Характеристика проектируемой подстанции

Аннотация

Темой данного курсового проекта является понизительная подстанция

110/10 кВ. Заданием на данный проект явились:

· схема прилегающей сети

· суточный график использования нагрузки

· характеристика нагрузочного района (максимальная мощность нагрузки, категории потребителей питающихся от данной подстанции и т.д.)

Результатом проектирования явился:

· выбор трансформаторов использующихся на подстанции

· выбор схемы соединения подстанции

· выбор типов релейной защиты и автоматики

· выбор оборудования и токоведущих частей

· рассчитаны технико-экономические показатели подстанции

Содержание

Стр.

Аннотация 2

I. Исходные данные для проекта 4

II.Схема системы 5

1. Характеристика проектируемой подстанции 6

2. Выбор трансформаторов на подстанции (число, мощность, тип, регулирование напряжения, условия охлаждения) 9

3. Расчет токов короткого замыкания 12

4. Выбор схем соединений подстанции 22

5. Выбор типов релейных защит и электрической автоматики 28

6. Выбор аппаратов и токоведущих частей. 30

7. Оперативный ток 49

8.Выбор и обоснование конструкций распределительных устройств 50

9. Меры по технике безопасности и противопожарной технике 52

10. Технико-экономические показатели подстанции 60

Заключение 62

Список литературы 66

I. Исходные данные для проекта

Задание №10, вариант №10, ПС №1

Система: Sкз, МВ∙ А; Х0/Х1	Линии: длина, Худ, Ом/км	Гене-раторы МВт	Трансформаторы МВ·А
ВЛ1	ВЛ2	ВЛ3	ВЛ4	ВЛ5	Т 1, 2	Т 3, 4	Т 5, 6, 7	Т 8, 9
2500; 3	25; 0, 41	24; 0, 39	20; 0, 41	18; 0, 4	19; 0, 38

Категории потребителей

Сеть	Потребители I категории, %	Потребители II категории, %	Потребители III категории, %
10 кВ

Суточный график нагрузки № 9

Характеристика проектируемой подстанции

Определение типа подстанции (ПС)

Тип подстанции в современной энергосистеме определяется ее положением и ролью в энергосистеме.

Высшее напряжение подстанции 110 кВ, низшее напряжение 10 кВ.

По назначению данная подстанция является потребительской (для электроснабжения потребителей, территориально примыкающих к подстанции);

По способу присоединения к системе является – комбинированной (кроме питающих линий от ПС отходят дополнительные)

Подстанция обслуживается постоянным дежурным персоналом.

От подстанции на стороне низкого напряжения отходит 16 кабельных линий.

Характеристика нагрузки подстанции

Максимальные значения полной и реактивной мощности

МВА

Мвар

Принимаем P_max и Q_max за 100 % графика нагрузки.

Полная мощность для каждой ступени графика:

МВА

Активная энергия для каждой ступени графика:

В таблице 1.1. приведены данные для построения суточных графиков нагрузки.

Таблица 1.1.

№ ступени	Часы	t	P	Q	S	W
Ч	ч	%	МВт	%	Мвар	МВА	МВт·ч
	0 – 4			7, 2		5, 17	8, 86	28, 8
	4 – 8			11, 2		7, 76	13, 63	48, 8
	8 – 11					10, 34	19, 05
	11 – 13			11, 2		7, 76	13, 63	22, 4
	13 – 17					10, 34	19, 05
	17 – 22			11, 2		7, 76	13, 63
	22 – 24			7, 2		5, 17	8, 86	14, 4

Суточный отпуск энергии потребителям:

Средняя нагрузка:

Время использования максимальной активной нагрузки:

час

Коэффициент заполнения годового графика нагрузки:

Т₁=7·365=2555 ч;

Т₂=11·365=4015 ч;

Т₃=6·365=2190 ч;

Рис 1. Суточный график полной мощности

Рис 2. Годовой график полной мощности

Расчет токов короткого замыкания.

