Проектирование районной понизительной подстанции на высшее напряжение 110кВ и вторичное напряжение с трехобмоточными трансформаторами 35 и 10кВ

Задание на курсовой проект
Реферат
Содержание
Введение
1.Кратка характеристика объекта проектирования
2.Обработка графиков нагрузок потребителей
3.Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на проектируемой подстанции
4.Выбор главной схемы электрических соединений подстанции
5.Расчет токов короткого замыкания. Определение необходимости ограничения токов короткого замыкания
6.Выбор основного электрооборудования и токоведущих частей
6.1.Выбор оборудования РУ ВН.
6.1.1.Выбор выключателей на стороне ВН.
6.1.2.Выбор разъединителей на стороне ВН.
6.1.3.Выбор токоведущих частей.
6.2.Выбор оборудования РУ СН.
6.2.1.Выбор выключателей на стороне СН.
6.2.2.Выбор токоведущих частей на СН.
6.3.Выбор схемы распределительного устройства низкого напряжения (РУ НН)
6.3.1.Выбор оборудования РУНН
6.4.Выбор токоведущих частей на НН
7.Выбор релейной защиты и автоматики
7.1. Расчёт дифференциальной токовой защиты понижающего трансформатора.
7.2. Расчёт МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению
7.3. Расчёт МТЗ от перегрузки.
8.Измерение и учет электроэнергии
8.1.1.Выбор трансформатора тока в РУ ВВ.
8.1.2.Выбор трансформатора напряжения в РУ ВВ.
8.1.3.Выбор измерительных трансформаторов тока в РУ СН
6.4.1.Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения
9.Выбор оперативного тока и источников питания
10.Регулирование напряжения на подстанции
11.Выбор конструкции распредустройств всех напряжений, компоновка сооружений на площадке подстанции
12.Заземление подстанции
13.Молниезащита подстанции
14.Заключение
Библиографический список

6.7
Таблица 8.4
Выбор трансформаторов тока 10кВ.
Расчётные данные Данные ТВ-35-10У1 =35 кВ =35 кВ =6888,88 А =1000 А =27,164 кА =81 кА =450 кА2*с =2976 кА2*с =0,76 Ом =0,8 Ом
Таблица 8.5
Вторичная нагрузка трансформатора тока.
Прибор
Тип
Нагрузка по фаза, ВА А В С Амперметр Э-350 0,5 - - Ваттметр Д-350 0,5 - 0,5 Счётчик активной мощности СА-И670М 2,5 2,5 2,5 Счётчик реактивной мощности СР-4И676 2,5 2,5 2,5 Итого: 6 5 5,5
Самая нагруженная Фаза «А». Общее сопротивление приборов:
Ом
Для ТВ 35-10У1 Ом
Допустимое сопротивление провода: Ом
Для подстанции применяем кабель с алюминиевыми жилами, ориентировочная длина которого 60м.
мм2.
Принимаем контрольный кабель АКРВГ с жилами сечением 4мм2
Ом
Таким образом, вторичная нагрузка составляет:
Ом
Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения
Измерительные трансформаторы предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность обслуживающего персонала, так как цепи низкого и высокого напряжения разделены, а также позволяют унифицировать конструкцию измерительных приборов и реле.
Трансформаторы тока (ТТ) выбираем по следующим условиям:
по конструкции и классу точности;
по напряжению установки ;
по первичному току ;
Номинальный первичный ток должен быть как можно ближе к расчётному току, так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей.
по термической стойкости ;
по вторичной нагрузке ;
Рабочий ток нагрузки, протекающий по вводным выключателям 10кВ (при работе обоих трансформаторов и равномерном распределении нагрузки по секциям РУ НН):
(8.11)
Определим максимальный рабочий ток, протекающий по вводным выключателям 10кВ (при отключении одного из трансформаторов и включенных секционных выключателей):
(8.12)
(8.13)
(8.14)
Из справочника [1] выбираем трансформатор тока типа ТЛШ 10 У3 с =1500А, =1500/5А, класс точности вторичной обмотки 0,5/10Р.
