Расчёт главнорй понизительной подстанции

Работа по проектированию системы электроснабжения, состоит практически вся из расчётов и вычислений.
Работа оценена на "5" в Казахстане. ...

2.4.8 Нахожу сменную реактивную мощность по формуле:
Q_см=P_см*tg⁡φ (2.4.5)
где: P_см– сменная активная мощность.
tg⁡φ- отношение активной реактивной мощности
〖 Q〗_см=2556*0.49=1252
〖 Q〗_см=396*0.49=194
Q_см=2556*0.49=1252
Q_см=36*0.49=17,6
Q_см=360*0.49=176,4
Q_см=360*0.49=176,4
Q_см=360*0.49=176,4
Q_см=3960*0.49=1940,4

Рассчитываю мощность, которую необходимо компенсировать, по формуле:
Q_k=Pмакс*(tgφ_1-tgφ_2 ) (2.5.1)
где: Pmax – максимальная активная нагрузка (табл. №1)
tgφ_2=0,40 для электроустановок по 6 кВ,
tgφ_1 - общий для потребителей коэффициент мощности, определяется по формуле:
tgφ_1=Qмакс/Pмакс (2.5.2)
где: Qmax – максимальная реактивная мощность (табл. №1)
tgφ_1=6741/10901,5= 0,6
Q_k=10901,5*(0,6- 0,40)=2180,3
Выбираю по стороне 6 кВ две конденсаторные установки типа УК-6-1125ПУЗ

Поэтому при проектировании уделено большое внимание вопросам надёжности, обеспечение качества электроэнергии и электромагнитной совместимости, быстродействия и селективности релейной защиты и оперативной автоматики. Произведён выбор, компоновка и размещение подстанций, в соответствии с требованиями ПУЭ.
Основные задачи, решаемые при проектировании системы электроснабжения, заключается в оптимизации параметров этих систем путём правильного выбора напряжений, определении электрических нагрузок, высоких требований к бесперебойности электроснабжения, рационального выбора числа и мощности трансформаторов, конструкций промышленных сетей, средств регулирования напряжения, правильное построение схемы электроснабжения, соответствующей оптимальному уровню надёжности. В проекте произведён расчёт токо в короткого замыкания и выбор комплектующей аппаратуры, вопросы по релейной защите, а также заземление.

Для электроприемниковI категории необходимым условием является бесперебойное электроснабжение и наличие резервного источника питания, поэтому число трансформаторов должно быть не менее двух.Мощность трансформаторов выбирается так, чтобы в нормальном режиме коэффициент загрузки каждого из них был 0,6 – 0,9, а в аварийных режимах работы обеспечивать питание первой и основных нагрузок второй категории.По расчетной мощности с учетом компенсации реактивной энергии предварительно принимаются два варианта числа и мощности силовых трансформаторов: 1 вариант: 2 × ТД10000/35 – с неявным резервированием2 вариант: 2 × ТДН16000/35 – с явным резервированиемНеявное резервирование – это когда оба трансформатора находятся в работе и загружены не более чем на 70 %.Явное резервирование – это когдаодин трансформатор находится в работе, а второй отключен.2.6.1 Определяю коэффициенты загрузки трансформаторов, с явным и неявным резервированием: Kз=Sn*Sнт, (2.6.1)где: Sнт – номинальная мощность одного трансформатора, кВАn – число трансформаторовS – мощность на шинах подстанции с учетом компенсации реактивной мощностиKз=11790,32*16000=0,36- неявное резервированиеKз=11790,32*10000=0,58- явное резервирование2.6.2 Определяю время наибольших потерь:Тп = (0,124 + Tmax/10000) 2 * T, ч/год (2.6.2)где: Tmax– время использования максимума нагрузки, Tmax= 7000 ч/годТ – число часов работы трансформатора в год, Т = 8760 ч Тп = (0,124 + 7000/10000) 2 * 8760 = 5947,8Тп = (0,124 + 7000/16000) 2 * 8760 =2715,62.6.3 Определяю стоимость трансформаторов:К = n * С(2.6.3)где: n – количество трансформаторов;С – стоимость одного трансформатора.