Проектирование системы внутреннего электроснабжения

Обоснование схемы электроснабжения

При выборе схемы внешнего электроснабжения необходимо выполнение следующих требований:

1 Схема должна обеспечивать надежность электроснабжения потребителей в соответствие с первой категорией надёжности в нормальном, послеаварийном и ремонтном режимах работы.

2 Схема подстанции должна быть простой и наглядной.

3 Схема должна обеспечивать необходимый транзит мощности.

4Схема должна обеспечивать выполнение принципа глубокого секционирования.

5 Схема должна обеспечивать применение устройств релейной защиты и автоматики.

6 Схема должна быть экономически целесообразной.

На двухтрансформаторных подстанциях 35 - 220 кВ применяется схема двух блоков трансформатор-линия, которые для большей гибкости соединены неавтоматической перемычкой из двух разъединителей.

Рисунок 7- Схема внутреннего электроснабжения

Рассмотренный вариант схемы удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям, поэтому окончательно принимается данная схема.

4.2 Расчет и выбор мощности трансформатора

Так как ДСП относится к I категорий, то выбор мощности трансформаторов производится в соответствии с ГОСТ 14209-85.

Полная расчетная мощность предприятия S_рп, МВА, определяется с учётом значения реактивной мощности, выдаваемой энергосистемой

; (53)

где Р_рп - активная расчетная мощность ДСП;

Q_э1 - экономическое значение реактивной мощности передаваемое предприятию от энергосистемы в часы наибольших нагрузок энергосистемы;

Q_э1 = Р_рп∙tgφ_э1; (54)

где tgφ_э1 - экономическое значение коэффициента реактивной мощности

(55)

где - экономическое значение коэффициента реактивной мощности по нормативному методу;

(56)

где = 0,5 - базовый коэффициент реактивной мощности при напряжении внешнего электроснабжения 35 кВ;

К - коэффициент, учитывающий отличие стоимости электроэнергии в

различных энергосистемах (для «Оренбургэнерго» К = 0,8);

d_M - отношение потребления активной мощности потребителем в квартале максимальной нагрузки энергосистемы к потреблению в квартале его максимальной нагрузки (при курсовом и дипломном проектировании d =1);

K₁ - отношение максимума активной нагрузки потребителя в i-ом квартале к ее значению в квартале максимальной нагрузки потребителя (для учебного проектирования K₁ = 1);

tgφ_н - натуральный коэффициент реактивной мощности;

tgφ_э1 = tgφ_эн = 0,625

Q_э1 = 226212∙0,625 = 141,382 Мвар;

;

Для максимального суточного графика работы потребителей подстанции находим среднеквадратичную мощность S_cк, по формуле

(57)

Графики нагрузок делаются в Excel.

Рисунок 8- Суточный график нагрузки зимнего и летнего дня

S_ck= =0,848

Ориентировочная номинальная мощность каждого из трансформаторов S_ор, МВА, вычисляется по формуле

(58)

где n - число трансформаторов на ДСП-50;

Значение S_ор округляется до ближайшего большего значения по шкале стандартных номинальных мощностей силовых трансформаторов. Так как планируется строительство новых установок и подстанций, то принимаем трансформатор: ТРДН – 26000/35.

Выбранные трансформаторы проверяются на систематическую перегрузку

(59)

Пересечением линии суммарной номинальной нагрузки с графиком находится участок наибольшей перегрузки (зона перегрузки лежит выше указанной линии).

Рисунок 9 – Суточный график электрических нагрузки

Проверим работу трансформаторов в нормальном режиме. При этом определяется коэффициент нормальной нагрузки К₁

(60)

В нормальном режиме трансформаторы работают без перегрузки.

Окончательно к установке принимаются трансформаторы ТРДН – 26000/35. Результат выбора трансформатора заносим в таблицу 2.