Данные расчётов сведены в табл. 6.7
Таблица 8.6
Выбор трансформаторов тока 10кВ.
Расчётные данные Данные ТЛШ 10 У3 =10 кВ =110 кВ =1201 А =1500 А =39,698 кА =81 кА =961 кА2*с =2976 кА2*с =0,76 Ом =0,8 Ом
Таблица 8.7
Вторичная нагрузка трансформатора тока.
Прибор
Тип
Нагрузка по фаза, ВА А В С Амперметр Э-350 0,5 - - Ваттметр Д-350 0,5 - 0,5 Счётчик активной мощности СА-И670М 2,5 2,5 2,5 Счётчик реактивной мощности СР-4И676 2,5 2,5 2,5 Итого: 6 5 5,5
Самая нагруженная Фаза «А». Общее сопротивление приборов:
Ом
Для ТФЗМ 110-У1 Ом
Допустимое сопротивление провода: Ом
Для подстанции применяем кабель с алюминиевыми жилами, ориентировочная длина которого 60м.
мм2.
Принимаем контрольный кабель АКРВГ с жилами сечением 4мм2
Ом
Таким образом, вторичная нагрузка составляет:
Ом
Выбор трансформатора напряжения на НН.
Трансформатор напряжения выбирается:
по напряжению установки ;
по конструкции и схеме соединения обмоток;
по классу точности;
по вторичной нагрузке .
Вторичная нагрузка трансформаторов напряжения приведена в
табл. 6.9
Таблица 8.8
Вторичная нагрузка трансформатора напряжения 10кВ.
Прибор Тип S одной обмотки, ВА Число обмоток Число приборов Общая потребная мощность Р, Вт Q, Вт Вольтметр Э335 2,0 1 1 0 1 2 Счетчик активной мощности (ввод 10кВ) СА-И670М 2,5 3 0,38 0,925 1 7,5 18,2 Счетчик реактивной мощности (ввод 10кВ) СР-4И676 2,5 3 0,38 0,925 1 7,5 18,2 Счетчик активной мощности (линии 10кВ) СА-И670М 2,5 3 0,38 0,925 6 45 109,5 Счетчик реактивной мощности (линии 10кВ) СР-4И676 2,5 3 0,38 0,925 6 45 109,5 Итого: 105 255,4
Вторичная нагрузка трансформатора
(8.15)
Выбираем трансформатор напряжения НТМК-10-71У3.
Три трансформатора напряжения на одной секции, соединённых в звезду, имеют мощность: 3*120=360ВА, что больше . Таким образом, трансформаторы напряжения будут работать в выбранном классе точности 0,5.
Выбор трансформатора напряжения на второй секции аналогичен.
Для соединения трансформаторов напряжения с приборами принимаем контрольный кабель АКРВГ с сечением жил 2,5 мм2 по условию механической прочности.
Выбор оперативного тока и источников питания
Состав потребителей собственных нужд подстанции (СН) зависит от мощности трансформаторов, конструктивного выполнения подстанции, наличия синхронных компенсаторов, типа электрооборудования, способа обслуживания и вида оперативного тока.
Наименьшее количество потребителей СН на подстанциях, выполненных по упрощённым схемам, без синхронных компенсаторов – это электродвигатели обдува трансформаторов, обогрева приводов шкафов КРУН, а также освещение подстанции.
Наиболее ответственными потребителями СН подстанции являются оперативные цепи, система связи, телемеханики, система охлаждения трансформаторов, аварийное освещение, система пожаротушения, электроприёмники компрессорной.
Мощность потребителей СН невелика, поэтому они присоединяются к сети 380/220В, которая получает питание от понижающих трансформаторов.
Мощность трансформаторов СН выбирается по нагрузкам СН с учётом коэффициента загрузки и одновременности, при этом отдельно учитывается летняя и зимняя нагрузки, а также нагрузка в период ремонтных работ на подстанции.
Нагрузка СН подстанции определяется как по установленной мощности (Ру), с применением и подсчитывают по формуле:
(9.1)
где - коэффициент спроса, учитывающий коэффициенты одновременности и загрузки. В ориентировочных расчётах можно принять
При двух трансформаторах СН с постоянным дежурством, мощность трансформаторов выбирается из условия:
(9.2)
- коэффициент допустимой аварийной перегрузки, его можно принять равным 1,4.
