Введение
Именно применение электроэнергии сделало возможным развитие самых передовых отраслей промышленности автоматизацию производства, внедрение и распространение компьютерных и информационных технологий. Именно электроэнергия неизмеримо повысила комфортность быта людей, все больше освобождая людей от рутинного домашнего труда. Темпы экономического роста в двадцатом столетии были очень высоки практически во всех регионах мира, хотя и в разное время. Рост производства и потребления электроэнергии был еще выше.
Дальнейшее проникновение электроэнергии в сферу быта и непроизводственных услуг увязывается с механизацией и автоматизацией труда в домашнем хозяйстве, с проникновением в быт людей телекоммуникаций и информационных технологий, повышением качества услуг образования, медицины, отдыха и развлечений.
К числу наиболее важных задач энергетической стратегии России относятся определение основных количественных и качественных механизмов достижения этих параметров, а также координация развития электроэнергетики с развитием других отраслей топливо - энергетического комплекса и потребности экономики страны.
Стратегическими целями развития отечественной электроэнергетики в перспективе до 2020 г. являются:
- надежное энергоснабжение населения и экономики страны;
- сохранение целостности и развитие Единой энергетической системы России, интеграция ЕЭС с другими энергообъединениями на Евразийском континенте;
- повышение эффективности функционирование и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики на базе новых современных технологий;
- уменьшение вредного воздействия отрасли на окружающую среду.
В оптимистическом варианте развитие электроэнергетики России ориентировано на сценарий экономического развития страны, предполагающий форсированное проведение социально-экономических реформ с темпами роста производства валового внутреннего продукта. [1. www.ehighenergy.info]
Мною проектируемая подстанция 500/110/10 киловольт предназначена для потребления мощности и питания предприятий цветной металлургии и населения. Связь с системой осуществляется на напряжениях 500 и 110 киловольт. Установка синхронных компенсаторов заданием не предусмотрена. Выдача мощности осуществляется на напряжениях 110 и 10 киловольт. Подстанция строится в Ростовской области.
1.
Выбор синхронных компенсаторов
Выбор синхронных компенсаторов заданием не предусмотрен
2.
Выбор и обоснование двух вариантов схем проектируемой подстанции
Рис. 1
В схеме 1 шины распределительных устройств 500 киловольт и 10 киловольт соединены двумя автотрансформаторами АТДЦТН 500/110/10 АТ1 и АТ2. Питание шины 110 киловольт осуществляется с выводов среднего напряжения.
Рис. 2
В схеме 2 шины распределительных устройств 500 киловольт и 10 киловольт соединены тремя автотрансформаторами АТДЦТН 500/110/10 АТ3, АТ4 и АТ5. Питание шины 110 киловольт осуществляется с выводов среднего напряжения.
3. Выбор силовых трансформаторов
Определяем мощность автотрансформаторов:
Qсн
=Pсн
ּtgφсн
=150ּ0.62=93 МВар; ; Qнн
=Pнн
ּtgφнн
=60ּ0.59=35.6 МВар;
Smax
= = =
246.25 МВА; ;
;.
По этой мощности выбираю АТДЦТН 250000/500/110/10.
По условию
, , у
Условие выполняется.
Т.к. во втором варианте расположение и число автотрансформаторов сохраняется, считаю возможным выбрать те же автотрансформаторы
АТДЦТН 250000/500/110/10.
Выбор трансформаторов.
В первом варианте выбор трансформаторов по структурной схеме не предусмотрен.
Т.к. во втором варианте полная мощность проходит по четырём трансформаторам (АТ1, АТ2, Т1 и Т2), для расчётов используем следующую формулу:
;
По этой мощности выбираю ТДЦ 80000/110/10.
Данные выбранных трансформаторов и автотрансформаторов заносим в таблицу 3.1 и таблицу 3.2.
