Проектирование электрической подстанции 11010 кВ промпредприятия

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра ЭПП

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Электрическая часть станций и подстанций»

Задание 2

Вариант 1

Мариуполь 2004

Реферат

Пояснительная записка состоит из:

а) 19страниц;

б) 2 иллюстраций;

в) 22 таблиц;

г) графического приложения формата А1 .

В данной работе осуществляется проектирование электрической подстанции 110/10 кВ.

Цель работы: спроектировать и выбрать оборудование ГПП предприятия.

Метод расчета включает использование ЭВМ

Введение

В настоящее время все технологические процессы, проходящие на предприятиях, заводах, а они являются потребителями большей части электроэнергии, нуждаются в постоянном питании. Поэтому очень важно правильно спроектировать ГПП предприятия с максимальной надежностью и минимальными затратами.

Исходные данные – данные о потребителе.

Задачи курсового проекта:

1) расчёт нагрузки на ГПП;

2) выбор силовых трансформаторов ГПП;

3) выбор оборудования ГПП

Задание на курсовой проект

Таблица 1 Задание

ЛЭП-110кВ L1,км

ЛЭП-110кВ L2,км

Генераторы Г-1, Г-2, МВт

cos_f_генераторов

0,83

xd гннераторов

0,125

Трансформаторы Т-1, Т-2, МВА

Наименование приёмника

Pу (кВт)

K.с

К.м(cos)

К.м(tg)

Вентиляторы производственные,

10000

0,8

0,9

0,48

насосы, двигатель-генератор

Станки цеховой горячей обработки металлов

10880

0,25

0,65

1,17

при поточном производстве

То же при холодной обработке металлов

8640

0,15

0,5

1,73

Вентиляторы сан.гигиенические

3060

0,75

0,8

0,75

Механизмы непрерывного

5520

0,8

0,75

0,88

транспорта несбалансированные

Краны цеховые

3415

0,5

1,73

Печи плавильные

9660

0,85

0,00

Трансформаторы сварочные

5100

0,4

2,29

Освещение

900

0,6

0,00

Расчёт электрических нагрузок

Рисунок 1 Схема электроснабжения

Таблица 2 Электрические нагрузки

Наименование приёмника

Pу (кВт)

K.с

К.м(cos)

К.м(tg)

Ppi

Qpi

Вентиляторы производственные,

10000

0,8

0,9

0,48

8000

-3875

насосы, двигатель-генератор

Станки цеховой горячей обработки металлов

10880

0,25

0,65

1,17

2720

3180,0

при поточном производстве

То же при холодной обработке металлов

8640

0,15

0,5

1,73

1296

2245

Вентиляторы сан.гигиенические

3060

0,75

0,8

0,75

2295

1721

Механизмы непрерывного

5520

0,8

0,75

0,88

4416

3895

транспорта несбалансированные

Краны цеховые

3415

0,5

1,73

1707,5

2957

Печи плавильные

9660

0,85

0,00

8211

Трансформаторы сварочные

5100

0,4

2,29

2040

4674

Суммарные величины

30685,5

14798

С учётом разновременности максимумов

29151,2

13318

Освещение

900

0,6

0,00

540

0,0

Суммарные величины

29691,2

13318

Выбор компенсирующих устройств

Qe=Pp* tgэк =29621*0.3=8907 кВар

(1)

где Qe экономическая реактивная мощность, Pp- расчётная активная мощность на подстанции, tgэк=0.3 –коэффициент мощности задается энергосистемой.

Qкур= Qsum-Qe=13318-8907=4411 кВар

(1)

где Qкур- расчётная реактивная мощность батарей конденсаторов, Qsum - расчётная реактивная мощность на подстанции.

Устанавливаем 4 батареи конденсаторов БК УК-10-900-УЗ, и 4 БК УК-10-150-У3.

Мощность нагрузки с учётом компенсации реактивной мощности составит

кВА

(1)

Выбор силовых трансформаторов ГПП

МВА

(1)

Таблица 3 Трансформатор ТРДН 25000/110 паспортные данные

Pnom

кВт

25000

Uvn

кВ

115

Unn

кВ

10,5

dPk

кВт

120

dPx

кВт

0,8

0,62

Цена

тыс.грн

250

Kип

0,05

штук

Расчёт потер в трансформаторе

кВт

(1)

где Kz-коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме, -активные потери в обмотке трансформатора, - реактивные потери в обмотке трансформатора.

кВар

(1)

где -реактивные потери в обмотке трансформатора, - номинальная мощность трансформатора, -напряжение короткого замыкания.

кВт

(1)

где -активные потери в стали трансформатора, - реактивные потери в стали трансформатора.

кВар

(1)

где -реактивные потери в стали трансформатора, - номинальная мощность трансформатора, -ток холостого хода.

