Расчет показателей подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

подстанция электроснабжение трансформатор силовой

Электроэнергетика как отрасль промышленности зародилась в России в конце XIX в. Первоначально электроэнергию вырабатывали с помощью электрохимических источников (батарей), затем получили распространение генераторы, приводимые в движение поршневыми, паровыми либо гидравлическими двигателями. На электростанциях небольшой мощности использовались двигатели внутреннего сгорания. Наиболее распространенными видами топлива в то время были мазут и каменный уголь. Начиная с 1890-х годов, получили распространение центральные электростанции, обеспечивавшие транспорт и освещение в крупных городах. Крупнейшей из электростанций России до первой мировой войны стала московская тепловая электростанция (ТЭС мощностью 58 МВт).

В ходе Первой мировой и Гражданской войны электроэнергетическое хозяйство было в значительной мере разрушено. Принципиально новым этапом развития отрасли стал послевоенный план ГОЭЛРО - государственный план электрификации России. План ГОЭЛРО в целом был успешно выполнен, в общей сложности было построено 30 электростанций.

В годы после Великой Отечественной войны электроэнергетика в количественном и качественном отношениях быстро развивалась. В 1947 году СССР вышел на второе место в мире после США по производству электроэнергии. Произошли конструктивные изменения в энергостроительстве: появились типовые и серийные проекты; получили распространение тепловые электростанции с энергоблоками. На этой основе начиная с 1950 года, стало строиться большинство ТЭС. Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии стала повсеместным явлением. Активно внедрялись системы удаленного и автоматического управления процессами производства и передачи электроэнергии: противоаварийные устройства, устройства телемеханики управления подстанциями и ГЭС, новые средства связи для оперативно-диспетчерского управления, автоматизируются технологические процессы ТЭС.

С пуском в 1954 г. первой в мире атомной электростанции в г. Обнинске открылась эра атомной энергетики, в последующие десятилетия заметно изменившей структуру энергобаланса и саму энергосистему страны.

Период 60-80-х гг. характеризуется нарастающим вводом мощностей на АЭС в европейской части страны, повышением единичных мощностей генерирующего оборудования, ростом уровней напряжения линий электропередачи.

Изменение политического и экономического устройства России с начала 1990-х гг. не могли не затронуть электроэнергетику. В течение полутора десятилетий происходили институциональные изменения в отрасли, менялись экономические отношения. В 1991-1993 гг. осуществлялись приватизация, акционирование предприятий электроэнергетического комплекса и структурные преобразования в отрасли.



1. Общая часть

1.1 Характеристика потребителей

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории.

Электроприемники первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

Электроприемники второй категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники второй категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Электроприемники третьей категории - все остальные электроприемники, не попадающие под определения первой и второй категорий.

Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

Потребители проектируемой подстанции относятся к первой и третьей категориям по бесперебойности электроснабжения.

1.2 Выбор схем электроснабжения

Конструктивное выполнение электрических сетей напряжением до 1 кВ может предусматриваться в виде радиальных или магистральных схем. На выбор схем питания оказывает влияние мощность отдельных электроприемников, их кличество, распределение по территории цеха, расположение технологического оборудования.

Распределение энергии в радиальной схеме производится радиальными линиями от распределительных пунктов, вынесенных в отдельное помещение. При выходе из строя или в ремонт любого из трансформаторов секционный выключатель замыкает свои контакты, и питание секции шин осуществляется от соседнего источника питания.

В магистральной схеме от вторичных зажимов цехового трансформатора отходит главная шинная магистраль, к которой присоединяются распределительные шинные магистрали.

Так как на проектируемой подстанции электроприемники относятся к первой и третьей категориям по бесперебойности электроснабжения, то в качестве схемы электроснабжения выбирается радиальная схема, так как она обладает высокой надежностью.



2. Специальная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

Расчет электрических нагрузок проводится методом коэффициента максимума, методика расчета представлена в справочной литературе [1].

На первом этапе расчет электрических нагрузок проводится для секции шин напряжением 10 кВ.

Исходные данные и результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Тип потребителя	Рном, кВт	n, шт	Ки	Cos ц	Pмр, кВт	Qмр, кВАр	Sмр, кВА
1Рольганги центральные	800	2	0,1	0,88	2124,33	881,4
2Кантователи	500	3	0,2	0,7
3Ножницы холодной резки	450	3	0,45	0,65

Для каждой группы электроприемников определяется средняя активная нагрузка за наиболее нагруженную смену P_см, кВт, по формуле

, (1)

где P_ном - номинальная мощность, кВт;

К_иi - коэффициент использования.

