Курсовое проектирование понизительной подстанции: Методические указания

Министерство образования Российской Федерации ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет- УПИ Кафедра "Автоматизированные электрические системы" Учебно-научно-производственное предприятие "УПИ-ЭНЕРГО"

Курсовое проектирование понизительной подстанции

Методические указания для студентов заочной формы обучения специальности 100200 - Электроэнергетические системы и сети

Екатеринбург 2004

Составитель : О.М.Котов Научный редактор : доц., к.т.н. Кокин С.Е. Курсовое проектирование понизительной подстанции: Методические указания / О.М.Котов Екатеринбург : УГТУ, 2000. 53 с. Методические указания включают задание на курсовое проектирование. В приложении приведены примеры расчета основных разделов пояснительной записки, а также справочный материал. Подготовлено кафедрой "Автоматизированные электрические системы" и учебнонаучным предприятием "УПИ-Энерго".

Библиогр.:

назв. 4

Рис.

Табл.

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОНИЗИТЕЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ

Подписано в печать Бумага типографская Уч.-изд. л.

Заказ

Формат 60384 1/16 Офсетная печать Тираж

Усл.п.л. Цена "С"

ГОУ ВПО УГТУ - УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

© ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет, 2004

2

Технический проект понижающей подстанции по дисциплине "Электрическая часть станций и подстанций" включает в себя следующие части : пояснительная записка (2530 листов) и графическая часть (1 лист формата А3). Содержание пояснительной записки: Введение 1. Постановка задачи и исходные данные на проектирование 2. Выбор силовых трансформаторов 3. Выбор схем электрических соединений распределительных устройств 4. Расчет токов короткого замыкания 5. Выбор коммутационного оборудования и токоведущих частей 6. Выбор измерительных трансформаторов 7. Описание системы оперативного тока подстанции 8. Выбор трансформаторов собственных нужд 9. Описание релейной защиты подстанции 10. Конструктивное выполнение подстанции 11. Сметно-финансовый расчет на сооружение подстанции Графическая часть. На листе формата А3 выполняется главная электрическая схема подстанции с указанием основного оборудования. Графики нагрузок ( в % от S max) ( группа 1) № графика 1 2 3 4 5 Часы суток зима лето зима лето зима лето зима лето зима лето 1 10 20 30 20 40 30 40 20 20 20 2 20 20 30 20 30 20 30 20 30 20 3 40 30 40 30 20 10 30 20 40 30 4 40 30 40 30 30 10 30 40 40 30 5 60 50 60 40 60 30 50 50 40 30 6 80 50 80 40 80 50 70 50 40 50 7 80 50 100 50 90 50 90 80 90 80 8 90 90 100 80 90 80 100 80 100 80 9 100 90 100 80 100 80 100 80 100 80 10 100 90 100 90 100 90 100 90 100 90 11 100 80 80 80 90 80 100 70 90 70 12 70 80 80 80 90 80 80 70 80 70 13 60 50 60 50 70 50 80 50 60 50 14 60 50 60 50 60 30 60 50 60 30 15 80 50 80 50 90 50 60 50 60 30 16 90 70 90 70 90 70 90 70 90 70 17 90 70 90 70 90 70 90 90 90 90 18 90 80 100 80 100 80 90 90 90 90 19 60 50 80 80 80 80 70 60 50 60 20 60 40 60 80 60 80 50 60 50 60 21 50 30 50 60 50 70 50 60 50 60 22 30 20 30 60 30 60 40 40 40 20 23 10 20 20 20 20 50 40 40 40 20 24 10 20 30 30 40 30 40 40 40 20

3

№ варианта

№ подстанции

№ схемы

№ графика нагрузки

х сист.* ( S баз=100МВА)

Рмакс зимний

Косинус угла нагрузки

Uвн(кВ)

Uнн(кВ)

Число ЛЭП на НН

t ср.зимняя

t ср.летняя

%потр. I категории

%потр. II категории

%потр. III категории

количество блоков эл.станции

Мощность блока , мВт

Варианты исходных данных ( группа 1)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 11 10 9 8 7 6 5 4 3 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 1 2 3 4 2 3 4 1 2 1 2 3 4 1 2 2 3 4 1 2

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 2 1 3 4 4 5 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 1 2 3 4

0,03 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 0,036 0,037 0,038 0,039 0,04 0,041 0,042 0,043 0,044 0,045 0,046 0,047 0,046 0,045 0,044 0,043 0,042 0,041 0,04 0,039 0,038 0,037 0,036 0,035

55 62 37 52 48 77 61 65 70 47 57 50 52 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 48 77 61

0,8 0,85 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 0,8 0,83 0,86 0,89 0,92 0,8 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,86 0,84 0,82 0,8 0,83 0,86 0,84 0,82 0,8 0,83

220 110 110 110 220 220 220 110 110 220 220 110 110 220 110 220 110 220 110 220 110 220 110 220 220 110 110 220 220 110

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

7 8 6 7 6 9 10 11 12 6 7 5 5 6 6 5 6 7 6 5 7 8 9 5 6 7 7 8 10 9

-5 0 5 -5 0 5 -5 0 5 -5 -7 -5 0 -15 -5 0 -5 0 5 -5 0 5 -5 0 5 -5 -7 -5 0 -15

0 5 10 15 5 10 15 17 10 10 10 12 18 5 0 7 0 8 9 10 12 10 15 14 10 10 11 12 13 5

10 20 30 40 10 20 10 20 30 40 20 10 30 40 10 20 10 20 30 40 10 20 10 20 30 40 20 10 30 40

60 40 20 30 50 30 60 40 20 30 30 60 25 30 60 40 60 40 20 30 50 30 60 40 20 30 30 60 25 30

30 40 50 30 40 50 30 40 50 30 50 30 45 30 30 40 30 40 50 30 40 50 30 40 50 30 50 30 45 30

5 4 3 2 5 4 3 2 5 4 3 2 5 4 4 3 2 5 4 3 2 5 4 3 2 5 4 3 2 5

160 300 200 160 300 200 160 300 200 160 160 300 200 200 200 160 300 200 160 160 300 200 200 160 300 200 160 160 300 200

4

Графики нагрузок ( в % от S max) № графика

1

Часы суток

зима

2 лето

зима

( группа 2)

3 лето

зима

4 лето

зима

5 лето

зима

лето

1

40

30

40

30

20

10

30

20

40

30

2

40

30

40

30

30

10

30

40

40

30

3

40

30

40

30

20

10

30

20

40

30

4

40

30

40

30

30

10

30

40

40

30

5

60

50

60

40

60

30

50

50

40

30

6

80

50

80

40

80

50

70

50

40

50

7

80

50

100

50

90

50

90

80

90

80

8

90

90

100

80

90

80

100

80

100

80

9

100

90

100

80

100

80

100

80

100

80

10

100

90

100

90

100

90

100

90

100

90

11

100

90

100

80

100

80

100

80

100

80

12

100

90

100

90

100

90

100

90

100

90

13

60

50

60

50

70

50

80

50

60

50

14

60

50

60

50

60

30

60

50

60

30

15

80

50

80

50

90

50

60

50

60

30

16

90

70

90

70

90

70

90

70

90

70

17

90

70

90

70

90

70

90

90

90

90

18

90

80

100

80

100

80

90

90

90

90

19

60

50

80

80

80

80

70

60

50

60

20

60

40

60

80

60

80

50

60

50

60

21

60

40

60

80

60

80

50

60

50

60

22

10

20

20

20

20

50

40

40

40

20

23

10

20

20

20

20

50

40

40

40

20

24

40

30

40

30

20

10

30

20

40

30

5

Косинус угла нагрузки

Uвн(кВ)

