Проектирование подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В современных условиях эксплуатации электрических станций, электрических сетей и подстанций требуется их объединение в едином технологическом, оперативном, экономическом и хозяйственно-административном комплексе. Таким комплексом является энергосистема, где происходит концентрация производства электроэнергии на совместно работающих электростанциях, ее передача и распределение с помощью единой разветвленной электрической сети, состоящей из линии электропередачи и подстанций, что обеспечивает повышение надежности электроснабжения и требуемое качество электроэнергии (поддержание нормативных уровней частоты и напр.).

Данная проектируемая подстанция расположена в Московской области. Она соединена с энергосистемой двумя линиями, протяженность которых 60 км. Энергосистема обеспечивает напряжением 110 кВ.

Напряжение на подстанции, к 12 отходящим от нее линиям потребителей, 10 кВ. Нагрузка одной линии 4,2 МВт, коэффициент мощности 0,8 коэффициент одновременности 0,9

Проектируемая подстанция соединена с ПС 110/10/10 кВ линией.

Для приема и передачи электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, из одного энергорайона в другой, ее преобразование и электроснабжение потребителей служат электрические сети и подстанции. Электрические сети энергосистем, объединяющие воздушные и кабельные линии электропередачи и подстанции, делятся по территориальному признаку на отдельные сетевые районы, которые принято называть предприятиями электросетей (ПЭС). Каждое предприятие электросетей является самостоятельной хозяйственной организацией. При каждом ПЭС имеется оперативно-диспетчерская служба со своим диспетчерским пунктом, служба подстанций, ведающая повседневной эксплуатаций 35кВ и выше с помощью соответствующих эксплуатационных участков. Служба подстанций проводит текущие и капитальные ремонты, а также модернизацию и другие работы силами своих ремонтных бригад и с помощью специализированных организаций.

Профилактические испытания и проверки выполняют специальные службы изоляции и грозозащиты, автоматики, измерений, телемеханики. Что касается линии электропередачи, то надзор за ними и их ремонт осуществляет служба ВЛ с помощью ремонтно-механизированных станций (РМС), организуемых по территориальному признаку. Для эксплуатации распределительных электросетей, их подстанций и трансформаторных пунктов (ТП) напряжением 0,4 - 20 кВ сельского и районного значения в составе ПЭС создается служба распределительных сетей.

Назначение, мощность и уровень напряжения подстанций определяются схемой и конфигурацией электрической сети, в которой она эксплуатируется, характером и нагрузкой присоединенных потребителей электроэнергии. Различают несколько видов подстанций:

- тупиковые

- ответвленные

- промежуточные

- транзитные

- преобразовательные

- тяговые

Конструктивно распределительные устройства подстанции могут выполняться открытыми (основное оборудование располагается на открытом воздухе) или закрытыми, по своей ведомственной принадлежности подстанции находятся в ведении энергосистем или промышленных и других потребителей электроэнергии.



1. Разработка структурной схемы проектируемой ПС

1.1 Выбор основного электрооборудования

При проектировании электроустановки до разработки главной схемы составляется структурная схема выдачи электроэнергии (мощности) по которой показываются функциональные основные части электроустановки (распределительные устройства, трансформаторы, генераторы) и связи между ними. Структурные схемы служат для дальнейшей разработки более подробных и полных принципиальных схем, а также для общего ознакомления с работой электроустановки. На чертежах этих схем функциональные части изображаются в виде прямоугольников или условных графических изображений. Никакой аппаратуры на схеме не показывают.

На ПС с двухобмоточными трансформаторами электроэнергия от энергосистемы поступает в РУ ВН, затем трансформируется и распределяется между потребителями в РУ НН.

1.2 Выбор трансформаторов связи и ТСН

- Выбор силового трансформатора

,

где n - число линий

Рmax - нагрузка одной линии, МВт

,

где Кодн - коэффициент одновременности

cos ц - коэффициент мощности

,

КАП - коэффициент аварийной перегрузки трансформатора. При напряжении 110 кВ КАП = 1,6

Выбираем два трансформатора ТРДНС 40000/110/10-10

- Условия выбора мощности ТСН:

где SТном - номинальная мощность одного силового трансформатора, МВА

Выбираем 2 трансформатора типа ТЗС - 160/10, обеспечивая тем самым 100% резерв. Трансформаторы собственных нужд запитаем соответственно от I и II секции 10 кВ. Выключатели 0,4 кВ I и II секций секционируются под АВР, что позволяет не потерять собственные нужды подстанции.

