Общая характеристика нагрузок

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика нагрузок

Решающим фактором при разработке проекта ПС является характер и величина нагрузок. В задании на курсовой проект может быть указано количество линий, их напряжение, категория по степени надежности электроснабжения и максимальная нагрузка одной линии. Например, U=10 кВ; n=10, 1,2 кат. - 70%, 3 кат. - 30%, P_max=3000 кВт, cosj=0,9. Нагрузка на шинах СН обычно имеет 80-90% потребителей 1-ой категории.

В дополнение к таблице заданных нагрузок указывается место сооружения ПС и наименование потребителей, получающих питание от ПС.

В данном разделе проекта необходимо описать основные параметры ПС: напряжение, величины нагрузок и их характеристики. Характеристика потребителей с точки зрения надежности электроснабжения определяется его категорией (1, 2, 3 категория), [2].

Характеристика нагрузки оказывает влияние на выбор числа и мощности трансформаторов и схемы ПС.

Если в задании даны наименование потребителей: текстильный комбинат, металлургический завод, горнорудная промышленность и т.п., то, пользуясь сведениями справочной литературы [5], определяют, какая часть нагрузки должна быть отнесена к 1, 2 или 3 категории.

В заключение указывается общая нагрузка P_max на всех напряжениях.

 

Назначение, местоположение ПС

 

По назначению ПС разделяются на потребительские и системные. Задание предусматривает разработку узловой ПС, которая всегда является системной.

По характеру выдачи мощности системные подстанции разбиваются на группы, [6]:

- подстанции, выдающие мощности через автотрансформатор из сети ВН в сеть СН;

- подстанции с реверсивным потоком мощности через автотрансформаторы из сети ВН в сеть СН и наоборот, при наличии источников питания в сети СН;

- подстанции с комбинированным режимом работы, когда наряду с потоками между ВН и СН имеется нагрузка на стороне низшего напряжения (НН) 6-35 кВ;

- подстанции с комбинированным режимом работы, имеющим потоки мощности между ВН и СН, а также поток реактивной мощности в сеть ВН или СН от синхронных компенсаторов, установленных на выводах НН.

Анализируя данные нагрузок, выясняют, к какой группе относятся проектируемая ПС, что и указывается в данном разделе проекта.

Далее, анализируя схему присоединения ПС к сетям энергосистемы, определяют тип подстанции.

По способу присоединения к сети подстанции могут быть тупиковыми, проходными, ответвительными, комбинированными, [6]. По местоположению мощные узловые ПС разделяются на:

подстанции, расположенные на трассе одиночной слабой внутрисистемной или межсистемной связи;

подстанции, представляющие мощные коммутационные узлы системы, через шины которой осуществляется межсистемный транзит мощности.

Назначение, характер выдачи мощности, тип и местоположение ПС определяют в дальнейшем выбор схемы ПС, поэтому в п.2.2 проекта надо привести конкретные сведения о характере проектируемой ПС.

 

Перспективы развития

Проект подстанции выполняется с учетом нагрузок на расчетный период (5 лет с момента предполагаемого ввода в эксплуатацию). Это значит, что все нагрузки, указанные в задании, даны с учетом перспективного роста на 5 лет.

Кроме того, выбор оборудования должен учитывать возможность развития на последующие 5 лет.

На крупных системных ПС может учитываться перспектива развития на 10-15 лет, т.е. в задании указываются нагрузки на 5-й, 10-й и 15-й год развития ПС.

В проекте ПС должны учитываться перспектива развития сетей энергосистемы, т.е. изменение числа линий связи с системой, увеличение количества линий на СН и НН. Последнее указывается в схеме присоединения ПС к энергосистеме пунктирными линиями.

Возможность последующего расширения ПС и присоединения к ней дополнительных линий учитывается как при выборе схемы ПС, так и при разработке конструкций распределительных устройств и общего плана подстанции.

Таким образом, в п. 2.3. дипломного проекта следует указать конкретно перспективные нагрузки, рост числа линий связи с энергосистемой и линий среднего и низкого напряжения.

Требования к проектируемой ПС

В зависимости от типа, местоположения и назначения подстанции к ней предъявляются те или иные требования [6], [5]. Основные из них перечислены ниже:

- выдача в сеть СН и НН максимально возможной мощности;

- сохранения транзитов мощности на ВН (СН);

- сохранение в аварийном режиме необходимого количества электрических связей достаточной пропускной способности для сохранения устойчивости электропередачи;

- необходимая степень надежности электроснабжения потребителей ПС;

- необходимость компенсации реактивной мощности; компенсации емкостных токов замыкания на землю в сетях 6, 10, 35 кВ и др;

- принятая форма оперативного управления подстанцией (с постоянным дежурным персоналом; с дежурством на дому; автоматизированные, без постоянного дежурства);

Весь раздел 1 в пояснительной записке должен занимать не более двух страниц.

