Проектирование понижающей подстанции с одним питающим (высшим) и двумя потребительскими напряжениями, к шинам которых подключены нагрузки

КУРСОВАЯ РАБОТА по проектированию понижающей подстанции с одним питающим (высшим) и двумя потребительскими напряжениями, к шинам которых подключены нагрузки Вариант № 19.

Исходные данные.

Спроектировать понижающую подстанцию с одним питающим (высшим — ВН) и двумя потребительскими напряжениями, к шинам которых подключены нагрузки.

Необходимо решить следующие задачи:

разработать схему типовой понижающей ПС;

выбрать число и мощность трансформаторов (автотрансформаторов — АТ);

рассчитать токи КЗ на всех сторонах трансформатора;

выбрать выключатели и разъединители во всех РУ;

выбрать измерительные трансформаторы на стороне среднего напряжения:

а) тока — в цепи отходящей линии;

б) напряжения — на сборных шинах;

при необходимости ограничения токов КЗ на стороне низшего напряжения выбрать реактор в цепи трансформатора;

выбрать токопроводы в цепи трансформатора на сторонах НН и СН;

выбрать сборные шины в РУ СН;

выбрать кабель в цепи отходящей линии на низшем напряжении;

изобразить главную схему электрических соединений ПС с указанием на ней выбранных аппаратов, а также трансформаторов тока (ТТ — ТА), трансформаторов напряжения (ТН — ТУ), заземляющих ножей, ограничителей перенапряжения.

Поставленные задачи должны решаться с учетом требований ПУЭ [1], рекомендаций [2], типовых решений и других нормативных документов.

Главная схема подстанции должна быть изображена с учетом требований ГОСТ. Схема вычерчивается на бумаге формата не менее 3 в карандашном исполнении или с использованием компьютерной техники.

Исходные данные выдаются студентам индивидуально в соответствии с приведенной таблицей (прил. 2 и 3).

График нагрузок на стороне среднего напряжения следует принять двухступенчатым (с 8 до 18 ч — 100%, остальное время — 65% от максимума). График нагрузок на стороне НН находится по прил.2 в соответствии с заданием.

Примерная структурная схема подстанции.

На проектируемой ПС используются два трансформатора, так как высшее и среднее напряжения относятся к сетям с эффективно заземлённой нейтралью.

Выбор мощности трансформаторов Мощность трансформатора выбирается на основании суточного графика загрузки трансформатора полной мощностью Sв нормальном режиме (систематическая нагрузка), когда оба трансформатора находятся в работе, и в аварийном режиме, когда один трансформатор отключён. Мощность трансформатора выбирается по наиболее загруженной его стороне, т. е. стороне высшего напряжения. Следовательно, предварительно необходимо построить суточный график загрузки этой стороны трансформатора в нормальном и аварийном режимах. Эти графики находятся путём суммирования по часам суток нагрузок на сторонах среднего и низшего напряжений.

Найдём максимальную нагрузку со стороны среднего напряжения:

S_снmax = S_снmax=.

Эта нагрузка при нормальном режиме работы распределяется между двумя трансформаторами и равна половине нагрузки на средней стороне:

S_{снmax 1T} = 98,8 / 2 = 49,4МВА Суточный график нагрузки на стороне среднего напряжения двухступенчатый:

с 0 до 8 часов — 65%, с 8 до 18 часов — 100% и с 18 до 24 часов — 65%.

Находим суточную загрузку со стороны среднего напряжения по мощностям:

S_сн0−8 — 49,4*65/100= 32 МВА.

S_сн8−18-49,4*100/100= 49,4 МВА.

S_сн18-24 — 49,4*65/100= 32 МВА Найдём максимальную нагрузку со стороны низкого напряжения:

S_ннmax= S_ннmax=.

