Курсовая работа: Проектирование узловой подстанции 220/35/10

Допустимые температуры нагрева установлены в зависимости от марки провода и кабелей и материала изоляции. Так, для неизолированных проводов ВЛ и неизолированных проводов, прокладываемых внутри зданий, установлена допустимая температура не выше 70°С. Для ВЛ эта температура обусловлена свойствами соединительных контактов, нагрев которых выше этой температуры приводит к интенсивной коррозии и возрастанию их переходных сопротивлений. Кроме того, нагрев контакта до более высокой температуры вызывает его ослабление при последующем охлаждении, что приводит к дополнительному увеличению его сопротивления и дальнейшему перегреву, грозя, в конце концов, нарушить работу линии. Данными эксплуатационных наблюдений установлено, что указанная предельная температура провода гарантирует нормальную работу соединительных контактов.

Для обеспечения нормальных условий работы линии допустимый ток должен удовлетворять следующим условиям:

Iдоп≥Iнб, (2.5)

где Iдоп – длительно допустимый ток, А;

Iнб – наибольший из токов линии в послеаварийном режиме, А;

Определим наибольшие токи, протекающие по линии, для этого определим потоки мощности в линиях.

Iнб=S∑/(Uном(n-1)) (2.6)

где Iнб – наибольший ток в линии, А;

Uном – номинальное напряжение, кВ;

n – число цепей; n=1

Для выбранного провода марки АС–240/32 , Iдоп =605 А, значит условие (Iдоп≥Iнб) выполняется

Принимаем провод марки АС–240/32

3. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПОДСТАНЦИИ

Электрическая часть каждой электростанции и подстанции характеризуется, прежде всего, схемой электрических соединений, на которой условными обозначениями нанесены все агрегаты и аппараты электрической части станции или подстанции и соединения между ними.

Схемы электрических соединений разделяются на две основные группы: главные схемы, или схемы первичных цепей, и схемы вторичных цепей.

Первичными являются цепи, по которым электроэнергия передается от генераторов к электроприемникам, т.е. по которым проходят рабочие токи нагрузки. В этих цепях показывают коммутационные аппараты, аппараты для ограничения токов короткого замыкания, измерительные трансформаторы тока и напряжения, аппараты для защиты установок от перенапряжения и т.п.

Вторичными являются цепи, предназначенные для контроля, защиты и управления основного оборудования и первичных цепей. К вторичному оборудованию относятся измерительные приборы, релейная защита, автоматика, приборы и аппараты управления, сигнализации, блокировки и др.

Схемы электрических соединений можно изображать в однолинейном и трехлинейном исполнении.

В однолинейных схемах условно показывают соединения только для одной фазы, что упрощает схему. Эти схемы дают общее представление об электроустановке и позволяют ориентировочно определить количество установленного основного оборудования, так как все три фазы обычно имеют одинаковые соединения и в них включаются одни и те же аппараты. Трехлинейные схемы составляют для всех трех фаз.

Главные схемы станций выполняют, как правило, в однолинейном изображении, а трехлинейные схемы разрабатываются для отдельных элементов станции, например для цепи генератора, трансформатора, отходящей линии и т.д. В трехлинейных схемах изображают также и вторичные цепи со вспомогательной аппаратурой.

Однолинейные схемы электрических соединений получили наибольшее распространение. Они используются при исследовании нормальных и аварийных режимов в процессе проектирования и эксплуатации станций, при разработке противоаварийных мероприятий, конструкций распределительных устройств и т.д.

В однолинейном изображении составляют и оперативные схемы электрических соединений, которыми пользуются в условиях эксплуатации станции.

В главных схемах все коммутационные аппараты показываются в отключенном положении. На оперативных схемах состояние элементов должно строго соответствовать режиму работы станции (подстанции) на данный момент времени. При изображении схем электрических соединений пользуются условными графическими обозначениями, которые установлены ЕСКД и действующими государственными стандартами (ГОСТ).