кВар

(1)

где -реактивные потери в стали трансформатора, - реактивные потери в меди трансформатора, -коэффициент загрузки, -потери реактивной энергии на 1 трансформатор.

кВт

(1)

где -активные потери в трансформаторах, -активные потери в обмотке трансформатора, где -активные потери в стали трансформатора, - реактивные потери в стали трансформатора, n-число трансформаторов на ГПП.

кВар

(1)

где -реактивные потери в стали трансформатора, - реактивные потери в меди трансформатора-потери реактивной энергии на трансформаторах подстанции, n-число трансформаторов на ГПП.

кВт

(1)

где - расчётная мощность на стороне 10 кВ, -активные потери в трансформаторах, - расчётная мощность на стороне 110 кВ.

=9119+2426=11544 кВар

(1)

где - расчётная реактивная мощность на стороне 10 кВ, -реактивные потери в трансформаторах, - расчётная реактивная мощность на стороне 110 кВ.

=32110 кВА

(1)

где - расчётная мощность на стороне 110 кВ, - расчётная реактивная мощность на стороне 110 кВ, - полная расчётная мощность на стороне 110 кВ.

(1)

где - полная расчётная мощность на стороне 110 кВ, U-номинальное напряжение питающей сети, -расчётный ток в послеаварийном режиме.

Выбор сечения проводов воздушной ЛЭП

Учитывая что по одной цепи будет протекать половинный ток , а так же оноцепные стальные опоры и второй район по гололёду выбираем провод марки АС-95. Предельно допустимый ток для выбранного провода вне помещений составляет 330 А. В после аварийном режиме по нему будет протекать ток 119 А, значит провод проходит по после аварийному режиму работы.

Расчёт токов короткого замыкания

Рисунок 2 Схема замещения сети

Выбор цеховых трансформаторов

кВА

(1)

где - полная расчётная мощность на стороне 10 кВ на приходящейся на цеховые КТП, -активная мощность синхронных двигателей, -реактивная мощность синхронных двигателей, Pp- расчётная активная мощность на подстанции, Qp- расчётная реактивная мощность на подстанции.

кВА

(1)

где - полная расчётная мощность на стороне 10 кВ на приходящейся на цеховые КТП, -коэффициент загрузки цехового трансформатора, кВА-номинальная мощность цехового трансформатора.

Устанавливаем 16 трансформаторов ТМ 2500/10. На РУ-НН будет 8 отходящих присоединений на КТП по 3750 кВА каждое в нормальном режиме.

Выбор синхронных двигателей

Необходимо обеспечить мощность 8000 кВт. Устанавливаем 4 двигателя типа

СТД-2000-23УХЛ4 по 2000 кВт каждый.

Расчёт тепловых импульсов

Таблица 4 Расчёт тепловых импульсов

СД/ОП

Шины 10кВ

Вводной

110 кВ

Iкз

15,2

9,2

кА

Iуд

38,3

23,2

0,05

0,07

tрза

0,5

tвык

0,2

tоткл

0,25

1,75

2,52

57,8

231,0

404,3

213,3

кА^2*с

(1)

где Iкз – ток короткого замыкания на соответствующей ступени, Ta-постоянная времени, tрза – выдержка времени релейной защиты, Tвык - собственное время отключения выключателя с приводом, tотклi – время отключения тока короткого замыкания на текущей ступени, tоткл(i-1)– время отключения тока короткого замыкания на предыдущей ступени, Bk- тепловой импульс.

кА

(1)

где Iуд – ударный ток ток короткого замыкания на соответствующей ступени, Куд=1,8- ударный коэффициент, Iкз – ток короткого замыкания на соответствующей ступени.

Выбор выключателей

Таблица 5 Термическое воздействие токов К.З.

Тип выключателя

Iтерм

tдействия

Bk ном

сравнение

кА

кА^2*с

ВМТ-110Б-20/1000УХЛ1

РУ-ВН

1200

213,3

ВВЭ-10-20/1600У3

РУ-НН

1200

404

ВВЭ-10-20/630У3

СД

1200

57,8

ВВЭ-10-20/630У3

ОП

1200

57,8

Параметры выключателей

Таблица 6 Выключатели

Выключатель

Параметр

Паспорт

Расчетное max

Ввод 110 кВ

ВМТ-110Б-20/1000УХЛ1

кВ

126

110

1000

166

Iоткл

кА

9,2

Sоткл

МВА

4284

1720

Iуд

кА

23,2

Iтерм/t

кА/с

20/3

кА^2*с

1200

149,8

Тип привода

ППК-2300УХЛ1

Ввод и межсекционная связь 10 кВ

ВВЭ-10-31,5/2000У3

кВ

10,5

2000

1736

Iоткл

кА

15,2

Sоткл

МВА

408

271

Iуд

кА

32,8

Iтерм/t

кА/с

31,5/3

кА^2*с

2976

404,0

Тип привода

ЭМ

Отходящие присоединения 10 кВ

ВВЭ-10-20/630У4

кВ

10,5

630

118/294 *

Iоткл

кА

15,2

Sоткл

МВА

408

271

Iуд

кА

32,8

Iтерм/t

кА/с

20/3

кА^2*с

1200

57,8

Тип привода

ЭМ

* Синхронный двигатель/КТП соответственно.

