосистемы и собственной ТЭЦ. Если подстанция энергосистемы расположена на значительном расстоянии от предприятия, то используется схема, в которой питающая сеть выполняется напряжением 35 кВ, а приемным пунктом электроэнергии служит главная понизительная подстанция предприятия с трансформаторами Т1 и Т2 (рисунок 7.19) . .
Резервная линия W8 (при ее необходимости, например для питания резервного или аварийного освещения) может быть запитана от шин 0,4 кВ понизительной подстанции расположенного рядом другого предприятия, даже в том случае, если его понизительные трансформаторы запитаны от фидеров W2 или W3. той же ГПП. При небольшом расстоянии от подстанции энергосистемы питающая сетьможет быть выполнена на напряжение 10(6) кВ, в этом случае приемным пунктом служит центральная распределительная подстанция предприятия (рисунок 7.20). .
Резервная линия W5 (при ее необходимости, как и предыдущем случае) может быть запитана от шин 0,4 кВ понизительной подстанции распложенного рядом другого предприятия. При наличии на предприятии электроприемников первой, второй категорий пункты приема электроэнергии должны иметь два трансформатора, две секции шин, запитываемые не менее чем по двум линиям от разных систем (секций) шин подстанции энергосистемы. Предпочтительным является вариант, когда линии выполняются на отдельных опорах и идут по разным трассам. Пропускная способность питающих линий должна обеспечивать питание электроприемников первой и второй категорий, при исчезновении напряжения на одной из линий. При этом допускается, на время полного восстановления энергоснабжения отключение не ответственных потребителей электрической энергии. На рисунке 7.21 представлены схемы внешнего электроснабжения предприятия при питании его от разных систем (секций) шин районной подстанции энергосистемы с приемными пунктами: центральная распределительная подстанция и подстанции глубокого ввода главная понизительная подстанция (рисунок 7.22). Решение о питании промышленного предприятия от сетей энергосистемы напряжением 35 кВ следует принимать при невозможности питания предприятия на других напряжениях. В зависимости от потребляемой мощности и состава электроприемников в качестве приемных пунктов могут быть применены: трансформаторная подстанция 35/10(6) кВ с трансформаторами мощностью 1,6—10 МВА и (или) трансформаторные подстанции 35/0,4 кВ с трансформаторами до 2,5 МВ А. Результаты выбора трансформатора заносят в таблицу 1.3
.
Силовые трансформаторы основное электрооборудование, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии на переменном трехфазном токе от источников питания к потребителям. На повысительных и понизительных подстанциях применяют трехфазные трансформаторы или группы однофазных трансформаторов с двумя или тремя раздельными обмотками. В зависимости от числа обмоток трансформаторы разделяют на двухобмоточные и трехобмоточные. Таблица 1.3 Выбор трансформатора
В промышленных электрических сетях трансформаторные подстанции 10(6) кВ называются цеховыми. Подстанции могут быть отдельно стоящими, пристроенными, встроенными и внутрицеховыми. Отдельно стоящие подстанциирасполагаются на территории предприятия на некотором расстоянии от цеха и предназначены для питания одного или нескольких цехов предприятия. Такие подстанции применяют в тех случаях, когда по условиям среды или специфики технологического процесса подстанцию нельзя приблизить к цеху: взрывоопасных производствах и химических предприятиях, а также в случаях, когда подстанция применяется для питания нескольких цехов небольшой мощности. Пристроенные подстанцииприменяются в тех случаях, когда по состоянию окружающей среды или специфики технологического процесса подстанцию нельзя расположить внутри цеха. Встроенные и внутрицеховые подстанции максимально приближены к электрическим нагрузкам. Для таких подстанций применяют комплектные трансформаторные подстанции промышленного типа внутренней установки, устанавливаемые в цехах за сетчатым ограждением. Цеховые трансформаторные подстанции предназначены для питания силовых и осветительных электропотребителей. В случаях, когда вторичное напряжение трансформатора составляет 0,69 кВ, питание осветительных сетей осуществляется от отдельных трансформаторов Для цеховых трансформаторных подстанций применяют трансформаторы стандартных