Так как проектируемая узловая подстанция выполнена на 3 уровня напряжения 220/35/10. Структурная схема проектируемой узловой подстанции будет выглядеть следующим образом:

Схемы промышленного электроснабжения выбираются из соображений надежности, экономичности и безопасности, а так же с расчётом на расширение. Надежность схемы определяется в зависимости от категории приемников электроэнергии. При этом, если в числе приемников электроэнергии предприятия или цеха имеется хотя бы один приемник 1-й категории, количество источников питания должно быть не менее двух, а схема электроснабжения должна обеспечивать надежное его питание. Источники питания при этом должны быть независимыми. Они считаются независимыми в том случае, если нарушение режима или повреждение одного из них не влечет за собой нарушение режима работы или прекращение работы другого. Независимыми источниками питания могут быть в системе промышленного электроснабжения собственные электростанции промпредприятия или генераторы, работающие на разные секции шин и имеющие независимые первичные двигатели; станции, линии, секции, трансформаторы разных подстанций энергосистем. Независимыми могут считаться секции шин, питающиеся от генераторов (при условии, что их не менее двух на каждую секцию, причем секции не должны быть электрически связаны) между собой или иметь связь автоматически их разъединяющую.

Из комплекса предъявляемых условий, влияющих на выбор главной схемы электроустановки, можно выделить основные требования к схемам: надежность электроснабжения потребителей; приспособленность к проведению ремонтных работ; оперативная гибкость электрической схемы; экономическая целесообразность.

Исходя из выше указанных основных требований к схемам соединений, для проектируемой узловой подстанции выберем следующие схемы соединений:

1. РУВН с уровнем напряжения 220 кВ используем одну секционированную систему сборных шин с обходной системой шин.

2. РУСН с уровнем напряжения 35 кВ используем схему с одной секционированной системой шин.

3. РУНН с уровнем напряжения 10 кВ используем схему с одной секционированной системой шин.

Обоснование выбранных принципиальных электрических схем подстанции

Для РУВН с уровнем напряжения 220 кВ используем схему с одной секционированной системой шин с секционным выключателем. Эту схему можно применять при парных линиях. Число присоединений определяется экономической целесообразностью установки секционных выключателей. Важным требованием к схемам на стороне высшего напряжения является создание условий для ремонта выключателей без перерыва работы. Этим требованиям отвечает схема с одной секционированной системой шин. [4, стр.172]

Для РУСН с уровнем напряжения 35 кВ используем одну секционированную систему шин с секционным выключателем, т.к. данная система обеспечивает надежность работы, при небольшом числе присоединений, из-за малого числа коммутационных аппаратов, что делает ее достаточно экономичной.

РУНН с уровнем напряжения 10 кВ выполняем с одной секционированной системой шин с секционным выключателем. Схема проста и наглядна. Источники питания и линии 6 кВ присоединяются к сборным шинам с помощью выключателей и разъединителей. На каждую цепь необходим один выключатель, который служит для отключения и включения этой цепи в нормальных и аварийных режимах. При необходимости отключения линии достаточно отключить выключатель. Если выключатель выводится в ремонт, то после его отключения отключают разъединители: с начала линейный, a затем шинный. Таким образом, операции с разъединителями необходимы только при выводе присоединения в целях обеспечения безопасного производства работ. Вследствие однотипности и простоты операций с разъединителями аварийность из-за неправильных действий с ними дежурного персонала мала, что относится к достоинствам рассматриваемой схемы. Так же схема позволяет использовать комплектные распределительные устройства (КРУ), что снижает стоимость монтажа, позволяет широко применять механизацию и уменьшить время сооружения электроустановки.

4. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4.1 Основные определения и общая характеристика процесса

Коротким замыканием (КЗ) называется не предусмотренное нормальной эксплуатацией соединение разноименных фаз между собой или соединение фаз с землей.

Причины КЗ: механические повреждения изоляции (проколы и разрушение кабелей при земляных работах, поломка изоляторов и т.д.); старение, то есть износ изоляции, приводящий постепенно к резкому ухудшению электрических свойств изоляции; увлажнение изоляции; различные набросы на провода воздушных линий; перекрытие фаз животными и птицами; перекрытие между фазами вследствие атмосферных перенапряжений; ошибочные действия персонала (например, при отключении нагруженной линии разъединителем, возникшая при этом дуга перекроет изоляцию между фазами).