К = 2 * 18655000 = 37310000 (10)К = 2 * 42586700 = 85173400(16)2.6.4 Определяю годовые потери электроэнергии в трансформаторах:∆Э=n*∆Pхх+Kим*Iхх*Sнт/100*T+Kз2*Tп*(∆Pкз+Kэкв*Uкз*Sнт/100),кВт*ч/год (2.6.4)где: Kим-коэффициентизмененияпотерь, Kим=0.12;Кэкв-коэффициентэквивалентности, Кэкв=0.12;Т – время работы трансформатора в год, Т=8760 ч/год;Kз – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме;Tп – время наибольших потерь∆Э=2*12,3+0,12*80*10000100*8760+0,582*5947,8*65+0,12*750*10000100=35172370,8 ,кВт*ч/год ∆Э=2*17,8+0,12*60*16000100*8760+0,362*2715.6*90+0,12*800*16000100= 53310045,75 ,кВт*ч/год 2.6.5 Определяю издержки на амортизационные затраты:И1=К∙Кa(2.6.5)где: Кa-норма отчислений на амортизацию трансформаторов, Кa=0,063И1=37310000*0,063=2350530И1=87173400*0,063=5365924,22.6.6Определяю стоимость годовых потерь электроэнергии:И2=Со∙∆Э(2.6.6)где: Со-стоимость 1кВтэлектроэнергии, Со=17,23И2=17,23*35172370,8 =606019949И2=17,23*53310045.75=9185320882.6.7 Определяю ежегодные эксплуатационные издержки, по формуле: И=И1+И2(2.6.7)И=2350530+606019949=608370479И=5365924,2+918532088=9208826172.6.8 Определяю минимум годовых приведенных затрат, по формуле:З=Ек∙К+И(2.6.8)где: Ек – нормативный коэффициент экономической эффективности, Ек=0,12;K – капитальные затраты;И – ежегодные эксплуатационные издержки.З=0,12*37310000+608370479=612847679 З=0,12*85173400+920882617=931103425Таблица № 2.2 –технические характеристики силовых трансформаторов:№вариантаТп, ч/год∆Э, кВт*ч/годКИ1И2ИЗ15947,8235172370,8373100002350530918532087,7920882617,7925359817,722715,653310045,7851735365924,273339973,78738765662748986473Исходя из технико-экономических показателей, я выбираю вариант с наименьшими затратами, т.е в моем случае это вариант № 1 (два трансформатора ТД-10000/35, схема явного резервирования).2.7. Расчет питающей линии.По техническим условиям выбор сечения проводов и кабелей осуществляется по нагреву расчетным током в нормальном и послеаварийном режимах. Для параллельно работающих линий в качестве расчетного принимается ток послеаварийного режима, когда в работе остается только одна питающая линия.2.7.1 Определяем расчетный ток в проводнике на вводах трансформаторов:Iр=2*Sнт3*Uн, А (2.7.1)где: SНТ – номинальная мощность трансформатора, кВАUн – номинальное напряжение в сети, кВIр=2*100003*6=1,9 , А По таблице 1.3.7 [4] принимаю для питания провод марки АС150 с Iдл.д=330А, при этом расчетное значение тока не превышает значения тока провода стандартного сечения.Iр≤Iдоп,А330А≤330А2.7.2 Производим проверку выбранного сечения проводника по экономической плотности тока:Sэк=Iр/2j , мм2(2.7.2)где: j – экономическая плотность тока, выбираетсяпо таблице 1.3.36 [4] и зависит от времени работы провода в году и материала жил.Sэк=330/21,2=137,5 , мм2По экономической плотности выбираю ближайший стандартный провод сечением – 150 мм2Окончательно принимаю к установке провод АС1502.7.3 Произвожу проверку выбранного сечения проводника на потерю напряжения, потери не должны превышать 5%∆U=3*Iр*l*100Uн*r0*cosφ+x0*sinφ, %(2.7.3)где: Iр – расчетный ток, Аl – длина кабеля, кмUн – номинальное напряжение сети, Вr0 ,x0 – активное и индуктивное сопротивление провода (табл. 1.9.5 [2]) ∆U=3*165*2*1006000*0,208*0,9+0,0596* 0,43= 2 %2%<5% – а значит, проводник с выбранным сечением подходит по потере напряжения. Произвожу расчет кабелей на линиях распределительной сети напряжением 6кВ2.7.4 Определяю расчетный ток для кабеля до компрессорнойIр=14203*6*0,9=152,6 , АПринимаю к установке кабель ААШв (3х120) с Iдл.