Производство электроэнергии

Производство  электроэнергии

КУРСОВАЯ РАБОТА

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

 

 

Вариант №22

 

 

Исходные  данные

 

 

Система

Потребители среднего напряжения

Потребители низшего напряжения

Тип графика нагрузки по прил. 3

Тип ПС

Место строительства ПС

Напряжение

Число ЛЭП  связи с системой

Длина ЛЭП

Мощность КЗ на шинах системы

Количество отходящих от ПС ЛЭП

Транзитная мощность

Напряжение

Число потребителей

Максимальная активная мощность одной  ЛЭП

Коэффициент мощности

Коэффициент одновременности

Доля потребителей 3 категории

Напряжение

Число потребителей

Максимальная активная мощность одной  ЛЭП

Коэффициент мощности

Коэффициент одновременности

Доля потребителей 3 категории

ккВ

шшт.

ккм

ММВА

шшт.

ММВт

ккВ

шшт.

ММВт

Оо..е.

Оо..е.

Оо..е.

ккВ

шшт.

ММВТ

Оо..е.

Оо..е.

Оо..е.

220

2

30

5000

---

---

110

6

20

0,95

0,9

0,2

10,5

10

2,0

0,95

0,6

0,2

1

тупик

Салехард

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 [3] 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 S в 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_{сн max} =

   S_{сн max}=

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

S _{сн max 1T} = 68 / 2 = 34МВА

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_{сн 0-8} – 34*65/100 = 22МВА

S_{сн 8-18 –} 34*100/100 = 34МВА

S_{сн 18-24} – 34*65/100 = 22МВА

 

Найдём  максимальную нагрузку со стороны низкого  напряжения:

S_{нн max} =    S_{нн max} =

 

 

 

 

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

S _{нн max 1T} = 13,26 / 2 = 6,63МВА

Суточный график нагрузки приведён в исходных данных приложение №4.

Находим суточную загрузку со стороны низкого напряжения по мощностям:

S_{нн 0-4}   – 6,63*50/100 = 3,315МВА

S_{нн 4-8}   – 6,63*100/100 = 6,63МВА

S_{нн 8-12} – 6,63*70/100 = 4,641МВА

S_{нн 12-16} – 6,63*80/100 = 5,304МВА

S_{нн 16-20} – 6,63*60/100 = 3,978МВА

S_{нн 20-24} – 6,63*50/100 = 3,315МВА

 

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} – 22 + 3,315 = 25,315МВА

S_{вн 4-8} – 22 + 6,63 = 28,63МВА

S_{вн 8-12} – 34 + 4,641 = 38,641МВА

S_{вн 12-16} - 34 + 5,304 = 39,304МВА 

S_{вн 16-18} – 34 + 3,978 = 37,978МВА

S_{вн 18-20} – 22 + 3,978 = 25,978МВА

S_{вн 18-20} – 22 + 3,315  = 25,315МВА

 

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построим суточный график нагрузок на стороне  высокого напряжения и выберем мощность трансформатора.

 

Выбираем трансформатор ТДТН-63000/115/38,5/11, так как если взять трансформатор ТДЦТН-40000/115/38,5/11 он всё время будет работать в режиме перегрузки.

Начальную загрузку характеризует коэффициент К;

К = =

После расчёта  коэффициента К находится летняя (+18) эквивалентная температура окружающего воздуха для г. Москвы по таблице [6, с.56, табл.1.36] и проводится оценка графика систематических нагрузок. Для выбранного трансформатора ТДТН-63000/115/38,5/11 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 = (68+13,26)*0,8 = 65МВА

 

По полученным результатам строим суточный график работы трансформатора в аварийном  режиме.

Sвн.ав.0-4 = 65*50/100= 32,5МВА

Sвн.ав.4-8 = 65*100/100= 65МВА

Sвн.ав.8-12 = 65*70/100= 45,5МВА

Sвн.ав.12-16 = 65*80/100= 52МВА

Sвн.ав.16-20 = 65*60/100= 39МВА

Sвн.ав.20-24 = 65*50/100= 32,5МВА

 

Начальную загрузку характеризуют коэффициентом

К₁ = =

 

Коэффициент перегрузки предварительно находим  по выражению

К'₂ =

Сравним полученное значение К₂ с Кmax = ,

так как К'₂ > 0,9Кmax;  1,03 > 0,9*1,0,3;    1,03 >0,93,

то принимаем К₂ = К'₂ = 1,03

 

 

Расчёт токов короткого замыкания для выбора аппаратов

 

