Аннотация
Цель курсового проектазакрепление полученных теоретических знаний в курсе «электропитающие системы иэлектрические сети».
В ходе выполнения курсовогопроекта была спроектирована главная понизительная промышленного предприятия.Предложены два варианта развития сети. Произведен выбор и проверка основногоэлектрооборудования.
По результатам сравнения двухрассмотренных в проекте схем питания потребителей с технической и экономическойточки зрения был выбран вариант с наилучшими показателями.
Содержание
Введение
1. Задание к курсовому проектированию
2. Расчёт центра электрических нагрузок и выбор места установки ГПП
3. Выбор схемы электроснабжения ГПП и территориально-распределённыхпотребителей
3.1 Схема радиального питания
3.2 Схема смешанного питания
4. Определение расчётных нагрузок на шины подстанции и длиныпитающих проводов
4.1 Расчёт нагрузок на шины подстанции
4.2 Расчёт длин питающих линий
5. Определение мощности и места установки компенсирующих устройств
5.1 Расчёт реактивной мощности компенсирующих устройств
5.2 Выбор компенсирующей установки
5.3 Место установки компенсирующих устройств
6. Выбор трансформаторов и питающих линий
6.1 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов ГПП
6.2 Выбор трансформаторов отходящих ЭН
7. Выбор проводов воздушных линий и кабельных линий
7.1 Выбор сечения проводника по нагреву
7.2 Выбор сечения проводника по потерям напряжения
8. Расчёт токов короткого замыкания
8.1 Расчёт токов КЗ в точках
8.2 Расчёт выбранных проводников на термическую и электродинамическуюстойкость
9. Выбор электрооборудования
9.1 Выбор разъединителей
9.2 Выбор выключателей
9.3 Выбор трансформаторов тока
9.4 Комплектация РЗиА
10.Расчет потерь мощности и электроэнергии в схеме электроснабжения
10.1 Потери мощности и электроэнергии в трансформаторах
10.2 Потери мощности и электроэнергии в линиях
11.Расчёт надёжности системы электроснабжения
12.Технико-экономическое сравнение вариантов схем электроснабжения
Заключение
Библиографический список
Введение
Курсовой проект заключается впроектирование главной понизительной подстанции 35/6 кВ промышленногопредприятия, с целью электроснабжения территориально распределенныхпотребителей 6 кВ.
В ходе выполнения курсовогопроекта решались следующие задачи:
— разработка схемы понижающей подстанциипромышленного предприятия 35/6 кВ;
— выбор вариантов развития сети;
— расчёт параметров основныхнормальных и послеаварийных режимов проектируемой электрической сети;
— расчёт необходимой мощностикомпенсирующих устройств по условию баланса мощности энергосистемы;
— выбор номинальных параметровосновного электрооборудования;
— проверка выбранногооборудования по условиям длительного и аварийного режима;
— расчет надежности предложенноговарианта;
— сравнение двух вариантов стехнико-экономической точки зрения и выбор наиболее эффективного.
Предложенные варианты и схемыподстанции удовлетворяют требованиям надежности потребителей и условиюдлительного режима работы.
1. Задание к курсовомупроектированию
Врамках курсового проекта ставится задача спроектировать главную понизительнуюподстанцию (ГПП) промышленного предприятия. Для решения задачи проектированиянеобходимо:
1) рассчитать центр электрическихнагрузок (ЭН), и определить место установки ГПП на территории предприятия;
2) выбрать схему электроснабженияГПП, и как минимум две схемы питания территориально-распределенныхпотребителей;
3) выбрать основное оборудование ГППи отходящих питающих линий, в том числе элементы (трансформаторы тока,напряжения) для релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗиА). Указать,какими типами РЗиА необходимо укомплектовать ГПП и отходящие на ЭН фидеры.Возможно также использование предохранителей и автоматических выключателей;
4) определить мощность и местоустановки компенсирующих устройств;
5) рассчитать токи КЗ и выполнитьпроверку выбранного оборудования;
6) определить величину потерьэлектрической энергии в ЛЭП и трансформаторе(ах).
7) выполнить расчёт надежностисистемы электроснабжения предприятия;
8) провести технико-экономическоеобоснование сравниваемых вариантов схемы питания промышленных потребителей.
Таблица1. Сведения обэлектрических нагрузках, их координатах и характере потребленияНомер варианта Номер ЭН Мощность ЭН, МВА Характер потребления Напряжение питания ЭН, кВ Координаты ЭН, км Категория питания потребителей x y 12 1 5,1+j3,7 Р 6 4,5 7,4 II и III 2 2,1+j0,3 Р 6 6,9 2,1 3 3,1+j1,2 С 6 5,1 5,2 4 3,8+j2,7 Р 6 1,8 0,6 5 2,2+j0,9 С 6 0,7 3,9 6 1,9+j0,8 Р 6 0,9 0,8
Таблица 2. Сведения окоординатах и величине высокого напряжения, подаваемого на ввод предприятияНомер варианта Величина вводного напряжения, кВ
/> Координаты ввода, км x y 12 35 2,6 1,2 3,7
2. Расчёт центра электрическихнагрузок и выбор места установки ГПП
Определениеусловного центра электрических нагрузок.
Центрэлектрических нагрузок (ЦЭН) – это точка с координатами (ξ0;η0),относительно которой показатели разброса нагрузок наименьшие.
/> /> (1)
ОпределимЦЭН ГПП (1):
/>км
/>км
Вточке с координатами (3,48; 3,882) показатели разброса электрических нагрузокминимальны.