Выбор разъединителей

Таблица 7 Разъединители

Разъединитель

Параметр

Паспорт

сравнение

Расчетное

РНДЗ-1-110/630 Т1 РНДЗ-2-110/630 Т1

кВ

110

630

166

Iуд

кА

23,2

Iтерм/t

кА/с

31,5/4

кА^2*с

3969

149,8

Тип привода

ПНД-220Т

Выбор заземлителей

На стороне 10 кВ устанавливаем заземлители ЗР-10У3.

Таблица 8 Заземлители

Заземлитель

Параметр

Паспорт

сравнение

Расчетное

ЗОН-110М-IУ1

кВ

126

110

400

Iуд

кА

7,8

Iтерм/t

кА/с

6,3/3

кА^2*с

119,07

149,8

Тип привода

ПРН-11У1

ЗР-10У3

кВ

118/294

Iуд

кА

23,2

Iтерм/t

кА/с

90/1

кА^2*с

8100

57,8

Тип привода

ПЧ-50У3

Выбор защиты от перенапряжений

В нейтраль трансформатора ставим РВС-60У1, на ввод РВС-110МУ1.

Выбор трансформаторов тока

На высокой стороне ТВТ-110-1-300/5 и ТФЗМ-110Б-1. Коммерческий учёт электроэнергии на высокой стороне не ведется, из приборов подключён только вольтметр, который должен говорить только о наличии тока, поэтому достаточно класса точности-10.

Таблица 9 Нагрузка на ТТ на ввод 10 кВ

Прибор

амперметр

0,1

ваттметр

0,5

варметр

1,5

счетчик активной энергии

счетчик реактивной энергии

3,5

счетчик реактивной энергии

3,5

Суммарная нагрузка

5,5

6,6

Ом

(1)

где – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

Ом

(1)

где , S=4 мм², l=6м.

Ом

(1)

где =0,1 Ом - принимаем.

Таблица 10 Параметры ТЛ10-II

ТТ

Параметр

Паспорт

сравнение

Расчетное

ТЛ10-II

кВ

10,5

2000

1736

Iтерм/t

кА/с

40/3

кА^2*с

4800

404,0

Rнаг

Ом

0,8

0,41104

Таблица 11 Межсекционная связь 10 кВ

Прибор

амперметр

0,1

Суммарная нагрузка

0,1

Ом

(1)

где – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

Ом

(1)

где , S=4 мм², l=6м.

Ом

(1)

где =0,1 Ом - принимаем.

Таблица 12 Параметры ТЛ10-II

ТТ

Параметр

Паспорт

сравнение

Расчетное

ТЛ10-II

кВ

10,5

2000

1736

Iтерм/t

кА/с

40/3

кА^2*с

4800

404,0

Rнаг

Ом

0,8

0,151

Таблица 13 Отходящие присоединения

Прибор

амперметр

0,1

счетчик активной энергии

Суммарная нагрузка

0,1

Ом

(1)

где – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

Ом

(1)

где , S=4 мм², l=6м.

Ом

(1)

где =0,1 Ом - принимаем.

Таблица 14 Параметры ТОЛ-10

ТТ

Параметр

Паспорт

сравнение

Расчетное

ТОЛ-10

кВ

10,5

300

294

Iтерм/t

кА/с

31,5/3

кА^2*с

2976,75

57,8

Rнаг

Ом

0,4

0,283

Таблица 15 Синхронные двигатели

Прибор

амперметр

0,1

счетчик реактивной энергии

3,5

счетчик реактивной энергии

3,5

счетчик активной энергии

Суммарная нагрузка

3,1

Ом

(1)

где – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

Ом

(1)

где , S=4 мм², l=6м.

Ом

(1)

где =0,1 Ом - принимаем.

Таблица 16 Параметры ТОЛ-10

ТТ

Параметр

Паспорт

сравнение

Расчетное

ТОЛ-10

кВ

10,5

150

118

Iтерм/t

кА/с

31,5/3

кА^2*с

2976,75

57,8

Rнаг

Ом

0,4

Таблица 17 Батареи конденсаторов

Прибор

амперметр

0,1

Суммарная нагрузка

0,1

Ом

(1)

где – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

Ом

(1)

где , S=4 мм², l=6м.

Ом

(1)

где =0,1 Ом - принимаем.

