Перспективы развития энергетики в Республике Татарстан

З = ИП + ИА +Ен ∙ К =1125,3 +74,54 + 0,12 ∙ 1294 =1355,12 тыс.руб.

Результаты расчетов сводим в ниже следующуютаблицу 3.4

Таблица 3.4Технико-экономические показатели

№	Статьи затрат	Стоимость затрат, тыс.руб.
		U = 110 кВ	U = 220 кВ
1	Капитальные вложения в систему электроснабжения	842,4	1294
2	Стоимость потерь за год	2401,5	1125,3
3	Затраты на амортизацию	42,33	74,54
4	Эксплуатационные расходы	2443,83	1199,84
5	Приведенные затраты	2544,92	1355,12

 

При анализе технико-экономических показателей двух вариантов, видно, что в варианте с напряжением 110 кВ приведенные затраты больше на 46,75%. Поэтому первичное напряжениепитающее береговую насосную станциюпринимаем равным 220 кВ.

На основании технико-экономического сравнения вариантов и расчета электрических нагрузок на электрокотельнойк установке принимаются два двухобмоточных трансформатораТДТН – 220/6 мощностью 40 МВА. Для поддержания требуемого уровня напряжения на шинах6 кВ, трансформаторы принимаются со встроенным регулированием напряжения под нагрузкой. Надежность питания проектируемой подстанции обеспечивается питанием ее от двух независимых источников. На напряжение 6 кВ предусматривается схема с одной секционированной системой сборных шин.

 

 

3.4 Расчет токов короткого замыкания

 

Схема замещения для расчета токов короткого замыкания составляется по расчетной схеме сети.Расчет токов короткого замыкания производится в относительных единицах, для чего выбираются базовые величины или условия: мощность, напряжение,ток и сопротивление.

Принимаем базисную мощность :SБ=100МВА

В качестве базисного напряжения принимаем напряжение ступени короткого замыкания, в зависимости от которого вычисляется базисный ток:

1. UБ1 = 230 кВ

2. U Б2 = 6,3кВ

 

3. U Б3 = 0,4кВ

Расчетные выражения приведенных значений сопротивлений:

Энергосистема:

где Iотк.ном = 20 кА – номинальный ток отключения выключателя.

1. Воздушная линия 220 кВ:

 

гдех0 = 0,35 Ом/км – удельное индуктивное сопротивление жилы кабеля на километр длины;

Рис.1 Схема замещения

L1 = 20 км – длина линии.

2. Трансформатор ТДТН - 40МВА ,

где Uк = 22% – напряжение короткого замыкания;

Кабельная линия 6 кВ на вводе КТП:

rкл = r0 ×L2 × 0,118 × 0,02 × = 0,37

гдеr0 =0,118 Ом/км – удельное активное сопротивление жилы кабеля на километр длины [11].

3. Трансформатор ТМ-100 кВА:

XT2= =4,5

где Sн.тр. =0,1 МВА – номинальная мощность трансформатора КТП.

 

Короткое замыкание в точке К-1:

1.Результирующее сопротивление:

ХРЕЗ = Хс + Хвл = 0,0125 +0,013 = 0,0255 Ом

2. Периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени t = ∞:

 

3. Ударный ток короткого замыкания:

iУ К-1 = ∙ КУ ∙ I П.О.К-1= ∙ 1,8 ∙ 11,8 = 30кА

гдеКУ =1,8 –ударный коэффициент для сетей выше 1000 В [8].

Короткое замыкание в точке К-2:

Результирующее сопротивление:

ХРЕЗ = Хс + Хвл + Хт1 = 0,0125 +0,013 + 0,55 =0,68 Ом

При коротком замыкании в точке К-2 будет действовать суммарный ток – от энергосистемы и от электродвигателей. При близком коротком замыкании напряжение на выводах электродвигателя оказывается меньше их ЭДС, электродвигатели переходят в режим генератора, и подпитывают токомместо повреждения.

2. Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания:

От системы:

От асинхронного двигателя мощностью 315 кВт:

Кратность пускового тока: Кп = 5,5 [3]

Определяем сверхпереходное сопротивление:

Хd''=1 / КП = 1 / 5,5 = 0,18

Сверхпереходный ток, генерируемый асинхронным двигателем:

I"АД= кА

где Е" = 0,9 – сверхпереходная Э.Д.С., о.е. [8];

IАД = 38 А – номинальный ток двигателя;

Суммарный ток короткого замыкания:

IП.О.К-2 = IП.О.С.К-2 + I²АД = 13,53+0,19 = 13,85 кА

3. Периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени t = ∞:

От системы:

4. Ударный ток короткого замыкания

От системы:

iУ. К-2 = ∙ КУ ∙ I П.О.С.К-2 = ∙ 1,8 ∙ 13,53 = 34,44кА

От асинхронного двигателя мощностью 315 кВт

iУ.АД= ∙ КУ ∙ I "АД= ∙ 1 ∙ 0,19 = 0,27кА

Суммарный ударный ток короткого замыкания

iУ.К-2= iУ К-2 + iУ АД =34,44+0,27 = 34,71 кА.

Короткое замыкание в точке К-3:

1.Результирующее сопротивление

Индуктивное сопротивление

ХРЕЗ = Хс + Хвл + Х т1 + Хкл=0,0125+0,013+0,55+0,36=0,94 Ом

Активное сопротивление:rРЕЗ = rкл= 0,37 Ом

Результирующее полное сопротивление

ZРЕЗ = =1,01 Ом

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания

 

4. Периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени

t = ∞:

5. Ударный ток короткого замыкания

iУК-3 = ∙ КУ ∙ I П.О.К-3= ∙ 1,8 ∙ 9,1 = 23,2 кА

Короткое замыкание в точке К-4

1.Результирующее сопротивление

Индуктивное сопротивление

ХРЕЗ = Хс + Хвл + Хт1 + Хкл + Хт2 =0,0125+0,013+0,55+0,36+4,5=5,44 Ом

Активное сопротивление:rРЕЗ= 0,8 Ом

Результирующее полное сопротивление

ZРЕЗ = =5,5 Ом

2. Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания:

3. Периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени t = ∞:

4. Ударный ток короткого замыкания:

iУ К-4 = ∙ КУ ∙ I П.О.К-4 = ∙ 1,2 ∙26,2 = 66,7кА

КУ=1,2 –ударный коэффициент при К.З. за трансформатором.

Результаты расчетов токов трехфазного короткого замыкания заносим всводную таблицу 3.5.

Таблица 3.5 Сводная таблица расчета токов короткого замыкания

Точка К.З.	U,кВ	I П.О (3), кА	I ∞ (3), кА	i У, кА
К-1	230	11,8	11,8	30
К-2	6,3	13,85	13,85	34,89
К-3	6,3	9,1	9,1	23,2
К-4	0,4	26,2	26,2	66,7

 

         3.5 Выбор электрооборудования

3.5.1 Выбор низковольтной защитной аппаратуры

 

Двигатели напряжением выше 1000 В, обслуживающие неответственные механизмы, при незначительной их мощности (до 200-300 кВт) могут защищаться плавкими предохранителями. Если плавкие предохранители не обеспечивают требований, предъявляемых к защите двигателей, применяют релейную защиту.

На синхронных и асинхронных двигателях напряжением выше 1000 В. устанавливают релейную защиту от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

• многофазных замыканий в обмотке статора и на ее выводах;

• замыканий на землю в обмотке статора;

• токов перегрузки;

• снижения напряжения;

Для синхронных двигателей предусматривается, кроме того, защита от асинхронного режима и замыкания в цепи возбуждения.

Для защиты от многофазных КЗ в обмотках статора двигателей мощностью до 5000 кВт используется токовая отсечка без выдержки времени мощностью 5000 кВт и выше – продольная дифференциальная защита. Обе защиты действуют на отключение выключателей или другого отключающего аппарата, а для синхронных двигателей и на автомат гашения поля (АГП). Токовая отсечка выполняется одним реле, включенным на разность фазных токов (для электродвигателей мощностью до 2000 кВт), или двумя реле, включенными на фазные токи (для двигателей мощностью 2000-5000 кВт). Продольная дифференциальная защита в двухфазном исполнении применяется для двигателей мощностью 5000 кВт и более, а также для двигателей мощностью менее 5000 кВт, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности.

 

Исходные данные:

Тип двигателя ДАЗО4-400ХК-4У3. РН=315 кВт;UН=6 кВ;сosφ=0.86;η=0,937;КП=5,1

Номинальный ток: А

Определим пусковой ток электродвигателя:

 А

Определим полную мощность электродвигателя:

кВ·А

Для определения тока двигателя в нормальном и аварийном режимах используем трансформатор тока типа ТКЛ-10-У3 0.5/10Р с коэффициентом трансформации . Для питания выбрали кабель ААГУ 6 кВ (3∙35)

Ток трехфазного замыкания на выводах статора кА. Время пуска 8 секунд.

