Введение

Именно применение электроэнергии сделало возможным развитие самых передовых отраслей промышленности автоматизацию производства, внедрение и распространение компьютерных и информационных технологий. Именно электроэнергия неизмеримо повысила комфортность быта людей, все больше освобождая людей от рутинного домашнего труда. Темпы экономического роста в двадцатом столетии были очень высоки практически во всех регионах мира, хотя и в разное время. Рост производства и потребления электроэнергии был еще выше.

Дальнейшее проникновение электроэнергии в сферу быта и непроизводственных услуг увязывается с механизацией и автоматизацией труда в домашнем хозяйстве, с проникновением в быт людей телекоммуникаций и информационных технологий, повышением качества услуг образования, медицины, отдыха и развлечений.

К числу наиболее важных задач энергетической стратегии России относятся определение основных количественных и качественных механизмов достижения этих параметров, а также координация развития электроэнергетики с развитием других отраслей топливо - энергетического комплекса и потребности экономики страны.

Стратегическими целями развития отечественной электроэнергетики в перспективе до 2020 г. являются:

- надежное энергоснабжение населения и экономики страны;

- сохранение целостности и развитие Единой энергетической системы России, интеграция ЕЭС с другими энергообъединениями на Евразийском континенте;

- повышение эффективности функционирование и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики на базе новых современных технологий;

- уменьшение вредного воздействия отрасли на окружающую среду.

В оптимистическом варианте развитие электроэнергетики России ориентировано на сценарий экономического развития страны, предполагающий форсированное проведение социально-экономических реформ с темпами роста производства валового внутреннего продукта. [1. www.ehighenergy.info]

Мною проектируемая подстанция 500/110/10 киловольт предназначена для потребления мощности и питания предприятий цветной металлургии и населения. Связь с системой осуществляется на напряжениях 500 и 110 киловольт. Установка синхронных компенсаторов заданием не предусмотрена. Выдача мощности осуществляется на напряжениях 110 и 10 киловольт. Подстанция строится в Ростовской области.

1. Выбор синхронных компенсаторов

Выбор синхронных компенсаторов заданием не предусмотрен

2. Выбор и обоснование двух вариантов схем проектируемой подстанции

Рис. 1

В схеме 1 шины распределительных устройств 500 киловольт и 10 киловольт соединены двумя автотрансформаторами АТДЦТН 500/110/10 АТ1 и АТ2. Питание шины 110 киловольт осуществляется с выводов среднего напряжения.

Рис. 2

В схеме 2 шины распределительных устройств 500 киловольт и 10 киловольт соединены тремя автотрансформаторами АТДЦТН 500/110/10 АТ3, АТ4 и АТ5. Питание шины 110 киловольт осуществляется с выводов среднего напряжения.

3. Выбор силовых трансформаторов

Определяем мощность автотрансформаторов:

Q_сн=P_снּtgφ_сн=150ּ0.62=93 МВар;Q_нн=P_ннּtgφ_нн=60ּ0.59=35.6 МВар;

S_max= = =

246.25 МВА;

;.

По этой мощности выбираю АТДЦТН 250000/500/110/10.

По условию

, , у

Условие выполняется.

Т.к. во втором варианте расположение и число автотрансформаторов сохраняется, считаю возможным выбрать те же автотрансформаторы

АТДЦТН 250000/500/110/10.

Выбор трансформаторов.

В первом варианте выбор трансформаторов по структурной схеме не предусмотрен.

Т.к. во втором варианте полная мощность проходит по четырём трансформаторам (АТ1, АТ2, Т1 и Т2), для расчётов используем следующую формулу:

;

По этой мощности выбираю ТДЦ 80000/110/10.

Данные выбранных трансформаторов и автотрансформаторов заносим в таблицу 3.1 и таблицу 3.2.