Такимобразом, точка местоположения источника питания с координатами (3,48; 3,882),этим мы достигаем уменьшения экономических затрат, а разброс электрическихнагрузок, относительно источника питания, наименьший.
Максимальноеприближение ГПП к центру электрических нагрузок позволит построить болеенадежную и экономичную систему электроснабжения, так как сокращаетсяпротяженность сетей вторичного напряжения, в результате чего уменьшаютсяпадение напряжения, и соответственно потери электроэнергии.
Ещеодним преимуществом приближения ГПП к центру электрических нагрузок являетсяуменьшение зоны возможных аварий, что позволит более оперативно производитьремонт.
Нарис.1 показанно асположение электрических нагрузок, ввода и расположение ГПП.
/>
Рис.1 Расположение потребителей на территории предприятия.
3. Выбор схемы электроснабжения ГППи территориально-распределённых потребителей
Главнаясхема электрических соединений определяет основные качества электрической частистанций и подстанций: надежность, экономичность, ремонтопригодность,безопасность обслуживания, удобство эксплуатации, удобство размещенияэлектрооборудования, возможность дальнейшего расширения и т. д. [5].
Согласнодействующим Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) все электроприемники потребуемой степени надежности делятся на три категории. В данном курсовомпроекте представлена вторая и третья категория потребителей. Электроприемникивторой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимыхисточников питания, при отключении одного из них переключение на резервныйдолжно осуществляться автоматически либо в ручную.
Схемасети по своей конфигурации и параметрам должна обеспечивать нормируемоекачество электроэнергии у потребителей, как в нормальных, так и впослеаварийных режимах. Оно характеризуется качеством частоты и качествомнапряжения.
Схемыи параметры сети должны обеспечивать оптимальный уровень токов короткогозамыкания, возможность выполнения релейной защиты и автоматики.
Выборсхемы питания ГПП был произведен в пользу схемы с двумя блоками с отделителямии неавтоматической перемычкой со стороны линии схема 4Н (рис.2), т.к даннаясхема позволяет обеспечивать требуемую надежность питания потребителей второйкатегории и избежать необоснованных экономически затрат на дополнительноеоборудование в случае выбора более сложной схемы.
/>
Рис. 2. Два блока с отделителямии неавтоматической перемычкой со стороны линии.3.1 Схема радиального питания
Радиальнымиявляются такие схемы, в которых электрическая энергия от центра питанияпредаётся прямо к цеховой подстанции, без ответвлений на пути для питаниядругих потребителей приведена в графической части лист №1. 3.2 Схема смешанногопитания
Схемасмешанного питания позволяет, в некоторых случаях, создать схемуэлектроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями. Такойвариант электроснабжения потребителей приведён в графической части лист №2.
Былпроизведен выбор схемы питания территориально-распределенных потребителей впользу радиальной и смешанной.
Радиальнаясхема обладает большой гибкостью и удобствами в эксплуатации, так какповреждение или ремонт одной линии отражается на работе только одногопотребителя.
Смешаннаясхема питания, сочетает в себе принципы радиальных и магистральных системраспределения электроэнергии, имеет наибольшее распространение на крупныхобъектах.
Магистральнаясхема не рассматривается, так как такие схемы применяются, когда линии отцентра питания до пунктов приёма могут быть проложены без значительных обратныхнаправлений. Также магистральные схемы менее надёжны чем радиальные исмешанные, а так как категория потребителей вторая, то одним из основныхпоказателей схем должна быть высокая надёжность.
Вдальнейшем, будет произведен сравнительный анализ выбранных схем и выборнаиболее оптимальной.
4. Определение расчётных нагрузокна шины подстанции и длины питающих проводов 4.1 Расчёт нагрузокна шины подстанции
Расчетныенагрузки на шинах главной понизительной подстанции складываться из нагрузокпотребителей предприятия.
Активнаямощность системы:
P=5,1+2,1+3,1+3,8+2,2,+1,9=18,2
Реактивнаямощность системы:
Q=j(3,7+0,3+1,2+2,7+0,9+0,8)=j9,6
Полнаямощность системы равна
S=18,2+j9,64.2 Расчёт длин питающих линий
Длинылиний для радиальной схемы:
/>
Длясмешанной схемы питания:
/>5. Определение мощности и местаустановки компенсирующих устройств
Одним из способов компенсацииреактивной мощности является применение силовыхконденсаторов. Силовые конденсаторы могут применяться в силовых сетях высокогои низкого напряжения. Они могут применяться как отдельными единицами, там и ввиде комплектных батарей статических конденсаторов (БСК).
Поставленнаяцель: увеличение коэффициента мощности системы, поэтому необходимыконденсаторные установки для повышения коэффициента мощности. 5.1 Расчётреактивной мощности компенсирующих устройств
Реактивнаямощность компенсирующих устройств находится из выражения:
QК.У.=Q — QВ=P(tgφ — tgφВ) (2)
где,Q – расчётная мощность нагрузки в пункте его присоединения к питающейэнергосистеме; QВ – то же, но отвечающая установленным предприятию условиямполучения энергии; tgφ – тангенс угла, соответствующий коэффициентумощности нагрузки; tgφВ – то же, но отвечающий установленным предприятиюусловиям получения энергии (tgφВ=0,31); P – расчётная мощность активнойнагрузки в пункте его присоединения к питающей энергосистеме.
Тангенсугла мощности нагрузки:
/>
Коэффициентмощности энергосистемы:
/>
Определяемреактивную мощность компенсирующих устройств (2):
QК.У.=18,2∙(0,527– 0,31) = 3,958 Мвар5.2 Выбор компенсирующей установки
КУпредставляет собой ячейки, в которых размещена аппаратура управления,измерения, сигнализации и конденсаторы, соединённые по схеме «треугольник».
