Электроэнергетика: выбор потребителей и расчет

К1,2 – коэффициент, показывающий долю электроприемников первой и второй категорий в общей нагрузке подстанции.

 

Sном т  ≥ 3445,08кВА.

По справочной литературе [2] выбираются силовые трансформаторы ТМН-6300/110 и ТМН - 10000/110

.

Проводится технико-экономическое сравнение выбранных силовых трансформаторов.

Определяются реактивные потери холостого хода ΔQхх, кВАр, по формуле

 

,         (13)

 

где Iхх – ток холостого хода, %.

кВАр

кВАр

Определяются реактивные потери короткого замыкания ΔQкз, кВАр, по формуле

 

,         (14)

 

где Uкз – напряжение короткого замыкания, %.

 

 

Определяются приведенные потери активной мощности при коротком замыкании , кВт, по формуле

 

,         (15)

 

где Кnn– коэффициент повышения потерь;

ΔРкз – потери активной мощности при коротком замыкании, кВт.

 

 

Определяются приведенные потери активной мощности холостого хода , кВт, по формуле

 

,        (16)

 

где - потери активной мощности холостого хода.

 

 

Определяется коэффициент загрузки Кз по формуле

 

(17)

 

    Кз1 = = 0,42

 

    Кз2 = = 0,26

 

Определяются полные приведенные потери активной мощности , кВт, по формуле

 

(18)

 

 

 

 

Определяется стоимость потерь силовых трансформаторов Сn, руб, по формуле:

 

,           (19)

 

где Со – удельная стоимость потерь, ;

Тг – действительное число часов работы в году.

 

 

Определяется стоимость амортизационных отчислений Са, руб, по формуле

 

Са = ра ∙ Кт ,           (20)

 

где ра – норма амортизации;

Кт – стоимость трансформатора, руб.

Са1 = 0,06 ∙ 29900 = 1794руб

Са2 = 0,06 ∙ 25000 = 1500 руб

Определяется стоимость эксплуатационных расходов Сэ ,руб, по формуле

 

Сэ = Сn + Са          (21)

 

Сэ1 = 2891,05 + 1794 = 4685,05руб

Сэ2 = 2654,92 + 1500 = 4154,92руб

Определяются приведенные годовые затраты З, руб, по формуле

 

З = Сэ + 0,125 ∙ Кт         (22)

 

З1 = 4685,05 + 0,125 ∙ 29900 = 8422,55руб

З2 = 4154,92 + 0,125 ∙ 25000 = 7279,92руб

По результатам технико-экономического сравнения окончательно выбирается силовой трансформатор ТМН-10000/110.

 

2.4 Выбор питающей линии

 

Определяется максимальный расчетный ток Iмр , А, по формуле

 

(23)

 

 

Условие выбора воздушной линии по нагревуIдлдоп ≥ Iмр

По справочной литературе [1] выбирается величина сечения q1=10 мм2 при Iдлдоп = 84 А.

Производится выбор сечения по экономической плотности тока.

Определяется расчетный ток Iр, А, по формуле

 

(24)

 

= 52,5 А

По справочной литературе [1]jэк = 1 .

Определяется сечение qэк , мм2, по формуле

 

(25)

 

 

По справочной литературе определяется ближайшее стандартное сечение q2 = 70 мм2 .

Проводится проверка большего стандартного сечения по потерям напряжения.

 

Определяется активное удельное сопротивление линии , Ом, по формуле

 

,           (26)

 

где – удельное сопротивление проводника, ;

      q – проверяемое большее сечение, мм2.

 

Определяются потери напряжения ΔU, %, по формуле

 

,        (27)

 

где l – длина питающей линии, км;

       – коэффициент активной мощности с учетом выбранного компенсирующего устройства;

R0, X0 – активное и индуктивное удельные сопротивления линии, .

;

Так как ΔU< 5%, условие проверки выполняется.

Выполняется проверка на явление «короны».

При U = 110 кВ qмин = 70 мм2.

Провера на механическую прочность выполнена, так как 70 > 10.

