Расчет электрической части подстанции

Задание на курсовое проектирование

Исходные данные для проектирования варианта № 10

Общие сведения:

U_с=110 кВ -напряжение на стороне высшего напряжения (ВН) подстанции;

S_с=120 МВА – мощность;

Х_с=0,7 – реактивное сопротивление в относительных единицах;

n_с=2 – число линий связи;

=90 км – длина линий связи.

Сведения на стороне низшего напряжений (НН) подстанции:

U_нн=10 кВ–уровень низшего напряжения подстанции;

n=3, Р=5; n=4, P=3 МВт– число и мощность линий;

К_мп1=0,9; К_мп2=0,8 – коэффициент несовпадения максимумов нагрузки потребителей;

Cos j₁=0,8; Cos j₂=0,9 – коэффициент мощности;

Тмакс₁=7000 ч; Тмакс₂=6000 ч – продолжительность использования максимальной нагрузки.

Расчет электрической части подстанции

Определение суммарной мощности потребителей подстанции

Расчет потребных мощностей нагрузок следует производить по любому из известных методов расчета. Потребную мощность можно определить с использованием коэффициента несовпадения максимумов нагрузки потребителей.

Суммарная активная мощность на стороне НН:

=3·5·0,9=13,5 МВт

=4·3·0,8=9,6 МВт

=13,5+9,6=23,1 МВт

Полная мощность на стороне НН:

МВА

МВА

МВА

Реактивная мощность на стороне ВН:

=16,8·0,6=10 МВАр

=10,6·0,4=4,2 МВАр

=10+4,2=14,2 МВАр

Суммарная мощность на стороне ВН:

МВт

МВАр

МВА

Выбор схемы главных электрических соединений подстанции

Исходя из количества подходящих линий n=2, напряжения на стороне ВН U_вн=110кВ выбираем для РУВН – 110кВ схему квадрат [1, стр.356, т.8.3]. РУВН выполняю открытого типа. Применение открытого распределительного устройства уменьшает стоимость и сокращает сроки сооружения подстанции. При замене и демонтаже оборудования, ОРУ по сравнению с закрытыми более маневроспособны, лучше условия для отвода тепла от трансформаторов.

Принимаю к установке РУНН – 10кВ закрытого исполнения, достоинствами которой являются защита аппаратуры от воздействия окружающей среды, от пыли и копоти, от больших колебаний температуры, от солнечной радиации, а так же большее удобство обслуживания, исключение возможности проникновения в РУ посторонних людей, большая компактность. Общий вид схемы подстанции приведен на рис. 3.3.1.

Рис.3.3.1. Общий вид схемы подстанции

Расчет рабочих токов

Продолжительные рабочие токи определяются для выбора аппаратов и проводников. Различают рабочие токи нормального режима, а также утяжеленного (ремонтного, аварийного, послеаварийного). Для выбора аппаратуры следует ориентироваться на утяжеленный режим работы, получая максимальные рабочие токи.

Рабочий ток фидеров:

, А

где Р_н.ф– номинальная мощность фидера, кВт;

U_н.ф – номинальное напряжение фидера (потребителя), кВ;

cosj_ф – коэффициент мощности потребителя.

Для РУНН:

А,

А;

Рабочий ток секционного выключателя

А,

где SР_н.ф – сумма мощностей потребителей наиболее загруженной секции сборных шин, кВт;

U_н – номинальное напряжение группы токоприемников, кВ;

cosj_ср.вз– средневзвешенное значение коэффициентов мощности группы токоприемников,

Для РУНН:

А,

А;

cosj_ср.вз =cosj_нн1=0,8; cosj_нн2=0,9

Рабочий ток вводов РУ и сборных шин:

где S Р_н.РУ – суммарная номинальная мощность всех присоединений РУ, кВ;

cos j_{ср.вз.РУ} – средневзвешенное значение коэффициентов мощности всех присоединений РУ.

Для РУНН:

А,

А

Максимальный рабочий ток распределительного устройства высшего напряжения определяют исходя из полной загрузки силового трансформатора и допустимой перегрузки аварийного режима

где 1,4 – кратность максимальной перегрузки в аварийном режиме;

S_н.т=40000кВА – номинальная мощность силового трансформатора;

U_н.ВН=110 кВ– номинальное напряжение РУВН.

А

Выбор выключателей

Выключатель является основным коммутационным аппаратом в электрических установках, он должен быть способен коммутировать электрические цепи как в номинальных, так и в аварийных режимах.

Выключатели выбираем по допустимому уровню напряжения (по уровню изоляции), по длительному нагреву максимальным рабочим током и проверяем по отключающей способности на динамическую и термическую устойчивость токам К.З.