Автоматическоеотключение конденсаторов при нагрузке по току за счёт увеличения напряжения ивнешних гармоник обеспечивает электротоковое реле. Защита от токов КЗосуществляется плавкими предохранителями для групповой или индивидуальнойзащиты. Для отключения и включения ступеней в установках применяются магнитныепускатели.
ВыбираемКУ типа УКРМ-6,3/10,5-2250, с номинальной реактивной мощностью Q=2250 квар, сколичеством ступеней, равной 5, высотой – 1800 мм, шириной – 5192 мм, массой – 1340кг.
КУприсоединяется к шине 6 кВ в количестве 1 с общей мощностью 4500 квар.
Послекомпенсации реактивной мощности тангенс угла мощности нагрузки равен:
/>
/>
Реактивнаямощность скомпенсирована на 47%, тогда выражения для полной мощности и мощностидля шин ГПП будут иметь вид:
S=18,2+j9,6∙(1-0,469) = 18,2+j9,6∙0,531 = 18,2+j 5,1
S=18,901 5.3 Место установкикомпенсирующих устройств
Приподключении к шинопроводу конденсаторной батареи, необходимо выполнениеусловия:
Qm≥QК.У.≥Qm+1,(3)
гдеQК.У. – реактивная мощность конденсатора дальнего; Qm, Qm+1 – реактивнаямощность предыдущего и последующего после КУ фидера на шинопроводе.
Распределениереактивной мощности на шинопроводе показано на Рис. 3.
/>
Рисунок 3. Распределение реактивной мощности нашинопроводе
Проверкавыполнения условия для 1-ой секции шин:
Дляпролёта 1-2: 1,966≥2,25≥3,131 – условие не выполняется.
Дляпролёта 2-3: 2,125≥2,25≥2,975 – условие не выполняется.
Дляпролёта 3-4: 2,763≥2,25≥2,337 – условие не выполняется.
Дляпролёта 4-5: 4,197≥2,25≥0,903 – условие выполняется.
УстанавливаемКУ между 4 и 5 фидером.
Проверкавыполнения условия для 2-ой секции шин:
Дляпролёта 1-2: 1,966≥2,25≥3,131 – условие не выполняется.
Дляпролёта 2-3: 2,125≥2,25≥2,975 – условие не выполняется.
Дляпролёта 3-4: 2,763≥2,25≥2,337 – условие не выполняется.
Дляпролёта 4-5: 4,197≥2,25≥0,903 – условие выполняется.
УстанавливаемКУ между 4 и 5 фидером.
6. Выбор трансформаторов и питающихлиний 6.1 Выбор числа имощности силовых трансформаторов ГПП
Таблица 3. Расчётная полнаямощность ЭН с учётом компенсацииЭН № 1 2 3 4 5 6 Sp, МВА 5,466 2,106 3,165 4,062 2,251 1,947
Суммарнаярасчётная полная мощность ЭН:
ΣSp= 18,901 МВА
ГППжелательно выполнять с числом трансформаторов не больше двух.Двухтрансформаторные подстанции экономически более целесообразны, чемподстанции с одним или большим числом трансформаторов. При сооружениидвухтрансформаторных подстанций желательно выбирать простую схему электрическихсоединений со стороны высших напряжений с числом выключателей, меньшим числаприсоединений.
Припитании потребителей второй категории от донной подстанции для обеспечениянадёжности питания необходимо иметь по одному трансформатору на каждой секциишин, при этом мощность трансформатора должна быть выбрана так, чтобы при выходеиз строя одного из них, второй (с учётом допустимой перегрузки) обеспечилпитание всех потребителей первой категории.
Такимобразом, мы выбираем двухтрансформаторную подстанцию. Это обеспечит требуемуюнадёжность электроснабжения потребителей второй и третьей категории.
Силовыетрансформаторы двухтрансформаторной подстанции должны соответствовать условиюоп перегрузке:
/> (4)
Т.е.в нашем случае мощность силовых трансформаторов должна быть />
Посправочнику [6] выбираем трнсформатор ТД 16000/35
UВН = 38,5кВ
UНН = 6,3кВ
SТР = 16000кВт
PХХ = 21 кВт
PКЗ = 90 кВт
UКЗ = 8%
IХХ = 0,6% 6.2 Выбортрансформаторов отходящих ЭН
Посправочнику [6] выбираем трансформаторы для отходящих ЭН№ ЭН SР Тип SН, кВА UВН, кВ UНН, кВ PХХ, кВт PКЗ, кВт UКЗ, % IХХ, % 1 5,466 ТСЗУ 4000 6 0,4 5,7 33,5 6,5 1 2 2,106 ТМ 1600 6 0,4 3,3 18 5,5 1,3 3 3,165 ТМ 2500 6 0,4 4,6 26 5,5 1 4 4,062 ТМ 2500 6 0,4 4,6 26 5,5 1 5 2,251 ТМ 1600 6 0,4 3,3 18 5,5 1,3 6 1,947 ТМ 1600 6 0,4 3,3 18 5,5 1,3
7. Выбор проводов воздушных линий икабельных линий 7.1 Выбор сеченияпроводника по нагреву
Сечениепроводника выбирается по условию:
/> (5)
Дляввода 35 кВ №№1,2:
Определимноминальный ток линии:
/>
Посправочнику [6] выбираем сечение проводника, а по справочнику [6] выбираеммарку сталеалюминевый провод марки АС с Iдоп=330 А S=95 мм2.
