Расчеты для схемы пс, состоящей из двух трехобмоточных трансформаторов

Для определения потерь электроэнергии необходимо подготовить начальные данные по таблице 3.6 : АОДЦТН-167000/500/220/11

Нагрузки ,в момент времени,приведены в таблице 1. Эти нагрузки распределены между собой двумя трансформаторами условно пополам, соответственно это учитывается в формуле в виде деления соответствующего параметра на число два. Для упрощения формулы суммы определяются отдельно.

Суммарные потери электроэнергии составят:

Расчеты для схемы пс, состоящей из четырех трансформаторов

Начальные данные по таблице 3.6 для двухобмоточного трансформатора АТДЦТН – 250000/500/11:

Определим потери электроэнергии для понижающих трансформаторов 500/10 кВ:

Суммарные потери электроэнергии составят:

Начальные данные по таблице 3.6 для двухобмоточного трансформатора АОДЦТН-167000/500/230:

Определяем суммы для понижающих трансформаторов:

Определяем потери электроэнергии для понижающих трансформаторов 500/220 кВ:

Суммарные потери электроэнергии составят:

Общие суммарные потери электроэнергии составят:

Для определения капиталовложений по приложению 2 составляется таблица стоимости основного оборудования электростанции (табл.2)

Таблица 2. Стоимости основного оборудования электростанции

Оборудование	Стоимость тыс. руб.	Варианты
		Первый		Второй
		Кол-во	Стоимость тыс. руб.	Кол-во	Стоимость тыс. руб.
АОДЦТН-167000/500/230/11	206	2	412	2	412
ТДЦ-250000/500/13,8	335	-	-	2	670
Ячейки ОРУ
500 кВ	249	2	498	2	498
220 кВ	78	3	234	3	234
Итого	-	-	1144	-	1814

Определение годовых издержек

Определим годовые эксплуатационные издержки для схемы подстанции, состоящей из двух трехобмоточных трансформаторов (рис.1 а)

Определим годовые эксплуатационные издержки для схемы подстанции, состоящей из четырех трансформаторов (рис. 1 б)

Определение приведенных затрат

Определим приведенные затраты для схемы подстанции, состоящей из двух трехобмоточных трансформаторов:

Определим приведенные затраты для схемы подстанции, состоящей из четырех трансформаторов:

На основе рассчитанных значений приведенных затрат выбирается схема подстанции, состоящая из двух трехобмоточных трансформаторов (рис. 1а)

4. Выбор отходящих линий

4.1 Выбор отходящих линий на стороне СН

Предварительные данные:

Потребляемая мощность каждой линией

Угол сдвига фаз

Всего отходящих двухцепных линий 3;

Длина линии L1/L2/L3 = 60/110/10 км.

Продолжительность использования максимальной нагрузки согласно (рис. 2 б) определяется по формуле:

где продолжительность использования максимальной нагрузки, ч;

число зимних дней в году, дн.;

мощность, потребляемая в зимние времена года,

время, в течение которого потребляется мощность

число летних дней в году, дн;

мощность, потребляемая в летнее время года,

время, в течении которого потребляемая мощность,

максимальная мощность. потребляемая сетью СН,

Для алюминиевых неизолированных проводов экономическая плотность тока по таблице 1.3.36

Номинальный расчетный ток определяется по формуле:

где нормальный расчетный ток;

максимальная отпускаемая мощность на одну линию сети СН, МВт;

номинальное напряжение сети СН, кВ;

угол сдвига фаз.

Экономическое сечение:

где экономическое сечение,;

экономическая плотность тока,

Принимаем стандартное ближайшее сечение 240 и предварительно выбирается провод (приложение 3, табл.1) АС 240/32, допустимая длительная токовая нагрузка по ГОСТ 839-80 равна 605 А.

Проверка осуществляется по допустимому току в режиме обрыва одной из цепей линии. Протекающий по оставшейся цепи ток равен:

где протекающий по оставшейся цепи ток, А;

максимальная отпускаемая мощность на одну линию сети СН, МВт;

номинальное напряжение сети СН, кВ;

угол сдвига фаз.