Схема подключения ТСН выбирается из условия надёжного обеспечения питания ответственных потребителей. Выбираем схему питания СН с выпрямленным переменным оперативным током. Трансформаторы СН присоединяются отпайкой к вводу главных трансформаторов. Такое включение обеспечивает возможность пуска ПС независимо от напряжения в сети 10кВ.
Таблица 9.1
Нагрузка собственных нужд подстанции.
Вид потребителя Установленная мощность Нагрузка Единицы,
КВт*кол-во Всего,
кВт ,
кВт ,
кВт Охлаждение ТРДН32000/110 2,5х2 5 0,85 0,62 5 3,1 Подогрев выключателей и приводов 15,8х2 31,6 1 0 31,6 Подогрев шкафов КРУН 1х22 22 1 0 22 Подогрев приводов разъединителей 0,6х8 4,8 1 0 4,8 Отопление, освещение, вентиляция 60 1 0 60 ОПУ Освещение ОРУ-110кВ 2 1 0 2 125,4 3,1
Расчётная нагрузка при Кс=0,8:
(9.3)
Принимаем два трансформатора ТМ-100 кВА. При отключении одного трансформатора, второй будет загружен на 125,44/100=1,254 , т.е. меньше чем на 40 %, что допустимо.
Регулирование напряжения на подстанции
В данном разделе требуется проверить достаточность стандартных диапазонов регулирования устройств РПН, установленных на трансформаторах. Для сетей с номинальным напряжением 6 кВ необходимые напряжения равны 6,3 кВ в режиме наибольших нагрузок и в послеаварийном режиме и 6 кВ - в режиме наименьших нагрузок.
Расчетное (желаемое) напряжение регулировочного ответвления трансформатора определяется по формуле
где UHH - номинальное напряжение обмотки НН трансформатора;
UН.Ж - напряжение, которое необходимо поддерживать на шинах НН при различных режимах работы сети;
U’Н - напряжение на шинах по низкой стороне трансформатора, приведенное к высокой стороне в режиме наибольшей (наименьшей) нагрузки и в послеаварийном режиме.
Действительные значения напряжения на шинах НН подстанции определяют как :
где - действительное значение напряжения трансформатора на стороне ВН.
Выбор конструкции распредустройств всех напряжений, компоновка сооружений на площадке подстанции
К конструкциям РУ предъявляются следующие основные требования:
Надёжность – применительно к конструкциям РУ надёжность достигается за счёт выполнения двух основных правил:
соблюдение допустимых расстояний между токоведущими частями;
взаимное расположение токоведущих частей различных цепей;
Безопасность – применительно к конструкциям РУ безопасность достигается за счёт исключения попадания обслуживающего персонала под напряжение:
расположение токоведущих частей на высоте;
сооружение ограждений.
Ремонтопригодность – вывод в ремонт какого либо присоединения или внутреннего элемента не должны по возможности, приводить к потере питания исправных.
Пожаробезопасность – сведение к минимуму вероятности возникновения пожара.
Возможность расширения – возможность подключение к схеме новых присоединений без существенных изменений существующей части.
Простота и надёжность – для снижения возможных ошибок эксплуатационного персонала.
Экономичность – минимальная стоимость при условии выполнения выше перечисленных требований.
Классификация РУ делится по типу исполнения и по типу конструкций.
По типу исполнения:
открытые РУ (ОРУ) – оборудование, расположенное на открытом воздухе. Достоинство ОРУ – невысокая стоимость, хорошая обозреваемость, высокая ремонтопригодность. Недостатки – большая занимаемая площадь, нет защиты от воздействия внешней среды;
закрытые РУ (ЗРУ) – оборудование, расположенное внутри здания. Достоинство ЗРУ – малая занимаемая площадь, защита от воздействия внешней среды, высокая безопасность. Недостатки – высокая стоимость, плохая обозримость, затруднённость проведения ремонтов.
