Расчет подстанции тяжелого-машиностроения

 

Так как наиболее загруженной фазой  является фаза А, то дальнейший расчет будем производить с учетом того, что S_приб = 6,0 ВА.

Определим общее сопротивление  приборов:

                                                  (47)

где I₂ = 5 А – вторичный ток трансформатора тока.

Допустимое сопротивление соединительного  провода:

r_доп.пр = r_2ном – r_приб – r_конт

где r_2ном = 0,8 Ом – вторичное сопротивление трансформатора тока (паспортное значение для выбранного ТТ для класса точности 0,5);

       r_конт = 0,05 Ом.

r_доп.пр = 0,8 – 0,24 – 0,05 = 0,51 Ом

Вторичная обмотка трансформатора тока  соединена в неполную звезду, следовательно,   l_расч = 1,5×l .

Определим сечение контрольного кабеля:

                                          (48)

где r = 0,0283 Ом×мм²/м – для алюминия.

Согласно требованиям ПУЭ, по условию  механической прочности принимаем  контрольный кабель марки: АКРВГ  с алюминиевыми жилами сечением 4 мм².

Определим действительное сопротивление проводов:

Тогда, вторичная нагрузка приборов будет равна:

r₂ = r_приб + r_пр + r_конт = 0,24 + 0,212 + 0,05 = 0,502 Ом

Для работы трансформатора тока в  выбранном классе точности должно выполняться следующее условие:

r₂ £ r_2ном

r₂ = 0,502 Ом < r_2ном = 0,8 Ом

Следовательно, выбранный трансформатор  тока будет работать в выбранном классе точности 0,5.

 

6.5.2 Расчет вторичной нагрузки  трансформаторов напряжения

Для определения вторичной нагрузки трансформатора напряжения также перечень необходимых измерительных приборов и определяется их общая нагрузочная мощность.

Таблица 7 - Расчет мощности вторичной  нагрузки ТН

Прибор	Место установки	Тип	Мощность одной обмотки, ВА	Число обмо-ток	cos j	sin j	Число прибо-ров	Р, Вт	Q, вар
Вольтметр	С.Ш.	Э - 335	2,0	1	1	0	1	2,0	-
Ваттметр	Ввод   10 кВ от транс-форма-тора	Д – 335	1,5	2	1	0	1	3,0	-
Счетчик активной энергии		ЦЭ - 6812	3 Вт	2	0,38	0,93	1	6,0	14,5
Счетчик реактивной энергии		ЦЭ – 6811	3 Вт	2	0,38	0,93	1	6,0	14,5
Счетчик активной энергии	Линии 10 кВ	ЦЭ - 6812	3 Вт	2	0,38	0,93	3	18	43,5
Итого								35	72,5

 

Следовательно, полная мощность вторичной  нагрузки одной секции шин будет  равен:

                                                      (49)

Расчет для второй секций шин 10 кВ производится аналогично.

Для трансформаторов напряжения, соединенных  по схеме звезды, вторичная номинальная нагрузка рассчитывается по формуле:

S_2ном = 3×S_номTV = 3×75 = 225 ВА > S₂ = 80,5 ВА

Так как условие проверки выполняется, следует, что выбранные  трансформаторы напряжения будут работать в классе точности 0,5.

Для защиты трансформаторов напряжения устанавливаем предохранители типа ПКН 001 – 10 У3.

 

 

6.6  Выбор  комплектного  распределительного устройства

 

 

Комплектным распределительным устройством (КРУ) называют РУ заводского изготовления, поставляемое заказчику в соответствии с согласованными техническими условиями в виде законченного сооружения, транспортируемого к месту установки укрупненными боками и готового после установки его к включению под напряжение. Оно содержит несущий каркас с защитным кожухом, электрические аппараты и проводники первичных цепей, а также приборы для измерений, управления и релейной защиты со всеми соединениями.

КРУ изготовляют применительно  к любой электрической схеме. Они отличаются от сборных устройств  исключительной компактностью, безопасностью обслуживания и надежностью. Объем строительных и монтажных работ, выполняемых на месте установки, минимален. Возможность сооружения в стесненных условиях, на площадке с ограниченными размерами является во многих случаях решающим условием для выбора КРУ.

Линейная ячейка КРУ состоит  из следующих частей: неподвижного корпуса, в задней части которого размещены верхние и нижние неподвижные контакты разъединителей, кабельная сборка с концевыми заделками, трансформаторы тока и заземляющие ножи; выдвижные тележки с выключателем и приводом; отсека сборных шин; отсека приборов для измерения, управления, релейной защиты и сигнализации.

Корпус ячейки разделен горизонтальной стальной перегородкой на два отсека – верхний с контактами шинных разъединителей и нижний с трансформаторами тока и кабельной сборкой. Предусмотрены также вертикальные подвижные металлические шторы, закрывающиеся при выкатывании тележки заднюю часть ячейки с аппаратами, находящимися под напряжением, во избежание случайного прикосновения к ним.