Таблица 3.1

[3.c585]

Тип трансформатора

Номинальное напряжение, кВ

Потери, кВт

Напряжение короткого замыкания, %

Ток холостого хода, %

ВН

НН

холостого хода

Короткого замыкания

ТДЦ 80000/110/10

121

10,5

85

310

11

0.6

Таблица 3.2

[3. c172]

Тип автотрансформатора

Номинальная мощность, МВА

Наибольший допустимый ток в обмотки

Номинальное напряжение, кВ

Потери, кВт

Напряжение короткого замыкания,%

Ток холостого хода, %

автотрансформатора

Обмотки НН

ВН

СН

НН

Холостого хода

Короткого замыкания

ВН-СН

ВН-НН

СН-НН

ВН-СН

ВН-НН

СН-НН

АТДЦТН-250000/500

/110

250

100

983

500

121

10,5;38,61

200

690

280

230

13

33

18.5

0,4

4. Технико-экономическое сравнение вариантов

4.1 Экономическая целесообразность схем определяется минимальными приведенными затратами по формуле:

[4. c.396 (5.6)]

где К – капиталовложения на сооружение электроустановки, тыс. руб.; p_н – нормативный коэффициент экономической эффективности, равный 0,12; И – годовые эксплуатационные издержки, тыс. руб./год.; У – ущерб от недоотпуска электроэнергии, тыс. руб./год.

Капиталовложения “К” при выборе оптимальных схем выдачи электроэнергии и выборе трансформаторов определяют по укрупненным показателям стоимости элементов схемы.

Вторая составляющая расчетных затрат – годовые эксплуатационные издержки – определяется по формуле:

[4. c.327 (5.7)]

где P_a, P₀ – отчисления на амортизацию и обслуживание, %; ∆W – потери электроэнергии, кВт ∙ ч; β – стоимость 1 кВт ∙ ч потерь электроэнергии, коп/кВт ∙ ч

Делаем таблицу капитальных затрат:

Таблица 4.1

Оборудование

Цена, т.р.

Первый

Второй

количество

стоимость

количество

стоимость

АТ1, АТ2, АТ3, АТ4:

АТДЦТН 250000/500/110/10

375.5

2

751

2

751

Т1, Т2: ТДЦ 80000/110/10.

113.7

нет

нет

2

227.4

Ячейка 110

250.5

2

501

4

1002

ИТОГО

1252

1980.4

ИТОГО с учётом удорожания ×30

1252×30

1980.4×30

4.2 Рассчитываем издержки для первого варианта:

;[1.с

315(т.8.2)]

β=85коп/кВтч;[1.с 315(т.8.2)]

ч; =0.85;

=0.5∙=0.5 ∙ 690=345кВт;

;

;

;

4.3 Рассчитываем издержки для второго варианта:

;

Т.к. во втором варианте дополнительно используются те же автотрансформаторы, что и в первом варианте, то для нахождения полных затрат энергии второго варианта к прибавить :

;

;

4.4 Сравнение вариантов:

,6%=

Используются те же автотрансформаторы, что и в первом варианте, то для нахождения полных затрат энергии второго Первый вариант экономичнее второго на 76%, поэтому дальнейшие расчёты ведём для первого варианта.

5. Расчёт токов короткого замыкания

5.1 Построение схемы замещения для всех точек:

Расчет токов короткого замыкания производим в относительных единицах. Базисную мощность принимаю Sб=1000 МВА.

5.2 Расчёт сопротивлений

принимаем за нуль

5.3 Расчёт для первой точки короткого замыкания:

5.4 Расчёт для второй точки замыкания:

.

5.5 Расчёт третьей точки короткого замыкания:

.

Токи трехфазного короткого замыкания:

Таблица 5.1

Точки К.З.

К-1

К-2

К-3

Среднее напряжение,U_cр кВ

515

115

10,5

Источники

С_1,2

С_1,2

С_1,2

Результирующие сопротивления, х_рез

2,01;

2,285

2,01;

0,905

2,71;

3,9

Базовый ток

1,0

1,0

1,0

2,27

8,05

34,4

6,08

19,5

94

0,035

0,038

0,07

0,56

0,28

0,03

1,8

3,18

1,46

Примечание:

[2.c.163§3.3(рис.3-26)]

[2.c.161§3.3(Т.3-8)]

[2.c.140§3.3(Т.3-4)]

6. Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей

Веду выбор оборудования на РУНН-10 кВ. Выбор выключателей и разъединителей.