 

 

 

 

 

 

2.5 Расчет токов короткого замыкания

Рисунок 1 – Расчетная схема

 

Рисунок 2 – Схема замещения

 

Принимаем базисные условия: Sб =100 МВА; Uб1 = 37кВ;Uб2 = 10,5кВ.

Определяются сопротивления элементов схемы замещения в относительных единицах при базисных условиях.

Определяется сопротивление источника питания,Ом,по формуле

 

(28)

 

 

Определяется индуктивное сопротивление питающей линии, Ом, по формуле

 

,           (29)

 

где l – длина питающей линии, км;

      Х0 – индуктивное удельное сопротивление линии, .

 

Определяется активное сопротивление питающей линии , Ом, по формуле

 

,          (30)

 

где R0 - активноеудельное сопротивление линии, .

 

 

Определяется сопротивление трансформатора, Ом, по формуле

 

,          (31)

 

где Uкз% – напряжение короткого замыкания, %.

 

Определяются базисные токи I*б , А, формуле

 

(32)

 

 

 

Определяется Х*рез б , Ом, по формуле

 

(33)

 

 

 

Рассчитываются токи короткого замыкания в точке К-1.

Определяется , Ом, по формуле

 

(34)

 

 

Так как 0,22248< 3, расчет ведется при изменяющейся периодической составляющей.

Определяются номинальные токи источника питания при базисном напряжении по формуле

 

,           (35)

 

 

 

 

 

По справочной литературе с использованием графиков определяются значения кратностей периодической составляющей тока короткого замыкания для

моментов времени 0, τ, ∞.

Кn0=4,5

Кnτ = 2,7

Кn∞ = 2,2

Определяются значения периодической составляющей тока короткого замыкания в разные моменты времени по формулам

 

(36)

 

 

 

(37)

 

 

 

(38)

 

 

Определяется ударный ток, кА, по формуле

 

(39)

 

 

Определяется мощность короткого замыкания , МВА, по формуле

 

(40)

 

 

Рассчитываются токи короткого замыкания в точке К-2.

Так как 3<, то =, =1,11

Определяется ток короткого замыкания , кА, по формуле

 

(41)

 

 

Iкз2 = I02 = Iτ2 = I∞2 = 4,73кА

Определяется ударный ток по формуле (39).

 

Определяется мощность короткого замыкания по формуле (40).

 

 

2.6 Выбор высоковольтного оборудования

 

Выбираются шины по условию .

Рассчитывается максимальный расчетный ток Iмр по формуле (23).

 

 

По справочной литературе [1] при Iдлдоп = 870А, выбирается сечение шины    q = 60х6 мм2 .

С помощью графика определяется периодическая составляющая приведенного времени короткого замыкания tnn = 1,2 с.

Определяется приведенное время короткого замыкания , с, по формуле

 

 

(42)

 

tn = 1,2 + 0,019 = 1,219с

Определяется минимальное допустимое по термической устойчивости сечение ,мм2, по формуле

 

,         (43)

где – термический коэффициент;

       – установившийся ток короткого замыкания, кА;

       tn – приведенное время короткого замыкания, с.

 

Проверка на термическую устойчивость к токам короткого замыкания выполняется, так как 360 > 15,48.

Выполняется проверка шин на электродинамическую устойчивость по условию Gдоп≥ Gрасч .

Определяется расчетное усилие от динамического воздействия токов короткого замыкания Fрасч, Н, по формуле

 

,         (44)

 

 

Определяется момент сопротивления w, м3, по формуле

 

,           (45)

 

где l – длина пролета между изоляторами, l = 1м.

 

Определяется расчетное механическое напряжение Gрасч, МПапо формуле

(46)

 

 

Проверка выполняется, так как 40 > 0,44.

Условия выбора изоляторов представлены в таблице 3.

 

Таблица 3

Тип оборудования	Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные данные
ОФ-10-375	Uном ≥ Uном у Fдоп ≥ Fрасч	Uном= 10 кВ Fдоп= 2205 Н	Uном у = 10 кВ Fрасч = 16,14 Н

 

Рассчитывается Fдоп, Н, по формуле

 

Fдоп = 0,6 ∙ Fразр.           (47)

 

Fдоп = 0,6 ∙ 375 = 225 кг∙с = 2205 Н

По справочной литературе [2] выбирается изолятор типа ОФ-10-375.

