Проектирование системы электроснабжения подстанции

Исходные  данные

 

Нагрузка подстанции: Р_н = 13,7 МВт;

Напряжение с высокой стороны: U_ВН = 35 кВ;

Напряжение с низкой стороны: U_НН = 10 кВ;

Коэффициент мощности: ;

Категория потребителей: 1, 2, 3;

Число зимних суток: 213;

Число летних суток: 152;

Число отходящих линий:16;

Длина питающей линии: 28 км

Грунт: Ом ∙м; известняк

Тип подстанции: тупиковая;

Вид промышленности: машиностроение;

Данные системы: МВА

 

1 Расчёт  годового графика расхода электрической  энергии,

построение годового графика  нагрузки   

 

 

                                                                                                      К_{нт ав}

 

 

 

 

 

- зимний суточный график нагрузки - летний суточный график нагрузки Рисунок 1 - Суточный график активной нагрузки зимнего и летнего дня предприятий тяжелой машиностроительной промышленности.

Годовой график по продолжительности  нагрузок показывает

Суточный расход электроэнергии W_с, МВт∙ч:

       (1.1)

где P_i – мощность на i-той ступени суточного графика, МВт;    t_i – продолжительность i-той ступени суточного графика, час

Среднесуточная нагрузка P_срс, МВт:

                                               _(1.2)         
где t_с – продолжительность суток – 24 часа

 

Коэффициент заполнения графика K_зг, который показывает степень неравномерности графика работы установки:

,       (1.3)

где P_maх – максимальная нагрузка подстанции, указанная в задании, МВт

.

Годовое потребление электроэнергии W_г, МВт∙ч:

     (1.4)

где T_i = t_iз∙n_з + t_iл∙n_л;

t_iз, t_iл – продолжительности ступеней на зимнем и летнем графиках нагрузок, час;

n_з, n_л – количество зимних (213) и летних (152) суток в году

При известной S_max, P_max типовой график нагрузки переводится в график нагрузки конкретного потребителя, используя следующие соотношения для каждой ступени графика:

       (1.5)

 

где P_i – мощность на i-той ступени суточного графика, МВт;

n_i% – ордината соответствующей ступени суточного типового графика, %;

P_max – максимальная нагрузка подстанции

Располагаем ступени графика в порядке убывания:

Мощности  каждой ступени графика, МВт:

                                      

                                             

 

 

 

 

Продолжительность использования  максимальной нагрузки, T_max, час:

 

(1.6)

_{Для зимних}

T₁ = t₆ ∙ 213 = 1 ∙ 213 = 213;

T₂ = t₅ ∙ 213 = 3 ∙ 213 = 639;

T₃ = t₄ ∙ 213 = 7 ∙ 213 = 1491;

T₄ = t₃ ∙ 213 = 3 ∙ 213 = 639;

T₅ = t₂ ∙ 213 = 6 ∙ 213 = 1278;

T₆ = t₁ ∙ 213 = 4 ∙ 213 = 852;

Для летних

T₄ = t₄ ∙ 152 = 2 ∙ 152 = 304;

T₅ = t₅ ∙ 152 = 9 ∙ 152 = 1368;

T₇ = t₇ ∙ 152 = 13 ∙ 152 = 1976;

  Расчет  сводим в таблицу 1.1

 

 

 

 

Таблица 1.1- Построение годового графика нагрузки по продолжительности 

№ ступени	Pi о.е	tiз Ч	tiл Ч	TiзЧ	T iл Ч	Ti =Tз+Tл	Pi(o.e)*Ti
1	1	1	-	213	-	213	213
2	0,9	3	-	639	-	639	575,1
3	0,8	7	-	1491	-	1491	1192,8
4	0,7	3	2	639	304	943	660,1
5	0,6	6	-	1278	-	1278	766,8
6	0,5	4	9	852	1368	2220	1110
7	0,4	-	13	-	1978	1976	790,4
итого		24	24			8760	5308,2

 

По суточному графику нагрузки строят годовой график нагрузки по продолжительности для заданной промышленности (тяжелое машиностроение). Годовой график по продолжительности  нагрузок показывает длительность работы подстанции в течение года с различными нагрузками. По оси ординат откладывают  нагрузки в соответствующем масштабе, по оси абсцисс – часы года от 0 до 8760 час. Нагрузки на графике располагают  в порядке их убывания от P_max до P_min (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2 – Годовой график по продолжительности  нагрузки

 

2 Выбор схемы электрических  соединений

Схема электрических соединений выбирается на основании технического задания. Учитывая наличие потребителей 1 категории, для обеспечения бесперебойности питания принимаем двух трансформаторную подстанцию. Для обеспечения требуемого уровня надёжности принимается схема на выключателях на стороне высокого напряжения.

 

Рисунок 3 – Схема электрических соединений

 

3 Выбор типа, числа  и мощности силового трансформатора

           Силовые трансформаторы, установленные  на подстанциях, предназначены для преобразования электроэнергии с одного напряжения на другое. Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12 - 15% ниже, а расход активных элементов и стоимость на 20-25% меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности.