Расчетная схема.

Рассчитаем для проектируемой ПС начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания I_п0:

- на шинах 10 кВ - трехфазного КЗ;

- на шинах 110 кВ - трехфазного и однофазного КЗ.

Рис.4.Расчетная схема.

Выбор базовых величин.

Принимаем базовую мощность S_б=1000 МВА, базовое напряжение U_ВН=115 кВ, U_НН=10, 5 кВ.

Расчет трехфазного тока короткого замыкания.

Схема замещения.

Рис.5: Схема замещения прямой последовательности

Расчет параметров схемы замещения.

Находим сопротивления прямой последовательности в относительных единицах, отнесенные к базовым условиям:

Система:

Генераторы [2, табл. 2, 1]: Г – 1, 2, 3 (ТВФ-63 – 2УЗ):

, , Е_г=1, 08 по [3, стр. 99].

Трансформаторы [2, табл. 3, 6]: Т – 5, 6, 7 (ТДЦ-80000/110): :

Проектируемые трансформаторы:

Воздушные линии:

ВЛ1:

ВЛ2:

3.3.3. Преобразование схемы замещения в эквивалентную.

Упрощая схему, рассчитываем результирующие сопротивления:

Расчет действующего значения начальной апериодической составляющей тока короткого замыкания и ударного тока короткого замыкания.

Находим токи трехфазного КЗ:

- на стороне ВН:

- на стороне НН:

Находим ударные токи трехфазного КЗ:

- на стороне ВН

K_у - ударный коэффициент, принимается по

- на стороне НН

Расчет однофазного тока короткого замыкания

Схема замещения

Рис.6: Схема замещения нулевой последовательности

Результаты расчета

Таблица 3.1.

Место КЗ	Точка к.з.	Начальное значение периодической составляющей токов , кА	Ударный ток - ф. к.з. , кА	Ударный ток - ф. к.з. , кА
Трехфазное к.з.	Однофаз-ное к.з.
Шины ВН, 110 кВ		10, 14	7, 523	25, 812	19, 15
Шины НН, 6, 3 кВ		9, 996	–	20, 92	–

Ток трехфазного КЗ в точке (кА) больше однофазного. Следовательно, все оборудование в дальнейшем будет приниматься по току трехфазного КЗ.

Выбор разъединителей

Выбор разъединителей производится только на стороне ВН, так как на стороне НН роль разъединителей выполняют разъемы КРУ.

Выбираем разъединитель типа GW4-145D(W)

Расчетные данные	Каталожные данные	Условие выбора
U_сети=110 кВ I_{прод.расч}=100 А	U_ном=110 кВ I_ном=630 А	По условию длительного режима
i_у=25, 812 кА	i_дин=50 кА	По динамической стойкости
	t_рз=2, 6	По термической стойкости t_рз t_{рз доп}
кА кА	i_{в ном}= i_d=50 кА; I_{в ном}= I_{о ном}=20 кА.	По току включения i_{в ном} i_у; I_{в ном} I_п0

Выбор предохранителя

Из условия выбора аппаратуры

По [2, табл. 5.4] принимаем ПКТ 101 – 10 – 8 – 20У1

I_ном=8 А I_{ном.откл}= 20 кА

проверка по коммутационной способности

I_{ном.откл}³ I_по20 > 9, 996

Выбор автомата

Из условия выбора аппаратуры по [2, табл. 6.1] принимаем рубильник Р32:

I_ном=250; i_у=20 кА

По [2, табл. 6.9] принимаем автомат АВМ4Н.

I_ном=400 А; I_{ном.катушки макс.расцепителя}=120 А.

Выбор трансформаторов тока

На стороне ВН принимаем трансформатор тока наружной установки. Тип ТТ определяется типом ВВ:

1). ТВ110 по табл. П 4.5. [3].