Технические данные ТЗС - 160/10 приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Т1, Т2	Тип	Uном, кВ	Потери, кВ	Uкз, %	Iхх, %
		ВН	НН	ХХ	КЗ	ВН-НН
	ТРДНС 40000/110/10-10	115	10,5-10,5	34	170	10,5	0,55
ТСН-1,2	ТСЗ 160/10	10	0,4	0,7	2,7	5,55	4

1.3 Разработка главной электрической схемы проектируемой подстанции

При проектировании электроустановки до разработки главной схемы составляется структурная схема выдачи электроэнергии (мощности), на которой показываются основные функциональные части электроустановки (распределительные устройства, трансформаторы, генераторы) и связи между ними. Структурные схемы служат для дальнейшей разработки более подробных и полных принципиальных схем, а также для общего ознакомления с работой электроустановки.

Структурная электрическая схема зависит от состава оборудования ( числа генераторов, трансформаторов), распределения генераторов и нагрузки между распределительными устройствами (РУ) разного напряжения и связи между этими РУ.

Если ТЭЦ сооружается вблизи потребителей электроэнергии

U= 6 - 10 кВ, то необходимо иметь распределительное устройство генераторного напряжения (ГРУ). Количество генераторов, присоединяемых к ГРУ, зависит от нагрузки 6 - 10 кВ.

На электростанциях, имеющих шины генераторного напряжения, предусматривается установка трансформаторов для связи этих шин с шинами повышенного напряжения. Такая связь необходима для выдачи избыточной мощности в энергосистему в нормальном режиме, когда работают все генераторы, и для резервирования питания нагрузок на напряжении 6 - 10 кВ при плановом или аварийном отключении одного генератора.

Мощность трансформаторов связи выбирается с учётом возможности питания потребителей в летний период, когда при снижении тепловых нагрузок может потребоваться остановка теплофикационных агрегатов. Также учитывается необходимость резервирования питания нагрузок в период максимума при выходе из строя одного из генераторов, присоединенного к ГРУ.



2. Расчет токов КЗ. Расчетная схема

2.1 Параметры отдельных элементов

где Хс - сопротивление системы, ОМ

Uср - среднее напряжение ступени, на которой установлен данный элемент



Сопротивление ЛЭП, Ом

где Худ - удельное индуктивное сопротивление, Ом/км

L - длина линии,км

n - количество параллельных одноцепных линий

Сопротивление обмоток трансформаторов,%



Схема замещения

Рисунок 4



2.2 Короткое замыкание в точке К-1.

Путем постепенного преобразования приведем схему к виду, когда система будет связана с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением. Учитывая только те сопротивления, которые обтекаются током КЗ.

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ

Для выбора аппаратов и токоведущих частей необходимо найти ударный ток iуд, периодическую InН тока КЗ в момент начала расхождения контактов выключателя ,, Н,, , где

tрз - минимальное время действия релейной защиты, 0,01с

tсв - собственное время срабатывания выключателя, с

Намечаем к установке выключатель

ЯЭ -110Л -М23У4 -40/2000 tсв =0,05с

Н= tрз + tсв

Н= 0,01 + 0,05 = 0,06с

Для системы InН= IПО= 3,6 кА

Ку/ Та = 1,608 / 0,02

Ударный ток, кА iуд =

Апериодическая составляющая тока КЗ, кА

iА Н=

iА Н=

2.3 Короткое замыкание в точке К-2

Воспользуемся преобразованиями, выполненными для точки К-1.



Трансформатор Т2 и сопротивление Х7 не обтекаются током КЗ

Так как Uб =115кВ не равно UСРК-2=10, 5кВ, приведем сопротивление Х10 к напряжению 10,5 кВ.



В данном случае нет необходимости ставить токоограничивающие реакторы, так как ток I.по меньше 20 кА. Если ток I.по получается больше 20 кА, то необходимо поставить токоограничивающие реакторы и проверить их на динамическую и термическую устойчивость.

Максимальный ток в аварийном режиме.

электрооборудование подстанция замыкание разъединитель

На подстанции намечаем к установке ячейку КРУ-105 с вакуумным выключателем ВВЭ-10-31, 5/3150 УЗ. Собственное время выключения 0,075 с

Н= tрз + tсв=0,01+0,075=0,085с

КУ/ТА= 1,82/0,05

Ударный ток, кА

iуд =

iуд =

Апериодическая составляющая тока КЗ, кА

iА Н= =0,2

iА Н=

Для системы

In ф = IПО=8,67кА

Таблица 2.