Таблица 10 – Паспортные данные трансформатора

Потери активной мощности в трансформаторах ∆Р_т, кВт, определяются по формуле

ΔP_т = N(ΔP_x+β_н²·ΔP_K3), (61)

где ΔР_хх – мощность холостого хода трансформатора, кВт;

β_н – коэффициент загрузки трансформатора;

ΔР_к – мощность короткого замыкания трансформатора, кВт.

∆Р_т = 2∙(80+0,64²∙195) = 319,7 кВт

Потери реактивной мощности в трансформаторах ∆Q_т, квар, находятся по формуле

ΔQ_т= n∙( ∙S_нт+ β_н²∙ S_нт) (62)

где I_хх – ток холостого хода трансформатора, %;

U_к – напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

ΔQ_т= 2∙( ∙26000 + 0,64²∙26000) = 3168,5 квар

Потери электроэнергии в трансформаторах ГПП ∆W, МВт∙ч, определяются по формуле

∆W = N(∆P_x∙T_r+ β²_доп∙∆P_k∙τ); (63)

где τ – время наибольших потерь;

(64)

где Т_м – число часов использования максимума нагрузки;

, (65)

где W_год – годовой расход электроэнергии, определяется по графикам нагрузок по формуле

W_год=365 P_it_i (66)

W_год = 365∙(0,76+0,75∙2+0,74+0,73+0,725∙3+0,71+0,7∙5+0,69+0,68+

+0,67∙4+0,64+0,57∙3) = 6028ч.

T_max = = 6028 ч.

∆W = 2(80∙8760+0,64²∙195∙4628) = 2140,9 МВт∙ч.

4.3 Расчет токов короткого замыкания

Вычислениетоков короткого замыкания производится для определения условий работы потребителей при аварийных режимах, выбора электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей, проектирования и настройки устройств релейной защиты, проектирования защитных заземлений, подбора характеристик ограничителей перенапряжения для защиты от перенапряжений.

Для расчета токов короткого замыкания по расчетной схеме составляется схема замещения, рисунок 6.1, в которую вводятся все источники питания, участвующие в питании места короткого замыкания, и все сопротивления, по которым проходит рассчитываемый ток короткого замыкания.

В трехфазных цепях переменного тока напряжением выше 1 кВ расчет токов короткого замыкания выполняется в относительных единицах, при этом необходимо задаться базисными условиями: базисным напряжением U_срб и базисной мощностью S_б. S_б для всех ступеней напряжения цепи короткого замыкания принимают одну и ту же.

S_б=100 МВА

В целях упрощения расчетов для каждой электрической ступени вместо действительного напряжения принимают его среднее значение U_ср, кВ по следующей шкале:6,3;10,5;37.

U_срб2=37 кВ

U_срб3=10,5 кВ

Базисный ток, кА

I_б= (67)

I_б1= =1,56 кА

I_б2= =5,499 кА

Рисунок 10- Схема замещения для расчета токов короткого замыкания

Сопротивление системы х_с, Ом/км

х_с= (68)

где S_с- мощность короткого замыкания системы, МВА.

х_с= =0,022

Сопротивление воздушной линии х_л, Ом/км

х_л=х_о·l· (69)

где х_о- удельное сопротивление воздушной линии, Ом/км;

l- длина воздушной линии, км.

Принимается х_о=0,4 Ом/км.

х_л1=0,4·6· =0,2

х_л2=0,4·6· =0,2

Сопротивление трехобмоточного трансформатора х_тв

х_тв= (70)

где U_кв% -напряжение короткого замыкания на высокой стороне, определяемое в пункте 4, %;

S_нт –номинальная мощность трансформатора, МВА.

х_тв= =0

х_тн= ,

где U_кн% -напряжение короткого замыкания на низкой стороне, определяемое в пункте 4, %.

х_тн= =0,156

Расчет для точки К1

х_экв1= х_с+х_л1

х_экв1= 0,022+0,156=0,178

Трехфазный ток короткого замыканияI_к1, кА

I_к1= ·I_б1,

где Е_с^”- сверхпереходная ЕДС системы.

