Электрические соединения транзитной тяговой подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Схема главных электрических соединений транзитной тяговой подстанции

В курсовом проекте СГЭС выполняется в виде чертежа формата А1. На чертеже показываются все РУ подстанции. По мере расчета и выбора оборудования ТП на чертеже необходимо указывать типы аппаратов и марки проводов РУ. Чертеж выполняется с учетом требований ГОСТ и ЕСКД для электрических схем.

СГЭС подстанции определяется местом ТП в схеме внешнего электроснабжения (опорная, транзитная, отпаечная, тупиковая), типом ТП (постоянного тока, переменного тока, стыковая), назначением каждого РУ (питание тяговой нагрузки, нетяговых потребителей, собственных нужд), количеством понижающих и преобразовательных трансформаторов. Типовые СГЭС различных РУ приведены в /1-3/.

Приведем краткое описание РУ 110кВ, 35 кВ, 10 кВ и 3,3 кВ проектируемой транзитной ТП постоянного тока.

РУ 110 кВ транзитной ТП при типовом решении рассчитывается на два главных понижающих трансформатора. ВЛ от которой подстанция получает питание, проходит через территорию подстанции, разделяется секционным выключателем с встроенными трансформаторами тока, огражденными разъединителями. Секционный выключатель и разъединитель нормально включены и образую, так называемую рабочую перемычку, по которой осуществляется транзит мощности с одного участка ВЛ на другой. Чтобы не прерывать транзита мощности при ревизиях и ремонте секционного выключателя, рабочая перемычка шунтирована ремонтной, образованной двумя разъединителями с заземляющими ножами и участком шин с выносными трансформаторами тока.

РУ 35 кВ с питающим напряжением 110 кВ выполнено с одинарной системой шин, секционированной выключателем. Каждая секция должна иметь ввод, трансформатор напряжения с ограничителем перенапряжений и фидеры нетяговых потребителей.

РУ 10 кВ ТП постоянного тока с питающим напряжением 110 кВ выполняется на комплектных выкатных ячейках внутренней установки. РУ имеет одинарную систему шин, секционированную выключателем. Каждая секция до имеет ввод, трансформатор напряжения с ограничителем перенапряжений и фидеры нетяговых потребителей, один или два присоединения для питания ТСН, фидер преобразовательного трансформатора и фидер продольного электроснабжения (ПЭ)..

РУ 3,3 кВ ТП постоянного тока состоит из главной "+" шины, обходной (запасной) "+" шины и "-" шины. Главная "+" и обходная "+" шины секционированы на три секции - две рабочие и одну (среднюю) соединительную. При установке на ТП выпрямительных преобразователей секционирование главной "+" шины выполняется быстродействующими выключателями. Каждая рабочая секция должна иметь ввод от преобразователя, содержащий цепи для измерения постоянного тока и напряжения, а также фидеры КС. Все фидеры должны содержать устройство для измерения тока и ОПН для защиты от перенапряжений, поступающих из КС. К средней секции подключаются: обходной (запасной) быстродействующий выключатель, служащий для вывода в ремонт любого выключателя фидера КС без перерыва питания данного фидера, и сглаживающее устройство.

Все РУ соединяются между собой силовыми трансформаторами или преобразовательными агрегатами. Условные обозначения понижающего трансформатора с первичным напряжением 110 кВ и преобразовательного трансформатора приведены на рисунке 1.



Рисунок 1 - Условные обозначения трехобмоточного силового трансформатора с первичным напряжением 110 кВ (а) и преобразовательного трансформатора (б).

2. Выбор основных видов релейной защиты

2.1 Релейная защита главного понижающего трансформаторов

В таблице 2.1 перечислены виды релейных защит главного понижающего трансформатора.