так как , то окончательно принимаем провод АС 240/32

4.2. Выбор отходящих линий на стороне ВН

Предварительные данные:

Максимальная отпускаемая мощность линией

Всего отходящих линий 2;

Длина линии L1/L2/ = 160/110 км.

Продолжительность использования максимальной нагрузки согласно рис.3 и табл.1 определяется по формуле:

гдемаксимальная мощность, потребляемая сетью ВН,

Для алюминиевых поводов экономическая плотность тока по таблице 1.3.36

Номинальный расчетный ток определяется по формуле:

гденормальный расчетный ток;

максимальная отпускаемая мощность на одну линию сети ВН, МВт;

номинальное напряжение сети ВН, кВ.

Экономическое сечение:

где эконмическое сечение,

экономическая плотность тока, А/

Принимается стандартно ближайшее сечение 300 и предварительно выбирается провод (приложение 3, табл.1) АС 300/56, допустимая длительная токовая нагрузка по ГОСТ 839-80 равна 680 А.

Проверка осуществляется по допустимому току в режиме обрыва одной из цепей линии. Протекающий по оставшейся цепи ток равен:

так как то окончательно принимаем провод АС 300/56.

5. Расчет токов короткого замыкания

Рис.5

Рис. 6

1. Параметры схемы замещения

Примем следующие базисные условия:

Определим базисные токи:

Параметры системы:

ЭДС системы:

где номинальное напряжение системы, кВ;

базисное напряжение первой ступени, кВ.

Сопротивление системы:

где сопротивление системы, Ом.

Параметры линии ВН

Индуктивное сопротивлении линии:

где удельное сопротивление провода, Ом/км;

длина линии, км.

Общее сопротивление линии ВН определится (рис.5):

Параметры линии СН

Индуктивное сопротивления ( рис.6) определяется аналогично по выше приведенной формуле для ВЛ:

Результирующее сопротивление линии СН определяется:

Параметры трансформаторов

Данные для трехобмоточных трансформаторов типа АОДЦТН – 167000/500/220/11 по таблице 3.6

Напряжение короткого замыкания трансформатора определится по формулам:

где напряжение КЗ обмотки ВН, %;

напряжение КЗ обмотки СН, %;

напряжение КЗ обмотки НН, %

напряжение КЗ обмотки ВН-СН, %;

напряжение КЗ обмотки ВН-НН, %;

напряжение КЗ обмотки СН-НН, %.

Определим:

Сопротивление обмоток трансформатора:

Примем постоянные времени по таблице 7-13

На шинах ВН:

На шинах СН:

На шинах НН:

Параметры обобщенно нагрузки

Примем для обобщенной нагрузки:

Базисное сопротивление нагрузки определяем по формуле:

ЭДС нагрузки определяется по формуле:

Упрощение схемы замещения

Преобразуем два параллельных трансформатора. По выше определенным параметрам схемы замещения трансформатора видно, что сопротивление Получим схему ( рис.7; рис.8).

Рис.7

Рис.8

Из рисунка видно, что соответствующие обмотки трансформатора соединены параллельно, а также преобразуем линии СН, т.е. преобразуем далее, как показано на рис. 6.

Соответственно эквивалентные сопротивления будут:

Эквивалентная ЭДС СН:

2. Расчет токов КЗ на шинах ВН

Определим значение периодической составляющей тока КЗ от действия системы в начальный момент времени:

где ЭДС системы, о.е.;

сопротивление системы, о.е.;

эквивалентное сопротивление линии, о.е.;

базисный ток, кА.

Для определения периодической составляющей тока КЗ от действия обобщенно нагрузки преобразуем схему рис.8 в схему рис.9:

К определению тока КЗ на шинах ВН

Рис.9

Данные эквивалентные значения определяются:

Тогда:

Общая периодическая составляющая тока КЗ на шинах ВН:

Так как КЗ электрически удалено, то можно приближенно принять, что периодическая составляющая удалено, то можно приближенно принять, что периодическая составляющая тока КЗ не затухает и

Значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени:

Ударный коэффициент определяется по формуле:

где постоянная времени на шинах ВН подстанции, с;

1,85 по таблице 3.8. .