2). ТТ встроенный в силовой трансформатор тип - ТВТ 110-I-300/5 по табл. 5.11. [2].

Для данных трансформаторов на стороне ВН полная проверка не производится.

Табл. 6.7. Проверка трансформаторов тока типа ТВ110.

Расчётные данные	Каталожные данные	Условия выбора или проверки
U_сети=110 кВ I_{прод расч}=100 А	U_ном=110 кВ I_ном=150 А	По условиям длительного режима: U_ном U_сети; I_ном I_{прод расч}
i_у=25, 812 кА		По электродинамической стойкости: i_d i_у
	I_тер=25 кА; t_тер=3 с; t_рз=2, 6 с	По термической стойкости: t_рз t_{рз доп}

Табл. 6.8. Проверка трансформаторов тока типа ТВТ 110-I-300/5.

Расчётные данные	Каталожные данные	Условия выбора или проверки
U_сети=110 кВ I_{прод расч}=100 А	U_ном=110 кВ I_ном=150 А	По условиям длительного режима: U_ном U_сети; I_ном I_{прод расч}
	I_тер=15 кА; t_тер=3 с; t_рз=2, 6 с	По термической стойкости: t_рз t_{рз доп}

На стороне НН при выборе трансформаторов тока ориентируемся на трансформаторы, которые имеются в ячейках КРУ.

Табл. 6.9. Выбор трансформаторов тока в ячейках КРУ 10 кВ на выводах силового трансформатора.

Расчётные данные	Каталожные данные	Условия выбора или проверки
Выбираем трансформатор токаТЛК-10-1500/5[табл. П4.5]
U_сети=10 кВ I_{прод расч}=1098 А	U_ном=10 кВ I_ном=1500 А	По условиям длительного режима: U_ном U_сети; I_ном I_{прод расч}
i_у=22 кА	i_d=81 кА	По электродинамической стойкости: i_d i_у
	I_тер=31, 5 кА; t_тер=3 с; t_рз=2, 1 с	По термической стойкости: t_рз t_{рз доп}
Z₂_расч=0, 644 Ом	Класс точности 0, 5 Z_{2 ном}=0, 8 Ом	По характеру измерений: Z_{2 ном} Z_{2 расч}

Z_{2 расч}

Определение сопротивлений приборов:

Z_амп.=S_{потр. обм}/ I²=4/5²=0, 16 Ом;

Z_ватт.=S_{потр. обм}/ I²=5/5²=0, 2 Ом;

Z_вар.= S_{потр. обм}/ I²= 5/5²= 0, 2 Ом;

Z_сч.акт.= S_{потр. обм}/ I²=0, 05/5²=0, 002 Ом;

Z_{сч.реакт.}= S_{потр. обм}/ I²=0, 05/5²=0, 002 Ом,

где S_{потр. обм}- мощность, потребляемая токовой обмоткой данного прибора;

I – ток во вторичной обмотке трансформатора тока.

Рис. 6.1. Схема включения измерительных приборов (полная звезда).

Табл. 6.10. Нагрузка измерительных приборов.

Прибор	Тип	Нагрузка
Фаза А	Фаза В	Фаза С
Амперметр	ЕА 3020 Класс точности 0, 2	-	0, 16	-
Ваттметр	СР 3020 Класс точности 0, 2	0, 2	-	0, 2
Варметр	СР 3020 Класс точности 0, 2	0, 2	0, 2	0, 2
Счётчик активной энергии	СЭТ3а-01П-27 Класс точности 0, 5	0, 002	-	0, 002
Счётчик реактивной энергии	СЭТ3р-01П-30 Класс точности 0, 5	0, 002	0, 002	0, 002

Наиболее загружены фазы А и С.

Рис. 6.2. Схема присоединения приборов к обмотке трансформатора тока.