Предварительно для РУВН принимаем МКП-110Б-630-20У1

Выбор по допустимому уровню напряжения (по уровню изоляции)

110 110 кВ

где U_уст – номинальное напряжение проектируемой установки (распре-делительного пункта);

U_н – номинальное (каталожное) напряжение выбираемого выключателя.

Выбор по длительному нагреву максимальным рабочим током

184 630 А

где I_раб.max – максимально возможный рабочий ток выключателя;

I_н – номинальный (каталожный) ток выбираемого выключателя.

Проверка по отключающей способности:

0,79 20 кА

где I_п.о – начальное значение периодической составляющей тока к.з.;

I_откл.н – номинальный (каталожный) ток отключения проверяемого выключателя.

Проверка на электродинамическую устойчивость токам к.з:

1,8 52

где i_у – ударный ток режима к.з;

i_пр.с – каталожное значение предельного сквозного тока выбираемого выключателя.

Проверка на термическую устойчивость (тепловой импульс тока к.з.):

,

где В_к.рас – расчетное значение теплового импульса в период к.з.;

В_к.рас.=I²_п.о.(t_откл.+T_а), кА²с

В_к.рас.=0,79²(0,02_.+0,07)=0,056 кА²с

t_откл.= t_р.з+ t_о.в=0,02+0,05=0,07 с – длительность к.з.;

t_р.з=0,02 с – время действия релейной защиты;

t_о.в=0,05 с – время отключения выключателя;

T_а=0,02 – постоянная времени затухания периодической составляющей тока к.з.

В_к.н=I²_тt_т – номинальное значение теплового импульса выбираемого выключателя;

I_т, t_т – номинальные значения тока и времени термической стойкости выключателя.

В_к.н=20²·3=1200 кА²с

0,235 1200 кА²с

Все условия соблюдаются. Окончательно принимаем выключатель МКП-110Б-630-20У1.

Результаты расчета сведены в табл. 3.6.1.1:

Табл.3.6.1.1

Расчетные величины	Каталожные данные выключателя МКП-110Б-630-20У1.	Условия выбора
Uуст, кВ		Uн, кВ
Iраб.max, А		Iн, А
Iп.о, кА	0,79	Iоткл.н, кА
iу, кА	1,8	iпр.с, кА
Вк.рас., кА2с	0,056	Вкн, кА2с

Выбор выключателей для распределительного устройства низкого напряжения сведен в таблицу 3.6.1.2:

Табл.3.6.1.2

Расчетные величины	Каталожные данные вводного выключателя ВВЭ-10-31,5/2000У3.	Условия выбора
Uуст, кВ		Uн, кВ
Iраб.max, А		Iн, А
Iп.о, кА	8,29	Iоткл.н, кА	31,5
iу, кА	21,1	iпр.с, кА
Вк.рас., кА2с	72,5	Вкн, кА2с
Расчетные величины	Каталожные данные секционного выключателя ВВЭ-10-20/1600У3.	Условия выбора
Uуст, кВ		Uн, кВ
Iраб.max, А	770,2	Iн, А
Iп.о, кА	8,29	Iоткл.н, кА
iу, кА	21,1	iпр.с, кА
Вк.рас., кА2с	72,5	Вкн, кА2с
Расчетные величины	Каталожные данные фидерного выключателя ВВЭ-10-20/630У3.	Условия выбора
Uуст, кВ		Uн, кВ
Iраб.max, А		Iн, А
Iп.о, кА	8,29	Iоткл.н, кА
iу, кА	21,1	iпр.с, кА
Вк.рас., кА2с	72,5	Вкн, кА2с

Выбор разъединителей

Выбор разъединителей производим так же, как и выключателей, но без проверок на отключающую способность, так как они не предназначаются для отключения цепей, находящихся под током.

Результаты выбора разъединителей для РУВН сведены в табл. 3.6.2.1:

табл. 3.6.2.1

Расчетные величины	Каталожные данные разъединителя РНДЗ.2-110/630У1	Условия выбора
Uуст, кВ		Uн, кВ
Iраб.max, А		Iн, А
iу, кА	1,8	iпр.с, кА
Вк.рас., кА2с	0,056	Вкн, кА2с

Для РУНН выбор разъединителей не производим, так как оно выполнено в виде ЗРУ. В нем установлены комплектные распределительные устройства. Отделители и короткозамыкатели не предусмотрены схем ой подстанции.

Выбор шин

На РУВН выбираем гибкие шины типа АС.