Определяю расчетные токи продолжительного режима;

Расчетные и каталожные данные свожу в таблицу.

Таблица 6.1

Расчетные данные

Каталожные данные

Выключатель МГГ-10-45

Разъединитель РОН-10-4000-У1

U_уст=10 кВ

U_ном=10 кВ

U_ном=10 кВ

I_max=3464 А

I_ном=4000 А

I_ном=4000 А

-

-

-

-

Выбор выключателей по условию отключения апериодической составляющей тока КЗ не проходит, в этом случае допустимо проверить выключатель по полному току КЗ.

Выбор шин.

Произвожу выбор шин на стороне низшего напряжения. Выбор производим по экономической плотности тока:

Принимаю 2 несущих провода АС-30/39, тогда

Число А-300:

.

Принимаю токопровод 2×АС-300/39 + 4×А-300; d=230мм, D =3м.

Пучок голых проводов имеет большую поверхность охлаждения, поэтому проверку на термическую стойкость не проводим.

Проверка на схлёстывание:

Сила тяжести 1метра токопровода с учётом массы колец 1,6 кг, массы 1метра провода АС-300/39 1,132 кг, провода А-300 0,794 кг по табл. 7-29, 7-30 в [2]:

Если

По диаграмме для

Допустимое отклонение:

Схлёстывания не произойдёт, т.к.

Выбор изоляторов.

Выбираю изолятор ПС6-А; U_ном =10 кВ; F_ном. =60000 Н.

Выбор трансформаторов тока.

Учитывая, что трансформатор тока будет установлен в КРУН, выбираю ТПШЛ 10-5000-0,5/10Р, R_2ном =1,2 Ом, К_тер=35, t_тер=3.

Сравнение расчетных и каталожные данных приведены в таблице 6.2. При расчете пользуюсь формулами [2.c.373-377].

Таблица 6.2

[2.c.367(т.4.12)]

Расчетные данные

Каталожные данные

U_уст =10 кВ

U_ном =10 кВ

I_max=3464 А

I_ном =5000 А

Не проверяем

Составляю таблицу вторичной нагрузки трансформатора тока

Таблица 6.3

[2.c.632(п.4.7)].

Приборы

Тип

Нагрузка

А

В

С

Амперметр

Э-335

0,1

0,1

0,1

Счетчик реактивной энергии

Д-365

0,5

-

0,5

Счетчик активной энергии

САЗ-Н361

2,5

-

2,5

Итого

3,1

0,1

3,1

Из таблицы видно, что более загружены трансформаторы тока фаз А и С.

Общее сопротивление приборов:

Допустимое сопротивление проводов при

Так как на данной подстанции высшее напряжение 500кВ, то принимаю соединительные провода с медными жилами (), ориентировочная длина 50м. [2.c.375].

,

так как ближайшее стандартное сечение кабеля 3.6 мм в диаметре, принимаю кабель М10-3,6

Выбор трансформаторов напряжения.

В цепи комплектного токопровода установлен трансформатор напряжения типа ЗНОЛ 06-10У3.

Проверяю его по вторичной нагрузке. Подсчет нагрузки приведен в таблице 6.4.

Таблица 6.4

Приборы

Тип

S_{одной об-ки}

Число об-к

cos y

sin y

Число приборов

Общая S

R Вт

Q Вар

Вольтметр

Э-335

2

1

1

1

0

1

2

Вольтметр с переключением

для измерения трех

фазных напряжений

Э-365

2

1

1

0

1

2

-

Счетчик активной энергии

САЗ-Н361

2

2

0,38

0,925

1

4

9,7

Счетчик реактивной энергии

СРЧ-И76

3

2

0,28

0,925

1

6

14,5

Итого

14

24,2

[2.c.378(т.4.14)]

Вторичная нагрузка

Выбранный трансформатор ЗНОЛ 06-10У3 имеет номинальную мощность , в классе точности 0.5, необходимом для присоединения счетчиков. Таким образом , трансформатор будет работать в выбранном классе точности.

