Расчет электрической подстанции

Расчет электрической подстанции

Введение

В настоящее время электрическая энергия является наиболее широко используемой формой энергии. Это обусловлено относительной легкостью ее получения, преобразования, передачи на большое расстояние и распределения между приемниками. Огромную роль в системах электроснабжения играют электрические подстанции — электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электрической энергии.

Развитие сельскохозяйственного производства, создание аграрнопро-мышленных комплексов приводит к необходимости реконструкции и строи-тельству новых электрических сетей в сельской местности, к постоянному повышению их пропускной способности и более высоких требований к на-дeжности электроснабжения. В существующем электроснабжении сельского хозяйства имеются недостатки. Даже животноводческие комплексы, являющиеся потребителями первой категории по надёжности электроснабжения, не все обеспечены резервированием электроснабжения. Одна из причин имеющихся недостатков существующего электроснабжения сельских потребителей – недостаточное оснащение действующих электрических сетей современным оборудованием. Часть действующих сетей имеет недостаточную пропускную способность, поскольку расчётные нагрузки при их проектировании принимались на перспективу 5-10 лет, а находятся они в эксплуатации гораздо большее количество лет.

Тупиковая ПС – это ПС, получающая электроэнергию от одной электроустановки высшего напряжения к ЭУ потребителей с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации и аппаратов.

Подстанции (ПС) предназначены для приёма, преобразования и распределения электроэнергии.

Схема подстанции тесно увязывается с назначением и способом присоединения подстанции к питающей сети и должна:

-обеспечивать надёжность электроснабжения потребителей подстанции и перетоков мощности по межсистемным или магистральным связям в нормальном и в послеаварийном режимах;

-учитывать перспективу развития;

-допускать возможность постепенного расширения РУ всех напряжений;

-учитывать требования противоаварийной автоматики;

Главная схема электрических соединений подстанции является тем основным элементом, который определяет все свойства, особенности и техническую характеристику подстанции в целом. При выборе главной схемы неотъемлемой частью ее построения являются обоснование и выбор параметров оборудования и аппаратуры и рациональная их расстановка в схеме, а также принципиальное решение вопросов защиты, степени автоматизации и эксплуатационного обслуживания подстанции.

1. Электротехническая часть

1.1 Электрический расчет потребителей

Нагрузка подстанции определяется мощностью потребляемой всеми присоединенными к ее сети электроприемниками и теряемой в электросети. Режим работы электроприемников, зависящий от их назначения и использования, не остается постоянным и изменяется в различные часы суток и месяцы года. Изменяется и потребляемая ими электрическая мощность.

Электрические нагрузки определяют для выбора и проверки токоведущих элементов (шин, кабелей, проводов) силовых трансформаторов и преобразователей пропускной способности (нагреву), а также для расчета потерь, отклонений и колебаний напряжения, выбора защиты и компенсирующих устройств.

Режим работы электроприемников, зависящий от их назначения и использования, не остается постоянным и изменяется в различные часы суток и месяцы года. Изменяется и потребляемая ими электрическая мощность.

1.1.1 Расчёт нагрузки жилых домов

Все потребители электроэнергии города делятся на следующие группы: потребители селитебных зон города, промышленные потребители, коммунальные потребители общегородского значения (водопровод, канализация и т.д.), потребители районов, прилегающих к городу.

Наибольшее относительное потребление реактивной мощности в коммунально–бытовом секторе наблюдается в ночное время, когда работают газоразрядные лампы наружного освещения и дежурного освещения общественных зданий. Потребление электрической энергии во времени отражается суточными, сезонными и годовыми графиками нагрузки.

Расчётную активную нагрузку квартир, приведённую к вводу жилого дома, линии или к шинам напряжением 0,38 кВ трансформаторной подстанции, следует определять по формуле:

Pкв = pкв.удn (1.1)

где pкв.уд – удельная расчётная нагрузка электроприёмников квартир

(домов), присоединённых к вводу жилого дома, линии, трансформаторной подстанции кВт / квартиру;

n – число квартир, присоединенных к элементу сети.

Для любого климатического района pкв.уд определяется по данным таблицы 2-7 [2,с34], для числа квартир, не указанного в таблице, - путём интерпретации. Расчётную активную нагрузку силовых электроприёмников, приведённую к вводу жилого дома, линии или к шинам напряжением 0,38кВ трансформаторной подстанции, следует определять с учётом коэффициентов спроса, т.е. отношения расчётной активной нагрузки Рмакс к номинальной мощности электроприёмника Р н по формуле:

К с = Р макс / Р н (1.2)

Расчётная нагрузка лифтовых установок жилого дома определяется по формуле:

 Р л = К с∑ Рл i (1.3)

где Кс – коэффициент спроса, определяемый по таблице 2-8  N л-число лифтовых установок, питаемых на линии;  Рл I – установленная мощность электродвигателей I –го лифта, кВт.