Отсюда ударное значение тока КЗ:

3. Расчет токов КЗ на шинах СН

СВ на шинах СН разомкнут

В данном случае схема показана на рис.8. Каждый трансформатор работает на свою секцию шин СН и параллельно соединения между трансформаторами нет (СВ на рис.8 не показан).

Тогда значение периодической составляющей тока КЗ от действия системы в начальный момент времени определяется:

Значение периодической составляющей тока КЗ от действия нагрузки СН в начальный момент времени определяется:

Значение периодической составляющей тока КЗ от действия нагрузки НН в начальный момент времени определяется:

Общая периодическая составляющая тока КЗ на шинах СН:

Так как КЗ электрически удалено, то можно приближенно принять, что периодическая составляющая тока КЗ не затухает и .

Значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени по формуле:

Ударный коэффициент определяется по формуле:

где постоянная времени на шинах СН подстанции, с;

1,72 по таблице 3.8. .

Ударное значение тока КЗ:

СВ на шинах СН замкнут

Схема показана на рис.8. В этом случае трансформаторы работают параллельно.

Тогда значение периодической составляющей тока КЗ от действия системы в начальный момент времени определяется:

Значение периодической составляющей тока КЗ от действия нагрузки СН в начальный момент времени определяется:

Значение периодической составляющей тока КЗ от действия нагрузки НН в начальный момент времени определяется:

Общая периодическая составляющая тока КЗ на шинах СН:

Так как КЗ электрически удалено, то можно приближенно принять, что периодическая составляющая тока КЗ не затухает и .

Значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени по формуле:

Ударный коэффициент определяется по формуле:

где постоянная времени на шинах СН подстанции, с;

1,72 по таблице 3.8. .

Ударное значение тока КЗ:

4. Расчет токов КЗ на шинах НН

СВ на шинах НН разомкнут

В данном случае схема показана на рис.7. Каждый трансформатор работает на свою секцию шин НН и параллельногосоединения между трансформаторами нет (СВ на рис.7 не показан).

Тогда значение периодической составляющей тока КЗ от действия системы в начальный момент времени определяется:

Значение периодической составляющей тока КЗ от действия нагрузки СН в начальный момент времени определяется:

Значение периодической составляющей тока КЗ от действия нагрузки НН в начальный момент времени определяется:

Общая периодическая составляющая тока КЗ на шинах НН:

Так как КЗ электрически удалено, то можно приближенно принять, что периодическая составляющая тока КЗ не затухает и .

Значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени по формуле:

1,85 по таблице 3.8. .

Ударное значение тока КЗ:

СВ на шинах НН замкнут

Схема показана на рис.8. В этом случае трансформаторы работают параллельно.

Тогда значение периодической составляющей тока КЗ от действия системы в начальный момент времени определяется:

Значение периодической составляющей тока КЗ от действия нагрузки СН в начальный момент времени определяется:

Значение периодической составляющей тока КЗ от действия нагрузки НН в начальный момент времени определяется:

Общая периодическая составляющая тока КЗ на шинах НН:

Так как КЗ электрически удалено, то можно приближенно принять, что периодическая составляющая тока КЗ не затухает и .

Значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени по формуле:

1,82 по таблице 3.8. .

Ударное значение тока КЗ:

5.5. Расчет токов КЗ в конце линии L2 CH

Предположим, что СВ на шинах СН замкнут. Тогда получается, что трансформатор работает параллельно (рис.8).

Тогда значение периодической составляющей тока КЗ от действия системы в начальный момент времени определяется:

I_noI_бII

I_noI_бII =кА

Так как КЗ электрически удалено, то можно приближенно принять, что периодическая составляющая тока КЗ не затухает и I_n1=I_no.

Значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени определяется по формуле:

i_ao=I_no

i_ao=I_no=кА

Ударный коэффициент определяется по формуле:

k_уд=,

где Т_а – постоянная времени на шинах СН подстанции, с;

k_уд – 1,72 по таблице 3.8. [3].