номинальных мощностей: 25, 40, 63, 100, 160, 250,400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА. Условные обозначения типов трансформаторов состоят из букв, которые обозначают: первые буквы: О — однофазный, Т — трехфазный; последняя буква: Н — выполнение одной обмотки с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). В настоящее время трансформаторы выполняют с переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) и с переключением ответвлений обмотки под нагрузкой — РПН. Р — трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения; Т — трехобмоточный трансформатор; М, Д, ДЦ, С, 3 — система охлаждения трансформаторов. Трансформаторы с воздушным охлаждением сухие (С), изготовляются мощностью до 1600 кВА включительно для установки в закрытых помещениях. Преимущество сухих трансформаторов заключается в их пожаробезопасности и сравнительной простоте конструкции. Обозначение — ТСЗ. Сухие трансформаторы имеют ограниченное применение, так как они дороже масляных и имеют следующие недостатки: боятся грозовых перенапряжений; создают при работе повышенный шум по сравнению с масляными; требуют установки в сухих непыльных помещениях с относительной влажностью не более 65%. Применение сухих трансформаторов целесообразно при их мощности от 10 до 400 кВА. В основном они применяются там, где недопустима установка масляных трансформаторов из-за пожарной опасности, а трансформаторов с негорючей жидкостью из-за их токсичности. Естественное масляное охлаждение (М) применяется для трансформаторов мощностью до 6300 кВА. Буква 3 обозначает, что трансформатор без расширителя и защита масла осуществляется с помощью азотной подушки. Обозначение — ТМЗ. Азотная подушка устраняет контакт масла с атмосферным воздухом, исключая окисление масла. Среди многих систем азотной защиты наиболее часто встречается система низкого давления с применением эластичной емкости. Основным элементом системы является эластичный резервуар, выполняемый из газонепроницаемого химически устойчивого материала, соединенного газопроводом с баком трансформатора. Система заполняется постоянным количеством азота, давление которого незначительно превышает нормальное атмосферное давление при всех температурных изменениях уровня масла. Так, при нагреве трансформатора, когда уровень масла поднимается, азот переходит в эластичный резервуар, объем которого увеличивается. При понижении уровня масла азот переходит в бак трансформатора из резервуара. Для поглощения влаги, которая может потом иди иным причинам поступить в газовую систему из масла или изоляции, предусматривается газоосушитель. Трансформаторы с естественным негорючим жидким диэлектриком — совтолом (Н) изготовляют мощностью до 2500 кВА включительно. Обозначение — ТНЗ. Важным параметром подключения трансформатора к сети является группа и схема соединений его обмоток. Группой соединений называют угловое (кратное 30 º) смещение векторов между одноименными вторичными и первичными линейными напряжениями холостого хода трансформатора. Возможны четыре схемы соединения силовых трансформаторов: звезда Y, звезда с выведенной нейтралью YН,треугольник , зигзаг Z. Группа соединений указывается числами от 0 до 12. 11 соответствует углу 330 º. Наибольшее распространение получили схемы и группы соединений двухобмоточных трансформаторов: звезда звезда с выведенной нейтралью Y/YH 12; звезда — треугольник Y/—11; звезда с выведенной нейтралью — треугольник YH/— 11. Основные технические характеристики трансформаторов приведены в таблицах 7.16 – 7.17. Таблица 7.16 – Технические данные сухих силовых трансформаторов
Срок службы трансформатора определяется старением его изоляции, которое резко возрастает с повышением температуры обмотки. При изменении температуры изоляции на 6 ° С срок службы ее изменяется вдвое (сокращается при повышении температуры или увеличивается при ее понижении). По критерию предельно допустимой температуры для трансформаторов предусмотрено два вида перегрузки: длительная — за счет снижения температуры окружающей среды по сравнению с номинальной; кратковременная — аварийная, которая используется в тех случаях, когда отключается один из трансформаторов и оставшиеся в работе принимают на себя повышенную нагрузку. ГОСТ нормирует температурные условия, при которых трансформатор может работать непрерывно в течение