Нагрузка электродвигателей насосов водоснабжения, вентиляторов и других санитарно-технических устройств Рдв определяется по их установленной мощности с учётом коэффициента спроса Кс =0,7. Мощность резервных электродвигателей, а также электроприёмников противопожарных устройств при расчёте электрических нагрузок не учитывается.

В целом расчётная нагрузка жилого дома равна:

Р ж д = Р кв + 0,9 Р с (1.4)

При определение полных нагрузок квартир и силовых электро приёмников следует пользоваться расчётными коэффициентами мощности. Так, полная расчётная мощность жилого дома составит:

S ж д = (Pкв / cosφкв) + 0,9 ((Рл / cosφл) + (Рдв/ cosφдв))             (1.5)

При этом коэффициент мощности для квартир с электроплитами cos φ= 0,98, для квартир с плитами на газе или твёрдом топливе cos φ= 0,96, хозяйственных насосов, вентиляторов и санитарно-технических устройств cos φ= 0,85, лифтов cos φ= 0,6.

При ориентировочных расчётах расчётную активную нагрузку жилых домов микрорайона или квартала можно определять по удельным расчётным нагрузкам жилых домов Руд.ж.д, приведённых к шинам 0,38кВ трансформаторных пунктов, в частности по формуле:

Рж.д=10-3 Р уд.ж.дF (1.6)

где F-полезная площадь жилых домов, подключённых к шинам напряжением 0,38кВ трансформаторного пункта, м2 .

Значения удельных нагрузок жилых домов приведены в таблице 2-9 [2, c 36].Они включают в себя нагрузки систем отопления, горячего водоснабжения и подкачки водопровода, установленных в центральных тепловых пунктах или индивидуального в каждом доме, а также нагрузки лифтов и наружного освещения территории микрорайонов и не учитывают нагрузки электроотопления, электронагрева и бытовых кондиционеров воздуха. Удельные нагрузки определены, исходя из средней полезной площади квартир, равной 50м2, и относится как к первой очереди строительства, так и к расчётному сроку. При определении полной расчетной нагрузки жилых домов учитывается коэффициент мощности, приведенный в таблице 2-10 [2, c 36]

1.1.2 Нагрузка распределительных сетей

Потребители размещаются на территории города произвольно, поэтому отдельные элементы электрических сетей могут использоваться для совместного питания. Расчётная нагрузка таких элементов находится путём совмещения графиков нагрузок соответствующих потребителей. Допускается расчётную нагрузку элементов определять суммированием максимальных нагрузок присоединенных потребителей учётом разновремённости наступления максимумов их нагрузки, путём введения соответствующих коэффициентов участия в общем максимуме нагрузки. Произведем расчет мощности трансформаторных пунктов питающих потребителей на напряжение 0,4 кВ. На территории поселка предусмотрена установка 4 трансформаторных пунктов (ТП). ТП-1 питает 9 жилых одноэтажных домов на два хозяина, поэтому при расчете условно принимаем 18 жилых домов. Также от ТП запитан магазин, активная мощность рассчитывается по таблице 2.7 [2, c 40]  Расчет произведем по формулам (1.1) и (1.5):

РКВ=18*10,8=196 кВт,

SЖД = 196/0,98=200 кВ*А,

РМ=0,5*15=7,5 кВт,

SМ =7,5*0,9=8,3 кВ*А,

S =200+8,3=208,3 кВ*А.

1.1.3 Построение распределительных сетей 6/0,4 кВ

Рассмотрим две различные конфигурации распределительной сети петлевую и двухлучевую. Распределительная сеть, сооружаемая на территории города, представляет собой совокупность распределительной сети 6 кВ, трансформаторных подстанций и распределительной сети 0,38 кВ.

Рассмотрим петлевую схему распределительных сетей представленную на рисунке 1.2. По мере роста требований к надежности электроснабжения потребителей в сетях стали предусматриваться резервные элементы. Наиболее естественным явился переход к двухстороннему питанию ТП и потребителей. В результате была разработана так называемая петлевая схема построения распределительных сетей. Отмечаются две разновидности петлевых сетей. Первая представляет собой сеть напряжением 0,38 кВ с распределительными линиями одностороннего питания в сочетании с петлевыми линиями 6 кВ.

Петлевой называется линия, в которой возможно двойное питание. Эта схема может работать по разомкнутой схеме. При выполнении сети 6-10 кВ воздушными линиями допускается одностороннее питание ТП. Резерв трансформаторной мощности в ТП не предусматривается, то есть устанавливается один трансформатор.