Ударное значение тока КЗ:

i_уд=k_удi_aoкА.

6. Расчет кабельной сети местной нагрузки

По суточному графику потребления мощности по сети НН (рис.2а) определяется время максимальных потерь Т_max . Расчетная формула аналогична формуле:

Т_max

Т_maxч

Для кабелей с бумажной изоляцией экономическая плотность тока ( при Т_max) по таблице 1.3.36 [1]

J_ЭК=1,2А/мм²

6.1. Выбор кабеля для потребителей РП-3

Распределительный пункт РП-3 соединен с РУ НН двумя кабельными линиями.

Ток нормального рабочего режима кабелей РП-3 определяется по формуле:

I_норм=,

где I_норм – ток нормального рабочего режима, А;

P_max – активная максимальная мощность потребления от РП, кВТ;

сosφ– угол сдвига фаз в сети НН;

n – количество параллельных кабелей.

I_норм=А

Ток аварийного режима при возникновении неисправности в одном из кабелей:

I_авар=А

Экономическое сечение:

q_ЭК=,

где q_ЭК – экономическое сечение, мм²;

j_ЭК – экономическая плотность тока, А/мм².

q_ЭК=мм²

максимальное сечение жилы для трехжильных силовых кабелей 10 кВ – 240 мм²; при этом длительно допустимый ток – 355 А. по условиям перегрузки (ликвидация аварии в течении 5 суток при длительности максимума – 8 час. k_пер =1,2) делаем вывод об необходимости укладки в траншее шести параллельных кабелей (поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом равен 0,75 при расстоянии в свету между кабелями 100 мм).

I_норм=А

Экономическое сечение:

q_ЭК=мм²

Ток аварийного режима при возникновении неисправности в одном из кабелей:

I_авар=А

Выбираются шесть кабелей с медными жилами, с бумажной пропитанной изоляцией, в свинцовой оболочке, прокладываемые в земле сечением 240 мм² каждый (СП-3х240). Допустимая токовая нагрузка I_доп одного кабеля составляет 460 А.

Проверяется условие: I_допI_авар ,

где I_доп – допустимый ток, А;

k_v– температурный коэффициент;

k_nep – коэффициент перегрузки;

k_N – поправочный коэффициент на число кабелей в траншее;

I_авар – ток аварийного режима, А;

j_ЭК – экономическая плотность тока, А/мм².

Температурный коэффициент и коэффициент перегрузки соответственно равны 1 и 1,2.

АА

6.2. Выбор кабеля для потребителей РП-1 и РП-2

Потребители РП-1 и РП-2 должны питаться в нормальном режиме по одному кабелю. В аварийном режиме, когда один из кабелей, питающих РП, откажет, потребители другого РП питаются через кабельную перемычку между РП-1 и РП-2. Нагрузка РП-1 составляет 5 МВт, а РП-2 – 5 МВт.

Ток аварийного режима при возникновении отказа в питаемом кабеле одного из РП определяется по формуле:

I_авар=А

Экономическое сечение:

q_ЭК=мм²

Максимальное сечение жилы для трехжильных силовых кабелей 10кВ 240 мм²; при этом длительно допустимый ток – 355 А. По условиям перегрузки (ликвидация аварии в течение 5 суток при длительности максимума – 8 часов k_nep=1,2) делаем вывод о необходимости укладки в траншее трех параллельных кабелей (поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом равен 0,85 при расстоянии в свету между кабелями 100 мм).

I_норм=А

Экономическое сечение:

q_ЭК=мм²

Ток аварийного режима при возникновении неисправности в одном из кабелей:

I_авар=А

Выбираются три кабеля с медными жилами, с бумажной пропитанной изоляцией, в свинцовой оболочке, прокладываемые в земле сечением 240 мм² каждый (СП-3х240). Допустимая токовая нагрузка I_доп одного кабеля составляет 460 А.

Проверяется условие: I_допI_авар

АА

Принимаем по три кабеля марки СП-3х240 для питания каждого РП.