Точки КЗ	Напряжение,кВ	IПО, кА	IПТ,кА	iУ, кА	iАТ, кА
К-1	115	3,6	3,6	8,2	1
К-2	10,5	8,67	8,67	22,09	2,4



3. Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей для заданных цепей



3.1 Выбор токопровода производим по максимальному рабочему току с учетом требований по короне

Берем гибкий провод АС 240/32

Допустимый ток 605 А

Проверку на схлестывание не производим, т.к.

Проверку на термическое действие тока КЗ не производим, т.к. токопровод выполнен голыми проводами на открытом воздухе.

Проверку по условиям коронирования не производим, т.к. провод выбран согласно ПУЭ.

3.2 Выбор выключателей и разъединителей

Таблица 3.

Расчетные данные	Каталожные данные
	Выключатель ЯЭ-110Л-М23У4 -40/2000	Разъединитель
Uуст =110кВ	Uном =110кВ	Ячейка КРУЭ ЯЭ-110М23У4
Iмах =336А	Iном = 2000А
Iпт =3,6кА	I отк.ном =40кА
Iат =1 кА	Iа ном =Iотк.ном/100=0
Iпт+iат== 6,1кА	Iотк.ном==56кА
Iпок-1=3,6кА	Iдин=50кА
Iy=8,2 кА	Iдин=127,5кА
Вк=0,8кАс	I терtотк=500,2=500кАс

Так iа.ном <iат, то делаем проверку по полному току

Расчетный тепловой импульс, кАс

Вк = Iпок-1• (tотк+ТА) где tотк=(tрз + tоткQ)

ВК= 3,6•(0,01+0,05)=0,8кАс

3.3 Выбор измерительных трансформаторов

Выбираем трансформатор напряжения на стороне 110 кВ типа

ЗНОГ-110III-УХЛ-4

Таблица 4.

Тип	Номин. напряжение обмоток	Номин. мощность, ВА, в классе точности	МАХ мощность,ВА
	Первич.	Вторич	Доп.	0,2	0,5	0,1
3НОГ-110III-УХЛ-4	А-Х 110v3	а-х 100v3	Ад-Хд 100	150	400	600	3200

Берем трансформатор тока ТВ-110У2

Таблица 5.

Тип	Напряжение, UНОМ, кВ	Номин. ток, кА	Вар. использования по вторичным обмоткам	Ток стойкости, кА	Время tТЕР, с	нагрузка измерит. обмотки, S2НОМ
		I1НОМ	I2НОМ		iДИН	IТЕР
ТВ-110У2	110	50-600	5	0,5/10Р/10Р	10-126	2-26	3	30

3.4 Выбор токоведущих частей и электрических аппаратов в цепи 10 кВ

Соединение трансформатора с закрытым РУ 10 кВ осуществляется закрытым комплектным токопроводом ТЗК-10-2000-128 УХЛ1; UНОМ=10кВ; IНОМ=2000А; iДИН=128кА.

Выбор выключателя и разъединителя.

Таблица 6.

Расчетные данные	Каталожные данные
	Выключатель ВВЭ-10-31,5/3150 УЗ	Разъединитель
UУСТ=10кВ	UНОМ=10кВ	Ячейка КРУ К-105
IМАХ=1,849кА	IНОМ=3150А
IПТ=8,67кА	IОТК=31,5кА
IАТ=2,4кА	iАНОМ=
iУ=22,09кА	iДИН=80кА
IПОК-2=8,67кА	IДИН=31,5кА
Вк=10,15 кА2с	I2термtотк=31,520,2=198,65кА2с

3.5 Выбор измерительных трансформаторов

Выбор трансформаторов тока на стороне 10кВ



Расчетные и каталожные данные

Таблица 7.

Расчетные данные	Каталожные данные
	Тр-р тока ТШЛ-10-УЗ
UУСТ=10кВ	UНОМ=10кВ
IМАХ=1850А	IНОМ=2000А
iУ=22,09кА	Не проверяется
Вк=10,15 кА2с	I2терм=31,52х3=2976кА2с
	r2НОМ=0,8 Ом

Выбор трансформатора напряжения 10 кВ

Таблица 8.

Тип	Номин. напряжение обмоток	Номин. мощность, ВА, в классе точности	МАХ мощность,ВА
	Первич.	Вторич	Доп.	0,5	1	3
НОМ-10-66У2	10	100В	-	75	150	300	630

Вторичная нагрузка трансформатора тока.