Uнн(кВ)

Число ЛЭП на НН

t ср.зимняя

t ср.летняя

%потр. I категории

%потр. II категории

%потр. III категории

количество блоков эл.станции

Мощность блока , мВт

3 4 1 2 3 4 1 2 1 2 3 4 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Рмакс зимний

№ схемы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8

х сист.* ( S баз=1000МВА)

№ подстанции

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

5 0,3 4 0,31 3 0,32 2 0,33 1 0,34 1 0,35 2 0,36 5 0,37 4 0,38 3 0,39 2 0,4 1 0,41 3 0,42 5 0,43 4 0,44 3 0,45 2 0,44 1 0,43 3 0,42 5 0,41 4 0,4 3 0,39 2 0,38 5 0,37 4 0,36 5 0,35 4 0,34 3 0,33 2 0,32 1 0,035

50 47 44 41 38 35 32 29 26 23 27 31 35 39 43 47 51 55 59 32 29 26 23 27 31 35 39 43 47 50

0,8 0,85 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 0,8 0,83 0,86 0,89 0,92 0,8 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,86 0,84 0,82 0,8 0,83 0,86 0,84 0,82 0,8 0,83

220 110 110 110 220 220 220 110 110 220 220 110 110 220 110 220 110 220 110 220 110 220 110 220 220 110 110 220 220 110

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

10 11 12 6 7 9 10 11 12 6 7 6 5 7 8 9 5 6 7 7 8 10 9 5 6 7 7 8 10 9

5 -5 -7 -5 0 -15 -5 0 -5 0 -7 -5 0 -15 -5 0 -5 0 5 -5 -5 0 -15 -5 0 -5 0 5 -5 -15

10 10 10 12 18 5 0 7 0 8 10 12 18 5 0 7 0 8 9 10 12 18 5 0 7 0 8 9 10 5

10 20 30 40 10 20 10 20 30 40 20 10 30 40 10 20 10 20 30 40 10 20 10 20 30 40 20 10 30 40

60 40 20 30 50 30 60 40 20 30 30 60 25 30 60 40 60 40 20 30 50 30 60 40 20 30 30 60 25 30

30 40 50 30 40 50 30 40 50 30 50 30 45 30 30 40 30 40 50 30 40 50 30 40 50 30 50 30 45 30

2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 2 3 4 5 2 3 4 5 6 2 3 4 5 2 3 2 3 4 5 6

160 300 200 160 300 200 160 300 200 160 160 300 200 200 200 160 300 200 160 160 300 200 200 160 300 200 160 160 300 200

№ графика нагрузки

№ варианта

Варианты исходных данных ( группа 2)

6

ЛИТЕРАТУРА 1. Электрическая часть станций и подстанций. Учебник для вузов/ Под ред. А.А.Васильева. - М.: Энергия, 1990. - 576с., ил. 2. Электрическая часть электростанций/ Под ред. С.В.Усова. - Л.: Энергия, 1987. 616с., ил. 3. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. - М.: Энергия, 1987. 4. Неклепаев Б.Н., Крючков К.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. - М.: Энергия, 1989. 5. Справочник по проектированию подстанций 35-500 кВ/ Под ред. С.С.Рокотяна и Я.С.Самойлова. - М.: Энергоиздат, 1982. 6. Гервиц М.Н., Кокин С.Е., Нестеренков В.П. Проектирование подстанций. Учебное пособие по курсу "Электрическая часть станций". - Свердловск: УПИ, 1988. 7. Электротехнический справочник/ Под ред. профессоров МЭИ. Т1, Т2, Т3, 7-е изд., испр. - М.: Энергоатомиздат, 1985-1988. 8. Выбор схем электрических соединений подстанций. Методические указания по дисциплине "Электрическая часть станций и подстанций"/ С.Е.Кокин, г.Екатеринбург, УГТУ, 2004, 43с. 9. Нормы технологического проектирования подстанций с высшим напряжением 35750 кВ. 3-е изд. М.: Минэнерго СССР, 1979, 40с. 10. Правила устройства электроустановок /Минэнерго СССР, 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648с.

7

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Пример расчета основных разделов пояснительной записки. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ а) Карта-схема электрической сети Система

Электрическая станция

~

~ xc∗ = 0,04 при Sб = 100 MB ⋅ A

1

S2

2

110 кВ

110 кВ

30

110 кВ

3

10

S1

б)

~

80

N п/ст = 2 ; Pзимн.max = 47 МВт; cos ϕ = 0,84 ; U вн = 110 кВ;

U нн = 10 кВ;

зимн = −5° С ; tср

летн = 15° С . tср

Распределение потребителей по категориям: I − 20 %; II − 40 %; III − 40 %. Линий, резервирующих потребителей по низкому напряжению (10 кВ) нет. в) График нагрузки: Час 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

S зимн , % 30 60 60 30 30 100 100 100 100 90 30 30

S летн , % 20 20 40 40 20 20 100 100 100 60 60 20

Час 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

S зимн , % 30 50 50 100 90 80 80 30 30 30 60 30

S летн , % 20 20 40 90 100 40 40 20 20 20 40 20

I. Выбор силовых трансформаторов подстанции

Pзимн max

47 = 56 МВ⋅А. cos ϕ 0,84 Поскольку на проектируемой подстанции имеются потребители I категории, а резерва по 10 кВ нет, необходимо установить nт ≥ 2 . Так как схемы трех трансформаторных подстанций, как правило, дороже, намечаются варианты трансформаторов с nт = 2 Расчеты проводятся в полной мощности S зимн max =

=

8

Sт =

S3 max (1 − kоткл )

( nт − 1) ⋅1,4

,

где S т − мощность трансформатора, МВ⋅А; kоткл − доля допустимых отключений потребителей ( kоткл ≤ kIII ); 1,4 − допустимая перегрузка трансформатора (40%). S3 max 56 Для kоткл = 0 : S т max = = = 40 МВА. 1,4 1,4 S3 max (1 − 0,4) 56 ⋅ 0,6 S т min = = = 24 МВА. Для kоткл = kIII = 0,4 : 1,4 1,4 В результате получаем интервал [24 МВА ... 40 МВА]. По справочнику намечаются два варианта выбора (силовые трансформаторы с РПН) № вар.