3. Выбор кабеля для перемычки между РП-1 и РП-2

Выберем кабель для кабельной перемычки между РП-1 и РП-2.

При отказе кабелей одного из РП кабельная перемычка должна питать его потребителей. При этом максимальная мощность, которая должная будет передаваться потребителям по двум параллельным кабелям. Составит мощность РП. При этом по кабельной перемычке будет протекать ток:

Экономическое сечение:

Ток аварийного режима при возникновении неисправности в одном из кабелей:

Выбираются для прокладки в земле два кабеля СП-3х240. Допустимый длительный ток кабеля составляет 460 А.

Проверяется условие:

Принимаем два кабеля марки СП-3х240.

3. Определение термической стойкости кабеля

где ток термической стойкости, А;

коэффициент термической стойкости;

сечение кабеля,

время выключения выключателя, с;

время срабатывания релейной защиты, с;

постоянная времени.

Ток термической стойкости должен быть больше периодической составляющей тока короткого замыкания

Если выполняется это условие, то установка линейного реактора не требуется.

Для выключателя ВМП-10 время отключения составляет 0,12 сек. Время срабатывания релейной защиты 0,4 сек. Коэффициент термической стойкости для кабелей с бумажной изоляцией и медными жилами равен 150 . Постоянная времени равна 0,06.

В нормальном режиме СВ на шинах НН разомкнут поэтому принимается

Для двух кабелей СП-3х240:

Для трех кабелей СП-3х240:

Для четырех кабелей СП-3х240:

Установка линейного реактора не требуется, так как токи термической стойкости больше тока КЗ на ПС.

7. Выбор схемы собственных нужд подстанции

Приемниками энергии системы собственных нужд подстанции являются системы управления выключателями, электрическое освещение и отопление, системы управления, телемеханики и связи. Схема рабочего и резервного питания собственных нужд должна обеспечивать надежную работу отдельных блоков и всей подстанции в целом.

В качестве оперативного тока выбирается – переменный ток 380/220 В. Схема питания трансформатора собственных нужд – от секции 10 кВ.

Для надежного электроснабжения собственных нужд выбираются два трансформатора – рабочий и резервный, запитанные с разных секций 10 кВ.

Выбор трансформатора собственных нужд

Принимаем 2 трансформатора ТМ-250/10

Схема собственных нужд подстанции

Рис.9

8. Выбор схемы распределительных устройств

Схемы должны удовлетворять следующим требованиям:

- ремонт основного оборудования ПС должен проводиться без перерывов электроснабжения потребителей;

- возможность ремонта системы сборных шин без отключения потребителей;

- минимально-достаточный набор отключающего оборудования для проведения ремонтных работ при соблюдении условий безопасного их проведения;

- надежность, наглядность и простота схемы присоединений.

8.1. Выбор схемы РУ ВН

Для РУ напряжением 500 кВ с числом присоединений 2 применяется кольцевая схема четырехугольника (квадрата). В кольцевых схемах ревизия любого выключателя производится без перерыва работы какого-либо элемента. Эта схема экономична и обладает высокой надежностью.

Распределительное устройство ВН

Рис.10

8.2. Выбор схемы РУ СН

Для РУ напряжением 220 кВ с числом присоединений 6 применяется схема с двумя рабочими и обходной системами с одним выключателем на цепь. В данной схеме обе системы находятся под напряжением, при фиксированном расположении присоединений по шинам. В нормальном режиме ШСВ включен. Такое присоединение повышает надежность схемы так как при коротком замыкании на шинах, ШСВ выключается и соответственно отключается только половина присоединений. Если повреждение на сборных шинах устойчиво, то отключившиеся присоединения переводятся на неповрежденную систему шин. Система с двумя рабочими и одной обходной системами шин имеет большую ремонтопригодность и дает возможность ревизии любой системы шин и любого выключателя без перерыва электроснабжения, а так позволяет группировать присоединения произвольным образом.

Схема распределительного устройства СН

Рис.11

3. Выбор схемы РУ НН

На низшим напряжении подстанции 10 кВ применяется одиночная секционированная схема шин с раздельной работой секции и трансформаторов.