Длядругих линий расчёт ведётся аналогично, результаты расчёта сводим в таблицы№№4,5.
Таблица 4. Расчёт сеченияпроводников для радиальной схемы питанияПараметр Линия Ввод 35 кВ №№1,2 ЭН 1 ЭН 2 ЭН 3 ЭН 4 ЭН 5 ЭН 6 Iн, А 283 501 193 290 372 206 178 Температура среды С⁰ 25 25 25 25 25 25 25 Iдоп, А 330 300 225 300 390 225 190 F, мм2 95 2х150 95 150 240 95 70 kп 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Марка провода АС ААБл ААБл ААБл ААБл ААБл ААБл
Таблица5. Расчётсечения проводников для смешанной схемы питанияПараметр Линия Ввод 35 кВ №№1,2 ЭН 1, 2, 3 ЭН 5 ЭН 4, 6 Iн, А 283 984 206 551 Температура среды С⁰ 25 25 25 25 Iдоп, А 330 510 225 260 F, мм2 95 2х240 95 2х120 kп 1,0 1,0 1,0 1,0 Марка провода АС СРБГ ААБл ААБл 7.2 Выбор сечения проводника по потерям напряжения
Потеринапряжения в линии определяются:
/>, (6)
гдеS – полная мощность в линии, МВА; U – номинальное напряжение в линии, кВ; z –полное сопротивление, Ом.
/> (7)
/>; />, (8)
гдеr0 – удельное активное сопротивление линии, Ом/км; x0 – удельное индуктивноесопротивление линии, Ом/км; l – длина линии.
ПоГОСТ-13109-97 отклонение напряжения на электроприёмниках должно оставаться впределах ±5% [4].
/> (9)
Активноеудельное сопротивление линии, Ом/км:
/>, (10)
ГдеF – сечение провода, мм2; γ – удельная проводимость, равная /> для алюминия и /> для меди.
Значениеx0 берём из справочника [6]
Расчётзначений сведём в таблицы 6-7.
Таблица 6. Потеринапряжения для радиальной схемыПараметры Ввод 35 кВ №№1,2 ЭН 1 ЭН 2 ЭН 3 ЭН 4 ЭН 5 ЭН 6 F, мм2 95 2х150 95 150 240 95 70 x0, Ом/км 0,404 0,074 0,078 0,074 0,071 0,078 0,08 r0, Ом/км 0,332 0,210 0,332 0,210 0,131 0,332 0,451 l, км 2,287 3,663 3,856 2,088 3,687 2,78 4,019 x, Ом 0,924 0,271 0,301 0,155 0,262 0,217 0,322 r, Ом 0,759 0,770 1,280 0,439 0,485 0,923 1,811 U, кВ 35 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 z, Ом 1,196 0,408 1,315 0,466 0,551 0,948 1,839 S, МВА 18,901 5,466 2,106 3,165 4,062 2,251 1,947 ΔU, В 645,87 299,7 256,7 245,55 272,89 255,75 296,91 δUу, % 1,84 4,85 4,32 4,09 4,65 4,31 4,79
Таблица 7. Потеринапряжения для смешанной схемыПараметры Ввод 35 кВ №№1,2 ЭН 1, 2, 3 ЭН 5 ЭН 4, 6 F, мм2 95 2х240 95 2х120 x0, Ом/км 0,404 0,071 0,078 0,076 r0, Ом/км 0,332 0,079 0,332 0,263 l, км 2,287 3,165 2,78 4,062 x, Ом 0,924 0,225 0,217 0,309 r, Ом 0,759 0,249 0,923 1,068 U, кВ 35 6,3 6,3 6,3 z, Ом 1,196 0,168 0,948 0,556 S, МВА 18,901 9,66 2,251 3,165 ΔU, В 645,87 257,0 255,75 279,2 ε, % 1,84 4,08 4,31 4,43
Выбранныесечения позволяют поддерживать отклонение напряжения в заданных пределах.
Выбранныепроводники соответствуют техническим требованиям по нагреву и потерямнапряжения.
8. Расчёт токов короткого замыкания
Основнойпричиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения являетсявозникновение коротких замыканий. Для снижения ущерба, обусловленного выходомиз строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстроговосстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимоправильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитнуюаппаратуру и средства ограничения токов КЗ. Места точек КЗ на линии выбираемтак чтобы оборудование находилось в наиболее тяжёлых условиях.
Расчёттоков КЗ будем вести в именованных единицах. За базисную ступень напряжения Uбвыбираем напряжение Uб=6300 В.
Формулыприведения параметров расчётной схемы к базисным условиям.
Сопротивлениеэнергосистемы при внешнем токе КЗ Iк=2,6 кА:
/> (11)
Реактивноеи активное сопротивление трансформатора:
/> /> (12)
Реактивноеи активное сопротивление линии:
/> /> (13)
Послерасчёта сопротивлений отдельных элементов цепи путём постепенногопреобразования приводят схему к одному эквивалентному элементу, обладающемурезультирующим сопротивлением.
Полноесопротивление схемы:
/> (14)
Токкороткого замыкания, в зависимости от выбранной системы единиц вычисления,определяют по формулам:
/> (15)
Ударныйток КЗ определяется из выражения:
/> (16)
гдеkу – ударный коэффициент, учитывающий участие апериодического в образованииударного тока.
Величинаkу зависит от соотношения индуктивного и активного сопротивлений цепи КЗ, иможет быть определена по кривой или принята равной: 1,8 – при КЗ в установках исетях напряжением свыше 1000 В.8.1 Расчёт токов КЗ в точках
Длярасчёта токов КЗ составили схему замещения, где все элементы заменяютсопротивлениями, приведёнными к базисным условиям. Схема замещения представленав графической части листы №3, 4.