Коммутационными аппаратами, применяемыми в шкафах КРУ, являются маломасляные, вакуумные и элегазовые выключатели, встраиваемые на выкатных элементах (тележках), соединение которых с корпусом шкафа производится с помощью разъединяющих контактов. В последнее время широкое применение получают вакуумные и элегазовые выключатели, имеющие, по сравнению с маломасляными выключателями, значительно более высокую эксплуатационную надёжность с минимальными требованиями к обслуживанию и контролю. Одним из существенных преимуществ элегазовых выключателей является их изготовление на номинальные токи до 3500 А, номинальный ток отключения до 40 кА и электродинамическую стойкость до 128 кА. Корпуса шкафов КРУ предусматривают возможность встраивания выкатных элементов (тележек), на которых размещены: выключатели, трансформаторы напряжения, а также разъединяющие контакты с перемычками (выполняющих роль разъединителей) Конструкция шкафов и выкатных элементов предусматривает возможность их установки и закрепления в рабочем и контрольном положениях, а также их  выкатывание их из шкафа для ревизии и ремонта.

Тележка с выключателем может занимать три положения: 1) рабочее, когда тележка находится в камере, а первичные разъединители и контакты вторичных цепей сигнализации и управления замкнуты; 2) испытательное, когда тележка выдвинута настолько, что первичные разъединители разомкнуты, а контакты цепей управления еще замкнуты; 3) ремонтное, когда тележка находится вне камеры. Для опробования привода выключателя достаточно поставить тележку в испытательное положение. Для ремонта выключателя тележка должна быть полностью выдвинута из камеры.

Так же предусмотрена блокировка, не допускающая выкатывания тележки при включенном выключателе, а также вкатывании при включенном заземляющем ноже. Последний не может быть включен в рабочем положении.

Приборный шкаф представляет собой  металлическую конструкцию, на фасадной дверце которой размещаются приборы измерения, счетчики, ключи управления и аппаратура сигнализации.

На основании выбранного оборудования выбирается тип комплектного распределительного устройства внутренней установки:

Тип КРУ:  КВ – 3 (выкатного исполнения)

Паспортные данные данного типа КРУ:

1. номинальное напряжение – 6, 10 кВ;
2. номинальный ток сборных шин – 1000, 1600, 2000, 3150 А;
3. номинальный ток шкафов – 630, 1000, 1600, 2000, 3150 А;
4. количество и сечение силовых кабелей в шкафах отходящих линий  - 4 (3х240);
5. номинальный ток отключения – 31,5 кА;
6. электродинамическая стойкость – 81 кА;
7. тип выключателя – ВБЭ – 10;
8. тип привода выключателя – встроенный пружинный и электромагнитный;
9. габариты шкафа – 750 х 1200 х 3150 мм.

 

 

7.  Выбор мощности и числа трансформаторов собственных нужд

 

 

Состав потребителей собственных  нужд подстанции зависит от типа подстанции, мощности трансформаторов, наличия  синхронных компенсаторов, типа электрооборудования. В них входят: электродвигатели обдув  трансформаторов, обогрев приводов выключателей ВН, а также освещение подстанции. Наиболее ответственными потребителями собственных нужд подстанции являются оперативные цепи, система связи, телемеханики, система охлаждения трансформаторов, аварийное освещение, система пожаротушения. Мощность потребителей с.н. невелика, поэтому они присоединяются к сети 380/220 В, которая получает питание от понижающих трансформаторов.

 

Таблица 9 – Потребители собственных  нужд подстанции

Вид потребителя	Установленная мощность, кВт		cos j	tg j	Нагрузка
	Р1ном х n	åРном			Руст,  кВт	Qуст,  квар
Устройства охлаждения  ТДН - 16000/110	1,5х2	3	0,85	0,62	2,55	1,58
Подогрев ВГТ -110	2,8х2	5,6	1	0	5,6	-
Освещение ОРУ	-	5	1	0	5	-
Освещение и  вентиляция КРУ	-	7	1	0	7	-
Отопление и освещение ГЩУ	-	80	1	0	80	-
Отопление и освещение помещения дежурного персонала	-	5,5	1	0	5,5	-
Подзарядно-зарядный агрегат  ВАЗП	23х2	46	1	0	46	-
Итого	-	152,1	-	-	151,65	1,58

 

Расчетная мощность трансформатора собственных  нужд подстанции определяется по формуле:

,                                                               (50)

где k_с – коэффициент спроса, учитывающий коэффициенты одновременности и загрузки. В ориентировочных расчетах принимают k_с = 0,8.

  

Мощность трансформатора собственных нужд при двух трансформаторах собственных нужд на подстанциях с постоянным дежурством персонала определяется:

        где k_п = 1,4 – коэффициент допустимой аварийной перегрузки.