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-63000/115/38,5/11; S_{т ном} = 63МВА;

U_{к вн-сн} = 17%; U_{к вн-нн} = 18%; U_{к сн-нн} = 7%; S_{кз с} = 2000МВА; L - 40 км;

S_{т н-н} = 6,63МВА

 

Примем  S_б = S_{т ном}   = 63МВА

U_{б 110} = 115кВ  I_{б 110} = =

U_{б 35} = 38,5кВ  I_{б 35} = =

U_{б 10} = 10,5кВ  I_{б 10} = =

 

Для систем, связанных с шинами 110 – 500 кВ, ЭДС Е_С можно 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 = = = 8Ом   = = 0,038о.е.

 

Определим сопротивления  обмоток трансформатора в относительных  единицах:

 

X*_тв= *(Uк _вн-сн% + U_{к вн-нн}% - U_{к сн-нн} %) = *(17%+18% - 7%) = 0,14о.е.

X*_тс= *(Uк_вн-сн%-U_квн-нн%+U_ксн-нн%) = *(17%-18%+7%) = 0,03о.е

X*_тн= *(- U_{к вн-сн}%+ U_{к вн-нн}%+ U_{к сн-нн}%) = *(- 17%+18%+7%) = 0,04о.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 + 0,038 = 0,0695о.е.

X*_эк.наг= + + + = + + + = 1,77 о.е.

Рассчитаем  ток КЗ в точке К1 со стороны  системы:

I_{кз к1с}= = = 4,56кА

Рассчитаем  ток КЗ в точке К1 со стороны  нагрузки:

I_{кз к1наг}= = = 0,152кА.

 

Рассчитаем токи КЗ для точки  К2.

Составим расчётную  схему замещения для точки К2.

      

 

X*_эк.с= X*_с+ X*_л + = 0,0315 + 0,038 + =  0,1395о.е.

X*_эк.наг= + + = + + = 1,7017о.е.

Рассчитаем  ток КЗ в точке К2 со стороны  системы:

I_{кз к2с}= = = 6,81кА

Рассчитаем  ток КЗ в точке К2 со стороны  нагрузки:

Iкз к2наг = = = 0,4745кА

 

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 + 0,038 + = 0,1395о.е.

X*_{эк.с-наг}= + X*_н = + 0,04 = 0,174о.е.

E_{эк.с-на г}= = = 0,994о.е

Рассчитаем ток КЗ в  точке К3 со стороны эквивалентной  E:

I_{кз к3с-наг} =  = = 19,8кА

Рассчитаем ток КЗ в  точке К3 со стороны нагрузки:

I_{кз к3наг} =  = = 0,886кА

Выбор оборудования ОРУ – 110 кВ

 

Выбор основного  оборудования будем производить  после выбора схемы 

ОРУ – 110 кВ.

Применяем схему  мостика на ОРУ – 110 кВ по 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условия выбора и проверки	ВГТ – 110II – 40/2000	РНД – 110/1000
Номинальное напряжение сети Uном=110 кВ	Uвуст = 110кВ      Uвуст = Uном	Uруст = 110кВ     Uруст = Uном
Номинальный рабочий ток  Iнб=	Iвном = 2000А         Iвном>Iнб	Iрном=1600А        Iрном>Iнб
Отключение  симметричного трёхфазного тока кз   I(з) по=4,56 + 0,152 = 4,712 кА (Суммированная составляющая тока кз от системы и нагрузки)	Iоткл = 40 кА           Iоткл> I(з) по
Отключение апериодической составляющей тока кз Приближённо находим эквивалентную  постоянную времени . Ударный ток со стороны системы  iсуд= Iспо*Ксуд, где  Ксуд, = 1,72 (табл. 3.8) iсуд = *4,712*1,72 = 11,43кА Со стороны нагрузки ударный ток не рассчитываем, т.к. значение тока кз со стороны нагрузки несоизмеримо мало по сравнению с токами кз со стороны системы. Поэтому.  = 0,03с   ,   где  ,    = 0,01+ 0,035 = 0,045с   - собственное время отключения  = 0,98кА	=40%   =        = =22,56кА    >
Динамическая стойкость     iсуд = 11,43кА	=102кА   >	=102 А     >
Термическая стойкость   Вк = )              = 0,1с         Вк = 4,7122*(0,1+ 0,03) = 2,3кА2*с	= 402*3 = 4800кА2*с > Вк	= 402 * 3 = 4800кА2*с     = 402*1=1600кА2*с >  Вк  > Вк