Расчет мощности подстанции и выбор трансформаторов

ВВЕДЕНИЕ

Электрическая подстанция – электроустановка, служащая для преобразования и распределения электрической энергии, оснащения преобразователями электрической энергии, коммуникационными образованием и вспомогательной аппаратурой для управления этим оборудованием.

Электрическая подстанция, предназначенная для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения, с помощью трансформатора называется трансформаторной.

В зависимости от способа подключения к питающим линиям электропередач подстанции бывают опорные (узловая) и промежуточные: транзитная (проходная), отпаечная (ответвленная), тупиковая (концевая).

Электрическая подстанция состоит из распределительных устройств, предназначенных для приема и распределения электрической энергии на одном напряжении.

В соответствии с Правилами устройства электроустановок все потребители делятся на три категории.

К потребителям первой категории относятся потребители, перерыв питания которых связан с угрозой для жизни людей, повреждением дорогостоящего оборудования, нарушением сложного технологического процесса, массовым браком продукции.

Перерыв питания потребителей первой категории допускается на время автоматического включения резерва.

Питание потребителей первой категории на подстанции осуществляется от двух фидеров, подключенных к разным секциям шин.

Потребители второй категории – потребители, перерыв питания, которых связан с простоем людей, недоотпуском продукции, невыполнение плана работы.

Перерыв питания потребителей второй категории допускается на время включения резервного оборудования персоналом.

Потребители третьей категории – все остальные потребители, не вошедшие не в первую, не во вторую категории.

Перерыв питания потребителей третьей категории допускается на время ремонта оборудования, но не более одних суток. За это время должны быть приняты меры по восстановлению электроснабжения потребителей: использование передвижных подстанций, трансформаторов, временных питающих линий.

В курсовом проекте рассматривается Транзитная трансформаторная подстанция 35/10 кВ, питающая потребителей первой, второй и третьей категории.

КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

Расчет мощности подстанции и выбор трансформаторов

Расчет максимальной мощности собственных нужд подстанции и выбор трансформатора собственных нужд

Определяем максимальную мощность собственных нужд подстанции, которая принимается равной 1% от полной расчетной мощности подстанции,

по формуле:

(8)

На проектируемой подстанции устанавливаются два трансформатора собственных нужд, так как они обеспечивают собственные нужды подстанции: отопление, освещение, вентиляция, а так же от них питаются цепи управления выключателями и катушки реле защит.

На подстанции трансформатор собственных нужд подключается к шинам вторичного напряжения 10 кВ, поэтому:

Uном1 ТСН=10кВ

Вторичное напряжение трансформатора собственных нужд:

Uном2 ТСН=0, 4кВ

Трансформатора собственных нужд выбираем по условию:

Sном ТСН≥ Sмах.сн.

160≥ 120, 57 кВА

Выбираем трансформатора собственных нужд типа: ТМ-400/10У1

Электрические характеристики трансформатора приводим в таблице 2

Таблица 2. Электрические характеристики трансформатора собственных нужд.

Тип	S_ном,.кВА	U_{ном. обмоток,} кВ	U_к, %
U_ном.1, кВ	U_ном.2, кВ

ТМ-160/10У2			0, 4	2, 6

Расчет токов короткого замыкания

Выбор выключателей

При выборе выключателя, его паспортные характеристики сравнивают с расчетными, условиями работы в электроустановках.

Выключатели выбирают по следующим условиям:

- по напряжению. Номинальное напряжение выключателя U_ном, В, должно соответствовать номинальному напряжению установки U_р, В;

- по току нагрузки. Номинальный ток нагрузки I_ном, В, не должен быть меньше максимального тока нагрузки присоединения I_р_max.