Таблица 3.1
[3.c585]
| Тип трансформатора | Номинальное напряжение, кВ | Потери, кВт | Напряжение короткого замыкания, % | Ток холостого хода, % | ||
| ВН | НН | холостого хода | Короткого замыкания | |||
| ТДЦ 80000/110/10 | 121 | 10,5 | 85 | 310 | 11 | 0.6 |
Таблица 3.2
[3. c172]
| Тип автотрансформатора | Номинальная мощность, МВА | Наибольший допустимый ток в обмотки | Номинальное напряжение, кВ | Потери, кВт | Напряжение короткого замыкания,% | Ток холостого хода, % | ||||||||
| автотрансформатора | Обмотки НН | ВН | СН | НН | Холостого хода | Короткого замыкания | ||||||||
| ВН-СН | ВН-НН | СН-НН | ВН-СН | ВН-НН | СН-НН | |||||||||
АТДЦТН-250000/500 /110 |
250 | 100 | 983 | 500 | 121 | 10,5;38,61 | 200 | 690 | 280 | 230 | 13 | 33 | 18.5 | 0,4 |
4. Технико-экономическое сравнение вариантов
4.1 Экономическая целесообразность схем определяется минимальными приведенными затратами по формуле:
[4. c.396 (5.6)]
где К – капиталовложения на сооружение электроустановки, тыс. руб.; pн
– нормативный коэффициент экономической эффективности, равный 0,12; И – годовые эксплуатационные издержки, тыс. руб./год.; У – ущерб от недоотпуска электроэнергии, тыс. руб./год.
Капиталовложения “К” при выборе оптимальных схем выдачи электроэнергии и выборе трансформаторов определяют по укрупненным показателям стоимости элементов схемы.
Вторая составляющая расчетных затрат – годовые эксплуатационные издержки – определяется по формуле:
[4. c.327 (5.7)]
где Pa
, P0
– отчисления на амортизацию и обслуживание, %; ∆W – потери электроэнергии, кВт ∙ ч; β – стоимость 1 кВт ∙ ч потерь электроэнергии, коп/кВт ∙ ч
Делаем таблицу капитальных затрат:
Таблица 4.1
| Оборудование | Цена, т.р. | Первый | Второй | ||
| количество | стоимость | количество | стоимость | ||
АТ1, АТ2, АТ3, АТ4: АТДЦТН 250000/500/110/10 |
375.5 | 2 | 751 | 2 | 751 |
| Т1, Т2: ТДЦ 80000/110/10. | 113.7 | нет | нет | 2 | 227.4 |
| Ячейка 110 | 250.5 | 2 | 501 | 4 | 1002 |
| ИТОГО | 1252 | 1980.4 | |||
| ИТОГО с учётом удорожания ×30 | 1252×30 | 1980.4×30 | |||
4.2 Рассчитываем издержки для первого варианта:
; ; ;[1.с
315(т.8.2)]
β=85коп/кВтч; ; ; [1.с 315(т.8.2)]
ч; =0.85; ; ;
=0.5∙=0.5 ∙ 690=345кВт;
;
;
;
4.3 Рассчитываем издержки для второго варианта:
; ; ;
Т.к. во втором варианте дополнительно используются те же автотрансформаторы, что и в первом варианте, то для нахождения полных затрат энергии второго варианта к прибавить :
;
;
4.4 Сравнение вариантов:
,6%=
Используются те же автотрансформаторы, что и в первом варианте, то для нахождения полных затрат энергии второго Первый вариант экономичнее второго на 76%, поэтому дальнейшие расчёты ведём для первого варианта.
5. Расчёт токов короткого замыкания
5.1 Построение схемы замещения для всех точек:
Расчет токов короткого замыкания производим в относительных единицах. Базисную мощность принимаю Sб=1000 МВА.
5.2 Расчёт сопротивлений
принимаем за нуль
5.3 Расчёт для первой точки короткого замыкания:
5.4 Расчёт для второй точки замыкания:
.
5.5 Расчёт третьей точки короткого замыкания:
.
Токи трехфазного короткого замыкания:
Таблица 5.1
| Точки К.З. | К-1 | К-2 | К-3 |
| Среднее напряжение,Uc
р кВ |
515 | 115 | 10,5 |
| Источники | С1,2
|
С1,2
|
С1,2
|
| Результирующие сопротивления, хрез
|
2,01; 2,285 |
2,01; 0,905 |
2,71; 3,9 |
Базовый ток |
|||
| 1,0 | 1,0 | 1,0 | |
| 2,27 | 8,05 | 34,4 | |
| 6,08 | 19,5 | 94 | |
| 0,035 | 0,038 | 0,07 | |
| 0,56 | 0,28 | 0,03 | |
| 1,8 | 3,18 | 1,46 |
Примечание:
[2.c.163§3.3(рис.3-26)]
[2.c.161§3.3(Т.3-8)]
[2.c.140§3.3(Т.3-4)]
6. Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей
Веду выбор оборудования на РУНН-10 кВ. Выбор выключателей и разъединителей.