Некоторые короткие замыкания являются устойчивыми и не исчезают после снятия напряжения с установки (например, КЗ вследствие механических повреждений и старения изоляции), другие являются неустойчивыми, то есть исчезают после снятия напряжения (например, перекрытие гирлянды изоляторов воздушной линии вследствие атмосферного перенапряжения прекращается, как только будет снято напряжение с линии).

В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами – трехфазные КЗ, между двумя фазами – двухфазные КЗ, однофазные замыкания на землю.

На практике чаще всего встречаются однофазные КЗ (от 60% до92%) и значительно реже – трехфазные (от 1% до7 %). Как правило, трехфазное КЗ вызывает прохождение в поврежденной цепи наибольшего тока, поэтому для выбора аппаратуры обычно производится определение тока при трехфазном КЗ.

Последствиями КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Увеличение тока приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей в изоляции, что может привести к дальнейшему развитию аварии. Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов собственных нужд. При напряжении ниже 70% от номинального напряжения двигатели затормаживаются, работа механизмов прекращается. Еще большее влияние снижение напряжения оказывает на работу электрической системы, где могут быть нарушены условия синхронной работы отдельных генераторов или станций между собой. Значения токов КЗ зависят от мощности источника, напряжения и сопротивления короткозамкнутой цепи. На крупных ТЭС токи КЗ достигают нескольких десятков и даже сотен тысяч ампер.

Все электрические аппараты и токоведущие части электрических станций и подстанций должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении по ним наибольших возможных токов КЗ, в связи с чем возникает необходимость расчета этих величин.

4.2 Назначение и порядок выполнения расчетов

Расчеты токов КЗ производятся для выбора или проверки параметров электрооборудования, а также для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики.

Расчет тока КЗ с учетом действительных характеристик и действительного режима работы всех элементов энергосистемы, состоящей из многих электрических станций и подстанций, весьма сложен. Вместе с тем для решения большинства задач, встречающихся на практике, можно ввести допущения, упрощающие расчеты и не вносящие существенных погрешностей. К таким допущениям относятся следующие:

1.фазы ЭДС всех генераторов не изменяются (отсутствие качания генераторов) в течение всего процесса КЗ;

2.не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;

3.пренебрегают намагничивающими токами силовых трансформаторов;

4.не учитывают, кроме специальных случаев, емкостные проводимости элементов короткозамкнутой цепи на землю;

5.считают, что трехфазная система является симметричной;

6.влияние нагрузки на ток КЗ учитывают приближенно;

7.при вычислении тока КЗ обычно пренебрегают активным сопротивлением цепи, если отношение х / r более трех.

Указанные допущения наряду с упрощением расчетов приводят к некоторому преувеличению токов КЗ (погрешность практических методов расчета не превышает 10%, что принято считать допустимым).

Для выбора этого оборудования расчетным током является трехфазный ток короткого замыкания.

Расчет токов при трехфазном КЗ выполняется в следующем порядке:

1.для рассматриваемой энергосистемы составляется расчетная схема, намечаются расчетные точки короткого замыкания;

2.по расчетной схеме составляется электрическая схема замещения, все сопротивления на ней нумеруются;

3.определяются величины сопротивлений всех элементов схемы замещения в относительных или именованных единицах и указываются на схеме замещения;

4.путем постепенного преобразования приводят схему замещения к наиболее простому виду так, чтобы каждый источник питания или группа источников, характеризующиеся определенным значением результирующей ЭДС Ерез, были связаны с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением Хрез;

5.зная результирующую ЭДС источника и результирующее сопротивление, по закону Ома определяют начальное значение периодической составляющей тока КЗ, затем ударный ток и при необходимости периодическую и апериодическую составляющие тока КЗ для заданного момента времени τ.

4.3 Расчет токов трехфазного короткого замыкания

1.  Составляем расчетную схему ПС, намечая расчетные точки короткого замыкания.

2. По расчетной схеме составляем электрическую схему замещения.

3. Определяются величины сопротивлений всех элементов схемы замещения.

Расчет ведется в относительных единицах.