Сечение гибких шин выбираем по нагреву рабочим током, проверяем по экономической плотности тока, по термическому действию тока к.з. и по условиям короны:

Предварительно принимаем провод АС-50/8.

По нагреву рабочим током

184 210 А

где I_{раб max}=184 А– максимальный рабочий ток шины;

I_доп=210 А– допустимый ток шины выбранного сечения;

По экономической плотности тока

где S_эк– экономически целесообразное сечение шины, принимаем Sэк=150 мм²;

j=1,1 А/мм²– экономическая плотность тока;

Шина является термически стойкой к токам к.з., если соблюдается условие

,

где S – выбранное сечение проводника, мм²;

I_к=790 А – установившийся ток к.з;

t_к=t_откл=0,07 с – время прохождения тока к.з;

С=88 – коэффициент для алюминиевых шин;

мм²

По условиям коронирования минимальное стойкое сечение провода на напряжение 110 кВ – 70 мм². Исходя, из этого принимаем окончательно провод марки АС 150/24.

На РУНН выбираем жесткие шины прямоугольного сечения.

Предварительно принимаем алюминиевые шины сечением 50×6 мм².

По нагреву рабочим током

722 740 А

где I_{раб max}=722 А– максимальный рабочий ток шины;

I_доп=740 А– допустимый ток шины выбранного сечения;

По экономической плотности тока

где S_эк– экономически целесообразное сечение шины, принимаем Sэк=100×8=800 мм²;

j=1,1 А/мм²– экономическая плотность тока;

Шина является термически стойкой к токам к.з., если соблюдается условие

,

где S – выбранное сечение проводника, мм²;

I_к=8290 А – установившийся ток к.з;

t_к=t_откл=0,07 с – время прохождения тока к.з;

С=88 – коэффициент для алюминиевых шин;

мм²

Шина динамически устойчива, если

=70 МПа допустимое напряжение в материале алюминиевой шины.

Расчетное напряжение в шине определяется

, МПа,

где W– момент сопротивления шин;

м³

– изгибающий момент;

f_рас – изгибающая сила, приходящаяся на единицу длины средней фазы, Н/м;

=2,0 м – расстояние между изоляторами вдоль шины, м;

Н/м,

где i_у=35720 А– ударный ток при к.з. на шинах;

а=0,1 м расстояние между осями смежных фаз.

Окончательно принимаем алюминиевые шины прямоугольного сечения 100×8.

Выбор изоляторов

Для РУВН 110 кВ выбираем следующие типы изоляторов:

-подвесной изолятор с гирляндой натяжного типа ПФ6-А, с восемью изоляторами в гирлянде.

-опорный изолятор типа ИОС-110-300 УХЛ

Для РУНН 10 кВ выбираем проходной изолятор наружно-внутренней установки ИП-10/1600-1250 УХЛ1.

Проверим изолятор по рабочему току:

1083 1600 А

Проверим изолятор по допустимой механической нагрузке. Согласно ПУЭ расчетная нагрузка на изолятор не должна превышать 60% от разрушающей нагрузки:

Расчетная нагрузка определяется:

где k_п – поправочный коэффициент на высоту шины;

Н_из =620 мм– высота изолятора;

С=8 мм – высота шины по оси изолятора.

Н

Изолятор по механической прочности подходит.

Для ЗРУ принимаем опорные изоляторы внутренней установки типа ИО-103,75 УЗ С

Uн=10кВ=Uуст

С мин. Разрушающей силой на щит 3,75 кН, высота изолятора Н_из =120 мм;

Расчетная нагрузка определяется:

где k_п – поправочный коэффициент на высоту шины;

С=8 мм – высота шины по оси изолятора.

Н

Изолятор по механической прочности подходит.

Задание на курсовое проектирование

Исходные данные для проектирования варианта № 10

Общие сведения:

U_с=110 кВ -напряжение на стороне высшего напряжения (ВН) подстанции;

S_с=120 МВА – мощность;

Х_с=0,7 – реактивное сопротивление в относительных единицах;

n_с=2 – число линий связи;

=90 км – длина линий связи.

Сведения на стороне низшего напряжений (НН) подстанции:

U_нн=10 кВ–уровень низшего напряжения подстанции;

n=3, Р=5; n=4, P=3 МВт– число и мощность линий;

К_мп1=0,9; К_мп2=0,8 – коэффициент несовпадения максимумов нагрузки потребителей;

Cos j₁=0,8; Cos j₂=0,9 – коэффициент мощности;

Тмакс₁=7000 ч; Тмакс₂=6000 ч – продолжительность использования максимальной нагрузки.

Расчет электрической части подстанции