Е_с^”=1

I_к1= ·0,502=2,82 кА.

Ударный ток короткого замыканияi_уд1, кА

i_уд1= (71)

где К_уд1-ударный коэффициент.

К_уд1=1,7

i_уд1= =6,77 кА

Апериодическая составляющая тока короткого замыканияi_ar1, кА

i (72)

где t- расчетное время, для которого определяются токи короткого замыкания, с;

Т_а1-время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания,с.

T_а1=0,03 с

t₁=t_св+t_рз1 (73)

где t_св- собственное время срабатывания выключателя, с;

t_рз1- время срабатывания релейной защиты, с.

t_св=0,05 с

t_рз1=2 с

t₁=0,05+2=2,05 с

i =0 кА

Полный импульс среднеквадратичного токаВ_к1, кА²с

В_к1=I_к1²·t_отк1+I_к1²·T_а1 (74)

где t_отк- время отключения выключателя, с.

t_отк1=2,05 с

В_к1=2,82²·2,05+2,82²·0,03=16,4 кА²с.

Двухфазный ток короткого замыканияI_к1⁽²⁾, кА

I_к1⁽²⁾=0,87·I_к1

I_к1⁽²⁾ =0,87·2,82=2,45 кА.

Расчет для точки К2

х_экв3= х_с+х_л2+х_тв+х_тн

х_экв3= 0,022+0,2+0,268+0,156=0,646

Трехфазный ток короткого замыканияI_к2, кА

I_к2= ·I_б2

I_к2= ·5,499=8,5 кА.

Ударный ток короткого замыкания i_уд2, кА

i_уд2= _,

где К_уд3-ударный коэффициент, определяемый.

К_уд2=1,65

i_уд2= =19,8 кА

Апериодическая составляющая тока короткого замыканияi_ar2, кА

i ,

где T_а3-время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания,с.

T_а2=0,03 с

t_св=0,05 с

t_рз2=1 с

t₂=0,05+1=1,05 с

i =0 кА

Полный импульс среднеквадратичного токаВ_к3, кА²с

В_к2=I_к2²·t_отк2+ I_к2²·T_а2,

где t_отк3- время отключения выключателя, с.

t_отк2=1,05 с

В_к2=8,5²·1,05+8,5²·0,03=78,03 кА²с

Двухфазный ток короткого замыканияI_к2⁽²⁾, кА

I_к2⁽²⁾ =0,87·I_к2

I_к2⁽²⁾ =0,87·8,5=7,4 кА.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 11.

Таблица 11

Точка К1	Точка К3
Iк1=Iпо1=Iпт1=2,82 кА	Iк3=Iпо3=Iпт3=8,5 кА
Куд1=1,7	Куд3=1,65
iуд1=6,77 кА	iуд3=19,8 кА
t1=2,05 с	t3=1,05 с
Tа1=0,03 с	Tа1=0,03 с
i =0 кА	i =0 кА
Вк1=16,4 кА2с	Вк3=78,03 кА2с
Iк1(2)=2,45 кА	Iк3(2)=7,4 кА

4.4 Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей

Выключатель является основным коммутационным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание и т.д.

Выключатели выбирают по номинальным значениям напряжения и тока, роду установки и условиям работы, конструктивному выполнению и коммутационной способности. Выбранные выключатели проверяют на стойкость при сквозных токах короткого замыкания.

Выбор выключателей производится по следующим параметрам:

по номинальному напряжениюU_ном, кВ

U_уст U_ном (75)

где U_уст - номинальное напряжение сети, кВ;

U_ном - номинальное напряжение выключателя, кВ.

U_уст= 35 кВ

U_ном=35 кВ

по номинальному токуI_ном, А

I_max I_ном (76)

где I_max-наибольший ток ремонтного и послеаварийного режима, А;

I_ном- номинальный ток выключателя, А

I_max= (77)

где S - нагрузка транзита, кВА;

S -номинальная мощность трансформаторов КП4, кВА.

