МУ КР. Разработка проекта электрической подстанции
 Скачать 0.97 Mb.
|
|
Образовательная автономная некоммерческая организация высшего образования «МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»
Факультет «Строительства и техносферной безопасности»Направление подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» Курсовая работа
Обучающийся группы ООБЭЭ-20092р Дыкин Артем Васильевич Москва, 2022 г. Содержание
Введение Проектирование электрических подстанций подразумевает подготовку всех необходимых документов, схем, чертежей, описаний, которые необходимы для проведения электромонтажных работ по размещению подстанции и включению ее в электрическую систему. Весь пакет документов должен быть подготовлен профессиональными электриками и проектировщиками, так как от качества схем будет зависеть работоспособность будущей системы, ее функциональность и надежность. В данном курсовом проекте разрабатывается тупиковая подстанция 110/35/10 кВ. Связь с системой по ВЛ 110 кВ. Потребителем является предприятие химической промышленности. Тупиковая ПС – это ПС, получающая электроэнергию от одной электроустановки высшего напряжения к ЭУ потребителей с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации и аппаратов. Подстанции (ПС) предназначены для приёма, преобразования и распределения электроэнергии. Схема подстанции тесно увязывается с назначением и способом присоединения подстанции к питающей сети и должна: -обеспечивать надёжность электроснабжения потребителей подстанции и перетоков мощности по межсистемным или магистральным связям в нормальном и в послеаварийном режимах; -учитывать перспективу развития; -допускать возможность постепенного расширения РУ всех напряжений; -учитывать требования противоаварийной автоматики; Главная схема электрических соединений подстанции является тем основным элементом, который определяет все свойства, особенности и техническую характеристику подстанции в целом. Глава 1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ВЫБОР МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ СВЯЗИ 1.1 Составление структурной схемы При проектировании ПС будем использовать структурную схему ПС, представленную на рисунке 1, составляются две структурные схемы, на которой обозначены основные функциональные части ПС и связь между ними.  Рисунок 1.1 – Структурная схема ПС Связь между РУ осуществляется двумя трехобмоточными трансформаторами. 1.2 Выбор числа и мощности трансформаторов связи Согласно НТП [2], рекомендуется устанавливать на ПС два параллельно работающих трансформатора связи с РПН, чтобы в случае отключения одного из них оставшийся в работе смог частично или полностью обеспечить потребителей электроэнергией. Также согласно НТП[2], установка трех и более трансформаторов, как правило, нецелесообразно, так как приводит к существенному увеличению капитальных вложений в схему РУ. Выбор числа и мощности трансформаторов связи на подстанциях производится согласно следующим условиям:     . 1.2.1 Выбор трансформаторов связи Определим Smax :  (1.1)где     Выбираем трансформатор ТДТН–63000/110 [3] 1)115кВ≥110кВ 2)38,5кВ≥35кВ 3)11кВ≥10кВ 4)63МВА≥43МВА Таблица 1.1 Технические данные силового трансформатора
Проверяем выбранный трансформатор в режиме аварийного отключения другого параллельно работающего трансформатора, при 40%-м перегрузе данного трансформатора:  (1.2)где Sн,т – номинальная мощность трансформатора  ;Следовательно, трансформатор ТДТН-63000/110 подходит Данный трансформатор является трёхфазным, трехобмоточным, с масляным охлаждением с естественной циркуляцией масла и дутьем, с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). 1.2.2 Схема перетоков мощности  Рисунок 1.2 – Схема перетоков мощности 1.2.3 Построение графиков нагрузки Согласно заданию, принимаются типовые графики промышленных предприятий – потребителей. Согласно с достаточной точностью для учебного проектирования можно ограничиться построением только графиков активной мощности. В этом случае принимается, что cos в течение суток остается постоянным и полная нагрузка в любой час суток определяется по формуле:  (1.3)Строим суточные графики: Для РУСН: Принимаем типичные графики нагрузок для предприятия химической промышленности для зимних и летних суток. Приравняв Pmax=22 МВТ=100%, построим графики в именованных величинах для нагрузок подстанции. Проведя относительную линию номинальной нагрузки (K=1), можно заметить, что даже в “часы пик” трансформатор не догружен.  Для РУНН: Pmax=32 МВТ=100%  Для РУВН: Суммарная мощность: Pmax= Pmax,сн + Pmax,нн =22+32=54 МВт  Построим годовой график. Исходными данными для построения годовых графиков являются графики зимних и летних суток и условное количество зимних „nз” и летних „nл” суток. При построении годового графика подсчитывается продолжительность действия каждой ступени нагрузки в течение года. По вертикальной оси откладываем значения нагрузки, а по горизонтальной - продолжительность данной нагрузки в течение года. Предполагаем, что по зимнему графику потребитель работает 183 суток, а по летнему – в течение 182 суток. Определим параметры годового графика (количество часов работы при той или иной нагрузке в течение года- Ti): T54=183*(1,8+1,8)=658,8 часов T51,4=183*(0,8+4)=878,4 часов Т49,6=183*(1+1)=366 часов Т46,2=183*(3,4+2,4+2,6)=1537,2 часов Т43,6=183*(3,2+2)+182(1,8+1,8)=1606,8 часов Т41=182*(0,8+4)=873,6 часа Т39,3=182*(1+1)=364 часов Т35,8=182*(3,4+2,4+2,6)=1528,8 часа Т33,2=182*(3,2+2)=946,4 часов  часовПо полученным данным строим годовой график нагрузок:  Площадь, ограниченная кривой P(t) и координатными осями, в определенном масштабе представляет собой количество полученной