Тип трансформатора

1 2 3

ТРДН 25000 / 110 ТРДН 32000 / 110 ТРДН 40000 / 110

∆Pхх , кВт 30 40 50

uk , % 10,5 10,5 10,5

∆Pкз , кВт 120 145 160

Цена, тыс. руб. 58,3 65,5 72,6

U вн, ном , U нн, ном , кВ кВ 115 10,5 115 10,5 115 10,5

Тепловой расчет трансформатора. Вариант 1: 2×25 МВА Зима. Нормальный режим Sзимн max = 56 МВА;

S Σ тр = 2 ⋅ 25 = 50 МВА;

S Σ тр % =

50 ⋅ 100 = 89 %. 56 Зимние сутки

S%

S Σ тр % = 89%

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Выделяются 2 периода перегрузки: 5−10 ч и 15−17 ч. Для каждого интервала рассчитывается тепловой импульс

Bi = ∑ Si2 ti , где i − ступень постоянной нагрузки периода перегрузки; S i − мощность ступени, МВА; ti − продолжительность ступени, ч. B1 = 562 ⋅ 4 + (0,9 ⋅ 56)2 ⋅ 1 = 15084,2 MBA 2 ⋅ ч; B2 = 562 ⋅1 + (0,9 ⋅ 56)2 ⋅1 = 5676,2 MBA 2 ⋅ ч. B1 > B2 , поэтому ступенью перегрузки считается время с 5 до 10 часов. Коэффициент перегрузки 9

1 k2 = S тp

∑ Si2 ti , ∑ ti

где S тp в данном случае равно S Σ тр . 1 15084,2 = 1,098 ≈ 11 , . 50 5 Коэффициент начальной загрузки находится по аналогичной формуле: k2 =

∑ Si2 ti ∑ ti

1 k1 = S тp

=

1 (0,3 ⋅ 56)2 ⋅10 + (0,6 ⋅ 56)2 ⋅ 3 + (0,9 ⋅ 56)2 ⋅ 1 + (0,8 ⋅ 56)2 ⋅ 2 + (0,5 ⋅ 56)2 ⋅ 2 + 562 ⋅1 = = 0,61. 50 19 Проверка допустимости эквивалентирования: 0,9 Sзимн. max ≤ k2 Sнт , 0,9 ⋅ 56 = 50,4 ≤ 11 , ⋅ 50 = 55 МВА. Неравенство выполняется, двухступенчатое эквивалентирование допустимо. По таблицам ГОСТ 14209-85 для систематических перегрузок находится k2 доп : k1 = 0,61 ( k1 = 0,7 ); tпер = 5 ч ( h = 6 ч); tзимн.ср = −5° С (таблица для Θ охл = 0° С); k2 доп = 1,37 . , < k2 доп = 1,37 . Поскольку k2 = 11 Нормальный режим зимой допустим. Примечание: для определения k2 доп силовых трансформаторов U ном = 220 кВ; Θ = tcp + 20° С. Зима. Аварийный режим Аварийный (послеаварийный) режим обусловлен трансформаторов. Расчет проводится аналогично.

отключением

одного

из

S Σ тр = 25 МВА; S тр % =

25 ⋅ 100 = 44,64 %. 56

III = 65% S тр %

S%

Зимние сутки

II I S тр % = 52% S тр % = 49,5% S тр % = 44,6%

9

13

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5

6

7

8

10

11

12

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Первый и последний период перегрузки можно не рассматривать 10

B1 = 15084,2 MBA 2 ⋅ ч;

B2 = (0,5 ⋅ 56)2 ⋅ 2 + 562 ⋅1 + (0,9 ⋅ 56)2 ⋅1 + (0,8 ⋅ 56)2 ⋅ 2 = 10474,2 MBA 2 ⋅ ч; B1 > B2 ; 1 B1 = 2,19 ; 25 5 0,9 Sзимн.max = 50,4 МВА; k2 Sнт = 54,75 МВА. Условие эквивалентирования выполнено. k2 =

S зимн.max 1 + 0,92 + 0,82 ⋅ 2 + 0,62 ⋅ 3 + 0,52 ⋅ 2 + 0,32 ⋅10 = 1,22. k1 = S тр 19

Поскольку k1 > 1 , то во время, предшествующее перегрузке с 5 до 10 часов, трансформатор также перегружен. Для того, чтобы сделать k1 ≤ 1 требуется отключить часть нагрузки ∆S откл = ( k1 − 1) S т = (1,22 − 1) ⋅ 25 = 5,5 МВА. ∆Sоткл должна быть меньше S III = 0,4 ⋅ 56 = 22,4 МВА. Таким образом, подобное отключение действительно допустимо. I = Sзимн.max − ∆Sоткл = 56 − 5,5 = 50,5 МВА; S max 25 I S тр % = 50,5 ⋅ 100 = 49,5 %. Периоды перегрузки и предшествующей нагрузки не изменились, поэтому можно сразу рассчитать k2 и k1 : I 12 ⋅ 4 + 0,92 ⋅1 50,5 S max = ⋅ 0,98 = 1,98 ; k2 = 5 25 S тр

1 + 0,92 + 0,82 ⋅ 2 + 0,62 ⋅ 3 + 0,52 ⋅ 2 + 0,32 ⋅ 10 50,5 SI = ⋅ 0,54 = 1,09 ≈ 11 , ; k1 = max 5 25 S тр I ∆Sоткл = ( k1 − 1) S тр = 2,5 МВА; I ∆Sоткл Σ = ∆Sоткл + ∆Sоткл = 5,5 + 2,5 = 8 МВА;

∆Sоткл Σ < SIII = 22,4 МВА; II = S I I S max max − ∆Sоткл = 50,5 − 2,5 = 48 МВА;

25 ⋅ 100 = 52 %. 48 В результате данного отключения изменилась продолжительность второго периода перегрузки, который и до этого входил в ступень предшествующей перегрузки. Поэтому можно сразу рассчитать k1 и k2 : II S тр %=

II S max 48 ⋅ 0,98 = ⋅ 0,98 = 1,88 ; k2 = S тр 25

II S max 48 k1 = ⋅ 0,54 = ⋅ 0,54 = 1,03 ≈ 1 . S тр 25

По таблицам ГОСТ 14209-85 для аварийных перегрузок для 11

k1 = 1 ; tп = 5 → h = 6 ч; tср.зимн = −5° С → Θ охл = 0° С ; k2 доп = 1,5 < k2 = 1,88 . Следует продолжить отключение части потребителей.

(

)

II ∆Sоткл = k2 − k2 доп S тр = (1,88 − 1,5) ⋅ 25 = 9,5 МВА; I II ∆Sоткл Σ = ∆Sоткл + ∆Sоткл + ∆Sоткл = 5,5 + 2,5 + 9,5 = 17,5 МВА;

∆Sоткл Σ < SIII = 22,4 МВА; III = S II − ∆S II S max откл = 48 − 9,5 = 38,5 МВА; max III = S тр %

25 ⋅100 = 65 %. 38,5

S III 38,5 k2 = max ⋅ 0,98 = ⋅ 0,98 = 1,5092 ; S тр 25 S III 38,5 k1 = max ⋅ 0,54 = ⋅ 0,54 = 0,83 . S тр 25 По таблицам ГОСТ 14209-85 для аварийных перегрузок для k1 = 0,9 tп = 6 ч; tср.зимн = 0° С ; k2 доп = 1,5 . На этом расчет можно закончить, т.к. tп и tср.зимн взяты с некоторым запасом. Лето. Нормальный режим

