Проект системы электроснабжения оборудования для группы цехов "Челябинского тракторного завода – Уралтрак"

Масштаб равен 65,14 кВт/мм2.

2.       Выбор числа, мощности и типа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций предприятия

Мощность трансформаторов цеховых ТП зависит от величины нагрузки электроприемников, их категории по надежности электроснабжения, от размеров площади, на которой они размещены и т.п. При одной и той же равномерно распределенной нагрузке с увеличением площади цеха должна уменьшаться единичная мощность трансформаторов. Так, в цехе, занимающем значительную площадь, установка трансформаторов заведомо большой единичной мощности увеличивает длину питающих линий цеховой сети и потери электроэнергии в них.

  ,                                                                                        (2.1)

где Sр – расчетная электрическая нагрузка цеха, кВА;

Fц – площадь цеха, м2.

Таблица 2.1 – Связь между экономически целесообразной мощностью отдельного трансформатора цеховой ТП и σ.

Выбор цеховых ТП сводится к решению нескольких задач:

- выбор единичной мощности трансформатора;

- выбор общего числа трансформаторов (оптимального);

- выбор числа трансформаторов на каждой подстанции;

- выбор местоположения.

Минимальное число трансформаторов в цехе:

 Nт min = +ΔNт,                                                                (2.2)

где Кз доп – коэффициент загрузки – допустимый.

ΔNт – добавка до ближайшего целого числа.

Допустимые значения коэффициента загрузки для двухтрансформаторных подстанций:

Кз доп = 0,65…0,7 – I категория

Кз доп = 0,8…0,85 – II категория (при наличие складского резерва трансформаторов)

 Кз доп = 0,93…0,95 – III категория

Найденное число трансформаторов не может быть меньше, чем число трансформаторов, требуемых по условиям надежности.

Предельную величина реактивной мощности, которую могут пропустить выбранные трансформаторы:

Q1р =  ;                                                        (2.3)

,                                                            (2.4)

где Nт – число трансформаторов цеховой ТП;

Кз доп – допустимый коэффициент загрузки трансформаторов цеховой ТП в нормальном режиме;

Sн тi – номинальная мощность трансформаторов цеховой ТП;

Ррi – расчетная активная нагрузка на ТП.

При Q1рi < Q1р трансформаторы ТП не могут пропустить всю реактивную нагрузку и поэтому часть ее должна быть скомпенсирована с помощью конденсаторов, которые следуют установить на стороне низшего напряжения на ТП. Мощность этих конденсаторов будет составлять

Qку = Qрi - Q1i .                                                                                                                                            (2.5)

и они должны устанавливаться на ТП обязательно.

Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах будут соответственно:

Кз норм = ; Кз п/ав = ,                                     (2.6)

где Nт – число взаиморезервируемых трансформаторов цеховой ТП;

 Sр.тi – полная расчетная нагрузка, приходящаяся на один трансформатор ТП.

Потери активной мощности в трансформаторах:

ΔРт = N×(ΔРхх + ·ΔРкз),                                                          (2.7)

где N – число ТП в цехе;

Кз норм – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме;

ΔРхх – потери холостого хода в трансформаторе;

ΔРкз – потери короткого замыкания.

Потери реактивной мощности в трансформаторах:

ΔQт = N·,                                       (2.8)

где Iхх – ток холостого хода;

Uкз – напряжение короткого замыкания;

Sн т – номинальная мощность трансформатора.

Результаты расчётов по выбору числа и мощности трансформаторов приведены в таблице 2.2.

3.       Выбор напряжения, схемы внешнего электроснабжения и трансформаторов ГПП предприятия

Величина напряжения питания главной понизительной подстанции предприятия определяется наличием конкретных источников питания, уровнями напряжения на них, расстоянием от главной понизительной подстанции до этих источников, возможность сооружения воздушных линий для передачи электроэнергии и другими факторами.

Из всех возможных вариантов внешнего электроснабжения нужно выбрать оптимальный, т.е. имеющий наилучшие технико-экономические показатели. Для этого, прежде всего, следует найти величину рационального напряжения, которую возможно оценить по приближенной формуле Стилла:

Uр.рац = 4,34∙ ,                                                           (3.1)

где l – длина питающей линии главной понизительной подстанции, км;

 Рр.n – расчетная нагрузка предприятия на стороне низшего напряжения, кВт.

Расчетная активная нагрузка предприятия:

Рр.n = ( Рр.н + Рр.В + ∆РmΣ) + Рр.о ,                                                                                                (3.2)

где Рр.н, Рр.В – расчетные низковольтная и высоковольтная нагрузка всех цехов предприятия, кВт;

 ∆РmΣ – суммарные потери активной мощности в трансформаторах цеховых трансформаторных подстанций, кВт;

 Рр.о – расчетная активная освещения цехов и территории, кВт.