Выбираем для установки на ГПП два трансформатора собственных нужд типа ТМ – 100/10.

 

 

6.8 Выбор типа оперативного тока подстанции

 

 

Переменный оперативный  ток применяется на подстанциях с высшим напряжением 35 — 220 кВ без выключателей ВН. На подстанциях с оперативным постоянным током переменный оперативный ток применяется на панелях щитов с. н., а также компрессорных, насосных и других вспомогательных устройств.

Переменный оперативный  ток применяется на ТЭС и АЭС  в системе с. н. 0,4 кВ, кроме цепей управления автоматических выключателей на вводах рабочего и резервного питания, а также в схемах управления разъединителями и на местных ЩУ.

Выпрямленный оперативный ток применяется на подстанциях 110 кВ с одним-двумя выключателями ВН и на подстанциях 35 кВ с выключателями ВН. На ТЭС и АЭС выпрямленный ток применяется для управления автоматическими выключателями вводов 0,4 кВ РУ с. н., удаленных от главного корпуса, для блокировки разъединителей, технологической сигнализации на блочных, групповых и резервных ЩУ.

Выпрямленный оперативный ток позволяет применить более надежные схемы и аппаратуру постоянного тока и приводы с более простой кинематикой.

Для получения выпрямленного  напряжения (тока) применяют:

- силовые выпрямители для питания электромагнитов включения приводов выключателей;

- зарядные устройства, запасенная энергия которых служит для питания различных  аппаратов   даже  при  исчезновении  напряжения   на   объекте;

- блоки питания, включаемые на трансформаторы тока, напряжения и с. н., для питания вторичных цепей.

       

Рисунок 8 - Схема питания  выпрямленным оперативным током

1 - стабилизаторы напряжения, 2 – блоки питания, 3 - контроль  изоляции

На рисунке 8 показана схема питания выпрямленным оперативным током шин управления и сигнализации. Если выпрямленный ток необходим для управления электромагнитными приводами, то применяется схема, аналогичная схеме на рисунке 8, но вместо блоков питания устанавливаются силовые выпрямители, в качестве которых применяются полупроводниковые выпрямители, соединенные по трехфазной мостовой схеме.

Комбинированное питание оперативных  цепей от блоков питания, 
зарядных устройств и выпрямителей обеспечивает высокую надежность 
работы схем релейной защиты, автоматики, управления, сигнализации 
и блокировки.

На рисунке 9 показана схема централизованного питания оперативных цепей с применением перечисленных выше источников выпрямленного напряжения. Цепи релейной защиты и сигнализации 1 получают питание от двух блоков БПТ, присоединенных к трансформаторам тока на питающих линиях, и одного блока БПН, присоединенного к трансформатору напряжения сборных шин. Дублирование блоков питания обеспечивает работу релейной защиты при любых повреждениях.

 

                     

Рисунок 9 - Схема централизованного  питания оперативных цепей релейной защиты и сигнализации (1), цепей питания электромагнитов отключения (2) и включения (3)

 

Цепи питания электромагнитов  отключения 2 присоединяются к зарядному устройству CG. Цепи электромагнитов включения 3, потребляющие значительный ток при включении, присоединяются к силовому выпрямителю VS, который питается от трансформатора с. н., так как мощность трансформатора напряжения недостаточна для электромагнитов включения.

Надежность питания  цепей 2 и 3 обеспечивается установкой двух зарядных и выпрямительных устройств, присоединяемых к разным трансформаторам напряжения и собственных нужд.

 

7  Расчет заземляющего устройства подстанции

 

 

В соответствии с требованиями ПУЭ заземляющие устройства электроустановок выше 1000 В сети с эффективно заземленной нейтралью выполняются с учетом сопротивления R_з £ 0,5 Ом или величины допустимого напряжения прикосновения.

Расчет по допустимому сопротивлению  R_з £ 0,5 Ом приводит к неоправданному перерасходу проводникового материала и трудозатрат при сооружении заземляющего устройства для подстанции небольшой площадью, не имеющих естественных заземлителей. Опыт эксплуатации распределительных устройств 110 кВ и выше позволяет перейти к нормированию напряжения прикосновения, а не величины R_з.

Заземляющее устройство для установок 110 кВ выполняется из вертикальных заземлителей, соединительных полос, полос проложенных вдоль рядов оборудования и выравнивающих полос, проложенных в поперечном направлении и создающих заземляющую сетку с переменным шагом. Расстояние между полосами должно быть не более 30 м.

Сетка изготавливается из стальных полос 40х4 мм, вертикальные электроды из стальных стержней Æ 15 мм, длиной 5 м. Длина горизонтальных электродов – 762 м (по плану). Сетка заглублена на 0,7 м.

Размеры подстанции: 58х38 м.

    

              t