Таблица 9.

Прибор	Тип	Нагрузка по фазам
		А	В	С
Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
Варметр	Д-335	0,5	-	0,5
Амперметр	Э-335	-	0,5	-
Счетчик активной энергии	САЗ-И670	2,5	-	2,5
Счетчик реактивной энергии	СРА-И676	2,5	-	2,5
Итого		6	0,5	6

Загружены фазы А и С: общее сопротивление приборов

Допускаемое сопротивление приборов

Где rК - сопротивление контактов приборов равное 0,1 Ом при количестве приборов больше трех. Для п/ст с ВН 110 кВ применяется кабель с алюминиевыми жилами; ориентировочная длина кабеля кабеля 40м, трансформаторы тока соединены в полную звезду, поэтому L расч= L и минимально допустимое сечение кабеля равно

По условию прочности сечение не должно быть меньше 4 мм2 для алюминиевых жил.

Применяем контрольный кабель АКРВГ с сечением жил 4 мм2 .

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения.

Таблица 10.

Прибор	Тип	S одной обмот	Число обмот	Сos	Sin	Число прибор	Общая потребляемая мощность
							Р, Вт	Q, ВА
Вольтметр	Э-335	2	1	1	0	1	2	-
ваттметр счет. акт счет. Реак.	Ввод 10 кВ от тр-ра	Д-335	1,5	2	1	0	1	3	-
		И-674	3 Вт	2	0,38	0,925	1	6	14,5
		И-673	3 Вт	2	0,38	0,925	1	6	14,5
счетч. акт счетч.реак	Линии 10 кВ	И-674	3 Вт	2	0,38	0,925	12	60	174
		И-673	3 Вт	2	0,38	0,925	12	60	174
Итого								137	377



Вторичная нагрузка трансформатора напряжения

Три трансформатора напряжения, соединенных в звезду имеют мощность 3х75=225ВА, что меньше S2?. Поэтому предусматриваем дополнительно установку трех однофазных трансформаторов НОЛ. 08-10У2, соединенных по схеме открытого треугольника общей мощностью 3х75=225ВА. Полная мощность всех установленных трансформаторов напряжения 225+225=450ВА, что больше S2?=401,1ВА.Таким образом трансформаторы напряжения будут работать в выбранном классе точности 0,5.



4. Описание конструкции КРУЭ - 110 кВ и КРУ - 10 кВ

КРУЭ - предназначены для закрытых подстанций глубокого ввода и имеют трехфазное исполнение сборных шин на ячейках ЯЭ -110 кВ. В состав КРУЭ входят все элементы схемы электрических соединений распределительною устройства - выключатели, разъединители, заземлители, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения с аппаратурой управления, контроля, сигнализации, измерения и блокировки. КРУЭ обеспечивают присоединение кабельных и воздушных линий и токопроводов с элегазовой изоляцией. Унифицированные элементы КРУЭ позволяют собирать любую схему электрических соединений распределительного устройства подстанции. Изоляция распределительных устройств обеспечивается элегазом при определенном давлении и литыми из специальных эпоксидных смол изоляторами. Литые изоляторы служат для фиксации токоведущих частей, находящихся под высоким напряжением в герметичном корпусе, а некоторые из них, кроме того выполняют функцию герметичной перегородки между отдельными секциями полюса ячейки.

Элегаз является также хорошей дугогасительной средой, что позволяет конструктировать коммутационные аппараты с высокой отключающей способностью и незначительными габаритами.

Кабели оперативных цепей, цепей управления, релейной защиты, автоматики, телемеханики и воздухопроводы прокладываются в лотках из металлических конструкций расположенных в железобетонных перекрытиях здания подстанции.

Помещение КРУЭ оснащают вентиляцией, которая должна работать еженедельно 1 -2 часа, а при технических осмотрах и ремонтах непрерывно.

КРУЭ имеют следующие преимущества перед открытыми РУ:

удобство, простота и безопасность обслуживания;

взрыво- и пожаробезопасность;

электрические аппараты не подвержены запылению, загрязнению и
атмосферным колебаниям температуры.

В тоже время КРУЭ очень дороги в эксплуатации из-за высокой стоимости элегаза. Электрические подстанции, проектируемые в черте городов должны соответствовать санитарным нормам, поэтому в данной подстанции силовые трансформаторы находятся в здании, имеющем камеры шумоглушения. В трансформаторных помещениях имеются маслоприемники, по которым масло стекает, в аварийных ситуациях, в маслосборники, находящиеся на территории подстанции. На втором этаже здания находится закрытое распределительное устройство, выполненное из ячеек КРУ с вакуумными выключателями. Вакуумные выключатели имеют ряд достоинств: взрывобезопасны, дугогасительной средой является вакуум, который в помещениях не может принести вред обслуживающему персоналу.