По динамической стойкости при коротком замыкании

Динамическую стойкость выключателя проверяют исходя из предельного значения сквозного (проходящего) тока короткого замыкания, который может протекать через включенное оборудование. Для оборудования выпускаемого по ГОСТ 687-78, должны выполняться условия:

, ,

где

I_ном.д – номинальное действующее значение симметричного тока динамической стойкости, кА;

– действующее значение начального сверхпереходного тока короткого замыкания;

– номинальное мгновенное значение ассиметричного тока динамической стойкости, кА;

i_y – максимальное мгновенное значение тока короткого замыкания (ударный ток короткого замыкания), кА;

По термической стойкости, для выключателя должно выполняться условие:

где

I_ном.т– номинальный ток термической стойкости, кА, действующий в течение допустимого времени действия t_т, с;

В_к – величина, характеризующая количество тепла, выделяемого в выключателе при коротком замыкании, кА²с;

По отключающему току (мощности)

Для выключателей, выпускаемых по ГОСТ -687-78, должны выполнять

условия:

(26)

где

I_ном.о – номинальный ток отключения, кА;

I_к – максимальный ток короткого замыкания, соответственно в точках К₁ и К₂, кА;

β _н – номинальное относительное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе, заданная стандартом в зависимости от – времени, с., от начала возникновения короткого замыкания контактов выключателя.

(27)

где

t_з._min – минимальное время срабатывания релейной защиты t_з._min=0, 01 с;

t_св – собственное время отключения выключателя, с;

Произведем проверку выключателей по полному току отключения.

1.ВВК-35Б-1000-20У1

Определяем время от начала короткого замыкания до размыкания контактов выключателя:

τ _р=t_з._min+t_св;

τ _р =0, 01+0, 05=0, 06 с.

Определяем номинальное относительное содержание апериодической составляющей в отключенном тока, заданной стандартом в зависимости от τ _р:

β _н= 0, 257

35, 4кА > 13, 1 кА;

2.ВВТЭ-10-10/630У2

Определяем время от начала короткого замыкания до размыкания контактов выключателя: τ _р =0, 01+0, 05=0, 06 с;

Определяем время от начала короткого замыкания до размыкания контактов выключателя: β _н=0, 257

35, 4 кА> 13, 8 кА

Вывод: Выбранные выключатели удовлетворяют условиям проверки.

Таблица 7 Выбор выключателей

Проверка	I_ном.о≥ I_к	I_к				12, 28	12, 28	12, 28	12, 28	12, 28	12, 28
I_ном.о
I²_ном.т*t_т≥ В_к	В_к, кА²*с		80, 3	67, 3	58, 14	44, 18	30, 23	30, 23	30, 23	30, 23
I²_ном.t_т кА²с		20/4	20/4	10/3	10/3	10/3	10/3	10/3	10/3
i_ном.д≥ i_у, кА	i_у		16, 82	16, 82	17, 41	17, 41	17, 41	17, 41	17, 41	17, 41
i_ном.д
Выбор	I_ном ≥ I_р_max, А	I_р_max		405, 3	155, 8	519, 8	436, 9	13, 8	195, 5	289, 6	216, 4
I_ном
U_ном≥ U_p, кВ	U_р
U_ном
Тип выключателя и привода		ВВК-35Б- 100020У1 ПЭ	ВВК-35Б- 1000-20У1 ПЭ	ВВТЭ-10-10/630У2 ЭМ	ВВТЭ-10-10/630У2 ЭМ	ВВТЭ-10-10/630У2 ЭМ	ВВТЭ-10-10/630У2 ЭМ	ВВТЭ-10-10/630У2 ЭМ	ВВТЭ-10-10/630У2 ЭМ
Наименование присоединения		1. Ввод 35 кВ	2. Первичная сторона ГПТ	3. Ввод 10 кВ	4. Секционный выключатель	5.Секционный выключатель	6. Фидер 10 кВ Водоснабжение	7. Фидер 10 кВ Железобетонный завод	8. Фидер 10 кВ Щебеночный завод

1.4.4 Выбор разъединителей

Разъединители выбирают по напряжению, по току нагрузки и проверяют по динамической и термической стойкости при коротком замыкании аналогично выключателям.