Таблица 2.1 - Типы релейных защит, устанавливаемые на главном понижающем трансформаторе

Виды повреждений	Вид и исполнение защиты	Зона действия и способы согласования
К.з. в обмотках трансформатора и его выводах	Трехфазная продольная дифференциальная защита в трехфазном трехрелейном исполнении	Защищает весь трансформатор и ошиновку; с другими защитами не согласуется
Внутренние повреждения трансформатора и снижение уровня масла	Газовая защита	Защита отключает трансформатор при внутренних повреждениях и воздействует на сигнал при снижении уровня масла
Внешние (сквозные) к.з.	На стороне 110 (220) кВ максимальная токовая защита с выдержкой времени (МТЗ) в трехфазном трехрелейном исполнении	Защита реагирует на к.з. всех видов в трансформаторе и на шинах среднего и низкого напряжения, резервирует дифференциальную и газовую защиты. Согласуется по току и с защитами трансформатора на стороне низкого и среднего напряжения
Внешние (сквозные) к.з.	На стороне тяговой обмотки 10 кВ или обмотки 10-35 кВ, питающей районные потребители (вводы РУ-10, вводы РУ-35)-МТЗ с выдержкой времени в двухфазном двухрелейном исполнении	Защита реагирует на все к.з. на шинах 10-35 кВ, а также резервирует защиты присоединений этих шин. Защиту согласовывают по времени с защитами присоединений 10-35 кВ
Перегрузка	МТЗ с выдержкой времени и действием на сигнал в однофазном однорелейном исполнении	Устанавливается на стороне питания, не требует согласования с защитами смежных элементов

2.2 Защита вводов и шин РУ-110 кВ тяговой подстанции

Защита вводов и шин РУ-110 кВ приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Защита вводов и шин РУ-110 кВ тяговой подстанции

Место установки	Виды к.з.	Виды релейной защиты
Перемычка транзитных подстанций	Многофазные к.з.	Трехфазная трехступенчатая дистанционная защита с блокировкой от качаний, дополненная двухфазной токовой отсечкой без выдержки времени
	Однофазные к.з.	Трехступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности

3. Расчет токов короткого замыкания

3.1 Расчет сопротивлений и токов короткого замыкания в максимальном режиме работы энергосистемы

3.1.1 Расчет сопротивлений и токов короткого замыкания до точки К1

Расчетную схему составляют по известной схеме внешнего электроснабжения и принятой схеме главных электрических соединений проектируемой подстанции. Расчетная схема представлена на рисунке 3.

Рисунок 2 - Расчетная схема транзитной тяговой подстанции

При составлении схемы замещения элементы расчетной схемы заменяются их индуктивными сопротивлениями. Активные сопротивления учитываются только для трансформаторов собственных нужд тяговой подстанции.

По расчетной схеме составляем схему замещения до точки К1, в которой элементы расчетной схемы заменяются индуктивными сопротивлениями.

Сопротивление системы определяется по формуле

, (1)

где U_Б² - среднее значение напряжения РУ, где рассчитывается к.з., кВ;

S_С - мощность системы, МВА.

Ом

Сопротивление генераторов электростанций рассчитывается по формуле

(2)

где S_НГ - мощность генераторов электростанции, МВА;

Х _*d - относительное сопротивление генератора.

Мощность генераторов электростанции определяем

, (3)

где P_НГ - активная мощность генераторов электростанции, МВт;

cosц - коэффициент мощности генераторов.

МВА (4)

МВА (5)

Ом

Ом

Сопротивление повышающих трансформаторов электростанций определяется формулой

(6)

где U_К% - напряжение короткого замыкания, %;

S_ТГ - номинальная мощность трансформаторов электростанций, МВА.

Ом

Ом

Сопротивление ЛЭП находится по формуле

,(7)

где U_СР - среднее расчетное напряжение, кВ;

L - длина ЛЭП, км;

х₀ - индуктивное сопротивление 1км линии, равное 0,4 Ом/км.

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Схема замещения до точки К1 изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема замещения транзитной тяговой подстанции до точки К1

Выполним преобразование схемы до точки К1(рисунок 4).

На рисунке 4,а обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 4,б обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 4,в обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 4,г обозначено

Ом

На рисунке 4,д обозначено

Ом

На рисунке 4,е обозначено

Ом

Ом

Ом

Расчет токов является важнейшим этапом проектирования любого электротехнического сооружения, так как на основании его результатов производится выбор и проверка силового оборудования.

Найдем ток КЗ в точке К1. Базисный ток для шин с U_СР1=115 кВ равен

,(8)

где U_Б - базисное значение напряжения, равное 115 кВ;

X_РЕЗ - Сопротивление элементов энергосистемы, Ом;

E_* - Сверхпереходная ЭДС генераторов, для генераторов с P_НГ<100МВт равно Е_*=1,08, P_НГ>100МВт равно Е_*=1,13.