доп=200А152,6А<200 А2.7.5 Произвожу выбор проводника по экономической плотности тока:Sэк=200/21,2=83,3 , мм2Окончательно принимаю к установке кабель ААШв (3х70) с Iдл.доп=140 А2.7.6 Произвожу проверку выбранного сечения проводника на потерю напряжения:∆U=3*76,3*0,4*10060000,447*0,9+0,0612*0,43=0,37 %0,37%<5%, следовательно, кабель с выбранным сечением удовлетворяет условиям потерь напряжения в линии 2.7.7 Определяю расчетный ток для кабеля до ЦПП гор + 180Iр=22003*6*0,9=236,5 , АПринимаю к установке кабель ААШв (3х150) с Iдл.доп=255А236,5А<200 А2.7.8 Произвожу выбор проводника по экономической плотности тока:Sэк=255/21,2=106,2, мм2Окончательно принимаю к установке кабель ААШв (3х150) с Iдл.доп=255 А2.7.9 Произвожу проверку выбранного сечения проводника на потерю напряжения:∆U=3*118,25*0,035*10060000,261*0,9+0,0602*0,43=0,028 %0,028%<5%, следовательно, кабель с выбранным сечением удовлетворяет условиям потерь напряжения в линии Аналогичным образом произвожу расчет и выбор сечений кабелей от шинопровода для потребителей№2÷№7 Результаты расчета привожу в таблице №2.4 (Кабельный журнал потребителей)Таблица №2.3 Расчет и выбор сечений кабелей от шинопровода для потребителейНаименованиеКол-воР,кВтS,кВАcosϕsinϕIp, АТип кабеляL,кмсечение ммIдл.допr0 мОм/мx0 мОм/м∆U%SэкКомпрессорная214200,90,43152,6ААШВ0,383х1202000,4470,06120,3783,3П/ст №12022200,90,4323.6ААШВ0,133х16341,950,06750,079,8Вент.установка214200,90,43152,6ААШВ1,143х1202000,3290,06020,09383,3ТСН2200,90,4321,5ААШВ0,043х166012,50,06750,0130,8П/ст №21 СЧПЗ22000,90,4321,5ААШВ1,253х16601,950,06750,06514,1Тр №2очистные22000,90,4321,5ААШВ0,0353х16601,950,06750,01714,1Тр №2 компрес22000,90,4321,5ААШВ0,0353х16601,950,06750,01714,1ЦПП гор +180222000,90,43236,5ААШВ0,0353х1502550,2610,06020,028106,252.8 Расчет токов короткого замыкания Для выбора основного оборудования, коммутационной аппаратуры и средств защиты необходимо рассчитать токи короткого замыкания (КЗ), для этого рисую часть однолинейной схемы, на которой расставляю предполагаемые точки КЗ.Рисунок №2.8.1 – часть однолинейной схемыРисунок №2.8.2 – Схема замещенияЗадаю исходные величины:lкл1 – длина кабельной линии = 2000 мlкл3= 35 м Sнт – номинальная мощность трансформатора = 10000 кВАUкз – напряжение короткого замыкания = 7,5%∆Pкз – потери активной мощности = 65 кВтUб1 – базисное напряжение = 35 кВтUб2= 6 кВтUб3= 6 кВтSб – базисная мощность = 100 МВАSкз – мощность короткого замыкания = 72 МВА.2.8.1 Определяю сопротивления в цепях КЗот источника питания до конечной точки.2.8.2 Нахожу индуктивное сопротивление источника питания: X*И=SбSкз, Ом(2.8.1)X*И=10072=1,38 , Ом2.8.3 Определяю индуктивное и активное сопротивление ВЛ1Хвл1=x0*l*SбUб12, Ом(2.8.2)где: X0– удельно-индуктивное сопротивлениекабеля, зависит от сечения выбранного кабеля (Беру из таблице №4)l–длинаSб-базисная мощностьSкз- мощность короткого замыкания U2б1-базисное напряжение Хвл1=0,0596*2000*100352=9,53, ОмХвл3=0,0675*35*10062=6,56, ОмRвл1=r0*l*SбUб12, Ом(2.8.3)где: r0 – удельно-активное сопротивление кабеля, зависит от сечения выбранного