Разъединители не проверяют по отключённому току, так как могут отключать заведомо обесточенные цепи.

Выбор разъединителей приводим в таблице 8

Таблица 8. Выбор разъединителей.

Наименование присоединения	Тип разъединителя	Выбор	Проверка устойчивости к токам короткого замыкания
U_ном ≥ U_р	I_ном≥ I_р_max	i_номд≥ i_y	I²_ном.т*Т_Т≥ В_к
U_ном, кВ	U_р, кВ	I_ном, А	I_р_max, А	i_номд, кА	i_y, кА	I²_ном.тТ_Т, кА²с	В_к, кА²*с

1. Ввод 110 кВ	РГ-35/1000УХЛ1 РП РГ-35/1000УХЛ1 РП				405, 3		16, 82	80, 3
2. Первичная сторона ГПТ	РГ-35/1000УХЛ1 РП РГ-35/1000УХЛ1 РП				155, 8		16, 82	67, 3
3. Ввод 10 кВ	РВ-10/1000У3; ПР-10				-		17, 41	58, 14
4. Секционный выключатель	РВ-10/1000У3; ПР-10				-		17, 41	44, 18
5. Первичная сторона ТСН РЗ	РВ-10/400У3 ПР-10				-		17, 41	30, 23
6.Фидер 10 кВ РЗ Шпалопропиточный завод	РВ-10/400У3; ПР-10				-		17, 41	30, 23

7.Фидер 10 кВ РЗ Освещение и бытовая нагрузка	РВ-10/400У3; ПР-10				-		17, 41		30, 23
8.Фидер 10 кВ РЗ Вокзал и освещение станции	РВ-10/400У3; ПР-10				-		17, 41		30, 23

Вывод: выбранные разъединители соответствуют условиям проверки.

Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают по напряжению. По току нагрузки и проверяют по динамической и термической стойкости при коротком замыкании аналогично выключателям. Трансформаторы тока также проверяют по классу точности. Класс точности для обмоток, питающей цепи счетчиков электроэнергии, должен быть 0, 5, для обмоток, питающих цепи релейных защит, проверяется по условиям допустимой десяти процентной погрешности.

Выбор трансформаторов тока приводим в таблице 9.

Таблица 9. Выбор трансформаторов тока

Наименование присоединения	Тип трансформатора тока	Выбор	Проверка по токам короткого замыкания
U_ном ≥ U_р	I_ном≥ I_р_max	i_номд≥ i_y	I²_ном.т*Т_Т≥ В_к
U_ном, Кв	U_р, кВ	I_ном, А	I_р_max, А	i_номд, кА	i_y, кА	I²_номТТ_Т, кА²с	В_к, кА² с
1.Ввод 35 кВ	ТТГ-35-600/5-0, 2/10Р/10РУ1				405, 3	77, 5	16, 82	2790, 7	80, 3
2. Первичная сторона ГПТ	ТТГ-35-600/500, 2/10Р/10РУ1				155, 8	77, 5	16, 82	2790, 7	67, 3
3. Ввод 10 кВ	ТЛМ-10-600/5-0, 4/0, 5-IIУ3				519, 8		17, 41		58, 44
4. Секционный выключатель 10 кВ	ТЛМ-10-600/5-0, 5/10- IIУ3				436, 9		17, 41		44, 18
5. ТСН	ТЛМ-10-100/5-0, 5/10- IIУ3				13, 8	35, 2	17, 41	119, 07	30, 23
6. Водоснабжение	ТЛМ-10-200/5-0, 5/10Р У3				195, 5		17, 41	306, 03	30, 23
7. Железобетонный завод	ТЛМ-10-300/5-0, 5/10Р У3				289, 6		17, 41	1015, 6	30, 23
8. Щебеночный завод	ТЛМ-10-300/5-0, 5/10Р У3				216, 4		17, 41	1015, 6	30, 23

Вывод: выбранные трансформаторы тока удовлетворяют проверки.