По количеству обмоток выбираем двухобмоточные трансформаторы, т.к. по заданию напряжение высшей стороны равно 35кВ, низшей – 6кВ. В системах электроснабжения промышленных предприятий мощность силовых трансформаторов должна обеспечить в нормальных условиях питание всех приемников.

 Число  трансформаторов на подстанции  определяется категорийностью потребителя. Учитывая наличие потребителей первой категории, следует принять два трансформатора на подстанции.

Мощность  трансформатора на подстанции определяется:

 

                                         _(3.1)

где – максимальная нагрузка подстанции с учетом компенсирующих устройств

 Pmax – максимальная активная мощность;

 Qmax – максимальная реактивная мощность;

 Qку –мощность компенсирующих устройств.

tgφ определяется  по заданному cosφ

 

 

 

 

(3.2)

где Qэс–реактивная мощность, которая может быть выдана энергосистемой в сеть.

 

 

 

 

Определим ориентировочную номинальную  мощность трансформатора:

где S_ном – номинальная мощность трансформатора;

S'_max – максимальная нагрузка подстанции с учетом компенсирующих устройств.

Выберем по справочнику 2 двухобмоточных трансформатора ТД 10000/35 и проверим их на систематическую перегрузку:

 

Делаем  вывод, что систематическую перегрузку трансформаторы испытывать не будут (S_max<2*S_ном), поэтому выбранные трансформаторы проверяем только на аварийную перегрузку (в работе остается только один трансформатор):

                       

 

 

 

Определяем  коэффициент обеспеченности трансформаторной мощностью в аварийном режиме.

                                           ,                                                  (3.7)

 К_нтав^* < 1 ,трансформатор испытывает аварийные перегрузки.

На суточный зимний график нагрузки наносим линию  параллельную оси абсцисс с ординатой  равной величине К_{нт ав}^*, рисунок 1.

По пересечению  графика нагрузок и линии К_{нт ав} определяем предварительное время перегрузки h^’ .

Определяем  коэффициент аварийной  перегрузки по графику  .

 

                                 

=                                              (3.8)

 

В выражении 3.8 суммирование ведется по тем ступеням графика, которые относятся к  зоне аварийной перегрузки

                  

К_2ав=

По таблицам ГОСТ допустимых аварийных перегрузок трансформатора без учета начальных  нагрузок, в зависимости от h, эквивалентной температуры охлаждающей среды Θ и системы охлаждения трансформатора, находим допустимый коэффициент аварийной перегрузки К_{2доп ав}.

При h = 11 ч, Θ=-20ºС  и системы охлаждения трансформатора Д, К_2допав = 1,4

Проверку  осуществляем по выражению 

                                             К_2допав. ≥ К_2ав.                                              (3.9)

1,4 > 1,08 следовательно, выбранный трансформатор удовлетворяет условию проверки на аварийную перегрузку.

Все данные заносим в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Параметры трансформатора

Параметры	Величина
1	2
Марка трансформатора	ТД – 10000/35
Номинальная мощность Sном , МВА	10
Напряжение ВН Uном вн , кВ	38,5
Напряжение НН Uном нн , кВ	10,5
Потери мощности холостого хода ∆P0 , кВт	9,25
Потери при коротком замыкании  ∆Pк , кВт	45
Ток холостого хода I0 , %	0,7
Напряжение короткого замыкания  Uк в-н , %	7,5

 

 

     4 Расчёт токов короткого замыкания и определение теплового импульса

Рисунок 4 –  Схема замещения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1 Расчёт токов короткого замыкания  в точке К-1

Базовая мощность                             

Базовое напряжение                          

_{Базовый ток:                                                                                   (4.1)}

Согласно исходным данным определим сопротивление системы

Сопротивление линий электропередач

 

(4.2)

где  x_пл – погонное индуктивное сопротивление линии Ом/км, ровняется 0,4 Ом/км.

        l – длина линии, км.

 

 

Результирующие сопротивление

 

(4.3)

 

      Так как

<3 то расчет производится по расчетным кривым. Расчетному сопротивлению по расчетным кривым /1/ соответствует =1,55 

              _(4.4)

 кА

 

 кА

Ударный ток  короткого замыкания в точке  к1:

(4.5)

где

- ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени затухания

 кА

 

4.2 Расчёт токов короткого замыкания  в точке К-2

Базовая мощность:                                  

Базовое напряжение:                                

   _{Базовый ток:}                                           

Сопротивление трансформатора:

(4.6)

 

 

 

Результирующие сопротивление:

Так как 

<3 то расчет производится по расчетным кривым. Расчетному

сопротивлению

по расчетным кривым /1/ соответствует

         

=0,74 

                                                              _(4.7)

 кА

 кА

Ударный ток короткого замыкания  в точке к2:

 кА

Результаты  расчетов сводим в таблицу  4.1.

         Таблица 4.1 – Расчётные данные для точек короткого замыкания К1, К2