Расчет подстанции тяжелого-машиностроения

Введение

 

Все энергетические системы сейчас объединены в Единую энергетическую систему России. Создание такой системы вызвано тем, что около 80 % топливных и гидроресурсов размещены в азиатской части России, тогда как 80 % потребителей энергии расположены в европейской части России.

  Для связи между отдельными  объединенными энергосистемами  и внутри этих систем намечается  построить 170 тыс. км линий напряжением  750, 500, 330, 220, 110 кВ.

Электроснабжение служит для обеспечения электроэнергией всех отраслей хозяйства: промышленности, сельского хозяйства, транспорта, городского хозяйства и т. д. В систему электроснабжения входят источники питания, повышающие и понижающие подстанции электрические, питающие распределительные электрические сети, различные вспомогательные устройства и сооружения.

 Основными потребителями электрической  энергии являются различные отрасли промышленности, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство городов и поселков. При этом 70 % потребления электроэнергии приходится на промышленные объекты.

Для обеспечения подачи электроэнергии в необходимом количестве и соответствующего качества от энергосистем к промышленным объектам, установкам, устройствам и механизмам служат системы электроснабжения промышленных предприятий, состоящие из сетей напряжением до 1 кВ и выше и трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанций.

Подстанция электрическая, электроустановка или совокупность электрических устройств для преобразования напряжения (трансформаторная подстанция) или рода электрического тока (преобразовательная подстанция), а также для распределения электрической энергии между потребителями. Подстанция является промежуточным звеном в системе передачи электрической энергии от электростанций к потребителям. 

 В состав подстанции входят: распределительное устройство, содержащее высоковольтные (свыше 1000 В) коммутационные аппараты (выключатели, разъединители, отделители, короткозамыкатели) и аппараты защиты от перенапряжения (разрядники); основные преобразовательные агрегаты — электрические трансформаторы, выпрямители, инверторы и преобразователи частоты; распределительное устройство, содержащее низковольтные (до 1000 В) коммутационные аппараты (рубильники, автоматические выключатели, контакторы) для включения и отключения электрических сетей, отходящих к потребителям электрической энергии; щит управления, на котором размещается аппаратура ручного или автоматического управления агрегатами и коммутационными аппаратами, а также измерительные приборы и аппаратура защиты от перегрузок, коротких замыканий, чрезмерного понижения напряжения. Кроме того, к подстанции относят вспомогательные установки и сооружения (аккумуляторные батареи для питания систем управления, ремонтные мастерские, помещения для ревизии основных агрегатов, установки для сушки и регенерации трансформаторного масла). В состав подстанции могут входить также устройства для повышения коэффициента мощности (статические конденсаторы или синхронные компенсаторы).

При выборе и установке электрооборудования, токоведущих частей, изоляторов, несущих  конструкций, необходимо, чтобы:

a) вызываемые нормальными условиями работы электроустановки усилия, нагрев, электрическая дуга или другие сопутствующие её работе явления не могли привести к поломке электрооборудования, а также не причинить вред обслуживающему персоналу;

b) при нарушении нормального режима работы электроустановки была обеспечена необходимая локализация повреждений и безопасность;

c) при снятом напряжении какой-либо цепи, относящиеся к ней аппараты, токоведущие части могли подвергаться безопасному осмотру, замене и ремонту без нарушения нормальной работы соседних цепей;

d) была обеспечена возможность удобной транспортировки оборудования.

В настоящее время на проектирование подстанций занято огромное количество инженерно-технических работников, накопивших значительный опыт. Однако в бурный прогресс в технике и, в частности, в энергетике выдвигают все новые проблемы и вопросы, которые должны учитываться при проектировании и сооружении современных сетевых объектов. 
Главная схема электрических соединений подстанции является тем основным элементом, который определяет все свойства, особенности и техническую характеристику подстанции в целом. При выборе главной схемы неотъемлемой частью ее построения являются обоснование и выбор параметров оборудования и аппаратуры и рациональная их расстановка в схеме, а также принципиальное решение вопросов защиты, степени автоматизации и эксплуатационного обслуживания подстанции. Последние вопросы в свою очередь оказывают непосредственное влияние на наличие или отсутствие эксплуатационного и ремонтного персонала на подстанции.

Основными требованиями, которыми должна удовлетворять главная схема электрических соединений подстанции являются: надежность электроснабжения, экономичность, сохранение устойчивости электропередачи.

В задачу курсового проекта входит выбор главной системы электрических соединений, выбор оборудования, расчет заземления и грозозащиты понизительной подстанции напряжением 110/10 кВ.

Выбор оборудования и конструкции  подстанции зависит от числа и  вида потребителей и их категорийности, предусматривает тип и мощность подстанции. Все оборудование и конструкция подстанции должны удовлетворять существующим нормам и правилам проектирования.