Токовая отсечка.

Определим ток срабатывания защиты (защита отстраивается от многофазных КЗ): , где КОТС=1,5 коэффициент отстройки, для реле РТ-40 и при защите асинхронного двигателя.

Тогда ток срабатывания защиты: A

Определим теперь по току срабатывания защиты ток срабатывания реле:

Выбираем реле типа РТ – 40/10 и установим на реле ток срабатывания 9,2 А.

На реле времени установим выдержку 10 с, чтобы надежно исключить ложное срабатывание реле при пуске, но вместе с тем не дать возникнуть длительной перегрузке. Выбираем электромагнитное реле времени типа ЭВ-143 с возможной установкой выдержки времени от 1 до 20 секунд, с максимальным разбросом 0,8 сек. Отличительной особенностью реле ЭВ-143 является то, что реле может длительно работать в режиме перенапряжения, когда U=1,1·UНОМ

 

Защита от замыканий на землю.

Для защиты от однофазных замыканий на землю обмотки статора двигателя применяется максимальная токовая защита нулевой последовательности, выполняемая с помощью одного токового реле, которое подключается к трансформатору тока нулевой последовательности. Эта защита предусматривается при токах замыкания на землю 10 А и более для двигателей мощностью до 2000 кВт или 5 А и более для двигателей мощностью выше 2000 кВт.

Схема защиты состоит из полупроводникового реле типа РТЗ-50 подключенного к вторичной обмотке кабельного трансформатора тока, сердечник которого охватывает трехфазный кабель, питающий двигатель.

Для определения тока срабатывания защиты используют условие отстройки от емкостного тока электродвигателя: , где КН=1,2  – коэффициент надежности КБР=3 – коэффициент отстройки от бросков емкостного тока двигателя при переходных процессах. Принимается для реле РТЗ-50.

Определяем емкостной ток электродвигателя: , где

Емкостной ток самого двигателя: определим неизвестные множители в этой формуле:

Емкость фазы электродвигателя:

 Ф.

Тогда А

Емкостной ток питающей кабельной линии:

У нас один питающий кабель длиной l=0,045 км, сечение S=35 мм2 его удельный емкостной ток:IC.УД=0.65 А/км, количество кабелей, проложенных параллельно m=1:

А

 

Общий емкостной ток электродвигателя:

А

Определим ток срабатывания защиты:

А

Рассчитанный ток срабатывания защиты сравниваем с минимальным током срабатывания, который, для реле РТЗ-50 с одним трансформатором тока нулевой последовательности типа ТЗЛ, равен 3 А. Принимаем IСЗ=3 А.

Принятое значение тока срабатывания проверяем на условие чувствительности: , где ICΣ=6 А - сумма собственных емкостных токов всего оборудования 10 кВ.

где  – суммарный емкостной ток всей сети;

Тогда

39,7 > 1,25  – требование ПУЭ к чувствительности защиты выполняются.

Защита от снижения напряжения выполняется для надежности действия с помощью трех реле минимального напряжения и устанавливается для отключения неответственных двигателей, обеспечивая тем самым самозапуск ответственных. При длительном отсутствии напряжения релейная защита отключает и ответственные двигатели, что необходимо, например, для пуска схемы АВР двигателей или по технологии производства. Выдержка времени релейной защиты отстраивается от отсечек двигателей и устанавливается равной 0,5-1,5 с. Выдержка времени на отключение ответственных двигателей принимается равной 10-15 с., для того чтобы релейная защита не действовала на их отключение при снижении напряжения, вызванного КЗ или самозапуском двигателей.

Целесообразно для всех двигателей, питающихся от одной секции шин выполнить общую защиту минимального напряжения. Эта защита необходима

 

в дополнение к защите минимальной частоты с блокировкой по частоте сети.

Защиту выполняют на реле минимального напряжения РН 54/160 питающегося от трансформаторов напряжения. Напряжение срабатывания определяется: , где Umin.раб=0,7·UНОМ10 =0,7·6000=4200 В– минимально возможное напряжение на данном уровне, КН=1,1 – коэффициент надежности, КВ=1,25 – коэффициент возврата для реле минимального напряжения.