Условия выбора высоковольтного выключателя представлены в таблице 4.

 

Таблица 4

Тип оборудования	Условия выбора	Справочные данные	Расчетные данные
МКП-110-3,5П	Iном ≥ Iмр Uном ≥ Uном у iм ≥ iу   Iном откл ≥ Iτ Sном откл ≥ Sτ	Iном = 600 А Uном = 110 кВ iм = 20 кА Iном тс = 20 кА Iном откл = 18,4 кА Sном откл = 3500 МВА	Iмр = 73,57 А Uном у = 110 кВ iу = 5,79 кА = 1,1 кА Iτ = 1,35кА Sτ = 268,58 МВА
ВМГ-133М-Ш		Iном = 1000 А Uном = 10 кВ iм = 30 кА Iном тс = 30 кА Iном откл = 20 кА Sном откл = 100 МВА	Iмр = 808,31 А Uном у = 10 кВ iу = 6,43кА = 1,275 кА Iτ = 1,25 кА Sτ = 22,73 МВА

По справочной литературе [2] выбираются высоковольтные выключатели МКП-110-3,5П на 110 кВи  ВМГ-133М-П на 10 кВ

Условия выбора трансформатора тока представлены в таблице 5.

 

Таблица 5

Тип оборудования	Условиявыбора	Каталожные данные	Расчетные данные
ТПОЛМ-10	Iном та ≥ Iмр Uном та ≥ Uном у     Z2 ном ≥ Z2	Iном та = 1000 А Uном та = 10 кВ Ктс = 55 Кдин = 140 Z2 ном = 0,6 Ом	Iмр = 808 А Uном у = 10 кВ = 6,43 кА = 1,275 кА Z2 = 0,5 Ом

 

По справочной литературе [2] выбирается трансформатор токаТПОЛМ-10.

 

2.7 Расчет релейной защиты

 

Токовая отсечка

Определяется ток срабатывания защитыIсз , кА, по формуле

 

,              (48)

 

гдеКн – коэффициент надежности, Кн = 1,2.

Iсз = 1,2 ∙ 2,25 = 2,7 кА

Определяется коэффициент трансформации  Кта по формуле

 

(49)

 

= 200

Определяется ток срабатывания реле Iср , А, по формуле

 

(50)

 

 

По справочной литературе [2] выбирается реле типа РТ-40/50 с током срабатывания 12,5 -50 А

Максимальная токовая защита

Определяется ток срабатывания защиты Iсз , кА, по формуле

 

    (51)

 

Iсз = 1,2 ∙ 73,57 = 88,3 А

Определяется ток срабатывания реле Iср , А, по формуле

 

,              (52)

 

гдеКв – коэффициент возврата реле.

 

По справочной литературе [2] выбирается реле типа РТ-40/2 с током срабатывания 0,5-1 А

Защита от перегруза

Определяется номинальный ток трансформатора Iном т , А, по формуле

 

    (53)

 

 

Определяется ток срабатывания защиты Iсз , кА, по формуле

 

 

    (54)

 

Iсз = 1,05 ∙ 52 = 55 А

Определяется ток срабатывания реле Iср , А, по формуле (52).

 

По справочной литературе [2] выбирается реле типа РТ-40/0,6 с током срабатывания 0,15-0,3 А

 

2.8Конструктивное выполнение подстанций

 

Каждая подстанция имеет распределительные устройства, служащие для приема и распределения электроэнергии и содержащие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины и вспомогательные устройства.

По конструктивному выполнению все распределительные устройства разделяются на открытые и закрытые. Открытые и закрытые распределительные устройства могут быть комплектными и сборными (сборка на месте).

Открытым распределительным устройством называется распределительное устройство, все или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе.

Закрытым распределительным устройством называется устройство, оборудование которого расположено в здании.

Комплектным распределительным устройством (КРУ) называется распределительное устройство, состоящее из шкафов, закрытых полностью или частично, или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами, которые поставляются в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.