Определимсопротивление энергосистемы:
/>
Рассчитаемсопротивления трансформатора ТД-16000/35:
/>
/>
Приведёмсопротивления линий ввода 35 кВ №№1,2 к базисному напряжению Uб:
/>
/>
/>
Произведёмрасчет токов КЗ на стороне 35 кВ перед силовыми трансформаторами ГПП:
/>
/>
Дляостальных линий расчёты аналогичны, результаты сведены в таблицы 8-11.
Таблица 8. Сопротивлениялиний схемы радиального питания 1 2 3 4 5 6 r, Ом 0,271 0,301 0,155 0,262 0,217 0,322 x, Ом 0,770 1,280 0,439 0,485 0,923 1,811 z, Ом 0,408 1,315 0,466 0,551 0,948 1,839
Таблица 9. Расчёт токов КЗрадиальной схемы питания К0 К1 К2 К3 К4 К5 К6 z, Ом 0,459 0,868 1,775 0,925 1,010 1,408 2,299 Iкз(3), А 7918 4192 2050 3933 3601 2584 1582 Iуд, А 20155 10671 5217 10011 9166 6578 4028
Таблица 10. Сопротивлениесхемы смешанного питания 1 31 32 3 4 46 r, Ом 0,079 0,079 0,079 0,332 0,263 0,263 x, Ом 3,165 2,28 3,585 2,251 4,062 0,922 z, Ом 0,168 0,121 0,190 0,768 0,556 0,126
Таблица 11. Расчёт токов КЗсмешанной схемы питания К0 К1 К2 К3 К4 К5 К6 z, Ом 0,459 0,748 0,817 0,627 1,015 1,227 1,141 Iкз(3), А 7918 4864 4452 5801 3583 2964 3187 Iуд, А 20155 12382 11334 14767 9121 7545 8113 8.2 Расчёт выбранных проводников на термическую и электродинамическуюстойкость
Термическаястойкость проводников называется способность выдерживать протеканиеноминального тока термической устойчивости в течение заданного времени безнагрева токоведущих частей до температур, превышающих допустимые при токах КЗ,и без нарушения пригодности к дальнейшей исправной работе.
Выбортермически стойкого сечения жил кабеля производят по значению установившегосятока КЗ и времени прохождения этого тока через кабель. Время определяетсяуставкой защиты, имеющей наибольшее время выдержки (в случае использованиянескольких защит).
Условиевыбора и проверки проводников на термическую устойчивость:
/> (17)
ГдеF – фактическое сечение кабеля, мм2; Fмин – минимально допустимое потермической устойчивости сечение кабеля, мм2; I” – ток КЗ, А; tпр – приведённоевремя действия тока КЗ, с; C – термический коэффициент,
/>.
Приведённоевремя действия тока КЗ складывается из приведённого времени действия тока КЗtпр.п и приведённого времени действия апериодического тока КЗ tпр.а:
tпр=tпр.п+tпр.а (18)
Припитании от системы неограниченной мощности:
tпр=tвыкл+tзащ (19)
гдеtвыкл – время отключения выключателя (tвыкл=0,1 с – для быстродействующихвыключателей; tвыкл=0,2 с – для небыстродействующих выключателей); tзащ – времядействия релейной защиты (определяется по условию селективности Δt=0,5 с).
tпр=0,1+0,5=0,6с
Также выбранные проводники проверяются на электродинамическую устойчивость токуКЗ:
iн.дин≥iуд (20)
гдеiн.дин – предельно допустимый ток электродинамической перегрузки, взятый изсправочника [6]; iуд – ударный ток трёхфазного КЗ.
Длялиний ввода 35 кВ №№1,2:
tзащ≥2,5с
электрическийнагрузка ток замыкание
/>
iн.дин=33 кА ≥iуд =5806 А
Дляостальных линий проверка кабеля на термическую и электродинамическую стойкостьаналогична. Все выбранные проводники соответствуют требованиям по термическойстойкости.
9. Выбор электрооборудования
Электрическиеаппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в условиях эксплуатации втрех основных режимах: длительном, перегрузки (с повышенной нагрузкой, котораядля некоторых аппаратов достигает значения до 1,4 номинальной) и короткогозамыкания.
Выбранноеоборудование необходимо проверить:
1. по номинальному напряжению(Электрические аппараты изначально имеют запас электрической прочности, чтопозволяет им работать при напряжении на 10-15% выше номинального)
2. по номинальному току (Номинальнымтоком аппарата называют ток, который при номинальной температуре окружающейсреды может проходить по аппарату неограниченно длительное время и при этомтемпература наиболее нагретых частей его не превышает длительно допустимыхзначений.)
3. на электродинамическую стойкость(Сравнение с ударным током).
4. на термическую стойкость(способность выдерживать протекание номинального тока термической устойчивостив течении заданного времени без нагрева токоведущих частей до температур,превышающих допустимые при токах КЗ, и без нарушения пригодности к дальнейшейисправной работе).