По типу конструкций:
сборные РУ – оборудование РУ собирается на месте сооружения;
комплектные РУ (КРУ) – оборудование РУ собирается в блоки (ячейки) на заводе изготовителе, а на месте сооружения из блоков монтируется РУ. Достоинства КРУ – индустриальность изготовления и монтажа, резкое сокращение сроков монтажа (по сравнению со сборными РУ), высокая безопасность. Недостатки КРУ – относительно высокая стоимость и высокая металлоёмкость.
Выбор типа конструкции определяется условиями площади сооружения и климатическими условиями в районе сооружения.
РУ 110кВ выполнено открытыми (ОРУ) по типовой компоновке с учётом возможности расширения (габаритах схемы) двойная система сборных шин с обходной). РУ 35кВ выполнено с помощью ячеек УВН-35. РУ 10кВ выполнено с помощью ячеек КРУН серии К-47.
Заземление подстанции
Наибольший ток через заземление при замыканиях на землю – 3613А на стороне 110кВ и 11187 на стороне 10кВ.
Грунт в месте сооружения подстанции – суглинок. Согласно ПУЭ, заземляющие устройства электроустановок выше 1кВ сети с заземлённой нейтралью выполняется с учётом сопротивления или допустимого напряжения прикосновения.
Расчёт по допустимому сопротивлению приводит к неоправданному перерасходу проводникового материала и трудозатрат при сооружении ЗУ для ПС небольшой площади, не имеющих естественных заземлителей.
Заземляющие устройства для установок 110кВ и выше выполняются из вертикальных заземлителей, соединительных полос, полос, проложенных вдоль рядов оборудования, и выравнивающих полос, проложенных в поперечном направлении и создающих заземляющую сетку с переменным шагом.
Время действия релейной защиты: ;
Напряжение прикосновения: ;
Коэффициент прикосновения:
(12.1)
где - длина вертикального заземлителя (5м), м; - длина горизонтальных заземлителей (525м по плану), м; а – расстояние между вертикальными заземлителями (5м), м; - площадь заземляющего устройства (S=60х70), м2; - параметр, зависящий от сопротивления верхнего и нижнего слоя земли ( и соответственно для и , [[4] стр.598]; - коэффициент определяемый по сопротивлению тела человека и сопротивлению растекания тока от ступней :
(12.2)
где ;
Потенциал на заземлителе:
(12.3)
Напряжение заземляющего устройства:
(12.4)
Сопротивление сложного заземлителя, преобразованного в расчётную модель:
(12.5)
где
при ; (12.6)
при ; (12.7)
- эквивалентное удельное сопротивление земли, Ом·м [табл.7.6 [4]]; - общая длина вертикальных заземлителей; - глубина залегания ()
Согласно
Напряжение на заземлителе
Сопротивление заземляющего устройства
План преобразуем в расчётную схему (квадратную) со стороной:
Число ячеек по стороне квадрата:
принимаем
Длина полос в расчётной модели:
Длина стороны ячейки:
Число вертикальных заземлителей по периметру контура:
Общая длина вертикальных заземлителей:
Относительная глубина:
, тогда
по табл.76 [4] для
;
Общее сопротивление сложного заземлителя:
Как видно
Необходимо применять меры для снижения путём использования подсыпки гравия в рабочих местах слоем толщиной 0,2м, тогда
Подсыпка гравием не влияет на растекание тока с заземляющего устройства, так как глубина заложения заземлителей 0,7м больше толщины слоя гравия, поэтому соотношение и значение М остаются неизменными.
Напряжение на заземлителе:
, что меньше допустимого (10кВ).
Допустимое сопротивление заземлителя:

Напряжение прикосновения:
, что меньше допустимого 400В.
Определим наибольший допустимый ток, стекающий с заземлителей подстанции при однофазном КЗ:
.
При больших токах необходимо снижение , за счёт учащения сетки полос или дополнительных вертикальных заземлителей.