Рр.n = 27164 кВт.

Подставив все найденные данные в формулу (3.1) найдем рациональное напряжение:

Uр.рац = 64,27 кВ.

Для сравнения заданы два варианта внешнего электроснабжения предприятия 35 и 110 кВ.

Полная расчетная нагрузка предприятия, необходимая для выбора трансформаторов ГПП:

Sр =  ,                                                               (3.3)

где Qэ1 – экономически целесообразная реактивная мощность на стороне внешнего напряжения ГПП, потребляемая предприятием от энергосистемы (tgφ35 = 0,27;tgφ110 = 0,31);

Qэ1 = Рр.n∙ tgφ ;                                                                                    (3.4)

∆Qгпп = 0,07∙ ,                                                                  (3.5)

где ∆Qгпп – потери реактивной мощности в трансформаторах ГПП, кВАр.

Результаты расчетов сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 выбор трансформаторов на ГПП.

Мощность трансформаторов ГПП выбирается исходя из соотношения:

Sт =  .                                                              (3.6)

На главной понизительной подстанции устанавливаем два трансформатора, что обеспечивает необходимую надежность при достаточно простой схеме и конструкции главной понизительной подстанции. Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме работы не должен превышать 0,7.

Варианты схем электроснабжения предприятия на напряжение 35 и 110 кВ представлены на рисунках 3.1 и 3.2 соответственно.

Рисунок 3.1- Вариант схемы электроснабжения предприятия на напряжение 35 кВ.

Рисунок 3.2- Вариант схемы электроснабжения предприятия на напряжение 110 кВ

4.       Технико-экономическое обоснование схемы внешнего электроснабжения предприятия

4.1 Вариант 35 кВ

Определим потери мощности в силовых трансформаторах ГПП. Параметры трансформаторов ТРДН–25000/35: Рхх = 25 кВт, Ркз = 115 кВт, Iхх = 0,42%, Uк =10,5%. Потери мощности в трансформаторах находим по формулам: (2.7) и (2.8).

∆Рт = 2∙(25+0,422∙115) = 90,10 кВт.

∆Qт = 2∙(1165,36 кВар.

Потери электрической энергии в трансформаторах:

∆Ат = N∙(∆Рхх ∙ Тг + ∙∆Ркз∙τ),                                                         (4.1)

где Тг = 8760 часов – годовое число часов работы предприятия;

τ – годовое число часов максимальных потерь, определяется из соотношения:

τ = (0,124 + = (0,124 + ч,

где Тм – годовое число использования 30 минутного максимума активной нагрузки тм = 3770 часов (Л1. Таблица 24-23).

∆Ат = 2∙(25 ∙8760 + 0,422∙115∙2199) = 526,174∙103 кВт∙ч

Рассчитаем линию электропередачи от районной подстанции энергосистемы до главной понизительной подстанции. Нагрузка в начале линии:

Sр.л = ;                                                          (4.2)

МВА. 

Расчетный ток одной цепи линии:

Iр.л = ;                                                                              (4.3)

А.

Ток в послеаварийном режиме (в случае питания всей нагрузки по одной цепи):

;                                                                                       (4.4)

А

Сечение проводов линии нахожу по экономической плотности тока jэ=1,1 А/мм2:

 Fэ = ;                                                                                   (4.5)

 мм2.

Выбираю стандартное сечение. Провод АС-240/39, Iдоп=610А, r0=0,122 Ом/км, х0=0,372 Ом/км. Выбранный провод при напряжении 35кВ по условию коронирования не проверяется.

Проверяем провод по нагреву в послеаварийном режиме: 610 > 577 А

Потери активной энергии в проводах линии за 1 год:

;                                                             (4.6)

ΔАл = 2·(3·1762·0,122·2·2199)/1000 = 99,374·103 кВт·ч.

 Рассчитаем токи короткого замыкания в начале отходящих линии от подстанции энергосистемы и на вводах ГПП.

Исходная схема и схема замещения для расчетов короткого замыкания приведены на рисунке 4.1. Определяем параметры схемы замещения. Нам задана мощность короткого замыкания на шинах подстанции энергосистемы Sк = 650 MBA. Принимаем базисную мощность Sб = 1000 MBА, и базисное напряжение Uб = 37 кВ.

Суммарное сопротивление системы в относительных единицах:

ХСΣ = ;               (4.7)

ХСΣ =  о.е.