Эта нагрузка при нормальном режиме работы распределяется между двумя трансформаторами и равна половине нагрузки на низкой стороне:

S_{ннmax 1T} = 10,5 / 2 = 5,25 МВА Суточный график нагрузки приведён в исходных данных приложение № 4.

Находим суточную загрузку со стороны низкого напряжения по мощностям:

S_нн 0-4— 5,25*50/100 = 2,625 МВА.

S_нн4−8 — 5,25*100/100 = 5,25 МВА.

S_нн8−12-5,25*70/100 = 3,675 МВА.

S_нн12−16 — 5,25*80/100 = 4,2 МВА.

S_{нн 16−20} — 5,25*60/100 = 3,15 МВА.

S_нн20-24 — 5,25*50/100 = 2,625 МВА Найдём загрузку высокой стороны для одного трансформатора при нормальном режиме работы. Для этого суммируем по часам суток графики нагрузки со стороны среднего и низкого напряжения.

S_вн 0-4 — 32 + 2,625 = 34,625 МВА.

S_вн 4−8 — 32+5,25= 37,25 МВА.

S_вн8−12— 49,4+ 3,675= 53,075 МВА.

S_вн12−16— 49,4+ 4,2= 53,6 МВА.

S_вн 16-18— 49,4+3,15=52,55 МВА.

S_вн18−20— 32 +3,15 = 35,15 МВА.

S_{вн 18−20}— 32 + 2,625 = 34,625 МВА По полученным данным построим суточный график нагрузок на стороне высокого напряжения и выберем мощность трансформатора.

ВыбираемтрансформаторТДТН-63 000/115/38,5/6,6.

Начальную загрузку характеризует коэффициент К;

К ==.

*0,75.

После расчёта коэффициента К находится летняя (+18) эквивалентная температура окружающего воздуха для г. Кемерово по таблице [6, с. 56, табл.1.36] и проводится оценка графика систематических нагрузок. Для выбранного трансформатора ТДТН-63 000/115/38,5/6,6 норма максимально допустимых систематических и аварийных перегрузок равняется 1,4.

Для выбранного трансформатора производим его проверку на допустимость аварийных перегрузок, для этого находим максимальную нагрузку одного трансформатора при отключенном втором трансформаторе без учета потребителей 3 категории. Для этого складываем максимальные нагрузки со стороны среднего и низкого напряжений и умножаем на 0,8.

Sвн=(Sсн+Sнн)*0,8 Sвн=(98,8+10,5)*0,8=87,4 МВА По полученным результатам строим суточный график работы трансформатора в аварийном режиме.

Sвн.ав.0−4=87,4*50/100=43,7 МВА.

Sвн.ав.4−8=87,4*100/100= 87,4 МВА.

Sвн.ав.8−12 = 87,4*70/100=61,2 МВА.

Sвн.ав.12−16=87,4*80/100=69,9 МВА.

Sвн.ав.16−20 = 87,4*60/100=52,44 МВА.

Sвн.ав.20−24=87,4*50/100=43,7 МВА Начальную загрузку характеризуют коэффициентом К₁==.

*0,87.

Коэффициент перегрузки предварительно находим по выражению К'₂=*1,38.

Сравним полученное значение К₂ с Кmax=,.

так как К'₂ > 0,9Кmax;1,38>0,9*1,38; 1,38>1,24,.

то принимаем К₂=К'₂= 1,38.

Расчёт токов короткого замыкания для выбора аппаратов трансформатор короткий замыкание подстанция Расчет токов КЗ производится аналитически для начального момента КЗ, полагая систему мощности не ограниченной, а нагрузку на стороне низшего и среднего напряжений — обобщенной. В данной работе нагрузкой на стороне СН следует пренебречь ввиду отсутствия необходимых данных. При этом на стороне низшего напряжения параллельная работа трансформатора не допускается, т. е. секционные выключатели включается только при отключении питающего секцию трансформатора. В случае недопустимо большего тока КЗ на секции НН последовательно с обмоткой трансформатора включается токоограничивающий реактор.