Для каждой группы электроприемников определяется средняя реактивная нагрузка за наиболее нагруженную сменуQ_см, кВАр, по формуле

(2)

Определяется средняя активная нагрузка за наиболее нагруженную смену для секции шин Р_см, кВт, по формуле

(3)

Определяется средняя реактивная нагрузка за наиболее нагруженную смену для секции шин Q_см, кВАр, по формуле

(4)

Q_см=41,6+219+540,67=801,27кВАр

Определяется групповой коэффициент использования К_и для электроприемников секции шин по формуле

(5)

Определяется эффективное число электроприемников.

Так как n=8>5, то



Так как 1,77<3, следовательно n_э=n=8 шт.

По справочной литературе [2] определяется значение коэффициента максимума К_м.

К_м=1,99

Определяется максимально расчетная активная нагрузка Р_мр, кВт для секции шин по формуле

P_мр=К_м • Р_см (6)

P_мр=1,99 • 1067,5=2124,33 кВт

Определяется максимально расчетная реактивная нагрузка Q_мр, кВАр для секции шин.

Так как n_э=8=8, то

Q_мр=1,1 • Q_см= 1,1 • 801,27=881,4кВАр

Определяется максимально расчетная полная нагрузка S_мр, кВА для секции шин по формуле

(7)

Проводится расчет электрических нагрузок для секции шин напряжением 0,4 кВ.

Исходные данные и результаты расчетов представлены в таблице 2.



Таблица 2 - Исходные данные и результаты расчетов

Тип потребителя	Рном, кВт	n, шт	Ки	Cos ц	Pмр, кВт	Qмр, кВАр	Sмр, кВА
1 Вентиляторы машинных залов	450	2	0,65	0,8	1657	1145	2014
2 Вентиляторы прокатных станов	235	3	0,75	0,9
3 Сталкиватели	214	4	0,12	0,87

Для каждой группы электроприемников определяется средняя активная нагрузка за наиболее нагруженную смену P_см, кВт, по формуле (1).

Для каждой группы электроприемников определяется средняя реактивная нагрузка за наиболее нагруженную смену Q_см, кВАр, по формуле (2).

Определяется средняя активная нагрузка за наиболее нагруженную смену для секции шин Р_см, кВт, по формуле (3).

Определяется средняя реактивная нагрузка за наиболее нагруженную смену для секции шин Q_см, кВАр, по формуле (4).

Q_см=263,25+111,04+28,76=403,05кВАр

Определяется групповой коэффициент использования К_и для электроприемников секции шин по формуле(5).

Определяется эффективное число электроприемников.

Так как n=9>5, то

Так как 2,103<3, то

n_э= n = 9 шт.

Так как эффективное число электроприемников не может быть больше их действительного числа, то оно принимается равным действительному.

n_э= n = 9 шт.

По справочной литературе [2] определяется значение коэффициента максимума К_м.

К_м=1,37

Определяется максимально расчетная активная нагрузка Р_мр, кВт для секции шин по формуле (6).

P_мр= 1,37 • 1216,47 =1666,56 кВт

Определяется максимально расчетная реактивная нагрузка Q_мр, кВАр для секции шин.

Так как n_э =9, то

Q_мр= 1,1•403,05 = 443,35кВАр

Определяется максимально расчетная полная нагрузка S_мр, кВА для секции шин по формуле (7).

2.2 Расчет и выбор компенсирующего устройства

Решается вопрос о необходимости компенсирующего устройства, для чего рассчитывается cosц_пс по формуле



(9)

Так как cosц_пс< 0,9, то необходимо рассчитать и выбрать компенсирующее устройство, мощность которого определяется по формуле

(10)

По справочной литературе [3] выбираются типовые компенсирующие устройства типа Ук-6/10Н-450.

Определяется действительныйcosц_пс с учетом выбранного компенсирующего устройства по формуле

(11)

Так как cosц_пс попадает в ряд оптимальных значений, компенсирующее устройство выбрано верно.