Выбор релейной защиты

Для защиты оборудования от токов короткого замыкания и перегруза на проектируемой подстанции применяются следующие устройства релейной защиты:

Ввод 35 кВ

- Трехфазная трехступенчатая дистанционная защита с блокировкой от качаний, дополненная двухфазной токовой отсечкой без выдержки времени, от многофазного короткого замыкания. Токовая отсечка резервирует первую ступень дистанционной защиты при близких коротких замыканиях.

- Четырехступенчатая направленная токовая защита нулевой последовательности, от коротких замыканий на землю.

Главный понижающий трансформатор

- Трехфазная продольная дифференциальная защита без выдержки времени в трехфазном, двухрелейном исполнении от короткого замыкания в обмотках трансформатора и на его выводах.

- Двухступенчатая газовая защита от витковых замыканий в трансформаторе. Первая ступень защиты воздействует на сигнал при слабом газообразовании и медленном снижении уровня масла в баке и расширителе трансформатора. Вторая ступень защиты отключает трансформатор при внутренних повреждениях в баке трансформатора. Сопровождающихся бурным газовыделением.

- Максимальная токовая защита с выдержкой времени, от внешних коротких замыканий. Защита реагирует на короткие замыкания всех видов в трансформаторе и на шинах низкого напряжения, резервирует защиты трансформатора от внутренних повреждений. Выдержка времени принимается на ступень больше, чем у максимальных защит на сторонах низшего напряжения трансформатора.

- Максимальная токовая защита с выдержкой времени и действии на сигнал в однофазном однорелейном исполнении от перегрузки. Защита реагирует на перегрузку трансформатора по току сверх номинального. Устанавливается на стороне основного питания трансформатора. Защита не требует согласования с защитами смежных элементов.

Шины 10 кВ

- Токовая отсечка с выдержкой времени в двухфазном двухрелейном исполнении от многофазных коротких замыканий. Защита в сочетании с резервными защитами понижающих трансформаторов и питающих линий обеспечивает селективное отключение секций шин, согласовывается по току и времени срабатывания с первыми ступенями защит присоединений, питающихся от шин.

Трансформаторы собственных нужд

- Токовая отсечка без выдержки времени от коротких замыканий в обмотках трансформатора и на его выводах. Охватывает часть обмотки трансформатора, примыкающей к стороне питания.

- Максимальная токовая защита с выдержкой времени от внешних коротких замыканий. Защита реагирует на перегрузку трансформатора по току сверх номинальному. Устанавливается на стороне основного питания трансформатора.

Фидер 10 кВ

- Максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени от многофазных коротких замыканий. Защита действует на всей защищаемой линии до шин подстанции потребителя и резервирует защиту трансформатора или фидеров потребителя.

- Токовая отсечка без выдержки времени от многофазных коротких замыканий. Защищает 30-40 % линии вблизи питающей подстанции.

- Направленная защита нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю в пределах защищаемой линии. Защита подключается к трансформатору тока нулевой последовательности, установленного на кабельной вставке и к разомкнутому треугольнику трансформатора напряжения 10 кВ. Защита выполняется без выдержки времени с действием на сигнал.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Содержание технологического процесса текущего ремонта элегазового выключателя

Текущий ремонт элегазового выключателя типа ВВК 1000/20 У1 выполняют:

Электромеханик

Электромонтер тяговой подстанции

4-го разряда

Технический процесс:

1.Внешний осмотр и ремонт выключателя. При внешнем осмотре выключателя убедиться в отсутствии трещин на изоляционных деталях и в отсутствии механических повреждений. При их наличии дальнейшая эксплуатация выключателя недопустима. Очистить от пыли и грязи защитные поверхности вакуумной дугогасительной камеры КДВ и изоляционной детали мягкой ветошью. Убедиться в надёжности контактных соединений главных и вторичных цепей, при необходимости подтянуть. Доступные трущиеся поверхности смазать смазкой ЦИАТИМ. Проверить целостность заземления выключателя.