Оборудование,которое выбирается на напряжение 6 кВ, рассчитывается для линии ЭН 1,2,3 снаибольшим током КЗ. Всё выбранное оборудование подходит как для радиальной,так и для смешанной схемы питания.9.1 Выбор разъединителей
Выборразъединителя 6 кВ:
Iкз(3)=5801А
Iр мах=984А
iуд=14761А
РВЗ– разъединитель для внутренней установки, с заземляющими ножами. МаркаРВЗ-10/1000 МУХЛ2
IН=1000 А≥ IР мах=984 А
iдин=80 кА≥ iуд=14761 А
Iн, Т, с=31,5кА ≥ />
Выборразъединителя 35 кВ
Iкз(3)=2281А
Iрмах=283 А
iуд=5806 А
РДЗ– разъединитель для наружной установки, с двумя колодками и заземляющим ножом.Марка РДЗ-35/1000 НУХЛ1
IН=1000 А≥ IР мах=283 А
iдин=63 кА≥ iуд=5806 А
Iн, Т, с=25кА ≥ />9.2 Выбор выключателей
Выборвыключателей 6 кВ:
Iкз(3)=5801А
Iрмах=984 А
iуд=14761А
МаркаВВЭ-10-1000
IН=1000 А≥ IР мах=984 А
IНО=20 кА≥ IКЗ(3)=5801 А
iдин=52 кА≥ iуд=14761 А
Iн, Т, с=20кА ≥ />
Выборвыключателей 35 кВ:
Iкз(3)=2281А
Iрмах=283 А
iуд=5806 А
МаркаВБ/ЭЛКО/ТЭ-35-25/630 УХЛ2
IН=1000 А≥ IР мах=283 А
IНО=20 кА≥ IКЗ(3)=2281 А
iдин=52 кА≥ iуд=5806 А
Iн, Т, с=20кА ≥ /> 9.3 Выбортрансформаторов тока
Длялиний ввода 35 кВ
Марка ТОЛ-35
UН.Т.Т=35кВ ≥ UН.У=35 кВ
Iн1=300 А≥ IР мах=283 А
iдин=64 кА≥ iуд=5806 А
Iн, Т, с=25кА ≥ />
/>
/>
Длялиний 6 кВ используем трансформаторы тока ТОЛ-10
UН.Т.Т=10кВ ≥ UН.У=6 кВ
Iн1=1000 А≥ IР мах=984 А
iдин=100 кА≥ iуд=14761 А
Iн, Т, с=40кА ≥ />
/>
/>
Таблица 12. Трансформаторытока для радиальной схемыПараметр Трансформаторы тока Ввод 35 кВ №№1,2 ЭН 1 ЭН 2 ЭН 3 ЭН 4 ЭН 5 ЭН 6 Марка ТОЛ-35 ТОЛ-10 ТОЛ-10 ТОЛ-10 ТОЛ-10 ТОЛ-10 ТОЛ-10 UН.А, кВ 35 6 6 6 6 6 6 IН.т.т, А 300 1000 1000 1000 1000 1000 1000 kt 4,39 4,57 2,42 1,18 2,27 2,08 1,49 kд 13,69 14,25 7,55 3,69 7,08 6,48 4,65
Таблица 13. Трансформаторытока для смешанной схемыПараметр Трансформаторы тока Ввод 35 кВ №№1,2 ЭН 1, 2, 3 ЭН 5 ЭН 4, 6 Марка ТОЛ-35 ТОЛ-10 ТОЛ-10 ТОЛ-10 UН.А, кВ 35 6 6 6 IН.т.т, А 300 1000 1000 1000 kt 4,39 3,35 1,71 2,07 kд 13,69 10,44 5,34 6,45
Порезультатам расчёта, всё выбранное оборудование (Выключатели 35 и 6 кВ;разъединители 6 и 35 кВ; трансформаторы тока 6 и 35 кВ.) было успешно проверенопо всем критериям выбора (по номинальному напряжению, по номинальному току, наэлектродинамическую стойкость, на термическую стойкость). И подходит дляприменения в выбранных схемах. Кроме того оборудование не будет нуждаться взамене при увеличении нагрузок. Все оборудовании отвечает самым современнымстандартам.9.4 Комплектация РЗиА
ОборудованиеГПП и отходящих фидеров должно быть укомплектовано следующими видами защит:
Трансформаторы:
– дифференциальнаязащита трансформатора (ДЗТ);
– защитаот дуговых замыканий (ЗДЗ);
– защитаот перегруза трансформатора.
Отходящиефидера:
– токоваяотсечка без выдержки времени (ТО);
– максимально-токоваязащита (МТЗ);
– защитаот замыканий на землю (ЗЗЗ).
– защитаячеек от дуговых замыканий(ЗДЗ)
Секциишин:
– автоматическийввод резерва (АВР);
– автоматическоеповторное включение (АПВ);
– автоматическаячастотная разгрузка(АЧР).
Данныевиды защит позволяют сохранить оборудование при действии на них токов короткогозамыкания и удовлетворяют требованиям ПУЭ.
10. Расчет потерь мощности иэлектроэнергии в схеме электроснабжения
Передачаэлектрической энергии от источников питания к потребителям связана с потерейчасти мощности и энергии в системе электроснабжения (трансформаторах, линиях,реакторах). Эти потери определяются током, протекающим по линии, и величинойпередаваемого напряжения. />/> 10.1 Потери мощностии электроэнергии в трансформаторах
Потеримощности в трансформаторе состоят из потерь активной (/>) и реактивной (/>) мощности.
Потериактивной мощности определяются по формуле:
/> (21)
Определимпотери активной мощности для трансформатора ТД 16000/110:
/>кВт
Потериреактивной мощности определяются по формуле:
/> (22)
Определимпотери реактивной мощности для трансформатора ТРДН 16000/110:
/>кВар
Активныепотери электроэнергии в трансформаторе:
/> (23)
/> – времявключения трансформатора, ч.
Времяпотерь /> определяемпо справочнику [6] при />.