2.3 Расчет и выбор силового трансформатора

Определяется максимальная расчетная полная нагрузка подстанции с учетом компенсирующего устройства S_мрпс, кВА, по формуле



(12)

Мощность силового трансформатора S_{ном т}, кВА, выбирается исходя из условия:

, (13)

где S_мрпс - максимальная расчетная полная нагрузка подстанции с учетом компенсирующего устройства, кВА.

К_1,2 - коэффициент, показывающий долю электроприемников первой и второй категорий в общей нагрузке подстанции.

S_{ном т} ? 3445,08кВА.

По справочной литературе [2] выбираются силовые трансформаторы ТМН-6300/110 и ТМН - 10000/110

.

Проводится технико-экономическое сравнение выбранных силовых трансформаторов.

Определяются реактивные потери холостого хода ДQ_хх, кВАр, по формуле

, (13)

где I_хх - ток холостого хода, %.

кВАр

кВАр

Определяются реактивные потери короткого замыкания ДQ_кз, кВАр, по формуле

, (14)

где U_кз - напряжение короткого замыкания, %.

Определяются приведенные потери активной мощности при коротком замыкании , кВт, по формуле

, (15)

где К_nn - коэффициент повышения потерь;

ДР_кз - потери активной мощности при коротком замыкании, кВт.

Определяются приведенные потери активной мощности холостого хода , кВт, по формуле

, (16)

где - потери активной мощности холостого хода.

Определяется коэффициент загрузки К_з по формуле



(17)

К_з1 = = 0,42

К_з2 = = 0,26

Определяются полные приведенные потери активной мощности , кВт, по формуле

(18)

Определяется стоимость потерь силовых трансформаторов С_n, руб., по формуле:

, (19)

где С_о - удельная стоимость потерь,

Т_г - действительное число часов работы в году.

Определяется стоимость амортизационных отчислений С_а, руб., по формуле

С_а = р_а • К_т, (20)

где р_а - норма амортизации;

К_т - стоимость трансформатора, руб.

С_а1 = 0,06 • 29900 = 1794 руб.

С_а2 = 0,06 • 25000 = 1500 руб.

Определяется стоимость эксплуатационных расходов С_э, руб., по формуле

С_э = С_n + С_а (21)

С_э1 = 2891,05 + 1794 = 4685,05 руб.

С_э2 = 2654,92 + 1500 = 4154,92 руб.

Определяются приведенные годовые затраты З, руб., по формуле

З = С_э + 0,125 • К_т (22)

З₁ = 4685,05 + 0,125 • 29900 = 8422,55 руб.

З₂ = 4154,92 + 0,125 • 25000 = 7279,92 руб.

По результатам технико-экономического сравнения окончательно выбирается силовой трансформатор ТМН-10000/110.

2.4 Выбор питающей линии

Определяется максимальный расчетный ток I_мр, А, по формуле

(23)

Условие выбора воздушной линии по нагревуI_длдоп ? I_мр

По справочной литературе [1] выбирается величина сечения q₁=10 мм² при I_длдоп = 84 А.

Производится выбор сечения по экономической плотности тока.

Определяется расчетный ток I_р, А, по формуле

(24)

= 52,5 А

По справочной литературе [1] j_эк = 1.

Определяется сечение q_эк, мм², по формуле

(25)

По справочной литературе определяется ближайшее стандартное сечение q₂ = 70 мм².

Проводится проверка большего стандартного сечения по потерям напряжения.

Определяется активное удельное сопротивление линии , Ом, по формуле

, (26)

где - удельное сопротивление проводника, ;

q - проверяемое большее сечение, мм².

Определяются потери напряжения ДU, %, по формуле

, (27)

где l - длина питающей линии, км;

- коэффициент активной мощности с учетом выбранного компенсирующего устройства;

R₀, X₀ - активное и индуктивное удельные сопротивления линии, .

;

Так как ДU< 5%, условие проверки выполняется.

Выполняется проверка на явление «короны».

При U = 110 кВ q_мин = 70 мм².

Провера на механическую прочность выполнена, так как 70 > 10.

2.5 Расчет токов короткого замыкания

Рисунок 1 - Расчетная схема

Рисунок 2 - Схема замещения

Принимаем базисные условия: S_б =100 МВА; U_б1 = 37кВ; U_б2 = 10,5кВ.

Определяются сопротивления элементов схемы замещения в относительных единицах при базисных условиях.