Таблица 18 Параметры ТОЛ-10

ТТ

Параметр

Паспорт

сравнение

Расчетное

ТОЛ-10

кВ

10,5

300

210

Iтерм/t

кА/с

31,5/3

кА^2*с

2976,75

57,8

Rнаг

Ом

0,4

0,15

Выбор трансформатора напряжения

Таблица 19 Нагрузка на ТН на 1 секцию шин

Прибор

Тип прибора

Класс точности

кол-во

Sпотреб

кол-во

cos/tg

1 обмоткой

обмоток

Вольтметр

Э377

1,5

1/0

Ваттметр

Н-396

1,5

1/0

Варметр

Н-395

1,5

1/0

Счётчик активной энергии

СА4У-И672М

0,38/2,76

Счётчик реактивной энергии

СА4У-И673М

0,38/2,76

Суммарные величины

165,6

ВА

(1)

где – полная мощность подключённых приборов, – активная мощность подключённых приборов, – реактивная мощность подключённых приборов.

Таблица 20 Паспортные данные ТН

Тип

Номинальное напряжение обмоток

Номинальная мощность, ВА в классе точности

Предельная мощность, ВА

Схема соединения

Первичное, кВ

Вторичное, В

0,2

0,5

НТМК-10-71У3

100

120

200

500

960

Y/Y₀-0

Трансформаторы напряжения проверяются только по номинальному напряжению и нагрузке приборов в соответствующем классе точности. По напряжению ТН проходит, по допустимой мощности в классе точности «1» тоже.

Устанавливаем на каждую секцию шин НТМК-10-71У3.

Выбор шин

(1)

где – расчётная мощность нагрузки на подстанции, – номинальное напряжение сети.

Выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения размером 120х8 с допустимым током 1900 А, расположение – плашмя.

мм²

(1)

где –минимальное сечение шины, С – постоянный коэффициент.

мм²

(1)

где –расчётное сечение выбранной шины, a и b – размеры шины.

мм³=19,2*10^-6м³

(1)

где – момент сопротивления выбранной шины, a и b – размеры шины.

мм⁴=115^-9м⁴

(1)

где – момент сопротивления выбранной шины, a и b – размеры шины.

(1)

где – длина шины.

(1)

где – расстояние между шинами, -.коэффициент формы, принимаем равный 1, - ударный ток короткого замыкания, F- сила, действующая на среднюю фазу.

Нм

(1)

где – момент изгибающий шину, F- сила, действующая на среднюю фазу, – длина шины.

Нм

(1)

где – момент, изгибающий шину, F- сила, действующая на среднюю фазу, – длина шины.

МПа

(1)

где – момент, изгибающий шину, – момент сопротивления выбранной шины, – расчётная величина механического сопротивления шины.

МПа, как видно расчётная величина не превышает допустимой для данного материала, значит, данную шину можно использовать.

Выбор трансформатора собственных нужд

Поскольку мы не знаем состава нагрузки на трансформатор собственных нужд, то мы его примем 1,5% от силового трансформатора. В качестве ТСН можно установить ТМ-400/10.

Выбор изоляторов

(1)

где – расстояние между шинами, -.коэффициент формы, принимаем равный 1, - ударный ток короткого замыкания, F- сила, действующая на изолятор.

Устанавливаем опорный изолятор типа ИОСПК-2-10/75-II-УХЛ1.

В качестве опорного изолятора для шин устанавливаем ИП-10/2000-3000У

Таблица 21 Параметры опорного изолятора

Паспорт

Расчённое

Upmax, кВ

Uраб, кВ

10,5

Fдоп, Н

2000

Fрасч, Н

1234

Таблица 22 Параметры проходного изолятора

Паспорт

Расчённое

Upmax, кВ

Uраб, кВ

10,5

Fдоп, Н

3000

Fрасч, Н

1234

Imax, А

2000

Iраб, А

1737

Выбор аккумуляторных батарей

(1)

где – ток в аварийном режиме, -ток потребляемый релейной защитой , - ток потребляемый аварийным освещением.

(1)

где – ток в аварийном режиме, -ток потребляемый приводом выключателя , - толчковый ток.

шт

(1)

где – напряжение на шинах в режиме постоянного подзаряда, - напряжение подзаряда принимаем 2,15 В, n₀- число элементов.

шт

(1)

где – напряжение на шинах в режиме постоянного подзаряда, - напряжение разряда принимаем 1,75 В, n- число элементов при разрядке.

шт

(1)

где N – добавка АБ, n- число элементов при разрядке, n₀- число элементов.

(1)

где W – марка АБ.

Необходимо использовать АБ СК-2.

(1)

где – ток максимального разряда.

Вывод

Данная работа представляла собой прикладную задачу по выбору оборудования ГПП предприятия. В ходе выполнения работы был получен опыт проектирования и выбора оборудования для электроэнергетической отрасли и закреплены знания полученные на лекциях.