Сопротивление воздушной линии 35 кВ в относительных единицах:

Хл =   ;         (4.8)

Хл =  о.е.

а) б)

Рисунок 4.1 - Исходная схема и схема замещения для расчета токов  короткого замыкания.

Определим ток короткого замыкания в точке К-1 (X1 = XСΣ = 1,52 о.е.). Ток короткого замыкания в точке К-1 (периодическая составляющая принимается постоянной в течение всего процесса замыкания):

Iк1 = Int = In0 = ;                                                             (4.9)

Iк1 = .

Ударный ток короткого замыкания:

Iу = ,                                                                               (4.10)

где Ку =1,72- ударный коэффициент (Л2 таблица 2.45)

Iу = .

Выбираем коммутационную аппаратуру в начале отходящих линий от подстанции энергосистемы и на вводе главную понизительную подстанцию.

t = ,              (4.11)

где tc.з = 0,01 - время срабатывания защиты;

 tc.в -собственное время отключения (с приводом) выключателя.

t = 0,01 + 0,03= 0,04 с.

Апериодическая составляющая:

Ia.t = ,                                                                     (4.12)

где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей, для установок напряжением выше 1000 В Та = 0,03 с.

Ia.t = .

Принимаем к установке выключатель типа: ВГБЭ-35-элегазовый

Вк = Iпо2 ( t0 + Ta );                                                                       (4.13)

Вк = 10,142 ∙ (0,055+ 0,03) = 8,74 кА2 ∙ с.

Определим ток короткого замыкания в точке К-2:

Х2 = =1,54+0,54 = 2,08 о.е.

Iк2 = .

Iу = .

Iat = .

 Устанавливаем выключатель типа: ВГБЭ-35-элегазовый

Вк = Iпо2 ( t0 + Ta );

Вк = 10,14 2 ∙ (0,055 + 0,02) = 8,74 кА2 ∙ с.

Выбранные типы аппаратов и их паспортные данные сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Паспортные данные выключателя и разъединителя.

Для защиты трансформаторов от перенапряжений в питающей сети устанавливаем ОПН-У-35/38,5. На вводе в ГПП устанавливается аналогичная коммутационная аппаратура.

4.2 Вариант 110 кВ

Определим потери мощности в силовых трансформаторах ГПП. Параметры трансформаторов ТДН-25000/110: Рхх = 25 кВт, Ркз = 120 кВт, Iхх = 0,65%, Uк =10,5%. Потери мощности в трансформаторах по (2.7) и (2.8):

∆Рт = 2×(25+0,422×120) = 92,53 кВт,

1255,36 квар.

Потери электрической энергии в трансформаторах по (4.1):

∆Ат = 2·(25 ∙8760 + 0,42·120·1255,36) = 531516 кВт∙ч.

Рассчитаем линию электропередачи от районной подстанции энергосистемы до главной понизительной подстанции по (4.2 – 4.6).

Нагрузка в начале линии:

кВА.

Расчетный ток одной цепи линии:

А.

Ток в послеаварийном режиме (в случае питания всей нагрузки по одной цепи):

А.

Сечение проводов линии нахожу по экономической плотности тока jэ=1,1 А/мм2:

 мм2.

Выбираю ближайшее стандартное сечение. Провод АС-70/11, Iдоп = 265 А, r0=0,42 Ом/км, х0=0,416 Ом/км. Выбранный провод проходит по условию коронирования.

Проверяем провод по нагреву в послеаварийном режиме: 265 > 184 А

Потери активной энергии в проводах линии за 1 год:

ΔАл = 2·(3·572·0,42·2·2199)/1000 = 35385 кВт·ч.

Рассчитаем токи короткого замыкания в начале отходящих линии от подстанции энергосистемы и на вводах ГПП по формулам (4.8 – 4.13). Исходная схема и схема замещения для расчетов короткого замыкания приведены на рисунке 4.2. Определяем параметры схемы замещения. Нам задана мощность короткого замыкания на шинах подстанции энергосистемы Sс = 5000 MBA. Принимаем базисную мощность Sб = 1000 MBА, и базисное напряжение Uб = 115 кВ.

Рисунок 4.2 - Исходная схема и схема замещения для расчета токов  короткого замыкания 110 кВ.

Суммарное сопротивление системы в относительных единицах:

о.е.

Сопротивление воздушной линии 110 кВ в относительных единицах:

 о.е.

Определим ток короткого замыкания в точке К-1 (X1 = XС = 0,29 о.е.). Ток короткого замыкания в точке К-1 (периодическая составляющая принимается постоянной в течение всего процесса замыкания):

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8