S л max = 56 МВА S Σ тр = 50 МВА; S Σ тр % = 89 %. Летние сутки S%

S Σ тр % = 89%

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

B1 = 562 ⋅ 3 = 9408 MBA 2 ⋅ ч; B2 = (0,9 ⋅ 56)2 + 562 = 5676 MBA 2 ⋅ ч. 12

B1 > B2 ; k2 =

1

1 B1 = 3 50

S Σ тp

9408 = 112 , ; 3

0,22 ⋅11 + 0,42 ⋅ 6 + 0,62 ⋅ 2 + 0,92 ⋅1 56 = ⋅ 0,433 = 0,48 . 21 50

S k1 = max S Σ тp

По таблицам ГОСТ 14209-85 для систематических перегрузок находится k2 доп : k1 = 0,5 ; hпер = 4 ч; Θ охл = 20° С; k2 доп = 1,56 . Поскольку k2 < k2 доп - перегрузка допустима. Лето. Аварийный режим

S тр = 25 МВА; 25 ⋅100 = 45 %. 56

S тр % =

Летние сутки

II I S тр % = 67% S тр % = 65%

9

13

S%

S тр % = 45%

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5

6

7

8

10

11

12

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

B1 = 562 ⋅ 3 + (0,6 ⋅ 56)2 ⋅ 2 = 11665 MBA 2 ⋅ ч; B2 = (0,9 ⋅ 56)2 + 562 = 5676 MBA 2 ⋅ ч;

B1 > B2 ; k2 =

1 S тр

S k1 = max S тр

1 11665 B1 = = 1,93 ; 5 25 5 0,22 ⋅11 + 0,42 ⋅ 6 + 0,92 + 1 56 = ⋅ 0,411 = 0,92 ; 19 25

0,9 S max = 50,4 МВА; k2 S тр = 48,2 МВА. Условия эквивалентирования не выполняются. В таком случае полагают, что S 56 k2 = 0,9 max = 0,9 = 2,01 ; S тр 25 13

tпI =

k22

( 0,9 kmax ) 2

tп =

1,932

(0,9 ⋅ 2,24)2

⋅ 5 = 4,5 ч.

S Здесь k max = max = 2,24. S тр По ГОСТ 14209-85 для аварийных перегрузок k2 доп для Θ охл = 20° С; hпер = 6 ч; k1 = 1 ; k2 доп = 1,3 .

(

)

∆Sоткл = k2 − k2 доп ⋅ 25 = (2,01 − 1,3) ⋅ 25 = 17,75 МВА; ∆Sоткл < SIII = 22,4 МВА; I S max = 56 − 17,75 = 38,25 МВА; I S тр %=

25 ⋅100 = 65,4 %; 38,25

B1 = 38,252 ⋅ 3 = 4389 MBA 2 ⋅ ч; B2 = (0,9 ⋅ 38,25)2 + 38,252 = 2648 MBA 2 ⋅ ч;

B1 > B2 ; k2 =

1 S Σ тp

SI k1 = max S тp

B1 = 1,529 ; 3 0,22 ⋅11 + 0,42 ⋅ 6 + 0,92 + 1 + 0,62 ⋅ 2 38,25 = ⋅ 0,432 = 0,661 ; 21 25

I = 0,9 ⋅ 38,25 = 34,42 МВА; 0,9 S max

k2 S тр = 1,529 ⋅ 25 = 38,22 МВА. Условие эквивалентирования выполняется. По ГОСТ 14209-85 для аварийных перегрузок k2 доп для Θ охл = 20° С; hпер = 4 ч;

k1 = 0,7 ; k2 доп = 1,5 . k2 > k2 доп .

(

)

I ∆Sоткл = k2 − k2 доп S тр = (1,529 − 1,5) ⋅ 25 = 0,725 МВА;

∆Sоткл Σ = 18,48 МВА; II = S I I S max max − ∆S откл = 37,52 МВА;

25 ⋅100 = 67 %. 37,52 Периоды перегрузки не изменились. II S тр %=

14

1 37,522 ⋅ 3 37,52 k2 = = = 1,5 ; 25 3 25 37,25 k1 = ⋅ 0,432 = 0,64 25 по Θ охл = 20° С, hпер = 4 ч, k1 = 0,7 , k2 доп = 1,5 = k2 ⇒ расчет закончен. Тепловой расчет трансформатора. Вариант 2: 2×32 МВА Зима. Нормальный режим S з max = 56 МВА;

S Σ тр = 2 ⋅ 32 = 64 МВА. Трансформаторы работают без перегрузки. Зима. Аварийный режим 32 S Σ тр % = ⋅ 100 = 57 %. 56 Рассматриваются два периода перегрузки: с 5 до 10 ч и с 15 до 19 ч. I S тр % = 65%

Зимние сутки

S%

S тр % = 57%

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

B1 = 562 ⋅ 4 + (0,9 ⋅ 56)2 ⋅1 = 15084,2 MBA 2 ⋅ ч; B2 = 562 + (0,9 ⋅ 56)2 + (0,8 ⋅ 56)2 ⋅ 2 = 9690 MBA 2 ⋅ ч; B1 > B2 ; k2 =

1 S тр

1 15084,2 B1 = = 1,71 . 5 32 5

0,9 S max = 50,4 МВА; k2 S тp = 1,71 ⋅ 32 = 54,7 МВА ⇒ условие эквивалентирования выполняется. S k1 = max S тр

0,32 ⋅10 + 0,52 ⋅ 2 + 0,62 ⋅ 3 + 0,82 ⋅ 2 + 0,92 + 1 56 = ⋅ 0,54 = 0,94. 19 32

По ГОСТ 14209-85 для аварийных перегрузок по Θ охл = 0° C;⎫ ⎪ hпер = 6 ч ; ⎬ k2 доп = 1,5 . ⎪ k1 = 1 ⎭

(

)

∆S откл = k2 − k2 доп S тр = (1,71 − 1,5) ⋅ 32 = 6,72 МВА; 15

∆Sоткл Σ < SIII ; I S max = 56 − 6,72 = 49,28 МВА;

32 ⋅100 = 65 %. 49,28 Периоды перегрузок не изменились. I S тр %=

SI 12 ⋅ 4 + 0,92 49,28 k2 = max = ⋅ 0,98 = 1,51 ; S тр 5 32

49,28 ⋅ 0,54 = 0,83 . 32 По таблицам ГОСТ 14209-85 для аварийных перегрузок для Θ охл = 0° C;⎫ ⎪ hпер = 6 ч ; ⎬ k2 доп = 1,5 . ⎪ k1 = 0,9 ⎭ k2 ≈ k2 доп . k1 =

Расчет закончен. Лето. Нормальный режим

S л max = 56 МВА S Σ тр = 2 ⋅ 32 = 64 МВА. Трансформаторы несут мощность без перегрузки. Лето. Аварийный режим

