Расчет трансформаторной подстанции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор шин

 

5.1 Выбор гибких шин на стороне  высшего напряжения (ВН)

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС, обладающие малым сопротивлением и хорошей механической прочностью.

Сечение токопроводов, q , за исключением сборных шин, выбираем по экономической плотности тока,

(22)

Где расчетный ток нормального режима (длительный ток без учета перегрузок при авариях и ремонтах), А;

 экономическая плотность тока, зависящая от географического места и типа токопровода,  А/

Сейчас, полученное в результате расчета, округляется до ближайшего стандартного значения.

Выбранное сечение, должно удовлетворять условию проверки по допустимой токовой нагрузкой ( по нагреву):

(23)

Где максимальный длительный ток с учетом перегрузок при авариях и ремонтах, А;

 длительный допустимый ток  по условию нагрева, зависящий  от сечения и типа токопровода,  А.

Ток нормального режима:

(24)

(25)

Где номинальное напряжение обмоток автотрансформатора кВА.

Экономическое сечение по формуле (22):

 

По механической прочности выбираем ближайшее стандартное  значение, провод АС-240/32 с допустимой токовой нагрузкой 610 А.

Условие (25) выполняется.

Проверка токовпровода на термическую устойчивость:

(26)

Где минимальное сечение проводника по условию термической стойкости;

 функция, значение которой зависит  от материала проводника; для  провода АС при допустимой  температуре нагрева проводов  при КЗ

При этом:                             

(27)

 тепловой импульс от тока  к.з.

Условие выполняется.

Окончательно принимается в качестве гибких шин на стороне высшего напряжения провод АС-240/32 с допустимой токовой нагрузкой

 

5.2 Выбор гибких шин на стороне среднего напряжения (СН)

 

Ток нормального режима и форсированного режима определяем по формулам (24) и (25):

Экономическое сечение по формуле (22):

Выбираем ближайшее стандартное значение, провод АС-700/86 с допустимой токовой нагрузкой

Условие (4.18) выполняется.

По механической прочности принимаем провод АС-700/86.

Проверка токовпровода на термическую устойчивость по формуле (27):

Условие (23) выполняется.

Окончательно принимаем в качестве гибких шин на стороне среднего напряжения провод АС-700/86 с допустимой токовой нагрузкой

 

 

 

 

\

 

5.3 Выбор гибких шин на стороне  низкого напряжения (НН)

 

Выбор токопровода для присоединения вводов НН трансформаторов к распределительному устройству 10кВ.

Так как на стороне НН к установке приняты сдвоенные токоограничивающие реакторы ( для ограничения токов к.з.), то мощность наступающая на шины делится на 2.

Расчетный ток в нормальном режиме:

По (25)

Выбираем шестижильную конструкцию из проводов АС-700/86 с допустимым током нагрузки

Проверим провод по условию нагрева длительным током нагрузки.

По (25) и  (4.16):

По (22):

Проверка  токопровода на термическую устойчивость по формуле (27)

Условие (23) выполняется.

Окончательное принимаем в качестве гибких шин на стороне низшего напряжения пучек из восьми проводов АС-700/86 с допустимым током нагрузки 1180 А.

 

5.4Выбор жестких шин в закрытом  распределительном устройстве(ЗРУ) 10кВ.

Жесткие шины используются в качестве шинного моста – соединения ячеек ЗРУ-10кВ.

Если токи форсированного режима меньше 3000 А, принимают одно- и двухполюсные алюминиевые шины прямоугольного сечения.

Сечение шин ЗРУ не выбираются  по а проверяются на термическую и динамическую устойчивость.

Определяем ток форсированного режима (при выходе из строя одного из трансформаторов):

(25)

Где - максимальная нагрузка на шинах НН ПС, Ква;

- номинальное напряжение обмоток НН трансформатора,Кв.

Выбираем на каждую фазу по одной аллюминевой шины прямоугольного сечения А (120х10) с допустимым током нагрузки:

=1594 А.