Выбор КРУН на РУНН 10 кВ.

Число линий на РУ 10 кВ 24 штуки, пропускная способность одной линии 2.5 МВт. Определяю ток нормального режима и максимальный ток одной отходящей линии для выбора КРУН.

[5.6.96]

Предполагаю, что одним КРУН будет вестись коммутация сразу трех отходящих линий. Нахожу максимальный ток протекающий по одной ячейке КРУН.

Выбираю КРУН К-49, U_ном =10 кВ, номинальный ток 1000 А, максимальное число и сечение силовых кабелей, мм² 4(3х240), электродинамическая стойкость 51 кА, тип выключателя и привода ВКЭ-10 встроенный электромагнитный, номинальный ток отключения 31,5 кА.

В ячейке применяю трансформатор тока ТПЛК-10, U_ном =10 кВ, номинальный ток первичной обмотки 1000 А, ток электродинамической стойкости 74,5 кА, может работать в классе точности 0,5. [3.c.294(т.5.9)], [3.c.519(т.9.7)]

7. Выбор схемы собственных нужд и трансформаторов собственных нужд

Потребителей мощности на собственные нужды свожу в таблицу 7.1.

Таблица 7.1

[3.c.118(т.9)]

Наименование приемников

Установлен. мощн.

Нагрузка

Едн.(кВт) х количество

Всего кВт

Р, кВт

Q, кВар

Охлаждение АТДЦТН

30х2,8

84

0,85

0,62

84

52,08

Подогрев шкафов КРУН

1х5

5

1

0

5

-

Подогрев приводов разъед.

0,6х5

3

1

0

3

-

Подогрев релейного шкафа

1х1

1

1

0

1

-

Отопление и освещение ОПУ

60х1

60

1

0

60

-

Освещение ОРУ

5х5

25

1

0

25

-

Компрессорная эл. двиг.

2х40

80

0,8

0,75

80

60

Отопление, освещение

20х2

40

1

0

40

-

Итого

294

112,08

Нахожу расчетную нагрузку при коэффициенте спроса 0,8:

[3.c.87]

Принимаю два трансформатора ТСЗ по 250 МВА. При отключении одного трансформатора, второй будет загружен на

, что допустимо.

8. Выбор рода оперативного тока

Согласно норм технологического проектирования на подстанциях с высшим напряжением 500 киловольт принимается постоянный оперативный ток.

Для получения оперативного постоянного тока на подстанции с высшим напряжением 500 киловольт необходимо установить две аккумуляторные батареи

9. Выбор и обоснование схем распределительных устройств подстанции

На стороне высшего напряжения мною выбрана схема четырёхугольника, так как при четырёх присоединениях и номинальном напряжении 500 киловольт рекомендуется именно эта схема.

На стороне среднего напряжения, учитывая малое количество присоединений (два трансформаторных и четыре линейных) выбрана схема с одной секционированной и обходной системами шин с совмещёнными обходным и шиносоединительным выключателями.

На стороне 10 кВ всегда применяется схема с одной рабочей секционированной системой шин.

подстанция трансформатор электрический аппарат

Список литературы

1. Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В. Чиркова Электрооборудование электрических станций и подстанции - Энергоатомиздат 2-е, Издательский центр «Академия», 2005-448с.

2. Неклеепаев Б.Н. Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций (справочный материал) 4-е изд. перераб. и доп-н. Энергоатомиздат. 1989-608 с.

3. Рожкова Л.Д. Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций Энергоатомиздат. 1987-648 с.

4. «Правила устройства электроустановок» 6-е изд. перераб. и доп-н. Энергоатомиздат. 1989-648 с.

5. Методические указания к выполнению курсового проекта по Предмету «Электрооборудование электрических станций и подстанции». 1985-123 с.