всего срока службы: температура окружающей среды равна 20° С; превышение средней температуры масла над температурой окружающей среды для систем охлаждения М и Д — 44° С и для систем охлаждения ДЦ и Ц — 36º С; превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки над средней температурой обмотки 13° С; во время переходных процессов в течение суток наибольшая температура верхних слоев масла не должна превышать 95° С, а наиболее нагретая точка металла обмотки 140° С. В электроснабжении промышленных предприятий широкое применение находят комплектные трансформаторные подстанции, состоящие из силовых трансформаторов, шкафов ввода высшего и низшего напряжения, шкафов отходящих линий и, в случае двух- или трехтрансформаторных подстанций, секционных шкафов. Силовые трансформаторы комплектных подстанций имеют следующие номинальные мощности: 250, 400, 630, 1000, 1600 и 2500 кВ А и номинальные напряжения: высшее — 6; 10 кВ; низшее — 0,4; 0,69 кВ. По числу трансформаторов подстанции подразделяют на одно-трансформаторные, двухтрансформаторные, трехтрансформаторные. Однотрансформаторные подстанции применяют для питания потребителей III категории надежности, а также части приемников II категории, допускающих перерыв питания на время замены трансформатора. Однотрансформаторные цеховые подстанции напряжением 6 (10) кВ можно применять при наличии складского резерва для потребителей всех групп по надежности, даже для потребителей первой категории, если величина их не превышает 15—2 0% общей нагрузки и их быстрое резервирование обеспечено при помощи автоматически включаемых резервных перемычек на вторичном напряжении. Эти перемычки могут быть применены также для питания в периоды минимальных режимов при отключении части подстанций. Для электроприемников I и II категорий по надежности электроснабжения, требующих резервирования питания, как правило, устанавливают двухтрансформаторные подстанции. Двухтрансформаторные подстанции целесообразно применять также независимо от категории питаемых потребителей при неравномерном графике нагрузки, когда выгодно уменьшать число включенных трансформаторов при длительных снижениях нагрузки в течение суток или года. Если питание получают преимущество потребители I категории надежности, то на стороне низшего напряжения подстанции предусматривается АВР, срабатывающее при аварийном отключении одного из трансформаторов. При питании потребителей II категории надежности в аварийном режиме допускается ручное подключение резерва. Двухтрансформаторные подстанции применяют также для питания отдельно стоящих объектов общезаводского назначения — компрессорных, насосных станций. Применение цеховых подстанций с числом трансформаторов более двух, как правило, экономически нецелесообразно. Более двух трансформаторов на одной цеховой подстанции применяется при наличии крупных сосредоточенных нагрузок и при отсутствии места в цехе для рассредоточенного расположения подстанций по производственным условиям; раздельных трансформаторах для «силы» и «света», если установка этих трансформаторов целесообразна на одной подстанции; питании территориально совмещенных силовых нагрузок на различных напряжениях; необходимости выделения питания нагрузок (крупных сварочных аппаратов) с резкими, часто повторяющимися толчками. В последние годы разработана серия трехтрансформаторных подстанций, применение которых с симметричным распределением нагрузки в послеаварийном режиме на оставшиеся в работе два трансформатора позволяет увеличить загрузку каждого из трех трансформаторов в нормальном режиме. В общем виде соотношения между коэффициентами загрузи трансформатора в нормальном режиме к3и в послеавариином режиме к3.АВ равны: для двухтрансформаторных подстанций к3кг = 0,5 к3.АВ ; трехтрансформаторных подстанций к3, =0,666 к3.