Определяю расчетные токи продолжительного режима;
Расчетные и каталожные данные свожу в таблицу.
Таблица 6.1
| Расчетные данные | Каталожные данные | |
| Выключатель МГГ-10-45 | Разъединитель РОН-10-4000-У1 | |
| Uуст
=10 кВ |
Uном
=10 кВ |
Uном
=10 кВ |
| Imax
=3464 А |
Iном
=4000 А |
Iном
=4000 А |
| - | ||
| - | ||
| - | ||
| - | ||
Выбор выключателей по условию отключения апериодической составляющей тока КЗ не проходит, в этом случае допустимо проверить выключатель по полному току КЗ.
Выбор шин.
Произвожу выбор шин на стороне низшего напряжения. Выбор производим по экономической плотности тока:
Принимаю 2 несущих провода АС-30/39, тогда
Число А-300:
.
Принимаю токопровод 2×АС-300/39 + 4×А-300; d=230мм, D =3м.
Пучок голых проводов имеет большую поверхность охлаждения, поэтому проверку на термическую стойкость не проводим.
Проверка на схлёстывание:
Сила тяжести 1метра токопровода с учётом массы колец 1,6 кг, массы 1метра провода АС-300/39 1,132 кг, провода А-300 0,794 кг по табл. 7-29, 7-30 в [2]:
Если
По диаграмме для
Допустимое отклонение:
Схлёстывания не произойдёт, т.к.
Выбор изоляторов.
Выбираю изолятор ПС6-А; Uном
=10 кВ; Fном.
=60000 Н.
Выбор трансформаторов тока.
Учитывая, что трансформатор тока будет установлен в КРУН, выбираю ТПШЛ 10-5000-0,5/10Р, R2ном
=1,2 Ом, Ктер
=35, tтер
=3.
Сравнение расчетных и каталожные данных приведены в таблице 6.2. При расчете пользуюсь формулами [2.c.373-377].
Таблица 6.2
[2.c.367(т.4.12)]
| Расчетные данные | Каталожные данные |
| Uуст
=10 кВ |
Uном
=10 кВ |
| Imax
=3464 А |
Iном
=5000 А |
| Не проверяем | |
Составляю таблицу вторичной нагрузки трансформатора тока
Таблица 6.3
[2.c.632(п.4.7)].
| Приборы | Тип | Нагрузка | ||
| А | В | С | ||
| Амперметр | Э-335 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Счетчик реактивной энергии | Д-365 | 0,5 | - | 0,5 |
| Счетчик активной энергии | САЗ-Н361 | 2,5 | - | 2,5 |
| Итого | 3,1 | 0,1 | 3,1 | |
Из таблицы видно, что более загружены трансформаторы тока фаз А и С.
Общее сопротивление приборов:
Допустимое сопротивление проводов при
Так как на данной подстанции высшее напряжение 500кВ, то принимаю соединительные провода с медными жилами (), ориентировочная длина 50м. [2.c.375].
,
так как ближайшее стандартное сечение кабеля 3.6 мм в диаметре, принимаю кабель М10-3,6
Выбор трансформаторов напряжения.
В цепи комплектного токопровода установлен трансформатор напряжения типа ЗНОЛ 06-10У3.
Проверяю его по вторичной нагрузке. Подсчет нагрузки приведен в таблице 6.4.
Таблица 6.4
| Приборы | Тип | Sодной об-ки
|
Число об-к | cos y | sin y | Число приборов | Общая S | |
| R Вт | Q Вар | |||||||
| Вольтметр | Э-335 | 2 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 2 |
Вольтметр с переключением для измерения трех фазных напряжений |
Э-365 | 2 | 1 | 1 | 0 | 1 | 2 | - |
| Счетчик активной энергии | САЗ-Н361 | 2 | 2 | 0,38 | 0,925 | 1 | 4 | 9,7 |
| Счетчик реактивной энергии | СРЧ-И76 | 3 | 2 | 0,28 | 0,925 | 1 | 6 | 14,5 |
| Итого | 14 | 24,2 | ||||||
[2.c.378(т.4.14)]
Вторичная нагрузка
Выбранный трансформатор ЗНОЛ 06-10У3 имеет номинальную мощность , в классе точности 0.5, необходимом для присоединения счетчиков. Таким образом , трансформатор будет работать в выбранном классе точности.