S =8878 кВА

I_max= =359,1А

I =2000 А

3) по отключающей способности:

а) проверка на симметричный ток отключения

(78)

где I -номинальный ток отключения выключателя, кА;

I -действующее значение периодической составляющей тока короткого

замыкания для момента времени t расхождения контактов выключателя, кА.

I =40 кА

I =2,82 кА

б) проверка возможности отключения апериодической составляющей тока короткого замыкания в момент расхождения контактов t

(79)

где i -мгновенное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания, кА;

i -номинальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания,кА.

i =0 кА

i (80)

где -допустимое относительное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе, %.

I и отнесены к моменту прекращения соприкосновения дугогасительных контактов выключателя t. Время t от начала короткого замыкания до соприкосновения дугогасительных контактов

t=t_Зmin+t_с.в. (81)

где t_Зmin-минимальное время действия релейной защиты, с;

t_с.в.- собственное время отключения выключателя, с.

Принимается t_Зmin=0,01 с, t_с.в=0,05 с.

t=0,01+0,05=0,06 с

определяется как функция =f(t). При t=0,06 c =25%.

i = =14,14 кА

по термической стойкости

I_терм²·t_терм B_к (82)

где B_к- расчетный тепловой импульс тока, кА²с;

I_терм – предельный ток термической стойкости, равный предельному току отключения выключателя, кА;

t_терм – время протекания тока термической стойкости, с.

B_к =16,4 кА²с

I_терм=40 кА

t_терм=3 с

I_терм²·t_терм =40²·3=4800 кА²с

по электродинамической стойкости

i_дин i_уд (83)

где i_дин – амплитудное значение тока динамической стойкости, кА;

i_уд – амплитудное значение тока короткого замыкания в цепи выключателя, кА.

i_дин =102 кА

i_уд=6,77 кА

I_по I_дин (84)

где I_дин – действующее значение предельного сквозного тока короткого замыкания, кА.

I_по =2,82 кА

I_дин =40 кА

на включающую способность

i_уд i_{вкл.ном} (85)

где i_{вкл.ном} –наибольший пик номинального тока включения, кА

i_{вкл.ном}=102 кА

I_по I_{вкл.ном} (86)

где I_{вкл.ном} – действующее значение номинального тока включения, кА

I_{вкл.ном}=40 кА

Окончательно принимается к установке на высокой стороне 110 кВ подстанции 3 выключателя типа ВЭБ-35 У1 (элегазовый выключатель с U_ном=35 кВ, климатическое исполнение и категория размещения У1). Выключатель имеет встроенный трансформатор тока типа ТВ-35 с параметрами: I_1ном=1000 А, I_2ном=1 А, класс точности 0,5, z_2ном=30 ВА.

Выбор и проверка разъединителей

Разъединитель не предназначен для отключения рабочих и аварийных токов. Основное назначение разъединителей – создавать видимый разрыв и изолировать части системы, электроустановки, отдельные аппараты от смежных частей, находящихся под напряжением, для безопасного ремонта.

Разъединители выбирают по конструктивному выполнению, номинальным значениям напряжения и тока, роду установки, стойкости к токам короткого замыкания.

Выбор разъединителей производится по следующим параметрам:

1) по условию

U_уст=35 кВ

U_ном=35 кВ

2) по условию

I_max=359,1 А

I =1000 А

3) по условиям.

i_дин =102 кА

i_уд= 6,77 кА

I_по =2,82 кА

I_дин =40 кА

4) по условию

B_к =16,4 кА²с

I_терм=40 кА

t_терм=3 с

I_терм²·t_терм =40²·3=4800 кА²с

Окончательно принимается к установке 4 разъединителей типа

РЛНД 35кВ/1000 У1 с типом привода: для главной цепи – электродвигательный;

для цепи заземления – электродвигательный или ручной.