S л max = 56 МВА; 32 S тр % = ⋅ 100 = 57 %. 56 Летние сутки

II I S тр % = 67% S тр % = 63,5% S тр % = 57%

9

13

S% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5

6

7

8

10

11

12

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

B1 = 11665 MBA 2 ⋅ ч; B2 = 5676 MBA 2 ⋅ ч; B1 > B2 ; k2 =

1 S тр

B1 1 11665 = = 1,509 ; 5 32 5 16

0,9 S max = 0,9 ⋅ 56 = 50,4 МВА; k2 S тр = 1,509 ⋅ 32 = 48,3 МВА. Условие эквивалентирования не выполняется, поэтому S 56 k2I = 0,9 k max = 0,9 max = 0,9 = 1,575 ; S тр 32 tпI =

k22

1,5092

t = ⋅ 5 = 4,6 ч. 2 п 1,5752 I k2

( )

S k1 = max S тp

0,22 ⋅ 11 + 0,42 ⋅ 6 + 0,92 + 1 56 = ⋅ 0,411 = 0,72 ; 19 32

по Θ охл = 0° C;⎫ ⎪ hпер = 6 ч ; ⎬ k2 доп = 1,4 . ⎪ k1 = 0,8 ⎭

(

)

∆Sоткл = k2I − k2 доп S тр = (1,575 − 1,4) ⋅ 32 = 5,6 МВА; ∆Sоткл < SIII ; I S max = S max − ∆S откл = 56 − 5,6 = 50,4 МВА; I S тр %=

32 ⋅100 % = 63,5 %; 50,4

B1 = 50,42 ⋅ 3 = 7620,5 MBA 2 ⋅ ч; B2 = 50,42 + (0,9 ⋅ 50,4)2 = 4597,7 MBA 2 ⋅ ч; B1 > B2 ; k2 =

1 S тр

1 7620,5 B1 = = 1,575 ; 3 32 3

I S max 50,4 ⋅ 0,432 = ⋅ 0,432 = 0,68. k1 = S тр 32

Для Θ охл = 20° C;⎫ ⎪ hпер = 4 ч ; ⎬ k2 доп = 1,5 . ⎪ k1 = 0,7 ⎭ k2 > k2 доп

(

)

∆S откл = k2 − k2 доп S тр = (1,575 − 1,5) ⋅ 32 = 2,4 МВА;

∆Sоткл Σ = 5,6 + 2,4 = 8 МВА < SIII ; II = 56 − 8 = 48 МВА; S max

32 ⋅ 100 % = 67 %. 48 Периоды перегрузки не изменились, поэтому II S тр %=

17

48 = 1,5 ; 32 48 ⋅ 0,432 = 0,648 . k1 = 32 Для Θ охл = 20° C;⎫ ⎪ hпер = 4 ч ; ⎬ k2 доп = 1,5 . ⎪ k1 = 0,7 ⎭ k2 = k2 доп ⇒ расчет закончен. k2 =

Тепловой расчет трансформатора. Вариант 3: 2×40 МВА Зима. Нормальный режим S з max = 56 МВА;

S Σ тр = 2 ⋅ 40 = 80 МВА. Трансформаторы работают без перегрузки. Зима. Аварийный режим S з max = 56 МВА;

S тр = 40 МВА. 40 ⋅ 100 % = 72 %. 56

S тр % =

Зимние сутки

S тр % = 72%

S% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

B1 = 15084,2 MBA 2 ⋅ ч; B2 = 9690 MBA 2 ⋅ ч; k2 =

1 S тр

B1 1 15084,2 = = 1,37 . 5 40 5

0,9 S max = 50,4 МВА; k2 S тp = 1,37 ⋅ 40 = 54,9 МВА ⇒ условие эквивалентирования выполняется. S 56 ⋅ 0,54 = 0,76. k1 = max ⋅ 0,54 = S тр 40 По ГОСТ 14209-85 для аварийных перегрузок по

18

Θ охл = 0° C;⎫ ⎪ hпер = 6 ч ; ⎬ k2 доп = 1,5 . ⎪ k1 = 0,8 ⎭ k2 < k2 доп ⇒ перегрузка трансформатора допустима.

Лето. Нормальный режим

S л max = 56 МВА S Σ тр = 2 ⋅ 40 = 80 МВА. Трансформаторы несут мощность без перегрузки. Лето. Аварийный режим

S л max = 56 МВА; S тр = 40 МВА; S тр % =

40 ⋅100 % = 72 %. 56 Летние сутки

S тр % = 72%

S% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

B1 = 562 ⋅ 3 = 9408 MBA 2 ⋅ ч; B2 = (0,9 ⋅ 56)2 + 562 = 5676 MBA 2 ⋅ ч; B1 > B2 ; S 56 = 1,4 ; k2 = л max = S тp 40 S 56 ⋅ 0,432 = 0,6 ; k1 = л max ⋅ 0,432 = S тp 40 по Θ охл = 20° C;⎫ ⎪ hпер = 4 ч ; ⎬ k2 доп = 1,5 . ⎪ k1 = 0,6 ⎭ k2 < k2 доп ⇒ перегрузка трансформатора допустима.

19

Расчет приведенных затрат

З = Ен ⋅ К + И ао + И пот + У . Здесь И ао = 9,4% ⋅ К - издержки на амортизацию и капиталовложения, тыс. руб. Издержки на потери электроэнергии

обслуживание,

К

-

И пот = β ∆Wпот ,

где β = 0,8 ⋅ 10− 2 тыс.руб./МВт⋅ч - удельная стоимость потерь электроэнергии; потери электроэнергии за год, МВт⋅ч,

∆Wпот -

2

⎞ ∆Р ⎛ S ∆Wпот = nтр ∆Рхх ⋅ 8760 + кз ⎜⎜ max ⎟⎟ τ , nтр ⎝ S тр ⎠ где τ - время наибольших потерь, ч. τ рассчитывается по эмпирической формуле 2 T ⎛ ⎞ τ = ⎜ 0,124 + max ⎟ ⋅ 8760 . ⎝ 10000 ⎠ Здесь Tmax - число часов использования максимума: ⎛ 24 ⎞ ⎛ 24 ⎞ ⎜∑ S% ⋅t ⎟ t ⎜∑ S% ⋅t ⎟ t + з i i ⎟ з сут ⎜ л i i ⎟ л сут ⎜ ⎝ i =1 ⎠ ⎝ i =1 ⎠ Tmax = , 100 где tз сут , t л сут - соответственно число зимних и летних суток в году.