Рассмотрим построение петлевой сети её достоинства и недостатки. В нормальном режиме все элементы сети находятся в исправном состоянии. Распределительные линии 6-10 кВ питаются от фидеров №4 и№11, за счет этого создается возможность двухстороннего питания каждой ТП. Из рисунка также видно, что распределительные линии 0,38 кВ, питающие приемники II категории (линии а и б), выполняются петлевыми. Для приемников III категории (линии в) предусматриваются концевые вводы. Осуществление двухстороннего питания возможно разными способами. Например, для питания потребителя а1 предусматриваются два ввода от ТП1. Питание потребителей б1,б2,б3, и б4 осуществляется по петлевой линии Л3 и Л3\, опирающейся на ТП1 и ТП2. Петлевые линии 0,38 кВ содержат специальное распределительное устройство, так называемый соединительный пункт С1 и С2 .

В нормальном режиме распределительная сеть 0,38 кВ работает с расключением в соединительных пунктах, в результате чего каждый трансформатор питает определённый район сети 0,38 кВ.

В аварийном режиме при выходе из строя одной ТП или линии питающей ТП, нагрузка двух районов может прийти на одну ТП. Исходя из этого мощность каждого трансформатора на ТП, следует выбирать с учетом резервирования на случай питания потребителей, присоединенных к линиям

Рассмотрим многолучевую схему распределительных сетей

представленную на рисунке 1.3. Наиболее распространенной является схема двухлучевая схема сети с устройством АВР при напряжении 6-10 кВ или 0,38 кВ. При этом в ТП устанавливается два трансформатора питаемых от двух различных линий и АВР на напряжение 0,38 кВ. Каждая ТП питает свой участок сети, резерв производится за счет установки двух трансформаторов и АВР.

Обе схемы обладают достаточной надежностью. Первая схема является более экономичной за счет установки в ТП одного трансформатора, поэтому выбираем первую схему распределительных сетей. Окончательный вывод будет сделан после технико-экономического сравнения вариантов схем распределительных сетей.

1.1.4 Выбор номинальной мощности трансформаторов трансформаторных пунктов

По мощности потребителей произведем выбор мощности трансформаторов устанавливаемых на ТП по условию аварийной перегрузки, с учетом резервирования соседнего участка сети по формуле:

SТР=  (1.7)

SМАХ=208,3 =430,5 кВ*А.

Тогда номинальная мощность одного трансформатора будет равна:

Sном=430,5 /*1,4=307,5 кВ*А.

что соответствует перегрузу трансформатора на 40%.

По расчетной номинальной мощности трансформатора, выбираем

номинальную мощность трансформатора:

Sном=400 кВ*А.

1.2 Выбор схемы подстанции

Главная схема электрических соединений подстанции — это совокупность основного электрооборудования (трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними соединениями.

Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части подстанции, так как он определяет полный состав элементов и связей между ними. Выбранная главная схема является исходной при составлении принципиальной схемы электрических соединений, схем собственных нужд, схем вторичных соединений, монтажных схем и так далее.

Принципиальная схема подстанции 110/6 представлена на рис. 1.4.

При выборе схемы электроустановок должны учитываться различные факторы: значение и роль подстанции для энергосистемы; положение подстанции в энергосистеме, схемы и напряжения прилегающих сетей; категория потребителей по степени надежности электроснабжения; перспектива расширения подстанции и прилегающего участка сети. Из всего комплекса условий, влияющих на выбор главной схемы подстанции, можно выделить основные требования:

- надежность электроснабжения потребителей;

- приспособленность к проведению ремонтных работ;

- оперативная гибкость электрической схемы;

- экономическая целесообразность.

Подстанция получает питание по линии 110 кВ, присоединяется к

На подстанции применена широко используемая сегодня для тупиковых подстанций упрощенная схема с отделителями и короткозамыкателями со стороны высшего напряжения. Отказ от установки выключателя (маслянного или воздушного) дает экономию капитальных и эксплуатационных затрат, сокращает сроки сооружения, сокращается численность персонала по ремонту и эксплуатации. Вместо выключателя на стороне высшего напряжения установлен короткозамыкактели и отделители, и отключение питающей лини происходит посредством срабатывания головного выключателя. Подстанция имеет две секции шин по 6 кВ. Из ЗРУ по кабельным линиям 6 кВ электрическая энергия передается потребителям. Для распределения энергии по кабельным линиям 6 используется радиальная схема.

Радиальная схема выбрана по ряду причин: потребители электроэнергии размещены в разных направлениях от подстанции; радиальная схема более надежна по сравнению с магистральной схемой; в данной схеме электрическая энергия передается прямо к приемникам, без ответвлений на пути для питания других потребителей.

