Электрооборудование станций и подстанций

Ущерб от недоотпуска электроэнергии на однотрансформаторной подстанции определяется из выражения:

У=А×Рс× Уо=W×Тв ×Рс ×Уо тыс. руб.

где Рс=- среднегодовая нагрузка, МВт.

Э – энергия переданная через п/станцию за год МВ×ч.

Уо=0,6 руб/кВт×ч – среднее значение удельного ущерба от недоотпуска 12кВт×ч эл. энергии.

В случае, когда часть нагрузки питающейся от однотрансформаторной п/станции, имеет резервный источник питания, то

,

где Эрез. – энергия, полученная от резервного источника во время аварии, МВт×ч

В случае двухтрансформаторной подстанции величина ущерба от недоотпуска электроэнергии может определяться в тыс. руб. по формуле:

У= 365× Fэ ×Кв ×Уо,

где Кв=,

Fэ=cosj - площадь верхней части графика нагрузки отсеченной прямой с ординатой Sогр.;

Кв – коэффициент восстановления силовых трансформаторов.

может осуществляться на одном, двух, трех и четырех (ТЭЦ) повышенных напряжениях. На основании результатов ТЭР принимается к дальнейшему проектированию вариант с наименьшими затратами. Если затраты различаются меньше чем на 5% (по отношению к наименьшим затратам), то варианты считаются равноэкономичными. При этом следует принимать к дальнейшему проектированию вариант с большей установленной мощностью трансформаторов. Проектирование схемы присоединения станции или подстанции к системе заключения в выборе напряжений, на которых будет выдаваться эл. энергия, числа и пропускной способности ВЛ на каждом напряжении в предварительном распределении генерирующей мощности между РУ, в определении связей РУ станции с распределительными и системообразующими сетями.

Таблица 4.1 Наибольшая передаваемая мощность по одной цепи и длина ВЛ обычного исполнения

В таблице даны пределы передаваемой мощности и длины ВЛ различного класса. Выдача мощности от эл. станции может осуществляться на одном, двух, трех, четырех (ТЭЦ) повышенных напряжениях. Напряжение 6-10 кВ используется для распределительных сетей в городах, сельской местности и на предприятиях. Наиболее экономичным считается напряжение 10 кВ. Напряжение 6 кВ оказывается выгодным в сетях предприятий с большой долей ВВ двигателей. Напряжения 35, 110, 150 кВ применяются в распределительных сетях энергосистем, причем 35 кВ – в основном в сельской местности. Напряжения 220, 330, 500 кВ используются для основной системообразующей сети энергосистемы и ЛЭП от станции средней и большой мощности. Напряжения 500, 750 и 1150 кВ применяются на межсистемных линиях связи и дальних передачах от сверхмощных станций (КЭС, ГЭС, АЭС).

Выбор схемы собственных нужд подстанции

Состав потребителей собственных нужд (С.Н.) подстанции зависит от типа подстанции мощности трансформаторов, наличия синхронных компенсаторов, типа электрооборудования.

Наименьшее количество потребителей собственных нужд (С.Н.) на подстанции, выполненной по упрощенной схеме, без синхронных компенсаторов, без постоянного дежурства:

- электродвигатели обдува трансформаторов;

- обогрева приводов выключателей;

- шкафов КРУН;

- освещение территории подстанции, помещений, ячеек.

На подстанции с выключателями нагрузки (ВН) дополнительными потребителями являются компрессорные установки. На подстанциях с постоянным оперативным током – зарядный и подзарядный агрегаты.

Наиболее ответственные потребители СН подстанции являются оперативные цены, система связи, телемеханики, система охлаждения трансформаторов и насосы системы охлаждения, аварийное освещение, система пожаротушения, электроприемники компрессорной. Мощность потребителей СН невелика, поэтому трансформаторы с.н. имеют вторичное напряжение 380/220 В. Мощность трансформаторов СН выбирается по нагрузкам СН с учетом коэффициентов загрузки и одновременности, при этом отдельно учитывается летняя и зимняя нагрузки, а также нагрузки в период ремонтных работ на подстанции [5,10]

Приняв для электродвигателей сos=0,85 определяем Qуст. и расчетную нагрузку:

,

где Кс – коэффициент спроса, учитывающий коэффициенты одновременности и загрузки. Можно принять Кс=0,8

Мощность трансформаторов выбирается:

а) при 2-х трансформаторах СН на подстанции без постоянного дежурства и при 1-ом трансформаторе СН S ³ Sрасч.