Рисунок 4 - Преобразование схемы замещения до точки К1

кА

кА

кА

Определим суммарный трехфазный и двухфазный ток КЗ

(9)

(10)

кА

3.1.2 Расчет сопротивлений и токов короткого замыкания до точки К2

По расчетной схеме составляем схему замещения до точки К2, в которой элементы расчетной схемы заменяются индуктивными сопротивлениями.

Сопротивление силовых трехобмоточных трансформаторов найдем по формулам

;(11)

где U_К - напряжение короткого замыкания трансформатора обмоток ВН-СН, ВН-НН, СН-НН, %;

U_КВ = 0,5(U_КВ-С + U_КВ-Н - U_КС-Н );(12)

U_КС = 0,5(U_КВ-С - U_КВ-Н + U_КС-Н );(13)

U_КН = 0,5(-U_КВ-С + U_КВ-Н + U_КС-Н ).(14)

Рассчитаем базисное сопротивление генератора, трансформатора генератора, систем и ЛЭП.

Определим сопротивление силовых трехобмоточных трансформаторов по формулам (11) - (14)

U_КВ = 0,5(10,5 + 17 - 6) = 10,75 %;

U_КС = 0,5(10,5 - 17 + 6) = - 0,25 % ? 0%;

U_КН = 0,5(-10,5 + 17 + 6) = 6,25 %,

так как U_КС получилось меньше нуля, то принимаем U_КС = 0.

Ом

Ом

На рисунке 6,б обозначено

Ом

Сопротивление системы, генераторов и повышающих трансформаторов электростанций, ЛЭП рассчитываются по формулам

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Схема замещения до точки К2 изображена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема замещения транзитной тяговой подстанции до точки К2

Выполним преобразование схемы до точки К2.

На рисунке 6,а обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 6,б обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 6,в обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 6,г обозначено

Ом

На рисунке 6,д обозначено

Ом

На рисунке 6,е обозначено

Ом

Ом

Ом

Найдем ток КЗ в точке К2. Базисный ток для шин с U_СР2=37 кВ равен

,(15)

где U_Б - базисное значение напряжения, равное 37 кВ;

X_РЕЗ - Сопротивление элементов энергосистемы, Ом;

Преобразование схемы замещения до точки К2 представлено на рисунке 6.

Рисунок 6 - Преобразование схемы замещения до точки К2

кА

кА

кА

Определим суммарный трехфазный и двухфазный ток КЗ

(16)

(17)

кА

кА

3.1.3 Расчет сопротивлений и токов короткого замыкания до точки К3

По расчетной схеме составляем схему замещения до точки К3.

Сопротивление системы, генераторов и повышающих трансформаторов электростанций, ЛЭП и силовых трансформаторов подстанции рассчитываются по формулам

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Схема замещения до точки К3 изображена на рисунке 7.



Рисунок 7 - Схема замещения транзитной тяговой подстанции до точки К3

На рисунке 8,а обозначено

Ом

Ом

Ом

Ом

На рисунке 8,б обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 8,в обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 8,г обозначено

Ом

На рисунке 8,д обозначено

Ом

На рисунке 8,е обозначено



Ом

Ом

Ом

Найдем ток КЗ в точке К3. Базисный ток для шин с U_СР3=10,5 кВ равен

кА

кА

кА

Определим суммарный трехфазный и двухфазный ток КЗ

(18)

(19)

кА

кА

Преобразование схемы замещения до точки К2 представлено на рисунке 8.

Рисунок 8 - Преобразование схемы замещения до точки К2

3.2 Расчет сопротивлений и токов короткого замыкания в минимальном режиме работы энергосистемы

3.2.1 Расчет сопротивлений и токов короткого замыкания до точки К1

Из расчетной схемы составленной выше исключаем на электростанции А 2 генератора и 2 повышающих трансформатора, ЛЭП1 становится одноцепной, на тяговой подстанции отключаем 1 главный понижающий трансформатор и 1 трансформатор собственных нужд. Расчетная схема представлена на рисунке 9.