Зададимся базисными условиями:

Sб = 1000 МВА;

Uб1 = 230 кВ;

Uб2 = 37,5 кВ;

Uб1 = 11 кВ;

Сопротивление системы:

 (4.1)

где Sк.з. – мощность короткого замыкания на шинах системы, МВА;

Сопротивление питающих линий [4, стр.104]

хл*бmax = (х0 · l · Sб)/ Uб2(n-1)

хл*бmax = (0,405·106·1000)/2302·(3-1) =0,406 о.е., (4.2)

что соответствует послеаварийному режиму работы линии.

где х0 – удельное реактивное сопротивление провода, Ом;

l – длина провода, км;

хл*бmin = хлmax/3 = 0,406/3 = 0,135 о.е.,

что соответствует нормальному режиму работы линии.

Сопротивление трансформаторов:

хт= (Uк· Sб)/(100·Sном); (4.3)

где Uк – напряжение короткого замыкания обмоток трансформатора, %;

Sном – номинальная мощность трансформатора, МВА;

Рассчитаем напряжение короткого замыкания обмоток трансформатора:

Uкв=0,5(Uв-с+Uв-н–Uс-н)=0,5(11+28,8–12,5)=27,3%; (4.4)

где Uв-с ;Uв-н ;Uс-н – напряжение короткого замыкания соответствующих обмоток трансформатора, %;

Uкс = 0,5(Uв-с+Uс-н–Uв-н) = 0,5(11+12,6-28,8) = -5,2%; → 0%

Uкн = 0,5(Uв-н+Uс-н–Uв-с) = 0,5(28,8+12,6-11) = 30,4%;

хт*бв= (Uкв · Sб)/(100Sном) = (27,3 · 1000)/(100·63) = 4,3 о.е.; (4.5)

хт*бс =(Uкс · Sб)/(100Sном) = 0 о.е.;

хт*бн= (Uкн · Sб)/(100Sном) = (30,4·1000)/(100·63) = 4,83 о.е.;

4. Определим результирующее сопротивление в точках короткого замыкания:

К1

хрез*бmax = xс*б + хл*бmax =0,25 + 0,406 = 0,656 о.е.;

хрез*бmin = xс*б + хл*бmin = 0,25+ 0,135 = 0,385 о.е.;

К2

хрез*бmax = xс*б + хл*бmax + хт*бв + хт*бс = 0,25+ 0,406 + 4,3+0= 4,96 о.е.;

хрез*бmin = xс*б + хл*бmin + (хт*бв + хт*бс)/2=0,25+ 0,135+(4,3+0)/2=2,54 о.е.;

К3

хрез*бmax = xс*б + хл*бmax + хт*бв + хт*бн = 0,25+ 0,406 + 4,3+4,83= 9,79 о.е.;

хрез*бmin = xс*б + хл*бmin + хт*бв + хт*бн = 0,25 + 0,135 + 4,3+4,83= 9,52 о.е.;

5. Определяют начальное значение периодической составляющей тока КЗ, затем ударный ток и при необходимости периодическую и апериодическую составляющие тока КЗ для заданного момента времени τ.

Рассчитываем базисные токи:

Iб = Sб / Uб; (4.6)

Iб1 = 2,51 кА;

Iб2 = 15,4 кА;

Iб3 = 52,49 кА;

Определяем ток трехфазного короткого замыкания для всех расчетных точек короткого замыкания в начальный момент времени:

Iп0(3) = (Е*с·Iб) / хрез*б; (4.7)

где Е*с – ЭДС системы, о.е.;

Е*с = 1;

I(3)maxп0 К1 = (Е*с·Iб1)/ хрез*бmin = (1·2,51)/ 0,385 = 6,52 кА;

I(3)minп0 К1 = (Е*с·Iб1)/ хрез*бmax = (1·0,503)/ 0,656 = 3,83кА;

I(3)maxп0 К2 = (Е*с·Iб2)/ хрез*бmin = (1·15,4)/ 2,54 = 6,06 кА;

I(3)minп0 К2 = (Е*с·Iб20/ хрез*бmax = (1·15,4)/ 4,96 = 3,10 кА;

I(3)maxп0 К3 = (Е*с·Iб3)/ хрез*бmin = (1·52,49)/ 9,52 = 5,51 кА;

I(3)minп0 К3 = (Е*с·Iб3)/ хрез*бmax = (1·52,49)/ 9,79 = 5,36 кА;

Выбор и проверка оборудования на термическую и динамическую стойкость к токам короткого замыкания проводятся по max значениям токов короткого замыкания. Минимальные значения используются проверке чувствительности РЗиА.