Каждый из двух трансформаторов питает свои секции шины 6 с одним выключателем на цепь. Шины соединены секционным выключателем. Эта схема выбрана из-за того, что к шинам присоединено большое количество приемников, а также учитывается необходимость сто процентного резервирования. Обе системы шин находятся в работе при соответствующем фиксированном распределении всех присоединений.

В нормальном режиме работы секционный выключатель отключен, каждый трансформатор питает свою секцию шин. При выходе из строя одного из трансформаторов, он отключается, срабатывает секционный выключатель, питание всех потребителей производится через второй трансформатор. Такое распределение присоединений увеличивает надежность схемы. Однако эта схема имеет свои недостатки. Так повреждение шиносоединительного выключателя равноценно короткому замыканию на обеих системах шин, то есть приводит к отключению всех присоединений.

1.3 Выбора числа и мощности трансформаторов

Трансформаторы относятся к основному оборудованию подстанции и правильный технически и экономически обоснованный выбор их типа, числа и мощности необходим для рационального электроснабжения потребителей электрической энергией.

Выбор трансформаторов заключается в определении их числа, типа и номинальной мощности. К основным параметрам трансформатора относятся номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение короткого замыкания; ток холостого хода; потери холостого хода и короткого замыкания.

На подстанции принято решение об установке двух трансформаторов одинаковой мощности по простой, надежной и экономичной схеме с отделителями и короткозамыкателями на стороне высшего напряжения без выключателей на это напряжение. Перед началом расчета требуется определить категорию электроприемников, получающих питание от подстанции. Подстанция осуществляет электроснабжение приемников первой и второй категории, перебои в электроснабжении которых недопустимо. В связи с этим при выборе типа и числа трансформаторов необходимо учитывать надежность электроснабжения и возможность резервирования. Надежность электроснабжения обеспечивается за счет установки на подстанции двух трансформаторов. Такое решение отвечает требованиям по надежности электроснабжения. Для проверки правильности принятого решения в главе 3 проведем расчет, основанный на технико-экономическом сравнении двух вариантов.

При возникновении повреждений или выводе одного трансформатора в ремонт, оставшийся должен обеспечивать потребляемую потребителями мощность. Покрытие может осуществляться не только за счет использования номинальной мощности трансформаторов, но и за счет их перегрузочной способности (в целях уменьшения установочной мощности трансформаторов).

При проектировании определение типа и мощности трансформаторов проводится на основе технико-экономических расчетов, для оценки правильности принятого решения по установке двух трансформаторов.

Максимальная полная расчетная мощность приемников, запитанных от выбираемых трансформаторов взятая из годового графика нагрузки равна 10357кВ×А.

Средняя расчетная полная мощность приемников равна 10132 кВ×А.

Так как подстанция снабжает электроэнергией потребителей первой и второй категории и учитывая необходимость 100%-ного резервирования, номинальная мощность одного трансформатора из двух рассматриваемых

равна:

                                    (1.8)

 кВ×А.

Сравним два варианта установки двух трансформаторов. Из справочника [3] выбираем два двухфазных трансформатора типа ТДТН-6300/110 и двухфазных трансформаторов ТДНТ –10000/110. Паспортные данные представлены в табл. 1.4 и 1.5.

Таблица 1.4-Паспортные данные первого варианта трансформатора

Таблица 1.5-Паспортные данные второго варианта трансформатора

Мощность трансформаторов необходимо определять с учетом его перегрузочной способности. Систематическая перегрузочная способность можно характеризовать коэффициентом заполнения графика нагрузки.

Коэффициент заполнения графика нагрузки

 (1.9)

Допустимая перегрузка трансформатора в часы максимума равна:

                        (1.10)

 кВ×А ,

 кВ×А

Тогда коэффициент загрузки определяется

1.11)

Определяем коэффициент допустимой перегрузки мл трансформатора

зимой по формуле:

мл = 1 – кз.т. (1.12)

мл1 = 1 – кз.т.1. = 1 – 0,52 = 0,48 ,

мл2 = 1 – кз.т.2. = 1 – 0,45 = 0,55

Перегрузка не должна превышать 15%, поэтому примем мл=0,15. Суммарный коэффициент кратности допустимой перегрузки равен

                                    (1.13)

,

Допустимая перегрузка на трансформаторы с учетом допустимой систематической перегрузки в номинальном режиме равна:

 (1.14)

 кВ×А;

 кВ×А

Сравнивая полученные данные можно сделать вывод, что оба варианта обеспечивают требуемой мощностью потребителей, оба варианта обеспечивают требуемую надежность в соответствии с категорией потребителей электрической энергии. Установка трансформаторов по второму варианту обеспечит большую мощность. Но в нашем случае это не является необходимым, так как подстанции работает с недогрузкой

Страницы: 1, 2, 3, 4