В данной курсовой работе рассматривается  предприятие прядильных и ткацких фабрик.

 

1 Выбор числа и мощности  трансформаторов подстанции

 

По условию подстанция питает потребителей I и II III категории, поэтому принимаем к установке два трансформатора.

Определяем реактивную и полную мощность

,                                                                                                 (1)

,                                                                                               (2)

                                                                                           (3)

S* о.е.
0,9										2								2	1	2
											3			3							3
0,7												4											4
	5							5																	5
0,5						6
0,3
0,1
0    1  2   3  4    5   6   7 8    9    10   11   12    13   14   15   16   17   18   19    20    21   22  23   24ч
Рисунок 1.1 - Тяжелого машиностроения

 

 

 

 

Определяем суммарную продолжительность каждой ступени

,                                                                                                      (4)

           где t_i - суммарная продолжительность i-ой ступени по суточному графику;

 

Расчет сводим в таблицу 1.3

Таблица 1.3 – Построение годового графика нагрузки по продолжительности

№   ступени	Si, о.е.	ti, ч	Ti, ч	Si(о.е.)*TiЧ
1	1(20,5)	1	365	7482,5
2	0,9(18,45)	3	1095	20202,7
3	0,8(16,4)	7	2555	41902
4	0,7(14,35)	3	1095	15713,2
5	0,6(12,3)	6	2190	26937
6	0,5(10,25)	4	1460	14965
Итого:		24	8760	127202,4

 

 

Определяем среднеквадратичную мощность S_ср.кв., МВА, суточного графика нагрузки по выражению:

,                                      (5) где  S_i – мощность i-ой ступени графика, о.е.

t_i – продолжительность i-ой ступени графика, ч.

МВА

Определяем ориентировочную  мощность S_ор, МВА, каждого трансформатора подстанции:

,                                          (6)

где  n = 2 – количество трансформаторов на подстанции.

 МВА

В соответствии с номинальной  шкалой мощности трансформаторов принимаем трансформаторы типа ТДН – 16 000/110.

Определяем суммарную  номинальную мощность , МВА, трансформаторов:

,                                                       (7)

Наносим суммарную номинальную  мощность трансформаторов на график полной нагрузки (линия ∑S_НТ). Так как линия ∑S_НТ проходит выше ступеней графика электрических нагрузок, то на систематическую перегрузку трансформатора не проверяем.

Коэффициент начальной загрузки:

,                                      (8)

Определим среднеквадратичное значение графика, находящегося выше линии  S_ср.кв.   для расчета коэффициента аварийной перегрузки:

,                                                                            (9)

 МВА

Определяем коэффициент  аварийной перегрузки k_ав, о.е., трансформатора:

,                              (10) 

Условие проверки на аварийную перегрузку:

 k_ав £ k_ав.доп,

где k_ав.доп = 1,725 – коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатора определяется по таблице 1.36 [1] в зависимости от k₁ и среднезимней температуры региона t_с.з. = - 13,4 ⁰С (для Оренбургской области).

k_ав > k_ав.доп (условие выполняется)

Окончательно к установке на подстанции принимаем 2 трансформатора типа ТДН – 16 000/110.

Таблица 2 - Паспортные данные трансформатора

Тип   тр-ра	Мощность тр-ра, кВА	Напряжение, кВ		Потери, кВт		ixx, %	uкз, %
		UВН	UНН	DРх	DРк
ТДН	16 000	38,5	10,5	9,95	46,5	0,6	7,5

 

Расчет потерь мощности DР_п/ст, МВт, и электроэнергии DW_т, МВт×ч, в трансформаторах подстанции:

DР_п/ст = n×(DР_х + k_з.²×DР_к)                                     (11)

где k_з. – коэффициент загрузки трансформатора.

                             (12)

DР_п/ст = 2×(9,95 + 0,7²×46,5) = 65,5 кВт

Потери эл. энергии в  трансформаторах

DW_т = n×DР_х ×T + k_з.²×DР_к×t/n,                           (13)

где t - время наибольших потерь, ч.

,                  (14)

где Т_max – число часов использования максимума нагрузки (для тяжелой промышленности Т_max = 5500 ч).

DW_т = 2×18×8760 + 0,7² ×85×3980/2 = 420,7 МВт×ч

Расчет мощности Q_КУ, МВАр, компенсирующих устройств реактивной мощности:

Q_КУ = Q_max + DQ_т – Q_Э1,                            (15)

где  Q_max – максимальная расчетная мощность п/ст, Мвар;

DQ_т – потери реактивной мощности в трансформаторах п/ст, Мвар;