Определяется сопротивление источника питания, Ом, по формуле



(28)

Определяется индуктивное сопротивление питающей линии, Ом, по формуле

, (29)

где l - длина питающей линии, км;

Х₀ - индуктивное удельное сопротивление линии, .

Определяется активное сопротивление питающей линии , Ом, по формуле

, (30)

где R₀ - активноеудельное сопротивление линии, .

Определяется сопротивление трансформатора, Ом, по формуле

, (31)

где U_кз% - напряжение короткого замыкания, %.

Определяются базисные токи I^*_б, А, формуле

(32)

Определяется Х^*_{рез б,} Ом, по формуле

(33)

Рассчитываются токи короткого замыкания в точке К-1.

Определяется , Ом, по формуле

(34)

Так как 0,22248< 3, расчет ведется при изменяющейся периодической составляющей.

Определяются номинальные токи источника питания при базисном напряжении по формуле

, (35)



По справочной литературе с использованием графиков определяются значения кратностей периодической составляющей тока короткого замыкания для моментов времени 0, ф, ?.

К_n0=4,5

К_nф = 2,7

К_n? = 2,2

Определяются значения периодической составляющей тока короткого замыкания в разные моменты времени по формулам

(36)

(37)

(38)

Определяется ударный ток, кА, по формуле

(39)

Определяется мощность короткого замыкания , МВА, по формуле

(40)

Рассчитываются токи короткого замыкания в точке К-2.

Так как 3<, то =, =1,11

Определяется ток короткого замыкания , кА, по формуле

(41)

I_кз2 = I₀₂ = I_ф2 = I_?2 = 4,73кА

Определяется ударный ток по формуле (39).

Определяется мощность короткого замыкания по формуле (40).

2.6 Выбор высоковольтного оборудования

Выбираются шины по условию .

Рассчитывается максимальный расчетный ток I_мр по формуле (23).

По справочной литературе [1] при I_длдоп = 870А, выбирается сечение шины q = 60х6 мм².

С помощью графика определяется периодическая составляющая приведенного времени короткого замыкания t_nn = 1,2 с.

Определяется приведенное время короткого замыкания , с, по формуле

(42)

t_n = 1,2 + 0,019 = 1,219с

Определяется минимальное допустимое по термической устойчивости сечение , мм², по формуле

, (43)

где - термический коэффициент;

- установившийся ток короткого замыкания, кА;

t_n - приведенное время короткого замыкания, с.

Проверка на термическую устойчивость к токам короткого замыкания выполняется, так как 360 > 15,48.

Выполняется проверка шин на электродинамическую устойчивость по условию G_доп? G_расч.

Определяется расчетное усилие от динамического воздействия токов короткого замыкания F_расч, Н, по формуле

, (44)

Определяется момент сопротивления w, м³, по формуле

, (45)



где l - длина пролета между изоляторами, l = 1 м.

Определяется расчетное механическое напряжение G_расч, МПапо формуле

(46)

Проверка выполняется, так как 40 > 0,44.

Условия выбора изоляторов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Тип оборудования	Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные данные
ОФ-10-375	Uном ? Uном у Fдоп ? Fрасч	Uном= 10 кВ Fдоп= 2205 Н	Uном у = 10 кВ Fрасч = 16,14 Н

Рассчитывается F_доп, Н, по формуле

F_доп = 0,6 • F_разр. (47)

F_доп = 0,6 • 375 = 225 кг•с = 2205 Н

По справочной литературе [2] выбирается изолятор типа ОФ-10-375.

Условия выбора высоковольтного выключателя представлены в таблице 4.



Таблица 4

Тип оборудования	Условия выбора	Справочные данные	Расчетные данные
МКП-110-3,5П	Iном ? Iмр Uном ? Uном у iм ? iу Iном откл ? Iф Sном откл ? Sф	Iном = 600 А Uном = 110 кВ iм = 20 кА Iном тс = 20 кА Iном откл = 18,4 кА Sном откл = 3500 МВА	Iмр = 73,57 А Uном у = 110 кВ iу = 5,79 кА = 1,1 кА Iф = 1,35кА Sф = 268,58 МВА
ВМГ-133М-Ш		Iном = 1000 А Uном = 10 кВ iм = 30 кА Iном тс = 30 кА Iном откл = 20 кА Sном откл = 100 МВА	Iмр = 808,31 А Uном у = 10 кВ iу = 6,43кА = 1,275 кА Iф = 1,25 кА Sф = 22,73 МВА

По справочной литературе [2] выбираются высоковольтные выключатели МКП-110-3,5П на 110 кВи ВМГ-133М-П на 10 кВ

Условия выбора трансформатора тока представлены в таблице 5.