Исходя из схемы:

Z_{2 расч}=Z_{приб А}+r_конт+r_пров; (6.9)

Z_{приб А} r_приб=0, 2+0, 2+0, 002+0, 002=0, 404 Ом.

r_конт=0, 1 Ом (количество приборов более трёх).

r_{пров доп}= Z_{2 ном}- Z_{приб А}- r_конт=0, 8-0, 404-0, 1=0, 296 Ом.

Минимальное сечение соединительных проводников, из условия требуемой точности:

, (6.10)

где - удельное сопротивление материала проводов (принимаем провода алюминиевые с =0, 028 Ом*мм²/м);

l_расч – длина в один конец от трансформатора тока до измерительных принимаем l_расч=50 м).

=4, 73 мм².

Принимаем кабель типа АКВРГ с сечением 10 мм².

; (6.11)

=0, 14 Ом.

Z_{2 расч}=0, 404+0, 1+0, 14=0, 644 Ом.

Табл. 6.11. Выбор трансформаторов тока в ячейках КРУ 10 кВ в цепи секционных выключателей.

Расчётные данные	Каталожные данные	Условия выбора или проверки
Выбираем трансформатор тока ТЛК-10-У3[П4.5]
U_сети= 10 кВ I_{прод расч}=569 А	U_ном=10 кВ I_ном=600 А	По условиям длительного режима: U_ном U_сети; I_ном I_{прод расч}
i_у=20, 92 кА	i_d=81 кА	По электродинамической стойкости: i_d i_у
	I_тер=31, 5 кА; t_тер=3 с; t_рз=1, 6 с	По термической стойкости: t_рз t_{рз доп}

Проверка по характеру измерений не производится (так как измерительное оборудование – один амперметр ЕА 3020).

Табл. 6.12. Выбор трансформаторов тока в ячейках КРУ 10 кВ на отходящих кабельных линиях.

Расчётные данные	Каталожные данные	Условия выбора или проверки
Выбираем трансформатор тока ТЛК-10-100/5[П4.1]
U_сети=10 кВ I_{прод расч}=84 А	U_ном=10 кВ I_ном=100 А	По условиям длительного режима: U_ном U_сети; I_ном I_{прод расч}
i_у=20, 92 кА	i_d=52 кА	По электродинамической стойкости: i_d i_у
	I_тер=10 кА; t_тер=3 с; t_рз=2, 1 с	По термической стойкости: t_рз t_{рз доп}
Z_{2 расч}=0, 345 Ом	Класс точности 0, 5 Z_{2 ном}=0, 4 Ом	По характеру измерений: Z_{2 ном} Z_{2 расч}

Z_{2 расч}

Определение сопротивлений приборов:

Z_амп.=S_{потр. обм}/ I²=4/5²=0, 16 Ом;

Z_сч.акт.= S_{потр. обм}/ I²=0, 05/5²=0, 002 Ом;

Z_{сч.реакт.}= S_{потр. обм}/ I²=2, 5/5²=0, 002 Ом,

где S_{потр. обм}- мощность, потребляемая токовой обмоткой данного прибора;

I – ток во вторичной обмотке трансформатора тока.

Табл. 6.13. Нагрузка измерительных приборов.

Прибор	Тип	Нагрузка
Фаза А	Фаза В	Фаза С
Амперметр	ЕА 3020 Класс точности 0, 2	0, 16	-	-	-
Счётчик активной энергии	СЭТ3а-01-01 Класс точности 0, 5	0, 002	-	0, 002	-
Счётчик реактивной энергии	СЭТ3р-01-08 Класс точности 0, 5	0, 002	-	0, 002	0, 002

Наиболее загружена фаза А.

Рис. 6.3. Схема присоединения приборов к обмотке трансформатора тока.

Исходя из схемы:

Z_{2 расч}= ; (6.12)

Z_{приб А} r_приб=0, 16+0, 002+0, 002=0, 164 Ом.

r_конт=0, 05 Ом (количество приборов равно трём).

r_{пров доп}= (6.13)

r_{пров доп}= =0, 086 Ом.