Молниезащита подстанции
Изоляция электроустановок должна работать надежно как при длительно приложенных напряжениях промышленной частоты, так и при возникающих в эксплуатации перенапряжениях грозового характера. Грозовые перенапряжения возникают при прямом ударе молнии в землю, а так же при ударе молнии в предметы или объекты находящиеся вблизи электрических установок. От грозовых перенапряжений все электрические установки должны иметь специальную защиту. Основные элементы защиты - разрядники. От прямых ударов молний электрические установки защищаются стержневыми или тросовыми молниеотводами. Защита осуществляется молниеотводами, установленными непосредственно на металлических конструкциях (порталах) и отдельно стоящими молниеотводами.
В данной работе расчет грозозащиты сводится к определению местоположения молниеотводов, которые определяются таким образом, чтобы зона действия молниеотводов полностью защищала все электрооборудование подстанции.
h = 19,35 м. – высота молниеотвода
hх = 11,35 м. – высота защищаемого объекта.
hа = 8 м – высота молниеотвода над ошиновкой.
D = м. (13.1)
D - максимальный диаметр окружности, защищающей наиболее высокую точку ОРУ.
Где, р = 1, при h< 30 м, р = при h> 30 м
Рис. 13.1. Схема грозозащиты
Заключение
В курсовом проекте рассмотрены вопросы присоединения подстанции к существующей сети 110кВ, выполнены выбор рационального варианта трансформаторов на подстанции, расчёты установившихся режимов электрической сети, расчёт токов короткого замыкания, выполнен выбор оборудования и разработано конструктивное выполнение подстанции.
К исполнению принята подстанция 110/35/10кВ, выполненная по схеме «Мостик с выключателями в цепях трансформаторов и неавтоматической перемычкой». Подстанция выполнена с перспективой расширения в габаритах схемы «Двойная система сборных шин с обходной». На подстанции установлено два трансформатора ТРДН-32000/110/35/10. Сторона низшего напряжения выполнена из ячеек КРУН К-47, К49.
Выполнен расчёт релейной защиты понижающих трансформаторов (дифференциальная защита, МТЗ трансформатора, МТЗ от перегрузки).
Выполнены мероприятия по электробезопасности объекта (расчёт грозозащиты и заземления подстанции)
Библиографический список
Ананичева С.С. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1995. 55 с.
Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 3-е изд., 1987. 648 с.
Рокотян С.С., Шапиро И.М. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. 3-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1995. 349 с.
Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электроэнергетическая часть станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1989. 605 с.
Степанчук К.Ф. Техника высоких напряжений. Минск: Высшая школа, 1983. 265 с.
Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т./ Под общ. Ред. А.А. Федорова. Т.2. Электрооборудование. – М.: Энергоатомиздат, 1987. -592 с.; ил.
Электротехнический справочник: В 3-х т. Т. 3. 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии (Под общ. Ред. Профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл. ред.) и др.) 7-е изд., испр. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. 880 с. Ил.
Бургсдорф В.В., Якобс А.И. Заземляющие устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987. 400 с.
Богатырёв Л.Л., Богданова Л.Ф. Расчёт релейной защиты элементов электроэнергетической системы. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 1995. 38 с.
Правила устройства электроустановок. М.: Энергоиздат, 1986ю 648 с.
Проектирование подстанций: Учеб. Пособие / М.Н. Гервиц, С.Е. Кокин, В.П. Нестеренков. Свердловск: УПИ, 1988. 85 с.
Методы расчёта параметров электрических сетей и систем: Методическое пособие по курсу «Электрические системы и сети» / С.С Ананичева, П.М. Ерохин, А.Л. Мызин. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1977. 55 с.
341,2
39698 2
0,8
39.6982
961 кА
16.349
39.698
16,349
414кА
597.5
177.2
909 А
249 А
909
= 7,79
1,5 х 249 х 14,2
909 х 0,75
690 = 597,5
597,5
192,45
= 3,1 > 1.5
690 = 597.5 A
7559 = 6546.2 A
= 17.22 A
597.5 x √3
300/5
6546.2 x 1
1500/5
= 21.82 A
(17.23 x 18) + (21.82 x 14) = 615.4 W
21.82 x 8 = 174.56 W
615
150
= 4.1 >1.5
=3.37
6546.2
1941.2
=3.37