Tmax =

(30⋅10 + 50⋅2 + 60⋅3+ 80⋅2 + 90⋅2 +100⋅5)⋅210 + ( 20⋅11+ 40⋅6+ 60⋅2+ 80⋅1+ 90⋅4)⋅155 100

= 4563 ч;

4563 ⎞ 2 ⎛ τ = ⎜ 0,124 + ⎟ ⋅ 8760 = 5083 ч. ⎝ 10000 ⎠ Расчет ущерба от недоотпуска электроэнергии

У = Уз + У л =

ε з α з kв Pmax з tз.сут + ε л α л kв Pmax л t л.сут , 365

P P где ε з = откл.з и ε л = откл.л - доля ограничения потребления Pmax з Pmax л зимой и летом соответственно; α з и α л - удельный ущерб от отключения мощности зимой и летом; kв - коэффициент вынужденного простоя, по сути - это вероятность состояния, когда один трансформатор на подстанции несет всю нагрузку (ущерб от плановых ограничений нагрузки не учитывает); kв ≈ kв I + kв II = 2kв I = 2kв II , т.к. ветви I и II идентичны. kв I = ω р τ р + ω В110 τ В110 + ω т τ т + ω В10 τ В10 ; 123 123 14 4244 3 14243 kв разъед

kв I , год;

kв выкл.110 кВ

kв трансф

kв выкл.10 кВ

Разъединитель

B110

Т B10 12 4 4 3 12 4 4 3

ветвь I − 3 − 3 − 3 − 3 = 0,02 ⋅ 0,4 ⋅ 10 + 0,1⋅ 2,8 ⋅ 10 + 0,02 ⋅ 60 ⋅ 10 + 0,08 ⋅ 1,3 ⋅ 10 = 1,592 ⋅ 10− 3

ветвь II

kв = 2kв I = 3184 , ⋅ 10− 3 , год. Вариант 1: 2×25 МВА K = 2 ⋅ 58,3 = 116,6 тыс. руб.;

20

И ао =

9,4 ⋅ 116,6 = 10,96 тыс.руб.; 100

120 ⎛ 56 ⎞ 2 ∆Wпот = 2 ⋅ 30 ⋅ 8760 + ⎜ ⎟ ⋅ 5083 = 2055,9 МВт⋅ч; 2 ⎝ 25⎠

И пот = β ∆Wпот = 0,8 ⋅ 10 − 2 ⋅ 2055,9 = 16,446 тыс. руб. зимн Pоткл.з ∆Sоткл Σ 17,5 Для ε з = = = = 0,31 по кривым удельного ущерба (кривая 2 56 Pmax з S max

промышленность) определяем α ab , тыс.руб./кВт. з = 18 летн Pоткл.л ∆Sоткл Σ 18,48 = = = 0,33 , α ab Для ε л = л = 1,85 тыс.руб./кВт. 56 Pmax л S max

У=

0,311 ⋅ ,8⋅103 ⋅47⋅3184 , ⋅10−3 ⋅210+ 0,331 ⋅ ,8510 ⋅ 3 ⋅47⋅3184 , ⋅10−3 ⋅155 = 86,8 тыс. руб. 365

Вариант 2: 2×32 МВА

K = 2 ⋅ 65,5 = 131 тыс. руб.; И ао =

9,4 ⋅131 = 12,31 тыс.руб.; 100

145 ⎛ 56 ⎞ 2 ∆Wпот = 2 ⋅ 40 ⋅ 8760 + ⎜ ⎟ ⋅ 5083 = 1829 МВт⋅ч; 2 ⎝ 25 ⎠

И пот = 0,8 ⋅ 10 − 2 ⋅ 1829 = 14,63 тыс. руб. зимн ∆Sоткл Σ = 6,72 = 0,12 − α ab = 0,9 тыс.руб./кВт. Для ε з = з S max 56

Для ε л =

У=

летн ∆Sоткл Σ = 8 = 0,14 − α ab = 1,0 тыс.руб./кВт. л S max 56

0,12⋅0,9⋅103 ⋅47⋅3184 , ⋅10 −3 ⋅210 + 0,14⋅1,0⋅103 ⋅47⋅3184 , ⋅10 −3 ⋅155 = 18,19 тыс. руб. 365

Вариант 3: 2×40 МВА

K = 2 ⋅ 72,6 = 145,2 тыс. руб.; И ао =

9,4 ⋅145,2 = 13,64 тыс.руб.; 100

∆Wпот = 2 ⋅ 50 ⋅ 8760 +

160 ⎛ 56 ⎞ 2 ⎜ ⎟ ⋅ 5083 = 1673 МВт⋅ч; 2 ⎝ 40 ⎠

И пот = 0,8 ⋅ 10 − 2 ⋅ 1673 = 13,38 тыс. руб. У = 0. Составляющие приведенных затрат сводятся в таблицу. Составляющая приведенных затрат

Вариант 1 2×25 МВА

Вариант 2 2×32 МВА

Вариант 3 2×40 МВА

1. Капиталовложения, тыс. руб. 2. Издержки на амортизацию и обслуживание, тыс. руб. 3. Издержки на потери электроэнергии, тыс. руб. 4. Ущерб от ограничения электроснабжения потребителей, тыс. руб.

116 10,96 16,45 86,8

131 12,31 14,63 18,19

145,2 13,64 13,38 0 21

5. Итоговые приведенные затраты, тыс. руб. 6. Итоговые затраты, %

128,13 100

60,67 46

44,45 34

Вывод: в результате проведенного технико-экономического сопоставления вариантов выбраны трансформаторы 2×40 МВА (вариант 3). Расчет токов короткого замыкания Расчет параметров схемы замещения

Система: xc∗ = 0,04 о.е. при Sб = 100 МВА; Uб2 1152 xc = xc∗ ⋅ xб = xc∗ = 0,04 ⋅ = 5,29 Ом, 100 Sб где Sб - базисная мощность; Uб - базисное напряжение, в данном случае - среднее напряжение ступени, на которой рассчитывается ток короткого замыкания (точка K1 ). Электростанция: − Генераторы: 2×ТВ−60−2, U ном = 6,3 кВ, x d′′ = 0,132 о.е., cos ϕ ном = 0,8 , Iг ном = 6,88 кА; 2 U ном 6,32 xг = x d′′ ∗ = 0,132 ⋅ = 0,07 Ом; S ном 75 2

⎛U ⎞ 2 Eг = ⎜ ном + Iном xг sin ϕ ном ⎟ + ( Iном xг cos ϕ ном ) = ⎝ 3 ⎠ 2

⎛ 6,3 ⎞ = ⎜ + 6,88 ⋅ 0,07 ⋅ 0,6⎟ + (6,88 ⋅ 0,07 ⋅ 0,8)2 = 4,232 кВ (фазное). ⎝ 3 ⎠ − Трансформаторы: 2×ТДЦ−80, U н ном = 6,3 кВ,

U к = 10,5 %, U в ном = 121 кВ,

2 U к % Uб 10,5 1152 x тc = = ⋅ = 17,35 Ом. 100 Sном 100 80 − Линии электропередачи ( x0 = 0,4 Ом/км): x2 = x0l 12 = 0,4 ⋅ 30 = 12 Ом; x3 = x0l 23 = 0,4 ⋅10 = 4 Ом; x7 = x0l 13 = 0,4 ⋅ 80 = 32 Ом. − Трансформаторы подстанции: 2×ТРДН 40000/110, U к = 10,5 %, 10,5 1152 xт = ⋅ = 34,72 Ом (на полную мощность). 100 40 − Схема замещения

22

Eг = 4,232 кВ

Eг xг

U 115 Ec = б = кB = 66,4 кВ 3 3 x1 = x c = 5,29 Ом

xг = 0,07 Ом

K2 x т = 34,72 Ом

xт

2/12

3/4 7/32

xтc

x тc = 17,35 Ом

K1

121 Eг′ = Eг = 81,28 кВ; 6,3

xг′ = xг

1212

= 25,82 Ом; 6,32 x ′ 25,82 x5 = xг Σ = г = = 12,91 Ом; 2 2 x x6 = x тс Σ = тс = 8,675 Ом; 2 x 37,72 x4 = x т Σ = т = = 17,36 Ом. 2 2 − Схема замещения после объединения параллельных ветвей и приведения параметров к одному напряжению: Eг′ = 81,28 кВ