потребителем электроэнергии (W):  (1.4) График нагрузки удобно характеризовать показателем, который называется временем (продолжительностью) использования максимальной нагрузки Тmax. Величина Тmax является одним из характерных параметров годового графика. Она определяет такое условное время Тmax < 8760 ч, в течение которого, работая с максимальной неизменной нагрузкой Smax, потребитель получил бы из сети такое же количество электроэнергии, как и при работе по действительному изменяющемуся в течение года графику нагрузки. Продолжительность использования максимальной нагрузки можно определить по выражению:  (3.3) часовВеличина Тmax играет большую роль в расчетах электропотребления, при определении годового расхода и потерь электроэнергии, экономических нагрузок токоведущих элементов и др. Она имеет определенное характерное значение для каждой отрасли промышленности и отдельных видов предприятий и потребителей. Глава 2. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЛИНИЙ И ВЫБОР СХЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ 2.1 Расчет количества линий Расчет количества линий на высоком напряжении:  , где P1,л =35÷45 -- пропускная способность линии 110 кВ, МВт  ; .Расчет количества линий на среднем напряжении: , где P1,л =10÷15 -- пропускная способность линии 35 кВ, МВт;  .Расчет количества линий на низком напряжении: , где P1,л =2÷3 -- пропускная способность линии 10 кВ, МВт  .2.2 Выбор схем распределительных устройств Схемы РУ подстанций при конкретном проектировании разрабатываются на основании схем развития энергосистемы, схем электроснабжения района или объекта и других работ по развитию электрических сетей и должны: - обеспечить требуемую надежность электроснабжения потребителей ПС в соответствии с категориями электроприемников в нормальном и послеаварийном режимах; - учитывать перспективу развития ПС; - обеспечивать возможность и безопасность проведения ремонтных и эксплуатационных работ на отдельных элементах схемы без отключения смежных присоединений; - обеспечивать наглядность, экономичность и автоматичность . Поскольку предприятие химической промышленности является, согласно ПУЭ, электроприемником I категории – не допускается перерыв в электроснабжении , схемы должны отвечать требованиям надежности. На высоком напряжении 110 кВ Распределительное устройство высокого напряжения имеет четыре присоединения . Согласно стандарту организации ОАО «ФСК ЕЭС» [5], подходят две схемы РУ: схема “четырехугольник” и схема “мостик”. схема четырехугольника является практически по всем показателям более предпочтительной. Эта схема экономична, позволяет производить опробование и ревизию любого выключателя без нарушения работы ее элементов; обладает высокой надежностью. К достоинству можно отнести использование разъединителя только для ремонтных работ. Недостатки схемы: сложный выбор трансформаторов тока, выключателей и разъединителей, установленных в кольце, так как в зависимости от режима работы схемы ток, протекающий по аппаратам, меняется.  Рисунок 2.1 – Схема РУВН «четырехугольник» На среднем напряжении 35 кВ Распределительное устройство среднего напряжения имеет четыре присоединения . Согласно стандарту организации ОАО «ФСК ЕЭС» [5], подходит лишь схема “мостик”. Т.к. в задании не указано, принимаем что линии короткие и применяем мостиковую схему с выключателем в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов. Схема отвечает всем требованиям, но не позволяет производить расширение.  Рисунок2.2 – Схема РУВН «мостик» На низком напряжении 10 кВ Согласно НТП, на низкой стороне выбираем схему с двумя секционированными выключателями системами сборных шин. Для присоединения секций шины в распределительном устройстве 6-10 кВ применяется два последовательно включенных секционных выключателя. Согласно НТП, секционные выключатели нормально отключены, для ограничения токов к.з.  Рисунок 2.3 – Схема РУНН с двумя секционированными выключателями системами сборных шин  Рисунок 2.4 Неполная принципиальная схема 2.3 Расчет капитальных затрат Рассчитаем потери энергии на трансформаторах  , кВт∙ч: (5.1)где  - потери на холостом ходу в трансформаторе, кВт.Т=8760 ч – число часов работы трансформатора в году;  – потери при коротком замыкании в трансформаторе, кВт; – мощность, проходящая через трансформатор, МВА; – номинальная мощность трансформатора, МВА; – число часов максимальных потерь. =5850 ч для Тmax=6917,19 ч [6, рис.5.6]Потери в трансформаторе ТДТН-63000/110   Определим эксплуатационные затраты  , тыс.руб: , (6.2) - стоимость потерянной электроэнергии в трансформаторах, тыс.руб/кВт∙ч: , (6.3)где  - стоимость одного кВт∙ч, 1,6 руб/кВт∙ч  - расходы на ремонт, амортизацию и содержание персонала. Они составляют 8-9% от капитальных затрат, тыс.руб. , (6.4) =  Глава 3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ 3.1 Выбор схемы собственных нужд подстанции Согласно НТП, на всех ПС устанавливаются не менее двух трансформаторов собственных нужд. К трансформаторам собственных нужд подстанции могут подключаться только потребители подстанции. Согласно НТП, пункт 2.8, выбираем на проектируемой ПС постоянный оперативный ток. Источником постоянного оперативного тока служит аккумуляторная батарея. Батареи, согласно пункту 2.6, работают в режиме постоянного подзаряда от выпрямительных устройств. Выбор числа и мощности ТСН производим в зависимости от расчетной нагрузки, числа трансформаторов и типа подстанции. Составим таблицу общих нагрузок собственных нужд на подстанции. Определим расчетную нагрузку по установленной мощности приемников по формулам:  , где  коэффициент спроса. Таблица 3.1 Сводная таблица элементов СН.