При 2-х трансформаторах СН на подстанции с постоянным дежурством

S³,

где Кп – коэффициент допустимой аварийной нагрузки, его можно принять равным 1,4;

Если число трансформаторов СН больше 2-х, то

Sт³

Предельная мощность каждого трансформатора СН должна быть не более 630 кВ×А.

При ТЭО допускается применение трансформатора 1000 кВ×А.

На всех 2-х трансформаторных подстанциях устанавливаются два трансформатора СН. Один трансформатор СН устанавливается на однотрансформаторных подстанциях 35…220 кВ с постоянным оперативным током без синхронных компенсаторов и воздушных выключателях с силовыми трансформаторами ТМ. Если на 1-ой трансформаторной подстанции установлен ВВ или трансформатор с системой охлаждения Д или ДЦ то предусматривается 2 трансформатора СН, один из которых присоединяется к местной сети 6…35 кВ. Для питания оперативных цепей подстанции может применяться переменный и постоянный ток. Постоянный оперативный ток применяется на всех подстанциях 330-750 кВ., на подстанциях 110…220 кВ с числом МВ-110 кВ или 220 кВ 3-х и более, на подстанциях 35…220 кВ с В.В.

Переменный оперативный ток применяется на подстанциях 35…220 кВ без выключателей на ВН. Возможно применение выпрямленного оперативного тока на подстанции 110 кВ с одним или двумя выключателями ВН.

Расчет токов КЗ

Для выбора электрооборудования аппаратов, шин, кабелей, токоограничивающих реакторов необходимо знать токи КЗ.

При этом достаточно уметь определить ток 3-х фазного КЗ в месте повреждения, а в некоторых случаях – распределение токов в ветвях схемы, непосредственно примыкающих к этому месту.

Расчет токов 3-х фазного КЗ выполняются в следующем порядке:

-         для рассматриваемой установки составляют схему;

-         по расчетной схеме составляют электрическую схему замещения;

-         путем постепенного преобразования приводят схему замещения к простому виду так, чтобы каждый источник питания или группа источников с регулирующей ЭДС были связаны с точкой КЗ одним сопротивлением Х результирующая (Х рез.);

-         определяют начальное значение периодической составляющей тока КЗ (Iпо), затем ударный ток КЗ (iу) и при необходимости - периодическую и апериодическую составляющие тока КЗ для заданного момента времени t.

Расчетная схема – это однолинейная схема электроустановки с указанием тех элементов и их параметров, которые влияют на значение тока КЗ и поэтому должны учитываться при выполнении расчетов. Расчетная схема эл. установки должна отражать нормальный режим работы. На ней намечаются точки КЗ – так, чтобы аппараты и проводники попадали в наиболее тяжелые условия работы. Исключением являются аппараты в цепи присоединений с реактором, выбираемые по току КЗ за реактором.

По расчетной схеме составляют схему замещения, заменяя электромагнитные связи электрическими. Источники вводят в схему замещения как ЭДС и сопротивления, остальные элементы – как сопротивления. Расчет токов КЗ можно вести как в именованных, так и в относительных единицах. В электроустановках до 1000 В обычно производят расчет в именованных единицах.

В электроустановках напряжением выше 1000 В принято все сопротивления короткозамкнутой цепи приводить к базисным условиям и выражать в относительных единицах. Базисную мощность (удобно 100 или 1000 МВ×А). За базисное принимается среднеэксплуатационное напряжение (Uср.) той ступени, на которой предполагается КЗ, согласно следующей шкале: 0,4; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 37; 115; 154; 230; 340; 515; 770 кВ.

Для каждой точки КЗ будут свои базисные напряжения и ток.