Проверка шин на термическую стойкость.

Минимальное сечение по термической стойкости по формуле (29):

 

Где для алюминия марки АД31Т при начальной температуре ( предлагаем максимальный режим нагрузки):

Условие термической стойкости шин (4.18) выполняется:

Проверка шина на динамическую устойчивость.

Напряжение в материале шин от взаимодействия полос:

(29)

Где а- расстояние между фазами изоляторами, м;

I-длина пролета между изоляторами, м;

момент сопротивления пакета шин,

(30)

Для предполагаемых к установке ячеек К-63, К-61 М:

а=0,3 м;

l=1,2м.

Шины механически прочны, если

(31)

Для алюминия марки АД31Т допустимое значение

С учетом снижения прочности материала шин в местах сварки.

Условие механической прочности (29) выполняется:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Выбор схем соединений  подстанции

 

Схемы РУ подстанций при конкретном проектировании разрабатываются на основании схем развития энергосистемы, схем электроснабжения района или объекта и других работ электрических сетей

 

6.1. Выбор распределительного устройства высшего напряжения

Данное РУ выберем открытого типа (рисунок 9). Согласно заданию напряжение РУВН составляет 220 кВ. К данному РУ подходит две линии.

 

 

 

Рисунок9 - Схема распределительного устройства ВН

 

 

 

 

 

 

 

 

6.2. Выбор  распределительного устройства  среднего напряжения

 

 

В качестве РУ среднего напряжения (35 кВ) принимается одиночная секционированная система сборных шин, открытого типа (рисунок 10). На данном РУ имеется 13 отходящих линий.

 

 

 

 

 

Рисунок10 - Схема распределительного устройства СН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.3. Выбор распределительного устройства низшего напряжения

 

В качестве РУ низшего напряжения (10кВ) принимается одиночная секционированная система сборных шин, закрытого типа (рисунок 11). На данном РУ имеется 13 отходящих линий.

 

 

 

 

Рисунок11 - Схема распределительного устройства НН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчет токов короткого  замыкания

 

Коротким замыканием (КЗ) называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное замыканием фаз между собой, а также замыканием фаз на землю в сетях с глухозаземленныминейтралями.

Выберем в качестве расчетных точки при включенном положении секционных выключателей на ВН, СН, НН. Составим схему замещения    
(рисунок 12).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 12 - Схема замещения

 

 Сопротивление системы находится  по формуле (32).

xсi= xCi∙U2б.ном / Sп/ст,(5.1)

где xCi – сопротивление системы в относительныхединицах (по заданию);

Uб.ном – номинальное базисное напряжение  (230кВ).

xс1 = 0,2∙2302∙106 / 136∙106 = 78 Ом.                           

xс2 = 0,2∙2302∙106 / 136∙106 = 78 Ом.

 

Напряжение системы: Uс1 = Uс2 = 230

 

Активные и индуктивные сопротивления обмоток  трансформатора сведены  
в таблицу8

 

Таблица 8 - Активные и реактивные сопротивления обмоток трансформатора

 

Активное сопротивление обмотки ВН RТВ, Ом	0,52
Активное сопротивление обмотки СН RТС, Ом	0,52
Активное сопротивление обмотки НН RТН, Ом	3,2
Индуктивное сопротивление обмотки ВН xТВ, Ом	49
Индуктивное сопротивление обмотки СН xТС, Ом	0
Индуктивное сопротивление обмотки НН xТН, Ом	131

 

Расчет тока КЗ в точке К-1

С помощью вычислений преобразуем схему к простейшему виду (рис.5.3).

x1 = xс1 + xл1∑ = 78 + 41,3 = 119,3 Ом.

x2 = xс2 + xл2∑= 78 + 41,3 = 119,3Ом.