Минимальное сечение соединительных проводников, из условия требуемой точности:

, (6.14)

где - удельное сопротивление материала проводов (принимаем провода алюминиевые с =0, 028 Ом*мм²/м);

l_расч – длина в один конец от трансформатора тока до измерительных приборов принимаем l_расч=5 м.

=1, 628 мм².

Принимаем по [2, табл. 7.10] контрольный кабель с сечением 4 мм² (минимальное сечение из условия механической прочности).

=0, 035 Ом.

Z_{2 расч}= =0, 345 Ом.

Оперативный ток.

Так как высшее напряжение проектируемой подстанции 110 кВ и число выключателей более трех, то рекомендуется применить постоянный оперативный ток.

Постоянный оперативный ток – это система питания оперативных цепей защиты, автоматики, сигнализации от аккумуляторной батареи на напряжение 220 В без элементного коммутатора, работающая в режиме постоянного подзаряда. На подстанциях до 330 кВ включительно устанавливается одна аккумуляторная батарея.

Для управления использоваться шкафы управления оперативного тока (ШУОТ).

На ПС с постоянным оперативным током следует применять переменный оперативный ток для питания собственных нужд.

На ПС, оборудованных электромагнитной блокировкой, предусматриваются выпрямительные установки для питания цепей блокировки.

Для постоянного подзаряда, а также после аварийного разряда каждой аккумуляторной батареи типа СК и СН применяются два комплекта автоматизированных выпрямительных агрегатов типа ВАЗП 380/260 40/80-2, которые работают параллельно с аккумуляторной батареей; поддерживают стабилизированное напряжение на шинах постоянного тока, возмещают потери саморазряда батареи и питают всю длительную нагрузку постоянного тока.

8.Выбор и обоснование конструкции распределительных устройств.

Раздел выполняется по [5], в соответствии с [1], [3] и [23].

На стороне НН применяется комплектное распределительное устройство внутренней установки (КРУ), так как оно экономически оправданное при числе шкафов 25 и более. Число шкафов на низшем напряжении данной подстанции составляет 40 штук (28 на отходящие КЛ; 2 на ССН; 2 на секционные выключатели; 4 на вводные выключатели; 4 на измерительные трансформаторы напряжения).

КРУ – распределительное устройство, состоящее из закрытых шкафов с встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными приборами. Шкафы КРУ изготавливаются на заводах, что позволяет добиться тщательной сборки всех узлов и обеспечения надёжной работы электрооборудования. Применение КРУ позволяет ускорить монтаж РУ. КРУ более безопасно в обслуживании, так как все части, находящиеся под напряжением. закрыты кожухами.

На стороне ВН применяется ОРУ с типовыми ячейками. Размещение оборудования в ячейках позволяет осуществлять его независимый ремонт и обслуживание, локализацию аварии в пределах ячейки. Ширина ячейки стандартная и равна для 110 кВ – 9 м. Именно она определяет ширину распределительного устройства и ПС в целом. Длина ячейки и, следовательно, длина ОРУ определяется схемой РУ и способом размещения оборудования. Применяем ОРУ низкого типа с размещением аппаратов на одном уровне (~ 3 м). Принимаем равномерное распределение линейных ячеек по площади ОРУ, чередуя их с другими присоединениями. Это уменьшает перетоки мощности по шинам и упрощает выполнение молниезащиты ОРУ.

Зона ячеек отделяется от места установки трансформаторов автодорогой для проезда автотрейлеров шириной 4, 5-6 м. Габаритная высота проезда равна 4 м. Путь перекатки трансформаторов проектируется совмещенным с автодорогой.

Дороги могут устраиваться по кольцевой, тупиковой и смешанной системам. В конце тупиковых дорог предусматриваются площадки для разворота размером не менее 12х12 м.