Ec = 66,4 кВ K2

1/5,29 2/12

5/12,91

4/17,36 7/32

6/8,675

3/4 K1

Эквивалентные преобразования схемы Треугольник 2−3−7 преобразуется в звезду 8−9−10: Ec = 66,4 кВ

K2

4/17,36

1/5,29

10/1

K1

8/8

9/2,7

11/21,585

Eг′

x x 12 ⋅ 32 12 ⋅ 32 x8 = 2 7 = = = 8 Ом; xΣ 12 + 4 + 32 48 x x 4 ⋅ 32 x9 = 3 7 = = 2,7 Ом; xΣ 48 23

x x 12 ⋅ 4 x10 = 2 3 = = 1 Ом; xΣ 48

x11 = x5 + x6 = 12,91 + 8,675 = 21,585 Ом. После следующего шага схема принимает вид трехлучевой звезды, где x12 = x1 + x8 = 5,29 + 8 = 13,29 Ом;

x13 = x9 + x4 = 2,7 + 21,585 = 24,285 Ом 13/24,285

12/13,29

Ec

Eг′

10/1 K1

4/17,36 K2

Расчет тока короткого замыкания в точке K1 Для расчета тока короткого замыкания в начальный момент времени схема преобразуется к виду: Eэкв

x14 =

14/8,58

4/17,36

10/1 K1

K2

x12 x13 13,29 ⋅ 24,285 = = 8,58 Ом; x12 + x13 13,29 + 24,285

⎛E E ⎞ 81,28 ⎞ ⎛ 66,4 Eэкв = x14 ⎜ c + г ⎟ = 8,58 ⋅ ⎜ + ⎟ = 71,58 кВ; ⎝ 13,29 24,285⎠ ⎝ x12 x13 ⎠ x15 = x14 + x10 = 8,58 + 1 = 9,58 Ом; E 71,58 Iк0 = экв = = 7,47 кА. x15 9,58 Расчет затухания (определение тока к.з. в заданный момент времени τ)

τ = tс.в + t р.з = 0,08 + 0,01 = 0,09 с, где tс.в - время срабатывания выключателя (на отключение); t р.з - время срабатывания релейной защиты (дифференциальная защита). Для схемы трехлучевой звезды находятся составляющие токов к.з. от генератора и системы в начальный момент времени: E −I x 81,28 − 7,47 ⋅1 I г0 = г к0 10 = = 3,04 кА; x13 24,285 E −I x 66,4 − 7,47 ⋅1 I c0 = c к0 10 = = 4,43 кА; x12 13,29 6,3 6,3 Iг′ Σ = 2 Iг ном = 2 ⋅ 6,88 ⋅ = 0,716 кА. 121 121 Удаленность точки к.з. от станции: 24

Iг 0 3,04 = = 4,24 . Iг′ Σ 0,716 Содержание тока от станции в суммарном токе к.з.: Iг 0 3,04 = = 0,41 . Iк 0 7,47 Поскольку содержание меньше 0,5, то затухание не учитывается: Iк τ = Iк 0 . В случае, если содержание больше 0,5, необходимо воспользоваться кривыми затухания: γt γt 0,89

βt

τ β

0,1

Iкτ =β ⇒ Iк 0

I кτ = I к 0 ⋅ β .

Расчет тока короткого замыкания в точке K2 Расчет тока к.з. в точке K2 выполняется для различных режимов работы трансформаторов: а) без использования расщепления, параллельная работа трансформаторов Eэкв

15/9,58

4/17,36 K2

Eэкв 71,58 = = 2,65 кА; x15 + x4 9,58 + 17,36 1 115 I K2 = I K = 2,65 ⋅ = 29 кА; ′2 kтр 10,5 IK ′2=

б) без использования расщепления, раздельная работа Eэкв

15/9,58

x т /34,72 K2

Eэкв 71,58 = = 1,61 кА; x15 + x т 9,58 + 34,72 1 115 = 1,61 ⋅ = 17,69 кА; I K2 = I K ′2 10,5 k тр IK ′2 =

в) использование расщепления, параллельная работа секций

25

Т2

Т1

xв

xв

xн

K2

xн xн xн

xв = xт ⋅ 0,125 = 34,72 ⋅ 0,125 = 4,34 Ом; xн = x т ⋅1,75 = 34,72 ⋅1,75 = 60,76 Ом; x + xн 4,34 + 60,76 x т экв = в = = 32,55 Ом; 2 2 71,58 IK = 1,69 кА; ′2 = 9,58 + 32,55 115 I K 2 = 1,69 ⋅ = 18,6 кА; 10,5 г) использование расщепления, раздельная работа секций x т экв = xв + xн = 65,1 Ом; 71,58 IK = 0,95 кА; ′2 = 74,68 I K 2 = 10,5 кА. Вывод: принимается вариант без использования расщепления, с раздельной работой секций. iуд = 2 I K 2 k уд = 2 ⋅ 17,69 ⋅ 1,81 = 45,28 кА,

где k уд = 1,81 для сборных шин вторичного напряжения подстанций с S тр = 30 ÷ 100 МВА. В качестве главной схемы выбирается схема № 110-5Н. Выбор выключателя в РУ 110 кВ

Намечаем к выбору выключатель ВМТ−110 Б−20/1000 УХЛ1. а) Проверка по напряжению места установки U уст ≤ U ном ; U уст = 110 кВ;

U ном = 110 кВ; б) проверка по длительному току. Выключатели выбираются одинаковые, но проверка выполняется для наиболее нагруженного. Мощность транзита ( S тр ) определяется из расчетов электрической сети. В данном случае полагаем S тр = 0,5 S зимн max : I раб ≤ Iном ; I раб.форс ≤ Iном . Форсировочный ток определяется для наиболее нагруженного выключателя: S тр S 56 + 0,5 ⋅ 56 I раб.форс = зимн max + = = 440 А. 3 U ном 3 U ном 3 ⋅110 В некоторых случаях необходимо рассмотреть послеаварийный режим (отключение одного трансформатора); 26

в) проверка на электродинамическую стойкость Iк0 < Iдин , 7,47 кА < 20 кА; iу < iдин = 52 кА; iуд = 2 Iк0 k уд = 2 ⋅ 7,47 ⋅1,7 = 17,95 кА, где k уд = 1,7 для системы, связанной с точкой к.з. воздушными линиями 110−150 кВ; г) проверка на отключающую способность: − по отключению периодической составляющей I кτ ≤ Iоткл.ном , 7,47 кА ≤ 20 кА; − по отключению апериодической составляющей ia τ < iа ном , β% 25 где iа ном = 2 Iоткл.ном = 2 ⋅ 20 = 7,07 кА. Здесь β - предельное процентное 100 100 содержание апериодической составляющей в токе отключения выключателя. − τ − 0,01 − τ − 0,01 ⎞ ⎛ Tac ⎜ ia τ = iа τ сист + iа τ станц = 2 Ic0 ⋅ e + Iг0 ⋅ e Taг ⎟ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ − 0,09− 0,01 − 0,09 − 0,01 ⎞ ⎛ 0 ,02 ⎜ = 2 4,43 ⋅ e + 3,04 ⋅ e 0,25 ⎟ = 2,92 кА; ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 2,92 кА < 7,07 кА. В случае, когда апериодическая составляющая тока короткого замыкания превышает номинальное значение, допускается проверять выключатель по полному току: 2 Iк τ + ia τ ≤ 2 Iоткл.полн (1 + β) ;

д) проверка на термическую стойкость: Bк ≤ Вк ном ; Вк ном = I т2t т = 202 ⋅ 3 = 1200 кА 2 ⋅ с ;

2 t Вк = Iк0 , кА 2 ⋅ с . ( откл + Tа ) = 7,472 (0,09 + 0,02) = 1618 Здесь Ta - постоянная времени затухания тока короткого затухания для системы, связанной с местом к.з. линиями напряжением 110−150 кВ.

