Проектирование электрической части подстанции

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский  государственный университет им. М. Козыбаева

Факультет энергетики и  машиностроения

Кафедра энергетики и  приборостроения

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

«Проектирование электрической части подстанции»

 

Дисциплина

«Электрические станции и подстанции»

 

 

АВТОР Зорина Е. Ю

РУКОВОДИТЕЛЬ

Преподаватель Ефимова  Г.А.

 

 

 

 

 

Петропавловск, 2009г.

 

Введение

 

Электрическая энергия является наиболее удобным и дешевым видом энергии. Широкое распространение электрической энергии обусловлено относительной легкостью ее получения, преобразования и возможностью ее передачи на большие расстояния. Огромную роль в системах электроснабжения играют электрические подстанции - электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электроэнергии. Электрическая подстанция — часть системы передачи и распределения электрической энергии, в которой происходит повышение или понижение значения электрического напряжения с использованием трансформаторов. Различают два вида электрической подстанции: распределительная и трансформаторная. Распределительная подстанция работает на одном напряжении и служит узлом для потребителей и других подстанций. На трансформаторной используются трансформаторы для повышения или понижения напряжения. Чаще всего встречаются совмещенные подстанции. Они являются важным звеном в системе электроснабжения. При проектировании подстанции стараются использовать типовые решения, схемы и элементы, что приводит к унификации оборудования подстанции и как следствие к удешевлению обслуживания и проектировочной стоимости. Но на практике, при проектировании подстанции приходится учитывать особенности месторасположения и другие исходные условия.

В данной курсовой работе производиться расчет электрической части подстанции. Для этого производится выбор типа подстанции, определение суммарных мощностей, выбор числа и мощности силовых трансформаторов.

Определение токов нормального и утяжеленного режимов, выбор средств ограничения токов короткого замыкания, сборных шин и электрических аппаратов.

 

 

Задание на курсовую работу

 

Исходные данные

 

 

1. Определить суммарные мощности
2. Выбрать тип подстанции
3. Выбрать силовые трансформаторы
4. Определить токи нормального и утяжеленного режима
5. Выбрать средства ограничения токов короткого замыкания
6. Рассчитать токи короткого замыкания
7. Выбрать электрические аппараты
8. Выбрать сборочные шины
9. Выбрать распределительные устройства
10. Составить схему подстанции

 

Уменьшение стоимости  РУ достигается также сооружением  их по типовым проектам, которые разрабатываются ведущими проектами организациями.

 

 

1. Определение суммарных мощностей

 

 (3.1.1-3.1.3)

 

 

2. Выбор типа подстанции

 

На основании исходных данных и расчетных показаний, целесообразным является выбор типа подстанции:

 

 

 

3. Определение токов нормального и утяжеленного режимов

 

Специфическая область  применения (С – для систем собственных  нужд электростанций, Ж – для  электрификации железных дорог);

Номинальная мощность, кВА;

Класс напряжения обмотки  ВН, кВ;

Климатическое исполнение;

Категория размещения.

 

 

Расчет номинальной  мощности позволяет выбрать трансформатор:

Тип: ТРДЦН-125000/110

 

Потери 

I=0.5%

Масса полная 87,5 тонн

Масса масла 22 тонны

 

 

3. Проектирование электрической  части подстанции

 

3.1 Определение суммарных мощностей  подстанции

 

Суммарная активная мощность на стороне низкого напряжения (НН):

 

 

где – параметры потребителей на стороне НН подстанции,

соответственно число  и мощность линий, коэффициент несовпадения

максимумов нагрузки потребителей.

 

Полная мощность на стороне (НН):

 

 

где cosϕ – коэффициент мощности потребителя (НН).

 

Реактивная мощность на стороне (НН):

 

 

3.2 Выбор типа подстанции

 

После определения суммарной мощности подстанции выбирается тип подстанции, согласно схеме питающей сети, руководствуясь главными признаками, определяющими тип подстанции. Затем намечаются два варианта электрических схем соединений подстанций, производится выбор числа и мощности трансформаторов и на основании технико-экономического сравнения выбирается оптимальный вариант.

 

3. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

 

На понижающих подстанциях возможна установка одного, двух и более  трансформаторов. Наиболее часто на подстанциях устанавливают два  трансформатора или автотрансформатора. В этом случае при правильном выборе мощности трансформаторов обеспечивается надежное электроснабжение потребителей даже при аварийном отключении одного из них. На двухтрансформаторных подстанциях в первые годы эксплуатации, когда нагрузка не достигла расчетной, возможна установка одного трансформатора. В течение этого периода необходимо обеспечить резервирование электроснабжения потребителей по сетям среднего или низшего напряжения. В дальнейшем при увеличении нагрузки до расчетной устанавливается второй трансформатор. Если при установке одного трансформатора обеспечить резервирование по сетям СН и НН нельзя или полная расчетная нагрузка подстанции ожидается раньше чем через 3 года после ввода ее в эксплуатацию, то подстанция сооружается по конечной схеме, т. е. с двумя трансформаторами.

Однотрансформаторные подстанции могут сооружаться для питания неответственных потребителей III категории, если замена поврежденного трансформатора или ремонт его производится в течение не более одних суток.

Сооружение однотрансформаторных подстанций для потребителей II категории допускается при наличии централизованного передвижного трансформаторного резерва или при наличии другого резервного источника питания от сети СН или НН, включаемого вручную или автоматически.