Соединение силовых трансформаторов с закрытым РУ 10 кВ осуществляется комплектным токопроводом.

Трансформаторы собственных нужд, а также ТСН + ДГК находятся в помещениях на первом этаже в отдельном огражденном распределительном устройстве 10/ 0,4 кВ. Техническое описание комплектного распределительного устройства ячейки К-105М

1. Назначение

Комплектное распределительное устройство (КРУ) К-105М предназначена для приема и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц, напряжением 6,10 кВ для систем с изолированной нейтралью и используется в качестве вводов и секционирования в распределительных устройствах, состоящих из шкафов К-105М на электрических станциях, подстанциях и в электроустановках промышленных предприятий.

2. Устройство и эксплуатация

Шкаф КРУ представляет собой жесткую металлическую конструкцию, в которую встроены аппараты и приборы совместно с их несущими элементами и электрическими соединениями.

Шкаф КРУ с выдвижным элементом состоит из корпуса шкафа с релейным шкафом и выдвижного элемента.

Корпус шкафа представляет собой металлическую сборно-сварную конструкцию, включающую аппаратуру, токоведущие части, защитные шторки, заземляющие и блокировочные устройства, неподвижные электрические контакты главной цепи.

Релейный шкаф представляет собой металлическую конструкцию для размещения приборов измерения и учета, аппаратуры, автоматики, защиты, управления, сигнализации и других устройств вспомогательных цепей, включая автоматические устройства обогрева.

Выдвижной шкаф может занимать относительно корпуса шкафа положение: рабочее, контрольное и ремонтное. В рабочем, контрольном и ремонтном положении выдвижной элемент фиксируется.

В корпусе шкафа, представляющем собой металлическую сборно-сварную конструкцию, стационарно закрепленную, размещены:

шторный механизм;

заземляющий разъединитель с прибором и блокировками;

система устройства фиксации, доводки и заземления выдвижного элемента;

трансформаторы тока;

неподвижные контакты главной цепи;

сборные шины, провода вспомогательных цепей, защищаемые металлическими кожухами и металлорукавом;

шкаф кабельного ввода состоит из отсека сборных шин, кабельного отсека, релейного шкафа и выхлопного клапана. Кабельный ввод позволяет осуществить подсоединение к шинным отпайкам по три жилы разъемных кабелей. Ввод осуществляется внизу.



5.Структурная схема

Главная схема электрических соединений ПС - это совокупность основного электрооборудования, сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями. Данная проектируемая ПС - транзитная, элегазовая, выполненная по схеме с одной секционированной выключателями системой сборных шин.

Схема на стороне ВН:

При повреждении одного из силовых трансформаторов релейная защита выключает трансформаторный выключатель 110 кВ и два вводных выключателя соответствующих секций 10 кВ, при этом АВР секционных вакуумных выключателей (СВВ) 10 кВ мгновенно запитывают секции поврежденного силового трансформатора, что позволяет обеспечивать надежное электроснабжение потребителей. При отключении либо поврежденном линейном выключателе 110 кВ одной из линий секция 110 кВ питается от другой линии 110 кВ, что также позволяет оставлять оба силовых трансформатора в работе. При отказе в отключении трансформаторного выключателя 110 кВ УРОВ действует на отключение линейного выключателя данной секции и вводится запрет АВР секционного элегазового выключателя (СЭВ) 110 кВ. Также данная схема обеспечивает подготовку рабочего места при текущих и капитальных ремонтах без применения переносных защитных заземлений, так как наличие большого количества разъединителей со стационарными заземляющими ножами обеспечивает достаточную безопасность при работах.

Схема на стороне НН:

На стороне 10 кВ применена схема сборных шин секционированная двумя секционными выключателями под АВР, что позволяет при повреждении одного из силовых трансформаторов, через секционные выключатели запитать секции оставшиеся без напряжения. По два секционных выключателя на каждую пару секций применяется для повышения надежность. При отказе одного из секционных выключателей в отключении разрыв обеспечит другой. Также при этой схеме удобно подготавливать рабочее место проведения текущих и капитальных ремонтов секции

Размещено на Allbest.ru

...