Исходные данные: Тр-р ТДТН-63 000/115/38,5/6,6; S_т ном =63МВА;

U_квн-сн= 17%; U_квн-нн= 18%; U_ксн-нн= 7%; S_кзс=2000МВА;L — 20 км;

S_т н-н = 6,63МВА Примем S_б=S_т ном = 63 МВА.

U_{б 110}=115 кВ I_{б 110}==.

U_{б 35}= 38,5 кВ I_{б 35} ==.

U_б 10 = 6,6 кВ I_б 10==.

Для систем, связанных с шинами 110 — 500 кВ, ЭДС Е_Сможно принять равной 1,0о.е., ЭДС обобщенной нагрузки — 0,85о.е.

E_{с б}===1о.е. E_{наг б}= 0,85о.е.

Определим сопротивление системы в относительных единицах:

X_с==.

Определим сопротивление линии в относительных единицах:

X_л===4 Ом ==0,019о.е.

Определим сопротивления обмоток трансформатора в относительных единицах:

X*_тв=*(Uк_вн-сн%+U_{к вн-нн}% -U_{к сн-нн} %)=*(10,5%+17,5% - 6%) =0,07о.е.

X*_тс=*(Uк_вн-сн%-U_квн-нн%+U_ксн-нн%)=*(10,5%-17,5%+6%) = 0,03о.е.

X*_тн=*(-U_{к вн-сн}%+U_{к вн-нн}%+U_{к сн-нн}%)=*(- 10,5%+17,5%+6%)=0,03о.е.

Определим сопротивление нагрузки в относительных единицах:

X*наг б=== 3,33о.е.

Составим схему замещения, в которой все значения обозначим в относительных единицах.

Рассчитаем токи КЗ для точки К1.

Составим расчётную схему замещения для точки К1.

X*_эк.с=X*_с+X*_л=0,0315+0,019 =0,0505о.е.

X*_эк.наг=+++ =++ +=1,77о.е.

Рассчитаем ток КЗ в точке К1 со стороны системы:

I_кз к1с=== 6,27 кА Рассчитаем ток КЗ в точке К1 со стороны нагрузки:

I_{кз к1наг}===0,152 кА.

Рассчитаем токи КЗ для точки К2.

Составим расчётную схему замещения для точки К2.

X*_эк.с=X*_с+X*_л+=0,0315+0,019 +=0,1205о.е.

X*_эк.наг= + +=++=1,7017о.е.

Рассчитаем ток КЗ в точке К2 со стороны системы:

I_кз к2с=== 7,8 кА Рассчитаем ток КЗ в точке К2 со стороны нагрузки:

Iкз к2наг===0,4745 кА Рассчитаем токи КЗ для точки К3.

Составим расчётную схему замещения для точки К3.

X*_эк.наг=X*_наг+X*_н= 3,33+0,04 = 3,37о.е.

X*_эк.с=X*_с+X*_л+= 0,0315+0,019 += 0,1205о.е.

X*_{эк.с-наг}= +X*_н=+0,04 =0,174о.е.

E_{эк.с-наг}=== 0,994о.е Рассчитаем ток КЗ в точке К3 со стороны эквивалентной E:

I_{кз к3с-наг}===31,4 кА Рассчитаем ток КЗ в точке К3 со стороны нагрузки:

I_{кз к3наг}===1,4 кА Выбор оборудования ОРУ — 110 кВ Выбор основного оборудования будем производить после выбора схемы.

ОРУ — 110 кВ.

Применяем схему мостика на ОРУ — 110 кВпо следующим причинам:

1. Тип подстанции — тупиковая по стороне 110 кВ.

2. Необходимость обеспечить надёжность в ремонтных режимах В качестве выключателей 110 кВ применим элегазовый выключатель УЭТМ серии ВГТ.

