Разработка структурных схем подстанций
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Электрические подстанции» относится к профилирующим дисциплинам специальности. Целью изучения дисциплины является формирование систематических знаний об электрической части всех типов электростанций, их главных схем; систем собственных нужд и управления; конструкций распределительных устройств и вспомогательных оборудований. Овладение навыками электротехнических расчетов по оценке параметров режима и выбору электрооборудования и основных элементов электрической части электростанций и требований энергосистем. Изложение содержания данной дисциплины базируется на ранее полученных учащимися знаниях по математике, физике, теоретическим основам электротехнике.
Задачей курсового проекта является закрепление теоретических знаний и приобретение навыков по проектированию электрической части подстанций, а также приобретение опыта в использовании справочной литературы, руководящих указаний и нормативных материалов.
Для облегчения поиска данных по новейшему оборудованию и методик расчета в указаниях приводятся ссылки на соответствующую литературу.
Каждый раздел методических указаний, будет изучен на конкретном примере.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА
Темой курсового проекта является проектирование электрической части понижающей подстанции.
При выполнении курсового проекта подлежат разработке следующие вопросы:
1. Введение
2. Выбор силовых трансформаторов проектируемой подстанции.
3. Выбор и обоснование главной схемы электрических соединений.
4. Разработка схемы собственных нужд.
5. Расчет токов короткого замыкания.
6. Выбор коммутационных аппаратов.
7. Выбор токоведущих частей, сборных шин и кабелей.
8. Выбор контрольно-измерительных приборов для основных цепей схемы.
9. Выбор измерительных трансформаторов.
10. Выбор и описание конструкции распределительных устройств.
Графическая часть проекта содержит один лист главной схемы электрических соединений выполненной на формате А1.
Исходные данные на курсовое проектирование приведены в Приложении.
ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ПОДСТАНЦИЯХ
Общие положения
При проектировании электрической подстанции первоначально составляются структурные схемы, в которых определяется состав основного оборудования (силовые трансформаторы) и связи между ним и (РУ) разных напряжений. Одновременно с выбором основного оборудования определяются и схемы, в которых оно будет работать.
Разработка структурных схем подстанций
Подстанции по способу подключения делят на тупиковые, ответвительные, проходные и узловые. На рис. 2.1.приведены структурные схемы понизительных подстанций. Электроэнергия от энергосистемы поступает в РУ высокого напряжения подстанции, затем трансформируется и распределяется между потребителями в РУ низшего напряжения (рис. 2.1, а).
Узловые подстанции не только осуществляют питание потребителей, но и связывают отдельные части энергосистемы. В этом случае на подстанции кроме РУ низкого напряжения сооружаются РУ высшего и среднего напряжения и устанавливаются автотрансформаторы (рис. 2.1, б) или трехобмоточные трансформаторы (рис. 2.1, в).
Число трансформаторов на подстанциях выбирается в зависимости от ответственности потребителей, а также наличия резервных источников питания в сетях среднего и низких напряжений.
Так как большей частью от подстанций питаются потребители всех трех категорий и питание от системы подводится лишь со стороны ВН, то по условию надежности требуется установка не менее двух трансформаторов.
Максимальная расчетная мощность подстанции определяется, как сумма максимальных расчетных нагрузок на сторонах низкого и среднего напряжения:
(2.1)
где 
– соответственно, активные и реактивные расчетные максимальные нагрузки потребителей на обмотках трансформатора.
Рис. 2.1. Структурные схемы подстанций
Суммарная активная мощность на обмотках низкого и среднего напряжения трансформатора определяется с учетом разновременности максимумов нагрузки потребителей:
,
где 
– количество линий заданного напряжения; 
– максимальная активная мощность одной линии; 
– коэффициент несовпадения максимумов нагрузки.
Полная расчетная мощность на стороне НН:
, (2.2)
где 
– коэффициент мощности потребителя НН.
Расчетная реактивная мощность НН:
. (2.3)
Аналогично определяется расчетная мощность на стороне среднего напряжения трансформатора.
При установке на подстанции более одного трансформатора (n) расчетным является случай отказа одного из трансформаторов, когда оставшиеся в работе трансформаторы с учетом их аварийной перегрузки должны передать всю необходимую мощность:
, (2.4)
где 
– коэффициент аварийной перегрузки трансформаторов.
Такая перегрузка допускается в течении 5 суток при условии, что коэффициент предшествующей нагрузки 
не более 0,93 и длительность перегрузки не более 6 ч.
Расчетная мощность трансформаторов определяется из выражения:
, (2.5)
где 
– расчетная мощность трансформатора, МВ×А;
– суммарная мощность потребителей, МВ×А;
– коэффициент аварийной перегрузки трансформатора, 
;
n – количество трансформаторов.
Выбор трансформаторов осуществляется по каталожным данным на основании технико-экономического сравнения вариантов.
Для ограничения токов короткого замыкания на низком напряжении целесообразно применять трансформаторы с большими значениями напряжения короткого замыкания 
. При мощностях 40 и более МВ×А для ограничения токов КЗ целесообразно применение трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения.
Для ограничения токов короткого замыкания (в случае необходимости) со стороны обмотки низкого напряжения трансформатора может устанавливаться одинарный или сдвоенный реакторы.
Пример 1
Выбрать число и мощность трансформаторов ГПП для следующих исходных данных:
– напряжение на стороне ВН (высокое напряжение) – 110 кВ;
– мощность к.з. энергосистемы – 1500 МВ×А;
– сопротивление системы – 0,35 о.е.;
– длина питающей линий 
.
Нагрузка потребителей на стороне НН (низкое напряжение):
– напряжение на стороне НН – 10 кВ; количество линий 
;
– наибольшая активная мощность одной линии – 
;
– коэффициент мощности – 
;
– коэффициент разновременности максимумов нагрузки – 
;
– максимальное время использования часов – 
.
Мощность передаваемая по отходящим линиям высокого напряжения 
.
Решение:
Определим максимальную расчетную активную нагрузку подстанции:
.
Полная расчетная мощность на стороне ВН:
,
где 
– коэффициент мощности потребителя.
Расчетная желаемая мощность трансформатора, определяемая из условия допустимой аварийной перегрузки:
.
Рассматриваем два варианта установки трансформаторов:
1 вариант:
Принимаем к установке два трансформатора типа ТДН – 16000/110 [1, табл. 3.6].
2 вариант:
Принимаем к установке два трансформатора типа ТРДН – 25000/110 [1, табл. 3.6];
Определим коэффициент загрузки трансформаторов:
1 вариант:
;
2 вариант:
.
Определим коэффициент аварийной перегрузки трансформаторов:
1 вариант:
;
2 вариант:
.
Оба варианта подходят по коэффициенту загрузки в нормальном режиме. Первый вариант удовлетворяет условию допустимой послеаварийной перегрузки (1,4). Для второго варианта послеаварийная перегрузка 
превышает значение 1,4. Поэтому при аварийном отключении одного из трансформаторов подстанции часть потребителей третьей категории необходимо отключить. Окончательный выбор трансформаторов произведем с учетом технико-экономических расчетов (ТЭР).