Схема распределительного устройства НН

Рис.12

9. Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей

В РУ ПС содержится большое число электрических аппаратов и соединяющих их проводников.

При наборе токоведущих частей необходимо обеспечивать выполнение ряда требований, вытекающих из условия работы. Аппараты должны:

1. Длительно проводить рабочие токи без чрезмерного повышения температуры;

2. Противостоять кратковременному электродинамическому и тепловому действию токов КЗ;

3. Выдерживать механические нагрузки, создаваемые собственной массой и массой связанных с ним аппаратов, а также возникающие в результате атмосферных воздействий (ветер, дождь, жара, холод); эти требования учитываются при механическом расчете линии электропередачи и РУ;

4. Удовлетворять требованиям экономичности электроустановки. Один из важнейших вопросов – обеспечение термической стойкости аппаратов и проводников. При работе происходит нагрев электрических аппаратов и проводников, что является следствием потерь в них. Составляющие этих потерь являются:

1. потери в токоведущих частях обмоток, контактов;

2. потери от вихревых токов в металлических частях;

3. потери в магнитопроводе трансформаторов электромагнитов;

4. потери в диэлектриках;

Проверка токоведущих частей на термическую стойкость состоит в том, чтобы убедиться, что ни в одном из режимов температура проводника не превысит допустимой. При этом допустимые температуры в каждом из режимов различны и определяются рядом требований:

1. обеспечить экономически целесообразный срок службы изоляции;

2. обеспечить надежную работу контактной системы;

3. не допустить разрушения изоляции;

4. не допустить заметного ухудшения механических свойств металл токоведущих частей.

При нормальном режиме допустимая температура определяется первым или вторым требованием, а при КЗ – третьим и четвертым. Для изолированных частей допустимая температура определяется в основном сроком службы изоляции в зависимости от вида и класса изоляции. Для коммутационных аппаратов и шин допустимые температуры в основном определяются условиями работы контактов.

Таким образом, из условий работы, токоведущие элементы выбирают по условиям рабочего режима и проверяют на термическую и электродинамическую стойкость при токах КЗ.

Разъединитель – это коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности в отключенном положении имеет между контактами промежуток.

При ремонтных работах разъединителем создается видимый разрыв между частями под напряжением и аппаратами, выведенными в ремонт.

Разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надежности их зависит надежность работы всей электроустановки, поэтому к ним предъявляются следующие требования:

1. создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению;

2. электродинамическая и термическая стойкость при протекании токов КЗ;

3. исключение самопроизвольных отключений;

4. четкое включение и отключение при наихудших условиях работы (обледенение, дождь, снег).

Важным элементом электроустановки высокого напряжения является заземление. В большинстве случаев (при напряжении до 500 кВ) заземление монтируется на общей раме с основным разъединителем и блокируется с ним механически. Блокировка разрешает включение заземления только при отключенном разъединителе и наоборот. Разъединители могут выполняться с одним или двумя заземляющими ножами. В установках со сборными шинами в качестве шинных разъединителей выбирают разъединители с одним заземляющим ножом, в качестве линейных – с двумя заземляющими ножами.

Специальными типами разъединителей являются короткозамыкатели и отделители, применяемые на подстанциях, выполненных по упрощенным схемам.

Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания в электрической цепи.

Короткозамыкатели создают искусственное короткое замыкание на стороне высокого напряжения подстанции с целью повышения чувствительности релейной защиты линии.

Отделители – это коммутационный аппарат, предназначенный для автоматического отделения поврежденного участка цепи в бестоковую паузу АПВ. Отделители внешне не отличаются от разъединителей, но у него для отключения имеется пружинный привод. Отделителями допускается отключать те же токи, что и разъединителями. Включение отделителя осуществляется вручную. Отделители, так же как и разъединители могут иметь заземляющие ножи с одной или с двух сторон.

Выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключение тока. Выключатель является основным аппаратом в электроустановках, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов короткого замыкания и включение на существующее короткое замыкание.

9.1. Выбор выключателей

Выбор выключателей на стороне высшего напряжения

Максимальный рабочий ток