Таблица 5

Тип оборудования	Условиявыбора	Каталожные данные	Расчетные данные
ТПОЛМ-10	Iном та ? Iмр Uном та ? Uном у Z2 ном ? Z2	Iном та = 1000 А Uном та = 10 кВ Ктс = 55 Кдин = 140 Z2 ном = 0,6 Ом	Iмр = 808 А Uном у = 10 кВ = 6,43 кА = 1,275 кА Z2 = 0,5 Ом

По справочной литературе [2] выбирается трансформатор токаТПОЛМ-10.



2.7 Расчет релейной защиты

Токовая отсечка

Определяется ток срабатывания защитыI_сз, кА, по формуле

, (48)

гдеК_н - коэффициент надежности, К_н = 1,2.

I_сз = 1,2 • 2,25 = 2,7 кА

Определяется коэффициент трансформации К_та по формуле

(49)

= 200

Определяется ток срабатывания реле I_ср, А, по формуле

(50)

По справочной литературе [2] выбирается реле типа РТ-40/50 с током срабатывания 12,5 -50 А

Максимальная токовая защита

Определяется ток срабатывания защиты I_сз, кА, по формуле

(51)

I_сз = 1,2 • 73,57 = 88,3 А

Определяется ток срабатывания реле I_ср, А, по формуле

, (52)

гдеК_в - коэффициент возврата реле.

По справочной литературе [2] выбирается реле типа РТ-40/2 с током срабатывания 0,5-1 А

Защита от перегруза

Определяется номинальный ток трансформатора I_{ном т}, А, по формуле

(53)

Определяется ток срабатывания защиты I_сз, кА, по формуле

(54)

I_сз = 1,05 • 52 = 55 А

Определяется ток срабатывания реле I_ср, А, по формуле (52).

По справочной литературе [2] выбирается реле типа РТ-40/0,6 с током срабатывания 0,15-0,3 А

2.8 Конструктивное выполнение подстанций

Каждая подстанция имеет распределительные устройства, служащие для приема и распределения электроэнергии и содержащие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины и вспомогательные устройства.

По конструктивному выполнению все распределительные устройства разделяются на открытые и закрытые. Открытые и закрытые распределительные устройства могут быть комплектными и сборными (сборка на месте).

Открытым распределительным устройством называется распределительное устройство, все или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе.

Закрытым распределительным устройством называется устройство, оборудование которого расположено в здании.

Комплектным распределительным устройством (КРУ) называется распределительное устройство, состоящее из шкафов, закрытых полностью или частично, или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами, которые поставляются в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.

Комплектной трансформаторной подстанцией (КТП) называется подстанция, состоящая из трансформаторов, и блоков КРУ, поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.



Заключение

Целью курсового проекта являлся расчет и выбор оборудования подстанции электроснабжения потребителей прокатного производства. По результатам расчета электрических нагрузок были рассчитаны и выбраны типовые компенсирующие устройства типа УК-6/10Н-450, силовой трансформатор типа ТМН-10000/110 и сечение питающей линии. Рассчитаны токи короткого замыкания для двух точек, по результатам расчётов выбрано высоковольтное оборудование (шины, изоляторы, высоковольтные выключатели ВМГ-133М-П и МКП-110-3,5П, трансформаторы тока типа ТПОЛМ-10). Рассчитана релейная защита такая как: токовая отсечка, максимальная токовая защита, защита от перегруза, и выбраны реле типа РТ-40/50, РТ-40/2 и РТ-40/0,6.



Список литературы

1Федоров, А.А. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий [Текст]/А.А. Федоров/М.: Госэнергоиздат. 1961. - 744 с.

2Липкин, Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок [Текст]/ Б.Ю. Липкин/М.: Высш. школа. 1981. - 376 с.

3Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Издание седьмое. РФ

4Сибикин, Ю.Д. Электробезопасность при эксплуатации электроустановок промышленных предприятий [Текст]/Ю.Д. Сибикин/М.: Академия 2004. - 240 с.

Размещено на Allbest.ru

...