В качестве разъединителей применим разъединители РНД — 110кВ с моторным приводом.

Выбор ошиновки ОРУ — 110 кВ В качестве ошиновки ОРУ — 110кВ применим провод марки АС.

Выбор гибкой ошиновки производим по I_нб; I_нб= 459А.

Выбираем провод АС-240/32 =605А.

Проверяем выбранное сечение на термическое действие токов.

q_min===17мм².

На электродинамическое действие токов кз проверяется гибкая связь ошиновки РУ в том случае, если 20 кА и 50 кА.

В данном случае такую проверку не проводим.

Выбор трансформаторов напряжения При выбранной схеме ОРУ — 110 кВ используются по одному ТН на каждой секции шин.

Выбор ТН проводим по напряжению, а затем его проверяем по вторичной нагрузке и соответствие нужному классу напряжения.

Выбираем ТН НКФ — 110−58. Номинальная мощность в классе 0,5=400ВА. Примем, что в качестве вторичной нагрузки ТН:

— 6 счётчиков с =1,5Вт;

— 6 вольтметров с =2ВА;

— 6 ваттметров с =10ВА и.

— 6 варметров с =10ВА.

Получим S_потр=6*1,5+6*2+6*10+6*10=141ВА <.

Трансформатор напряжения будет работать в требуемом классе точности.

Выбор трансформаторов тока 110кВ ТТ выбираем встроенные в выключатель. Для точности расчётов показаний необходимо чтобы номинальное значение тока первичной обмотки было как можно ближе к значению тока в нормальном режиме.

Однако расчетном значением при выборе ТТ является аварийный режим.

Выбор оборудования РУ — 35кВ (12шт) Применяем схему ОРУ — 35кВ две рабочие с обходной системой шин.

В качестве выключателей применяем воздушные выключатели ВВУ -35А-40/2000У1, разъединители серии РНД — 35/2000У1.

Выбор трансформаторов тока Трансформаторы тока 35кВ применяем встроенные в выключатель.

Выбор ошиновки ОРУ — 35кВ Наибольший рабочий ток I_нб = 1631 А.

Выбираем провод АС — 700 с количеством проводов в фазе — 2.

= 1800 А; = 1800 А.

Выбор оборудования ЗРУ — 6 кВ (16шт) В качестве ячеек КРУ — 10 кВ применяем ячейки К — 63 и К — 61 М «Электрощит» г. Самара с вакуумными выключателями ВВ/ТЕL — 6/10 «Таврида Электрик».

Выбор ошиновки от вводов Т 6 кВ до вводной ячейки в ЗРУ — 6 кВ В качестве ошиновки используем полосовую медную шину = 578,5 А,.

выбираем шину 60Х6 с двумя полосами на фазу. = 1740 А (взят с учётом развития) >

Проверяем на термическую стойкость.

q_min= = = 196,5экв= 2*120.

Проверяем на динамическую стойкость.

=.

— для медных шин, если полученная частота будет больше 200 Гц, то тогда не надо будет проводить специальный механический расчет.

J = = = 0,01.

= = 5555,5Гц.

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ).

2. СХЕМЫ принципиальные электрические распределительных устройств подстанций напряжением 35 — 750 кВ. Типовые решения. ОАО «ФСК ЕЭС». 2007.

3. Васильев А. А. и др. Электрическая часть станций и подстанций. — М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Рожкова Л. Н., Козулин Д. Е. Электрические станции и подстанции. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

5. Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки: ГОСТ 14 209–85. — М., 1987.

6. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. — М.: Энергоатомиздат, 1989.

7. Лисовский Г. С., Хейфиц М. Э. Главные схемы и электротехническое оборудование подстанций 35−750 кВ. — М:. «Энергия», 1977.

8. Ключенович В. И. Выключатели переменного тока высокого напряжения. Рекомендации по выбору и справочные данные. Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию, № 2839. — Новосибирск.: НГТУ, 2004.