Радиусы закругления дорог по оси проезжей части следует предусматривать для автомобильных дорог 10 м, при въезде в ОРУ – 8 м. Ширина ворот автомобильных въездов на площадку ПС следует принимать по наибольшей ширине применяемых на ремонтных работах автомобилей и механизмов плюс 1, 5м, но не менее 4, 5 м.

По планированной территории ПС должен быть обеспечен проезд для автомобильного транспорта с улучшенной грунтовой поверхностью, с засевом травой. Автодороги с покрытием предусматриваются к следующим зданиям и сооружениям: порталу для ревизии трансформаторов, ЗРУ, зданию щита управления (ОПУ), вдоль выключателей ОРУ 110 кВ. Ширина проезжей части внутриплощадных дорог должна быть не менее 3, 5м.

На ОРУ кабели прокладываются в наземных лотках. При прохождении лотков через дороги предусматриваются переезды с сохранением расположения лотков на одном уровне. Одиночные кабели (до 7) от кабельных сооружений до приводов и шкафов различного назначения могут прокладываться в земле без специальной защиты (в том числе небронированные) при отсутствии над ними проездов.

Для предотвращения растекания масла и распространения пожара при повреждениях маслонаполненных силовых трансформаторов с массой масла более 1т в единицы предусматриваются маслоприемники с соблюдением следующих требований. Габариты маслоприемника должны выступать за габариты единичного электрооборудования не менее 1, 5 м при массе от 10 до 50 т (в используемых силовых трансформаторах). Объём маслоприёмника должен быть рассчитан на одновременный приём 100% масла в трансформаторе.

Допустимое расстояние в свету между открыто установленными силовыми трансформаторами не менее 1250 мм. При этом при расстоянии между ними менее 15 м применяют сплошные разделительные перегородки с пределом огнестойкости 1, 5 часа. Ширина перегородки принимается не менее ширины маслоприемника и в высоту не менее высоты вводов высшего напряжения. Расстояние в свету между трансформатором перегородкой не менее 1500 мм.

Территория ОРУ и ПС в целом должны быть ограждены внешним забором высотой 2000 мм. Вспомогательные сооружения ОПУ, мастерские и др. сооружения), расположенные на территории ПС следует ограждать внутренним забором высотой 1600 мм. Трансформаторы и аппараты, у которых нижняя часть изолятора расположена над уровнем планировки или уровнем сооружения (плиты кабельных каналов или лотков и т.п.) на высоте не менее 2500 мм разрешается не ограждать.

Расстояние по горизонтали от токоведущих частей и незаземлённых частей или элементов изоляции (со стороны токоведущих частей) до постоянных внутренних ограждений в зависимости от высоты должны быть не менее 900 мм для 110 кВ.

Охрана труда.

Раздел выполняется по программе [5], в соответствии с [1] и [3]. Более конкретно мероприятия взяты из [23].

Список использованной литературы.

1. Козулин В.С., Рассказчиков А.В. Понизительная подстанция: Метод. указания по выполнению курсового проекта / Иван. гос. энерг. ун-т им. В.И.Ленина; Сост. В.С.Козулин, А.В.Рассказчиков. – Иваново, 2007.

2. Неклепаев Б.Н., Крючков М.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989.-608 с.

3. Рожкова Л. Д., Карнеева Л. К., Чиркова Т. В. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для сред. проф. Образования. – 2 изд. Стер. – М.: Издательский центр «Акадеимя», 2005. 448 с.

4. Карнеева Л. К., Рожкова Л. Д. Электрооборудование электрических станций и подстанций (примеры расчётов, задачи, справочные данные): Практикум для студентов образовательных учреждений сред. Проф. Образования. – Иваново: МЗЭТ ГОУ СПО ИЭК, 2006. – 224 с.

5. Справочник по проектированию электрических сетей/ Под ред. Д.Л.Файбисовича – М.: Изд. НЦ ЭНАС, 2006. – 320 с., ил.

6. Правила устройства электроустановок. – 7-е изд.