Uс = Uс1 = Uс2 = 230кВ.

x∑ = x1∙ x2/ x1+x2 =119,3∙119,3/119,3+119,3= 59,65 Ом.

R∑ = Rл1∑∙ Rл2∑/ Rл1∑+Rл2∑ = 5,9∙5,9/5,9+5,9 = 2,95 Ом.

Z∑ = = = 59,73 Ом.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 13 - Преобразование схемы замещения

 

 

 

Iк1= Uс/Z∑ ,       (33)

где  Uс и Z∑ -найденные ранее значения, напряжение сети и суммарное сопротивление до точки КЗ.

Iк1= 230/59,73 = 3,85 кА.

Постоянная времени затухания апериодической составляющей:

Та1= 0,06   

 

Ударный коэффициент:

kуд1 = 1,85 + ,      (34)

kуд1 = 2,7

Ударный ток:

iуд1 = ∙ kуд1 ∙ Iк1,      (35)

iуд1 = 1,4 ∙ 2,7∙ 3,85 = 14,553 кА.

Дальнейший расчет токов КЗ для точек К-2 и К-3 производится аналогичным образом, полученные результаты сведены в табл.5.2.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9 - Расчет токов короткого замыкания

 

Точка КЗ	Uс , кВ	R , Ом	x , Ом	Z , Ом	Iкi(3) , кА	Таi	kудi	iудi, кА
К-1	230	2,95	59,65	26,79	3,85	0,06	2,7	15
К-2	121	0,4736	11,115	11,125	10,87	0,08	2,78	42,7
К-3	11	11,76	3,79	12,35	0,89	0,15	2,87	3,61

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.Выбор оборудования

 

Рассчитаем максимальные токи, протекшие в цепях ВН, СН и НН.

8.1 Для линии ВН

 

Расчетный максимальный ток:

Iрmax.в = Sп/ст / 2 ∙ Uн        (36)

Iрmax.в= = 235,056 А

Iрmax.вл= 235,056

8.2 Для шин СН:

 Расчетный максимальный ток СН находим по формуле(36)

Iрmax.в= = 400,096 А

8.3 Для шин НН:

Расчетный максимальный ток НН находим по формуле(36).

Iрmax.н.с= = 1069,096 А

Расчетный ток НН находим по формуле(6.1) не учитывая мощность СН.

Iрmax.н.с= = 1001,096 А

 

8.4 Выбор силовых выключателей

 

Выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой в ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение не существующее короткое замыкание.

Согласно рассчитанным значениям максимальных токов. Протекающих по линиям, подходящим к трансформаторам, к установке принимаем выключатели наружного исполнения ВВБК-110Б-50. Условия выбора, данные аппарата и сети сведем в табл.6.1.

Bк = (Iк1)2 ∙ (tРЗ + tоткл.в. + Tа1),        (37)

где  tРЗ – время включения релейной защиты (0,1с),

tоткл.в. – время отключения выключателя (с),

Iк1 и Tа1 – значения взяты из пункта 5.

Bк = 4,582 ∙ (0,1 + 0,06 + 0,12) = 5,87 кА2 ∙ с

 

Таблица 10 - Выбор выключателей на ВН

 

Место установки	Тип оборудования	Условия выбора	Данные аппарата	Данные сети
Q1 – Q3	ВВБК – 110Б – 50	Uном≥Uсети Iном≥Iрmax Iоткл. н.≥ Iкi(3) I2тер. ∙ tтер≥ Bк iдин≥iуд	Uном = 110 кВ Iном = 3150 А Iоткл. н. = 50 кА I2тер. ∙ tтер=120кА2 ∙ с iдин = 100 кА	Uсети = 110 кВ Iрmax = 64,6 А Iкi(3) = 4,58 кА Bк = 5,87 кА2 ∙ с iуд = 12,74 кА

 

Выберем выключатели на СН.

На данном напряжении к установке принимаем выключатели  наружного исполнения ВВУ – 35 – 40/2000У1.