Для синхронных компенсаторов и генераторов

X*г=X¢¢d,

где X¢¢d – относительное сверхпереходное сопротивление по продольной оси, определяемое по справочникам;

Sном. – номинальная мощность генератора.

Для 2-х обмоточных генераторов

Х*Т=,

где Uк – напряжение КЗ%, определяемое по справочникам или паспортным данным.

Для 3-х обмоточных трансформаторов или АТ напряжение КЗ, приведенное к номинальной мощности трансформатора или АТ, даны для каждой пары обмоток: Uк вв-н, Uк в-с, Uк с-н%.

Схема замещения таких трансформаторов приведена на рис.6.2.

Относительное сопротивление лучей схемы, приведенных к базисным условиям можно определить по формулам:

Х*в=

Х*с=

Х*н=

Двухобмоточные трансформаторы с 2-мя или 3-мя расщепленными обмотками, вводят в схему замещения как индуктивные сопротивления (рис. 6.3) приведенные к базисным условиям. Сопротивления Хв и Хн схемы замещения определяют по уравнениям (40, 61) Рыжкова Л.Д., Козулин В.С. “Эл. оборудование станций и подстанций”. Если известно напряжение Uк в-н для 3-х фазного трансформатора с расщепленными обмотками, то Хв-н=

Для группы из однофазных трансформаторов с обмоткой НН, разделенной на 2-е ветви Хв=0, Хн1=Хн2=2Хв-н, а с обмоткой разделенной на три ветви:

Хв=0, Хн1=Хн2=3Хв-н.

Если же в каталоге на трансформаторы заданы напряжения Uк в-н и U’кн1-н2(последнее отнесено к номинальной мощности расщепленной обмотки Sном.н1=Sномн2=0,5Sном.), то

 ;

Хн1 = Хн2 = Х’н1 – Х’н1-н2; Хв = Хвн – 0,5Хн1-н2.

ВЛ и КЛ характеризуются удельными значениями индуктивных сопротивлений и емкостей проводимости, зависящими от номинального напряжения и конструкции линии передачи.

При проектировании можно использовать среднее значение удельных сопротивлений (Худ.) и проводимостей (Gуд.)

Таблица 4.Примерные сопротивления линий

Линии напряжением до 220 кВ включительно и 330 кВ-750 кВ длиной менее 150 км. входят в схему замещения как индуктивное сопротивление, относительное значение которого

,

где L – длина линии в км.

При большей длине линии напряжением 330 кВ и выше необходимо учитывать емкостную проходимость и применять П-образную или Т-образную схему замещения.

Для расчета токов КЗ на электрических станциях, необходимо располагать данными, характеризующими энергосистему.

Система может быть задана:

1.                 Известна схема системы и параметры ее элементов – генераторов, трансформаторов, линий и др. Составляют полную схему замещения и ток КЗ от системы рассчитывают также, как и ток проектируемой установки.

2.                 Известны суммарная мощность системы Sс ном. и результирующее сопротивление всех элементов системы Хс до некоторой точки, к которой присоединяют проектируемую установку. Находят относительное базисное сопротивление системы Х*с, ЭДС системы принимают постоянной, равной среднему эксплуатационному напряжению в узле присоединения. При расчетах в относительных единицах Е*с=1.

3.                 Задано действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ от системы Iпс (в килоамперах) или так называемая мощность КЗ S”с (в МВ×А). В этом случае относительное сопротивление до заданной точки определяют как

;

4.                 Известен тип выключателя, установленного или намечаемого к установке в данном узле энергосистемы. Считается, что ток трехфазного КЗ в этой точке равен номинальному току отключения выключателя Iоткл.ном.

Определяем ток КЗ в узле Iст. от станции, тогда максимально допустимый ток от системы может быть определен как Iоткл.- Iст. и относительное сопротивление системы

Х*с =

Сопротивления элементов схемы, приведенные к базисным условиям, наносятся на схему замещения. Для этого каждый элемент в схеме замещения обозначают дробью: в числителе ставят порядковый номер элемента, а в знаменателе – значение относительного индуктивного сопротивления.