Рисунок 9.1 - Расчетная схема транзитной тяговой подстанции

По расчетной схеме составляем схему замещения до точки К1, в которой элементы расчетной схемы заменяются индуктивными сопротивлениями.

Сопротивление элементов определяется по формулам приведенным выше, используем также уже рассчитанные сопротивления.

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Схема замещения до точки К1 изображена на рисунке 9.2.



Рисунок 9.2 - Схема замещения транзитной тяговой подстанции до точки К1

Выполним преобразование схемы до точки К1(рисунок 10).

На рисунке 10,а обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 10,б обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 10,в обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 10,г обозначено

Ом

На рисунке 10,д обозначено

Ом

На рисунке 10,е обозначено

Ом

Ом

Ом

Найдем ток КЗ в точке К1. Базисный ток для шин с U_СР1=115 кВ равен

кА

кА

кА

Определим суммарный трехфазный и двухфазный ток КЗ

(20)

(21)

кА



Рисунок 10 - Преобразование схемы замещения до точки К1

3.2.2 Расчет сопротивлений и токов короткого замыкания до точки К2

По расчетной схеме составляем схему замещения до точки К2.

Сопротивление системы, генераторов и повышающих трансформаторов электростанций, ЛЭП рассчитываются по формулам

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Схема замещения до точки К2 изображена на рисунке 11.



Рисунок 11 - Схема замещения транзитной тяговой подстанции до точки К2

Выполним преобразование схемы до точки К2.

На рисунке 12,а обозначено

Ом

Ом

Ом

Ом

На рисунке 12,б обозначено

 Ом

Ом

Ом

На рисунке 12,в обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 12,г обозначено

Ом

На рисунке 12,д обозначено

Ом

На рисунке 12,е обозначено

Ом

Ом

Ом

Найдем ток КЗ в точке К2. Базисный ток для шин с U_СР2=37 кВ равен

кА

кА

кА

Определим суммарный трехфазный и двухфазный ток КЗ

(22)

(23)

кА

кА

Преобразование схемы замещения до точки К2 представлено на рисунке 12.

Рисунок 12 - Преобразование схемы замещения до точки К2

3.2.3 Расчет сопротивлений и токов короткого замыкания до точки К3

По расчетной схеме составляем схему замещения до точки К3.

Сопротивление системы, генераторов и повышающих трансформаторов электростанций, ЛЭП и силовых трансформаторов подстанции рассчитываются по формулам

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Схема замещения до точки К3 изображена на рисунке 13.

Рисунок 13 - Схема замещения транзитной тяговой подстанции до точки К3

Выполним преобразование схемы до точки К3.

На рисунке 14,а обозначено

Ом

Ом

Ом

Ом

На рисунке 14,б обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 14,в обозначено

Ом

Ом

Ом

На рисунке 14,г обозначено

Ом

На рисунке 14,д обозначено

Ом

релейный трансформатор электротехнический энергосистема

На рисунке 14,е обозначено

Ом

Ом

Ом

Найдем ток КЗ в точке К2. Базисный ток для шин с U_СР2=37 кВ равен

кА

кА

кА

Определим суммарный трехфазный и двухфазный ток КЗ

(24)

(25)

кА

кА

Рисунок 14 - Преобразование схемы замещения до точки К2

Таблица 3.1 - Результаты расчетов сопротивлений от источников до точек КЗ и токов КЗ транзитной ТП№5

Робота ЭС	Точка КЗ (UСР)	, Ом	, Ом	, Ом	, кА	, кА	, кА	, кА	, кА
мах	К1(115 кВ)	36,71	33,198	65,699	1,1,953	2,26	1,01	5,223	4,523
	К2(37 кВ)	14,136	15,627	37,506	1,511	1,367	0,57	3,448	3,00
	К3(10,5кВ)	1,05	3,84	14,43	5,774	1,58	0,42	7,774	6,733
мин	К1(115 кВ)	47,534	32,277	63,277	1,509	2,324	1,038	4,871	4,218
	К2(37 кВ)	29,56	24,68	58,96	0,723	0,866	0,352	1,941	1,681
	К3(10,5кВ)	2,045	5,65	2,091	2,965	1,073	0,29	4,326	3,748

Размещено на Allbest.ru

...