кабеляRвл1=0,208*2000*100352=33,9, ОмRвл3=1,95*35*10062=189,58, Ом2.8.4 Определяю индуктивное и активное сопротивление КЛ3Xтр=Uкз100*SбSнт, Ом(2.8.4)где: Sнт – номинальная мощность трансформатора, МВАXтр=7,5100*10010=0,75, ОмRтр=∆PкзSнт*SбSнт, Ом(2.8.5)Rтр=6510000*10010=0,065, Ом2.8.5 Определяю суммарные сопротивления в расчетных точках:Суммарные сопротивления точки К1Xк1=Xи+Xвл1, Ом(2.8.6)Rк1=Rвл1(2.8.7)Xк1=1,38+9,53=10,91 , ОмRк1= 33,95Суммарные сопротивления точки К2Xк2=Xк1+Xтр, Ом(2.8.8)Rк2=Rк1+Rтр,Ом(2.8.9)Xк2=10,91+0,75=11,66 , ОмRк2=33,9+0,065=33,96 , Ом Суммарные сопротивления точки К3Xк3=Xк2+Xкл3, Ом(2.8.10)Rк3=Rк2+Rкл3,Ом(2.8.11)Xк3=11,66+189,58=201,16 , ОмRк3= 33,96+6,56=40,57 , Ом2.8.7 Произвожу расчет токов КЗ в заданных точках: Определяю периодическую составляющую КЗ в заданных точках: Iпо=Iбz ,кА (2.8.12)где: z – полное сопротивление участка. Iб- определяю базисные токиОпределяется по формуле:При условии RX>13(2.8.13)z=X2+R2, Ом(2.8.14)При условииRX<13(2.8.15)z=X , Ом (2.8.16)Rк1Xк1=33,910,9=3,1>13zк1= 10,912+ 33,952=35,6 ОмRк2Xк2=33,9611,6=2,91>13zк2= 11,662+ 33,962=35,9 ОмRк3Xк3=40,52201,16=0,2<13zк3=201,24 ОмIб- определяю базисные токи в расчетных точках, по формуле:Iб=Sб3*Uб, кА (2.8.17)Iб1=1003*35=1,64, кА Iб2=1003*6 =9,62 , кА Iб3=1003*6 =9,62 , кА Iпо1=1,6435,6 = 0,04 ,кА Iпо2=9,6235,9=0,26 ,кА Iпо3=9,62201,24=0,04 ,кА Определяю ударный ток в расчетных точках:iуд=2*Ку*Iпо, кА (2.8.18)где: Ку – ударный коэффициент, определяется по кривым зависимости от отношения: RXRк1Xк1=33,9510,91=3,1 Ку1=1,9iуд1=2*1,9*0,04=0,107 кАRк2Xк2=33,9611,66=2,9 Ку1=1,9iуд1=2*1,9*0,26=0,69 кАRк3Xк3=40,52201,24=0,2 Ку1=1,6iуд1=2*1,6*0,04=0,09 кАОпределяю полную мощность КЗ в расчетных точкахSкз=3*Uб*iуд , МВА (2.8.19)Sкз1=3*35*0,107=6,48 , МВА Sкз2=3*6*0,69=7,1 , МВА Sкз3=3*6*0,09=0,93 , МВА Полученные расчетные данные по токам КЗ заношу в таблицу №5(токи короткого замыкания)Таблица №2.4 Токи короткого замыканияТочка КЗIпо , кАiуд , кАz, ОмSкз , МВАК10,040,10735,66,48К20,260,6935,97,17К30,040,09201,240,932.9 Выбор шиныПо расчетному току выбираю однополосные шины типа АТ 120х10 с допустимым током 2070А (По таблице 1.3.31 [4])Динамическое усилие, действующее на шину, при трехфазном коротком замыкании определяется по формуле: F= 3*iу2a*10-7, Н/м(2.9.1)где: а – расстояние между фазами, принимаю а=0,3мF= 3*0,10720,3*10-7=0,066* 10-7, Н/мМомент сопротивления одной полосы определяется по формуле: W=h2*b6, см3(2.9.2)где: h – высота шины = 80b – ширина шины = 5W=802*56=5,3 , см3Напряжение в материале шины возникает при воздействии изгибающего момента, определяется по формуле: δ=F*L10*W, МПа (2.9.3)где: L – длина пролета между опорными изоляторами шинной конструкции, принимаю L=0,9 мδ=0,06* 10-7*0,910*5,3=0,001* 10-7, МПа 2.10 Выбор коммутационной аппаратуры 2.10.1 Выбор выключателя на вводах напряжением 35кВ Проверку номинальных параметров выключателя с расчетными привожу в таблице №2.6Таблица №2.5Проверка выключателя ВВЭ – 10 – 20/630 УЗУсловие выбораНоминальный параметрРасчетный параметрПо номинальному напряжению: Uном≥Uсети1010По номинальному току: Iном≥Iрасч630330По предельному сквозному току:Iпред.ск.≥Iпо200,04На динамическую стойкость:iном.дин≥iу520,107По отключающей способности:Sном≥Sрасч346137,5Вывод: выбранный выключатель проходит по всем параметрам в аварийном режиме работы, и принимаю его к установке.2.10.