Централизованный трансформаторный резерв широко используется в схемах электроснабжения промышленных предприятий. В этом случае в цехах сооружаются однотрансформаторные подстанции, и предусматривается один резервный трансформатор, который при необходимости может быть установлен на любой цеховой подстанции. То же самое может быть предусмотрено для сетевого района, объединяющего несколько подстанций, связанных подъездными дорогами, состояние которых позволяет в любое время года перевезти резервный трансформатор на любую подстанцию. Сооружение однотрансформаторных подстанций обеспечивает значительную экономию капитальных затрат, но не исключает возможности перерыва электроснабжения, поэтому рекомендуемая предельная мощность таких подстанций при наличии передвижного трансформаторного резерва 16-25 MB-А при ПО кВ, до 6,3 MB А при 35 кВ; 2,5-6,3 MB A при ПО кВ, до 2,5-4,0 MB-А при 35 кВ - при отсутствии передвижного резерва. Установка четырех трансформаторов возможна на подстанциях с двумя средними напряжениями (220/110/35/10 кВ, 500/220/35/10 кВ и др.).

Мощность трансформаторов выбирается по условиям:

при установке одного трансформатора:

 

 

при установке двух трансформаторов по

 

 

при установке п трансформаторов:

 

 

где S_max — наибольшая нагрузка подстанции на расчетный период 5 лет. Трансформаторы, обеспечивают питание всех потребителей в нормальном режиме при оптимальной загрузке трансформаторов 0,6 — 0,7 S_ном, а в аварийном режиме оставшийся в работе один трансформатор обеспечивает питание потребителей с учетом допустимой аварийной или систематической перегрузки трансформаторов. При выборе мощности автотрансформаторов, к обмотке НН которых присоединены синхронные компенсаторы, необходимо проверить загрузку общей обмотки автотрансформатора. Трансформаторы и автотрансформаторы с ВН до 500 кВ включительно по возможности выбираются трехфазными.

Группы из однофазных трансформаторов устанавливаются  при отсутствии трехфазных трансформаторов  соответствующей мощности. При установке  одной группы однофазных трансформаторов  предусматривается одна резервная  фаза. В ряде случаев может оказаться экономичнее применить спаренные трехфазные трансформаторы (автотрансформаторы).

 

3.4 Определение токов  нормального и утяжеленного режимов

 

Продолжительными режимами работы подстанции являются:

1) нормальный режим, когда цепи силовых трансформаторов (автотрансформаторов) подстанции характеризуются током

2) утяжеленный режим, когда один из силовых трансформаторов отключен, а по цепям другого (других) протекает рабочий максимальный ток.

Определение токов нормального  и утяжеленного режимов в цепях НН (6-10 кВ) силовых трансформаторов (автотрансформаторов) подстанции дает возможность наметить тип распределительного устройства (РУ) на стороне НН подстанции.

Если ном I < 3200 А, то РУ может быть выполнено комплектным для внутренней или наружной установки КРУ (Н) с установкой вакуумных или элегазовых выключателей с номинальным током отключения 20 кА или 31,5 кА.

Если 3200 < ном I < 5000 А, то в цепях НН силовых трансформаторов и секционного выключателя устанавливают шкафы КР10-Д10 с выключателем МГГ-10 с ном I = 5000 А, а в цепях отходящих линий шкафы с вакуумными или элегазовыми выключателями на соответствующие номинальные токи. В этом случае намечается РУ – комплектное внутренней установки (КРУ).

Если I > 5000 А, то в цепях силовых трансформаторов и секционного выключателя устанавливают выключатели серии МГУ-20 или другого типа. В этом случае РУ намечается закрытого типа (ЗРУ) с установкой в цепях отходящих линий шкафов КРУ.

 

4. Выбор средств ограничения токов короткого замыкания

 

Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Короткие замыкания  возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.

Чаще всего КЗ происходят через переходное сопротивление, например через сопротивление электрической  дуги, возникающей в месте повреждения  изоляции. Иногда возникают металлические  КЗ без переходного сопротивления. Для упрощения анализа в большинстве случаев при расчете токов КЗ рассматривают металлическое КЗ без учета переходных сопротивлений.

В трехфазных электроустановках  возникают трех- и двухфазные КЗ. Кроме того, в трехфазных сетях  с глухо - и эффективно-заземленными нейтралями дополнительно могут возникать также одно- и двухфазные КЗ на землю (замыкание двух фаз между собой с одновременным соединением их с землей)

При трехфазном КЗ все  фазы электрической сети оказываются  в одинаковых условиях, поэтому его называют симметричным. При других видах КЗ фазы сети находятся в разных условиях, в связи, с чем векторные диаграммы токов и напряжений искажены. Такие КЗ называют несимметричными.

Короткие замыкания, как  правило, сопровождаются увеличением  токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения

Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что  вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызвать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т. п. Проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение Обычно это имеет место, когда сопротивление х_к превышает сопротивление генератора в 4-6 раз. В этом случае форсировка возбуждения не только компенсирует снижение напряжения на генераторах, но и сообщает дополнительное приращение потоку Ф и ЭДС.

При дальнейшем увеличении электрической удаленности места  повреждения ток КЗ уменьшается  и короткое замыкание все в меньшей степени влияет на работу генератора.