Продолжение таблицы 3.1
Расчетная нагрузка:   Аварийная нагрузка с применением: аварийной вентиляции  сварочного аппарата   Подстанция с постоянным дежурством, значит можно допустить перегрузку одного трансформатора на 30% в течении 2 часов после аварийного отключения, тогда:  Расчетной нагрузкой является зимняя:  Тогда мощность каждого трансформатора выбираем по условию:  Выбираем два трансформатора ТСЗ-250/10. Определяем нагрузку трансформаторов в ремонтном режиме:  Определяем загрузку трансформаторов:  перегрузки не будет. Рисунок 3.1 – Схема питания собственных нужд для постоянного оперативного тока 3.2 Расчет токов короткого замыкания Расчеты токов КЗ необходимы: - для сопоставления, оценки выбора главных схем электрических станций, сетей и подстанций; - выбора и проверки электрических аппаратов и проводникав; - проектирования и настройки устройств РЗ и автоматики; - определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи; - проектирования заземляющих устройств; - анализа аварий в электроустановках и электрических системах; - анализа устойчивости работы энергосистем. В данном курсовом проекте рассчитываются только токи трехфазного короткого замыкания, т.к. он является наибольшим. Токи короткого замыкания рассчитываются приближенным методом в относительных единицах. 3.2.1 Составление расчетной схемы Под расчетной схемой электроустановки понимают упрощенную однолинейную схему установки с указанием всех элементов и их параметров, которые влияют на ток КЗ и поэтому должны быть учтены при выполнении расчетов.  Рисунок 3.2 – Расчетная схема 3.2.2 Расчет тока короткого замыкания в точке К1 Составим схему замещения:  Рисунок 3.3 – Схема замещения для точки К-1 За базисные величины принимают: Sб=1000МВА; UсрI=115 кВ; UсрII=38,5 кВ; UсрIII=10,5 кВ. Сопротивление системы:  Сопротивление линий(ВЛ 110кВ): Для ВЛ 110кВ Худ=0,4 ом/км  Упростим схему замещения до вида:  Рисунок 3.4 – Упрощенная схема замещения для точки К-1  Токи короткого замыкания для точки К1: а) Периодическая составляющая тока короткого замыкания  , (3.1)где Е*’’– сверхпереходная ЭДС, для источников бесконечной мощности Е*’’= 1; Хрез – сопротивление генерирующей ветви до точки КЗ; Iб – базисный ток, кА; Базисный ток определяется по формуле:   б) Ударный ток короткого замыкания:  (7.2)где Куд – ударный коэффициент, определяется по [6] , табл.3.8;  в) Апериодическая составляющая тока короткого замыкания:  где Та – постоянная времени затухания, определяется по [6], табл.3.8; г) Периодическую составляющую тока короткого замыкания:  - для источника бесконечной мощности (системы); .3.2.3 Расчет тока короткого замыкания в точке К2 Составим схему замещения:  Рисунок 3.5 – Схема замещения для точки К-2 За базисные величины принимают: Sб=1000МВА; UсрI=115 кВ; UсрII=37 кВ; UсрIII=10,5 кВ. Сопротивление системы: Сопротивление линий(ВЛ 110кВ): Для ВЛ 110кВ Худ=0,4 ом/км Сопротивление обмоток трансформатора с высшим напряжением:  Сопротивление обмоток трансформатора со средним напряжением: Упростим схему замещения до вида: Рисунок 3.6 – Упрощенная схема замещения для точки К-2  Токи короткого замыкания для точки К2: а) Периодическая составляющая тока короткого замыкания , (3.2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