Выбор КРУН на РУНН 10 кВ.
Число линий на РУ 10 кВ 24 штуки, пропускная способность одной линии 2.5 МВт. Определяю ток нормального режима и максимальный ток одной отходящей линии для выбора КРУН.
[5.6.96]
Предполагаю, что одним КРУН будет вестись коммутация сразу трех отходящих линий. Нахожу максимальный ток протекающий по одной ячейке КРУН.
Выбираю КРУН К-49, Uном
=10 кВ, номинальный ток 1000 А, максимальное число и сечение силовых кабелей, мм2
4(3х240), электродинамическая стойкость 51 кА, тип выключателя и привода ВКЭ-10 встроенный электромагнитный, номинальный ток отключения 31,5 кА.
В ячейке применяю трансформатор тока ТПЛК-10, Uном
=10 кВ, номинальный ток первичной обмотки 1000 А, ток электродинамической стойкости 74,5 кА, может работать в классе точности 0,5. [3.c.294(т.5.9)], [3.c.519(т.9.7)]
7. Выбор схемы собственных нужд и трансформаторов собственных нужд
Потребителей мощности на собственные нужды свожу в таблицу 7.1.
Таблица 7.1
[3.c.118(т.9)]
| Наименование приемников | Установлен. мощн. | Нагрузка | ||||
| Едн.(кВт) х количество | Всего кВт | Р, кВт | Q, кВар | |||
| Охлаждение АТДЦТН | 30х2,8 | 84 | 0,85 | 0,62 | 84 | 52,08 |
| Подогрев шкафов КРУН | 1х5 | 5 | 1 | 0 | 5 | - |
| Подогрев приводов разъед. | 0,6х5 | 3 | 1 | 0 | 3 | - |
| Подогрев релейного шкафа | 1х1 | 1 | 1 | 0 | 1 | - |
| Отопление и освещение ОПУ | 60х1 | 60 | 1 | 0 | 60 | - |
| Освещение ОРУ | 5х5 | 25 | 1 | 0 | 25 | - |
| Компрессорная эл. двиг. | 2х40 | 80 | 0,8 | 0,75 | 80 | 60 |
| Отопление, освещение | 20х2 | 40 | 1 | 0 | 40 | - |
| Итого | 294 | 112,08 | ||||
Нахожу расчетную нагрузку при коэффициенте спроса 0,8:
[3.c.87]
Принимаю два трансформатора ТСЗ по 250 МВА. При отключении одного трансформатора, второй будет загружен на
, что допустимо.
8. Выбор рода оперативного тока
Согласно норм технологического проектирования на подстанциях с высшим напряжением 500 киловольт принимается постоянный оперативный ток.
Для получения оперативного постоянного тока на подстанции с высшим напряжением 500 киловольт необходимо установить две аккумуляторные батареи
9. Выбор и обоснование схем распределительных устройств подстанции
На стороне высшего напряжения мною выбрана схема четырёхугольника, так как при четырёх присоединениях и номинальном напряжении 500 киловольт рекомендуется именно эта схема.
На стороне среднего напряжения, учитывая малое количество присоединений (два трансформаторных и четыре линейных) выбрана схема с одной секционированной и обходной системами шин с совмещёнными обходным и шиносоединительным выключателями.
На стороне 10 кВ всегда применяется схема с одной рабочей секционированной системой шин.
подстанция трансформатор электрический аппарат
Список литературы
1. Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В. Чиркова Электрооборудование электрических станций и подстанции - Энергоатомиздат 2-е, Издательский центр «Академия», 2005-448с.
2. Неклеепаев Б.Н. Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций (справочный материал) 4-е изд. перераб. и доп-н. Энергоатомиздат. 1989-608 с.
3. Рожкова Л.Д. Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций Энергоатомиздат. 1987-648 с.
4. «Правила устройства электроустановок» 6-е изд. перераб. и доп-н. Энергоатомиздат. 1989-648 с.
5. Методические указания к выполнению курсового проекта по Предмету «Электрооборудование электрических станций и подстанции». 1985-123 с.