/>МВт*ч
Реактивныепотери электроэнергии в трансформаторе:
/> (24)
/>МВАр*ч/>/> 10.2 Потери мощностии электроэнергии в линиях
Потеримощности и электроэнергии в линиях определяются:
/> /> /> (25)
Определимпотери активной и реактивной мощности в линии ввода 35кВ 1(2):
/>кВт
/>кВар
/>МВт*ч
Длядругих линий расчет ведется аналогично, результаты вычислений сводим в таблицы14 и 15.
Таблица 14. Потери мощности иэлектроэнергии в линиях для радиальной схемы питанияПараметры Ввод 35 кВ №№1,2 ЭН 1 ЭН 2 ЭН 3 ЭН 4 ЭН 5 ЭН 6 P, МВт 18,2 5,1 2,1 3,1 3,8 2,2 1,9 Q, МВАр 5,1 3,7 0,3 1,2 2,7 0,9 0,8 R, Ом 0,759 0,770 1,280 0,439 0,485 0,923 1,811 X, Ом 0,924 0,271 0,301 0,155 0,262 0,217 0,322 U, кВ 35 6 6 6 6 6 6 ΔР, кВт 221,3 849,1 160,0 134,7 292,8 144,9 213,8 ΔQ, квар 348,7 298,9 37,6 47,6 158,1 34,1 38,0 ΔW, МВт*ч 1938,8 7302,6 1376,0 1158,8 2517,7 1245,8 1838,7
Таблица 15. Потери мощности иэлектроэнергии в линиях для смешанной схемы питанияПараметры Ввод 35 кВ №№1,2 ЭН 1, 2, 3 ЭН 5 ЭН 4, 6 P,MBт 18,2 10,3 2,2 5,7 Q, МВАр 5,1 5,2 0,9 3,5 R, Ом 0,759 0,249 0,923 1,068 X, Ом 0,924 0,225 0,217 0,309 U, кВ 35 6 6 6 ΔР, кВт 221,3 920,8 144,9 1327,3 ΔQ, кВар 348,7 832,1 34,1 384,0 ΔW, МВт*ч 1938,8 7919,0 1245,8 11414,7
Длянаибольшей экономии, потери можно уменьшить, отключениям трансформаторов прималых нагрузках (например, ночью).
11. Расчёт надёжности системыэлектроснабжения
Требуемая надёжность питания длясистем электроснабжения промышленных предприятийможет быть обеспечена необходимым количеством генераторов, трансформаторов,секций шин, питающих линий и средствами автоматики.
Рассмотримнадёжность систем электроснабжения ГПП 35/6 на примере выбранной схемыэлектроснабжения.
Составимблок-схему ГПП (рис.№4) для одной цепи, т.к. все шесть цепей одинаковы.
/>
Рисунок 4. Блок-схема ГПП
1,2,5,6,7,12,13,16,17,18,25,26– разъединители
3,4,10,11,15,19,20,23,24,27 – выключатели
8,9– трансформаторы 35/6
21,22– трансформаторы 6/0,4
Вцепь входят следующие элементы: разъединители, выключатели, трансформаторы35/6, трансформаторы 6/0,4. Параметры надёжности этих элементов приведены втабл. 16.
Таблица 16. Параметрынадёжности элементов цепиОборудование Ожидаемое число отказов λ, 1/год Ожидаемое число восстановлений μ, 1/год
Трансформатор двухобмоточный, кВ
35 и выше
6-10
0,01
0,05
90
60 Выключатель 0,01 910 Разъединитель 0,002 590
Основныеформулы для расчёта надёжности системы электроснабжения:
Вероятностьбезотказной работы системы электроснабжения:
/>.
Параметрпотока отказа для последовательного соединения, где b – число элементов всистеме электроснабжения:
/>.
Параметрпотока восстановления для последовательного соединения:
/>.
Параметрпотока отказа для параллельного соединения:
/>.
Параметрпотока восстановления для параллельного соединения:
/>.
Врезультате расчёта надёжности СЭС определяется параметр потока отказа λС ипараметр потока восстановления μС, а также:
Среднеевремя безотказной работы:
/>.
Среднеевремя восстановления:
/>.
Коэффициентготовности:
/>.
Упростимблок-схему:
/>
Рисунок 5. Упрощённая блок-схема
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для элемента 28:
/> 1/год
/> ч/год
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для элемента 29:
/> 1/год
/> ч/год
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для элемента 30:
/> 1/год
/> ч/год
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для элемента 31:
/> 1/год
/> ч/год
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для элемента 32:
/> 1/год
/> ч/год
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для элемента 33:
/> 1/год
/> ч/год
Преобразуемсхему ещё раз:
/>
Рисунок 6. Упрощённая блок-схема
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для элемента 34:
/> 1/год
/> ч/год
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для элемента 35:
/> 1/год
/> ч/год
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для элемента 36:
/> 1/год
/> ч/год
Рассчитаемпараметры потока отказа и восстановления для всей системы:
/> 1/год
/> ч/год
Рассчитаемсреднее время безотказной работы:
/>
Рассчитаемсреднее время восстановления:
/>
Рассчитаемкоэффициент готовности:
/>
Такимобразом, вероятность безотказной работы системы электроснабжения определяется:
/>
Таблица 17. Вероятность безотказной работы системыэлектроснабжения 1 год 2 года 5 лет 10 лет 25 лет
/> 0,9998 0,9997 0,9992 0,9985 0,9963
Выбраннаясистема отвечает требованиям надёжности.
12. Технико-экономическое сравнениевариантов схем электроснабжения
Основнымиэкономическими показателями являются капитальные вложения и текущие расходы.
Приведёмкалькуляции затрат по вариантам схем электроснабжения.