Теперь необходимо определить результирующее сопротивление ХРЕЗ цепи КЗ для данной точки КЗ путем постепенного преобразования схемы.

Возможны следующие преобразования схемы:

Замена неполных сопротивлений, соединенных последовательно, эквивалентным

Замена нескольких сопротивлений, соединенных параллельно эквивалентным:

.

Соединение звездой с относительным сопротивлением лучей Х*1, Х*2, Х*3, может быть заменено эквивалентным соединением в треугольник по формулам:

Соединение звездой с относительным сопротивлением лучей Х*1, Х*2, Х*3, может быть заменено соединением в треугольник.

При преобразовании треугольника относительных сопротивлений в эквивалентную звезду пользуются допущениями:

Если принять ЭДС источников питания одинаковыми, то в схеме точки «m» и «n» будут равнопотенциальными.

При совмещении равнопотенциальных точек сопротивления одноименных элементов складываются как параллельные, и получают новую схему.

В результате преобразований схему приводят к одному из видов, удобных для расчета токов КЗ с учетом индивидуального изменений в отдельных лучах.

Обычно схему сводят к 2-3 лучам, выделяя в отдельные лучи разнотипные генераторы или однотипные генераторы с различной удаленностью относительно точки КЗ. Например, генераторы одной станции подсоединяют к РУ разных напряжений.

Результирующая сопротивления каждой схемы определяется по формулам:

·     для схемы а)

·     для схемы

б)

·     для схемы

в)

При разнотипных источниках можно вычислить результирующую ЭДС:

·                    для схемы а,б)

·                    для схемы в)

На схемах (б,в) приведены простейшие случаи питания точки КЗ от источников разнотипных или разноудаленных. Здесь источники непосредственно связаны с местом повреждения, поэтому ток КЗ можно определить отдельно от каждого источника! Ток в точке КЗ равен сумме токов от источников.

Для схемы (а) уже нельзя рассчитывать тока КЗ от каждого источника в отдельности, так как токи протекают в место повреждения через общее сопротивление Х*3. Необходимо эту схему преобразовать в n-лучевую так, чтобы результирующее сопротивление и токи распределения в лучах остались неизменными.

Для схемы (а) находим коэффициент распределения по лучам:

 или  

При этом должно выполняться равенство  Затем находят результирующее сопротивление лучей:

и таким образом приводят схему (а) к виду схемы (б).

Выбор конструкции РУ на подстанциях ВН, СН, НН

РУ называется электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства защиты, автоматики и измерений. На станциях и подстанциях обычно имеется РУ нескольких ступеней напряжения, связанные через трансформатор или АТ.

Существует два основных вида РУ – открытые и закрытые.

Закрытыми РУ называются РУ, оборудование которого расположено в здании. ЗРУ в основном применяются на напряжение 3…20 кВ. В электроустановках больших напряжений (35…220 кВ) применяются только при ограниченности площадей для РУ, при повышенной загрязненности атмосферы, вблизи морского побережья и в условиях Крайнего Севера.

Открытыми РУ (ОРУ) называется РУ, все или основное оборудование расположено на открытом воздухе. ОРУ применяется на напряжение 35…750 кВ, так как при этих напряжениях ОРУ обладает существенным преимуществом по сравнению с ЗРУ:

·                    меньше объем строительных работ, существенная экономия строительных материалов (сталь, бетон);

·                    меньшие капитальные затраты, сроки сооружения, опасность распространения повреждений (вследствие больших расстояний между аппаратами смежных частей);

·                    хорошая обозреваемость;

·                    удобство расширения и простота замены оборудования другим, даже с большими габаритами, а также возможность быстрого демонтажа и монтажа оборудования.

При напряжении выше 1000 В РУ должны быть оборудованы стационарными заземленными ножами (ЗН), которые обеспечивают заземление аппарата и остановки без использования переносных заземлений.

Ножи окрашиваются в черный цвет, а рукоятки их проводов – в красный цвет.

Разъединители 3 кВ и выше устанавливаются с одним или двумя стационарными заземляющими ножами (ЗН) сблокированными с основными ножами.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6