6. Проведем расчет результирующих активных сопротивлений:

Сопротивление системы:

Rc*б= 0;

Сопротивление линии:

rл*б = (r0 ·l ·Sб)/ Uб2= (0,09747·106·1000)/2302 =0,195 о.е., (4.8)

где r0 – удельное активное сопротивление провода, Ом; [9, стр.578]

l – длина провода, км;

Определяем общее активное сопротивление трансформатора:

rт*б =(ΔPкз ·Uб2·Sб)/(Sном2·Uном2) (4.9)

rт*б=(0,13·2302·1000)/(632·2302)=0,033 о.е.;

Определяем сопротивление обмоток трансформатора:

rт*бв=rт*б/2; rт*бс= rт*б/2; rт*бн= rт*б/2. (4.10)

rт*бв= 0,033/2=0,0165 о.е;

rт*бс=0,033/2=0,0165 о.е;

rт*бн=0,033/2=0,0165 о.е;

Определяем результирующие сопротивления:

К1

rрез*бmax = rс*б + rл*бmax=0+0.195=0,195 о.е.

rрез*бmin = rс*б + rл*бmin=0+0,195/2=0,0975 о.е

К2

rрез*бmax = rс*б + rл*бmax + (rт*бв + rт*бс) /2 = 0,195+0,0165 = 0,212 o.е.;

rрез*бmin = rс*б + rл*бmin + (rт*бв + rт*бс) / 2=0,0975+0,0165=0,114 о.е.;

К3

rрез*бmax = rс*б + rл*бmax + rт*бв + rт*бн = 0,195+0,0165 +0,0165= 0,228 о.е.;

rрез*бmin = rс*б + rл*бmin + rт*бв + rт*бн = 0,0975+0,0165+0,0165= 0,131 о.е.

7. Определяем эквивалентные постоянные времени для каждой точки КЗ:

Tа=хрез*б/(ω*rрез*б), (4.11)

где ω= 2πf.

Tаmaxвн= 0,656/(314·0,195)=0,011; Tаminвн= 0,385/(314·0,0975)=0,013;

Tаmaxсн= 4,96 /(314·0,212)=0,075; Tаminсн= 2,54 /(314·0,114)=0,071;

Tаmaxнн= 9,79/(314·0,228)=0,137; Tаminнн= 9,52/(314·0,131)=0,231.

8. Определяем ударные коэффициенты:

Куд=1+ (4.12)

Кудmaxвн=1+=1+0,57=1,57; Кудminвн=1+=1+0,57=1,57;

Кудmaxсн=1+=1+0,88=1,88; Кудminсн=1+=1+0,84=1,84;

Кудmaxнн=1+=1+0,87=1,87; Кудminнн=1+=1+0,89=1,89.

9. Определяем ударные токи:

iудmax=·I(3)maxп0·Кудmaxвн (4.13)

iуд maxвн= ·6,52 ·1,403= 12,94 кА;

iудmaxсн = ·6,06 ·1,875= 16,07 кА; iудmaxнн = ·6,15 ·1,87= 15,03 кА.

5. ВЫБОР И ПРОВЕРКА ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

На электрических станциях и подстанциях применяют электрические аппараты и токоведущие части (проводники) различного типа. Различают аппараты и токоведущие части первичных и вторичных цепей.

Электрические аппараты первичных цепей различного напряжения можно условно разделить на четыре группы:

1) коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, отделители, короткозамыкатели);

2) защитные аппараты (предохранители, ограничители ударного тока, разрядники и ограничители перенапряжений);

3) токоограничивающие аппараты (токоограничивающие реакторы и резисторы, дугогасящие реакторы и др.);

4) измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, емкостные делители напряжения и т.п.).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8