АВ . Применение трехтрансформатерных подстанций при условии полного резервирования нагрузки обеспечивает 25 % ную экономию трансформаторной мощности по сравнению с двухтрансформаторными подстанциями. К преимуществам трехтрансформаторных подстанций относится значительное снижение токов вводных и секционных выключателей в послеаварийных режимах. В то же время у трехтрансформаторных подстанций сборные шины РУ до 1 кВ конструктивно выполняются более сложно вследствие необходимости соединения секций между собой, а также имеют более сложную схему АВР по сравнению с двухтрансформаторной подстанцией. Трехтрансформаторные подстанции целесообразно применять для питания потребителей I и II категорий надежности как при сосредоточенной, так и при распределенной нагрузке, питаемой по магистральным сетям. Прежде чем определить число цеховых трансформаторов, необходимо выбрать тип, его единичную мощность $Е НОМ($Т НОМ) и коэффициент загрузки трансформатора кЗ. Оптимальная (наивыгоднейшая) мощность трансформатора зависит от величины и характера графика электрической нагрузки; длительности нарастания нагрузки по годам; числа часов работы объекта электроснабжения; стоимости электрической энергии… Эти факторы сочетаются различным образом изменяясь во времени. Ориентировочно выбор единичной мощности трансформаторов цеховых подстанций (ТП) может производиться по удельной плотности нагрузки SУД (кВА/м2) и полной расчетной нагрузке SР ПОЛН объекта (кВА). При удельной плотности SУД 0,2—0,3 кВА/м2 и суммарной нагрузке S 3000—4000 кВА целесообразно применять цеховые трансформаторы мощностью S 1600—2500 кВА. При удельной плотности и суммарной нагрузке ниже указанных значений наиболее экономичны трансформаторы мощностью S 400—1000 кВ А: для подразделений предприятия с разными удельными плотностями нагрузки могут быть приняты разные номинальные мощности трансформаторов, но число типоразмеров трансформаторов, применяемых на данном предприятии, следует ограничивать до одного-двух, так как большое их разнообразие создает неудобства в эксплуатации из за затруднений в резервирования и взаимозаменяемости. Поэтому следует выделять подразделения с большой плотностью нагрузок (более 0,3 кВ А/м2) и для них выбирать трансформаторы большей мощности, чем для остальной части предприятия. Для цеховых подстанций с первичным напряжением 10 кВ могут быть применены масляные, сухие трансформаторы или трансформаторы, заполненные негорючей жидкостью. Для внутренней установки преимущественно применяют масляные трансформаторы. На однотрансформаторных подстанциях при наличии взаимного резервирования на вторичном напряжении мощность трансформаторов выбирается, исходя из значения коэффициента загрузки. Коэффициент загрузки цеховых трансформаторов (при преобладании нагрузок второй категории) кЗ = 0,7 0,8; при преобладании нагрузок I категории надежности кЗ= 0,65—0,7; при преобладании нагрузок II категории надежности и наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках III категории надежности кЗ = 0,9—0,95. Когда нагрузка не распределена, а сосредоточена на отдельных участках цеха, корпуса, выбор номинальной мощности трансформаторов не следует выполнять по критерию удельной плотности нагрузки. После выбора типа цеховых трансформаторов, их единичной мощности $Е НОМ и коэффициента загрузки кЗ их число определяют в зависимости от степени компенсации реактивной мощности в сетях напряжением до 1 кВ и допустимых перегрузок в нормальных и возможных послеаварийных режимах. Число трансформаторов при практически; полной компенсации реактивной мощности в сети напряжением до 1 кВ (NМИН) и при отсутствии компенсации в сети напряжением до I кВ (NМАХ) определяется из выражений:  ;  ; (7.1)где РР ; SР — активная и полная расчетные мощности потребителей на напряжение до 1 кВ с учетом осветительной нагрузки. Полученные величины NМИН и NМАХ округляют до ближайшего большего целого числа, после чего сравнивают вариантв числа трансформаторов и размещения мощности компенсирующих устройств для выбранного типоразмера трансформатора. Выбранное число трансформаторов NМИНопределяет наибольшую реактивную мощность QТ NМИНQТ, которая может быть передана со стороны 10 кВ в сеть низшего напряжения при заданном кЗ; для трансформаторов масляных и заполненных негорючей жидкостью (коэффициент 1,1 учитывает, что цеховые трансформаторы имеют, как правило, загрузку, не превышающую 0,9, и коэффициент сменности по энергоиспользованию имеет значение менее 0,9, поэтому для масляных трансформаторов может быть допущена в течение одной смены систематическая перегрузка величиной 10%)  ; (7.2)для сухих трансформаторов  ; (7.3)коэффициент 1,05 учитывает, что перегрузочная способность сухих трансформаторов согласно правилам эксплуатации электроустановок потребителей примерно вдвое ниже, чем масляных. Мощность компенсирующих