1618 , кА 2 ⋅ с < 1200 кА 2 ⋅ с . Окончательный выбор выключателя ВМТ−110 Б−20/1000 УХЛ1 представляется в виде таблицы: Параметр

U ном , кВ Iном , А Iоткл.ном , кА iдин , А I т , кА

tт , с

Паспортное значение

Расчетное значение

110 1000 20 52

110 440 7,47 17,95

20 3, Вк ном = 1200 кА 2 ⋅ с

Вк ном = 16,18 кА 2 ⋅ с

Вывод: выключатель принимается к установке. Выбор разъединителя 110 кВ 27

Намечаем разъединитель РНДЗ−1−110/630. Параметр

U ном , кВ Iном , А iсквозной , кА I т , кА tт , с

Паспортное значение

Расчетное значение

110 630 80 22

110 440 17,95

3, Вк ном = 1452 кА 2 ⋅ с

Вк ном = 16,18 кА 2 ⋅ с

Вывод: разъединитель принимается к установке. Выбор выключателя 10 кВ и типа КРУ

Выбор выключателя в РУ НН должен быть согласован с типом КРУ или КРУН. В качестве варианта выбора намечается выключатель ВМПЭ-10, которым комплектуется КРУ К−XXXII S 56 I раб max = зимн max = = 3079 А; 3 U ном 3 ⋅10,5 2 t Вк рас = Iк0 ( откл + Tа ) = 17,692 (0,1 + 0,05) = 46,9 кА 2 ⋅ с . Окончательный выбор ВМПЭ−10−3150−31,5 представлен таблицей: Условие проверки

Расчетное значение

Паспортное значение

U уст ≤ U ном I раб max ≤ Iном

10 кВ

10 кВ

3,079 кА

3,15 кА

Iк τ ≤ Iоткл.ном Iк 0 ≤ Iвкл.ном

17,69 кА

31,5 кА

17,69 кА

31,5 кА

iуд ≤ iсквозной

45,28 кА

80 кА

46,9 кА 2 ⋅ с

3969 кА 2 ⋅ с

Вк рас ≤ I т2t т

Вывод: указанный выключатель выбирается для вводных и секционных ячеек. Выключатели для ячеек отходящих линий выбираются на меньший рабочий ток:

56 ⋅1,5 Sзимн max ⋅1,5 = 769 А, = 3 U ном nлэп 3 ⋅10,5 ⋅ 6 где «1,5» - коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки по фидерам. I раб max =

Остальные расчетные параметры остаются в прежних значениях. Вывод: для ячеек отходящих линий выбирается выключатель ВМПЭ−10−1000−31,5. Выбор токопроводов на стороне 110 кВ

28

ОРУ 110 кВ Сталеалюминиевые провода или алюминиевые трубы Т1

Т2 Гибкий подвесной токопровод, или шинный мост, или закрытый комплектный токопровод

РУ 10 кВ

где

а) Выбор по условиям рабочего режима I раб 146 2 S эк = = = 132 мм , jэк 11 , S 56 I раб = зимн max = = 146 А; jэк - экономическая плотность тока для 3 U ном ⋅ 2 3 ⋅110 ⋅ 2 2

заданного Tmax , А/мм . Принимается провод АС 150/24 с Iдоп = 450 А; б) проверка по утяжеленному режиму Iфорс = 2 I раб = 292 А; Iфорс < Iдоп ; в) неизолированные проводники, расположенные на открытом воздухе, на термическую устойчивость не проверяются; г) гибкие провода, по которым возможно протекание тока к.з. меньше 20 кА на динамическую стойкость не проверяются I к0 = 7,47 < 20 кА; д) проверка на коронирование. Минимальное сечение по условиям коронирования гибкого провода для U = 110 кВ − 2 2 70 мм ; для 220 кВ − 240 мм . Условие выполняется. Выбор токоведущих частей на стороне 10 кВ Из вышеперечисленных вариантов токоведущих частей выбираем вариант жестких алюминиевых шин. При токах до 3 кА применяются одно– и двухполосные шины прямоугольного сечения. При больших токах рекомендуется выбирать шины коробчатого сечения. S зимн. max 56 = = 1,54кА I раб = 3 ⋅ U ном ⋅ 2 3 ⋅ 10,5 ⋅ 2 S 56 = 3,08кА I раб . макс. = зимн. max = 3 ⋅ U ном 3 ⋅ 10,5 I 1,54 s э = раб = = 1400 мм 2 , jэк 1,1 Выбираются шины коробчатого сечения ( профиль – швеллер) 2х775 мм2. 1. Проверка по допустимому току: Iраб.макс ≤ Iдоп, Iраб.max=3,08 кА 29

Iдоп=2,820 кА, следовательно необходимо выбрать шины следующего сечения 2×1010 мм2 с Iдоп=3,5 кА

Параметр, ед. изм Высота, мм Ширина, мм Толщина, мм Внутр. радиус, мм Момент сопротивления, см3 Момент инерции , см4

Обозначение h b с r W x-x W y-y W yo-yo- для двух коробов J x-x J y-y J yo-yo- для двух коробов

Значение 100 45 6 8 27 5,9 58 135 18,5 290

2. Проверка по термической стойкости. Для шин, выполненных из алюминия допустимая температура нагрева при коротком замыкании 200оС, коэффициент C=90 А⋅с1/2 /мм2 . Исходя из этого определяется минимально допустимое по нагреву сечение : Bк , q min терм = C где Bk – тепловой импульс при протекании тока короткого замыкания. Bk = I ko2 ⋅ (t откл + Tа ) = 17.69 2 ⋅ (0,1 + 0,05) = 46,9 кA2 ⋅ c qmin терм =

46.9 ⋅ 10 6 = 76 мм 2 < 2020 мм 2 . 90

3. По механической прочности: Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, находящуюся под воздействием электродинамических сил и имеющую свои собственные колебания. Если собственные частоты меньше 30 Гц и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает: 173.2 J f0 = 2 , q l где l – длина пролета между изоляторами, м,

30

J – момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению изгибающей силы, см4. В данном случае J = J yo-yo = 290 см4, q – площадь сечения шины, см2. 173.2 J 200 < 2 => , f0>200 Гц q l l2