Таблица 18. Калькуляциякапитальных затрат по радиальной схеме питанияНаименование оборудования Единицы измерения Цена, тыс. руб. Количество Сумма, тыс. руб. Трансформаторы ТД-16000/35 шт 16 382,00 2 32 764,00 ТСЗУ-4000/6 1 700,60 2 3 401,20 ТМ-2500/6 1 300,00 4 5 200,00 ТМ-1600/6 832,20 6 4 993,20 БСК УКРМ-6,3/10,5-2250 шт 1 642,60 2 3 285,20 Провод АС-95 км 38,50 13,722 528,30 Кабель ААБл 70 мм2 км 293,82 8,038 2 361,73 95 мм2 356,90 13,272 4 736,78 150 мм2 505,42 18,828 9 516,05 240 мм2 701,89 7,374 5 175,74 Разъединители 6 кВ РВЗ-10/1000 шт 10,00 14 140,00 35 кВ РДЗ-35/1000 17,00 5 85,00 Выключатели 6 кВ ВВЭ-10-1000 шт 70,00 15 1 050,00 35 кВ ВБ/ТЭ-35/630 шт 431,00 2 862,00 Комплекты МПС РЗиА шт 72,00 17 1 224,00 Итого: 75 323,18
Таблица 19. Калькуляциякапитальных затрат по смешанной схеме питанияНаименование оборудования Единицы измерения Цена, тыс. руб. Количество Сумма, тыс. руб. Трансформаторы ТД-16000/35 шт 16 382,00 2 32 764,00 ТСЗУ-4000/6 1 700,60 2 3 401,20 ТМ-2500/6 1 300,00 4 5 200,00 ТМ-1600/6 832,20 6 4 993,20 БСК УКРМ-6,3/10,5-2250 шт 1 642,60 2 3 285,20 Провод АС-95 км 38,50 13,722 528,30 Кабель ААБл 95 мм2 км 356,90 4,502 1 606,76 120 мм2 375,23 9,968 3 740,29 Кабель СРБГ 240 мм2 км 1 872,00 18,06 33 808,32 Разъединители 6 кВ РВЗ-10/1000 шт 10,00 8 80,00 35 кВ РДЗ-35/1000 17,00 5 85,00 Выключатели 6 кВ ВВЭ-10-1000 шт 70,00 9 630,00 35 кВ ВБ/ТЭ-35/630 шт 431,00 2 862,00 Комплекты МПС РЗиА шт 72,00 11 792,00 Итого: 91 776,27
Итогозатраты на этапе проектирования и внедрения составляют:
порадиальной схеме питания – 75 323,18 тыс. рублей;
посмешанной схеме питания – 91 776,27 тыс. рублей.
Стоимостьмонтажа и пуско-наладочных работ составляет 30-50% от стоимости оборудования,мы примем равным 30%, тогда капитальные затраты составят:
порадиальной схеме питания – 97 920,14 тыс. рублей;
посмешанной схеме питания – 119 309,16 тыс. рублей.
Годовыезатраты на обслуживание составляют 7% от стоимости оборудования:
порадиальной схеме питания – 5 272,62 тыс. рублей;
посмешанной схеме питания – 6 424,34 тыс. рублей.
Такимобразом, в данном случае внедрении смешанной схемы питания нецелесообразно, таккак капитальные затраты и затраты на обслуживание значительно превосходятзатраты при схеме радиального питания.
Заключение
Главная понизительная подстанцияявляется одним из основных звеньев системы электроснабжения промышленногопредприятия. Поэтому оптимальное размещение подстанции на территориипромышленного предприятия – важный вопрос при построении рациональных схемэлектроснабжения. При проектировании СЭС предприятий различных отраслейпромышленности разрабатываем генеральный план проектируемого объекта и находимцентр электрических нагрузок, относительно которого показатели разбросанагрузок наименьшие. Строим картограммы нагрузок для различных вариантов схемэлектроснабжения.
Правильный, технически иэкономически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторов для ГПП имеетсущественное значение для рационального построения схемы электроснабженияпредприятия, поэтому проектируем двухтрансформаторную ГПП. Питаниеэлектроприёмников второй категории в нормальных режимах должны обеспечиватьсяэлектроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.Рассматриваем две схемы электроснабжения: радиальную и смешанную. И делаемсравнительное технико-экономическое обоснование внедрения той, или иной схемы.
По техническим показателям болеерациональной схемой питания в данной системе будет применение радиальной схемыэлектроснабжения, поскольку потребители имеют большой разброс относительно ЦЭНи применение магистралей нецелесообразно, так как это потребует большегоколичестве кабельных линий.
По экономическим показателям также выбираем радиальную схему питания, так как она экономически более выгодна,чем схема со смешанным питанием.
Библиографическийсписок
1. Кудрин Борис Иванович. Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб.для вузов / Б.И. Кудрин – 2е изд. – М.: Интермет Инжиниринг, 2005.
2. Поспелов Григорий Ефимович. Электрические системы и сети: Учеб. длявузов / Г.Е. Поспелов, В.Т. Федин, П.В. Лычев; ред. В.Т. Федин. – Минск:Технопринт, 2004
3. А.А. Фёдоров. Л.Е. Старкова. Учебное пособие для курсового и дипломногопроектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие длявузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
4. Правила устройства электроустановок. 7е изд. – М.: Энергия, 2003.
5. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средствэлектромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системахэлектроснабжения общего назначения.
6. Электротехнический справочник: В 4 т. / ред. В.Г. Герасимов. Т.3:Производство передача и распределение электрической энергии. – 8е изд. испр. идоп. – М.: Издательство МЭИ, 2002.