устройств в сети напряжением до 1 кВ определяют по условию баланса реактивной мощности на шинах низшего напряжения цеховых трансформаторных подстанций. Если в качестве компенсирующих устройств (КУ) напряжением до I кВ приняты батареи конденсаторов, то их реактивная мощность QБ К определяется из уравнения баланса реактивных мощностей. QБ К =QР NМИНQТ . (7,4) Мощность компенсирующих устройств QБ К ВН (конденсаторных батарей) для компенсации установленной реактивной мощности в сети напряжением выше 1 кВ определяют по условию баланса реактивной мощности на шинах вторичного напряжения главной понижающей подстанции: QБ К ВН =QК У QБ К . (7.5) Число трансформаторов при принятой единичной мощности выбирают с учетом их взаимного резервирования и при разной степени компенсации реактивной мощности в сети низкого напряжения, чтобы при выходе из работы одного оставшиеся трансформаторы восприняли бы на себя всю нагрузку отказавшего с учетом допустимой перегрузки в послеаварийном режиме и возможного временного частичного отключения потребителей III категории. При выборе наиболее рационального варианта электроснабжения изменение потерь электроэнергии при изменении числа цеховых трансформаторов в расчете не учитывают так же, как и изменение стоимости внутрицеховой сети. При окончательном выборе числа цеховых трансформаторов предприятия принимают во внимание: необходимость обеспечения надежности электроснабжения; длина кабельных линий напряжением до 1 кВ не должна превышать 200 м; учет взаимного расположения трансформаторов и питающих линий напряжением 6—10 к В на генплане предприятия. Обычно в качестве одного из возможных вариантов числа цеховых трансформаторов принимают вариант с минимальным числом трансформаторов NМИН или вариант с минимальным числом трансформаторов плюс олин-два трансформатора: NТ = NМИН + (1 2). Если в качестве источника реактивной мощности используют синхронные двигатели, располагаемая реактивная мощность которых достаточна по условию обеспечения требований питающей энергосистемы по балансу реактивных нагрузок, тогда возможно принятие варианта с максимальным числом трансформаторов: NТ = NМАХ . Реактивная мощность QТ протекающая через один трансформатор цеха определяется по условию минимума потерь активной мощности без учета активных сопротивлений кабельных линий сети напряжением 10 кВ для группы из NТтрансформаторов с одинаковой номинальной мощностью: QТ = (QР QБК ) / NТ. (7.6) Тогда число NТЦ трансформаторов, необходимое для каждого цеха предприятия:  ; (7.7)где PР Ц — активная (силовая напряжением до 1 кВ и осветительная) расчетная нагрузка цеха. Проверкой может служить NТЦ = NТ . Так как работа сварочного оборудования отличается ударными толчками нагрузки, в сети возникают колебания напряжения. Для обеспечения нормальных условий работы потребителей электроэнергии, чувствительных к колебаниям напряжения, рекомендуется раздельное их питание от сварочных нагрузок. При расчетной эффективной мощности сварочных машин, не превышающей 15 % номинальной мощности цехового трансформатора, питание их целесообразно осуществлять от цехового трансформатора совместно с общей силовой нагрузкой цеха, но по отдельным линиям, подключенным непосредственно к шинам КТП. При большой суммарной нагрузке сварочных установок цеха, участка их питают отдельные трансформаторы. Выбор мощности SТ НОМстандартных трансформаторов, питающих сварочное оборудование осуществляется по условию: SТ НОМ S ЭФФ /КСВ ; (7.8) где S ЭФФ расчетная эффективная мощность сварочных машин, кВА; КСВ коэффициент, учитывающий ударные толчки нагрузки, равный: при питании многоточечных сварочных машин и автоматических сварочных линий (без схемы «ожидания») КСВ = (0,2 0,3); при питании одноточечных и рельефных машин, а также многоточечных сварочных машин и автоматических сварочных линий при наличии схемы «ожидания» КСВ = (0,35 0,5); при питании стыковочных и шовных машин КСВ = (0,5 0,6). Если для питания сварочных установок применяют трансформаторы с усиленным креплением обмоток мощностью SТ НОМ = 2500 кВ А, и напряжением короткого замыкания uКЗ= 5,5 % UНОМ — допускают кратности ударных толчков 1,5 SТ НОМ при частоте 300 ударных пиков в сутки и коэффициенте ударных толчков нагрузки, равном: КСВ = (0,7 0,8). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
W1 35 кВ 
W1 W2