2. Измерение времени включения и отключения выключателя. Собрать схему и измерить время движения подвижных частей выключателя. Значение времени движения не должно отличаться от паспортных данных более чем на 10%. Разобрать схему измерения.

3. Опробовать выключатель на включение и отключение. Проверить работу выключателя трёхкратным включением и отключением со щита управления. В случае неудовлетворённой работы выключателя отрегулировать привод.

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Упрощённый расчёт стоимости основного оборудования подстанции

Упрощённый расчёт стоимости основного оборудования подстанции произведён в соответствии со схемой первичной коммутации подстанции и типами выбранного оборудования. Стоимость оборудования принимаем по каталогу заводов изготовителей.

Расчёт стоимости основного оборудования подстанции приводим в таблице 12.

Таблица 12 Расчет стоимости основного оборудования подстанции

Наименование и тип оборудования	Единицы измерения	Количество	Стоимость, руб.
единица	Всего

Силовые трансформаторы ГПТ-ТМ-6300/35У1 ТСН-ТМ-160/10У2	шт. шт.
Измерительные трансформаторы ТТГ-35У1 ТЛМ-10У3 TV-ЗНОЛ-35УХЛ1 TV-ЗНОЛ-10УХЛ1	шт. шт. шт. шт.
Выключатели ВВК-35У1 ВВТ-10У2	компл. компл.
Разъединители РГ-1-35УХЛ1 РГ-2-35УХЛ1 РВ-10-У3	компл. компл. комнл.
Ограничители перенапряжения ОПН-35УХЛ1 ОПН-10УХЛ1	шт. шт.
ИТОГО	-	-	-

Вывод: Стоимость основного оборудования подстанции составляет 19154898 рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ПРОЕКТУ

В курсовом проекте выполнено три раздела: конструкторский, технологический, экономический.

В конструкторском разделе выполнен расчет мощности подстанции, выбраны главные понизительные трансформаторы ТМ-6300/35У1 и трансформаторы собственных нужд ТМ-160/10У2, определенны токи короткого замыкания и максимальные рабочие токи.

По результатам данных расчетов выбрано современное оборудование на напряжение 35 и 10 кВ: элегазовые и выкуумные выключатели, разъединители серии РГ, элегазовые трансформаторы тока и с литой изоляцией, трансформаторы напряжения и ограничители перенапряжения. Соответствующее оборудование проверенно на устойчивость к действию короткого замыкания.

В курсовом проекте составлена электрическая схема проектируемой подстанции.

Для защиты оборудования подстанции от токов короткого замыкания и перегрузки выбраны устройства релейной защиты. Рассчитаны токовые защиты главного понизительного трансформатора.

В технологическом разделе проекта рассмотрена технология ремонта элегазового выключателя, указаны технические и организационные мероприятия, обеспечивающие безопасное выполнение технологического процесса.

В экономическом разделе рассчитана стоимость основного оборудования подстанции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Почаевец В.С Электрические подстанции М.: «ФГБОУ и УМЦ» на железнодорожном транспорте, 2012

2. Чекулаева В.Е Охрана труда и электробезопасность М.: «ФГБОУ и УМЦ» на железнодорожном транспорте, 2012

3. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок М.: Трансиздат 2013.

4. Стандарт ОАО «РЖД» СТОРЖД 1.12.001-2007 Устройства электрофикации и электроснабжения «Техническое обслуживание и ремонт».

5. Инструкция по безопасности при эксплуатации электроустановок тяговых подстанций и районов электроснабжения железных дорог (4054) ОАО «РЖД» М.: Трансиздат, 2008.