 

 

Суточные графики

В данном разделе курсового проекта производят построения суточных графиков нагрузки. Если в задании даны графики, то их переносят на миллиметровую бумагу, выделяя график зимних и летних суток чернилами разного цвета.

Если в задании указано, что принимаются типовые графики, то по справочной литературе [5] в соответствии с заданной отраслью промышленности подбирают типовые графики, в которых ординаты нагрузок выражены в процентах. Приравнивая P_max=100%, строят графики в именованных величинах для нагрузок ПС на шинах СН и НН. Максимальная нагрузка P_max определена выше.

С достаточной точностью для учебного проектирования можно ограничиться построением только графиков активной мощности. В этом случае принимают, что cosj в течение суток остается постоянным и полная нагрузка в любой час суток определяется по формуле

 

 

Суточный график всей нагрузки ПС определяется сложением ординат графиков нагрузки со стороны НН и СН для зимних и летних суток. Все расчеты рекомендуется оформить в виде таблицы.

 

Таблица 3.1 - Графики нагрузок ПС

 

Ступень	Летний график	Зимний график	График ПС
графика	(nл дней)	(nз дней)	летний	зимний
	PНН, МВт	РСН, МВт	РНН, МВт	РСН, МВт	Рå, МВт	Рå, МВт
0 - 4
4 - 6				22,5		37,5
6 - 8		25,5	22,5		40,5	52,5
8 - 10			22,5			52,5
10 - 12	10,5		10,5	22,5	28,5

 

При построении графиков обратите внимание на то, чтобы масштаб всех графиков был одинаков.

На рисунке 3.1 показаны суточные графики нагрузки на шинах НН и СН подстанции.

Все значения нагрузок сведены в таблицу 3.1. Общий график нагрузки подстанции строится по величинам

 

P_{å i} =P_{НН i} +P_{СН i}

для летних и зимних суток.

Для удобства построений графики следует располагать друг под другом.

 

 

Рисунок 3 1 – Суточные графики нагрузки

 

Выбор числа трансформаторов

 

Согласно [I] число трансформаторов (автотрансформаторов), устанавливаемых на подстанциях всех категорий, принимается, как правило, не более двух.

В дипломном проекте рассматривается узловая системная ПС, на которой возможна установка более двух трансформаторов при соответствующем технико-экономическом обосновании или при наличии двух средних напряжений.

Например, если по заданию имеется нагрузка на шинах 110, 35, 6/10 кВ, а ПС получает питание от линий 220 кВ, то в зависимости от величины нагрузки возможна установка автотрансформатора 220/110/6(10) кВ и двухобмоточного трансформатора 220/35 кВ. В этом случае на первом этапе сооружения узловой ПС устанавливаются один автотрансформатор и один трансформатор, присоединяемые к шинам ВН через отдельные выключатели (рисунок 4.1, а). При окончательном развитии применяют попарное присоединение к ВН через общий выключатель (рисунок 4.1.1, б).

 

 

 

На очень мощных узловых ПС 330-750 кВ может оказаться целесообразным применение спаренных трехфазных автотрансформаторов вместо 2-х групп из трех однофазных автотрансформаторов. Например, при расчетной нагрузки S=520 МВА, U_ВН=330 кВ, U_СН=110 кВ можно выбрать две группы по три однофазных автотрансформаторов: 2(3х133) МВА или два спаренных трехфазных автотрансформаторов 2(2х125) МВА. В первом случае общая установленная мощность 798 МВА, во втором - 500 МВА. Схема ВН в обоих вариантах одинакова, так как спаренные трехфазные автотрансформаторы присоединяются через один общий выключатель (см. рисунок 4.1.2). На первом этапе развития ПС возможна установка

 

 

только двух АТ по 125 МВ•А, что обеспечит большую надежность, чем установка одной группы однофазных АТ по 133 МВА. Окончательное решение принимается после технико-экономического сравнения с учетом надежности электроснабжения (подробней см. [6], § 4-3).

 

ВЫБОР СХЕМЫ ПОДСТАНЦИИ

5.1 Основные требования к главным схемам

 

Главная схема электрических соединений ПС выбирается на основании схем развития энергосистемы или схемы электроснабжения района, [1].

В проекте схема ПС выбирается на основании заданной схемы энергосистемы с учетом перспективы развития сетей на ВН, СН и НН.

Главная схема ПС должна:

- Обеспечивать требуемую надежность электроснабжения потребителей ПС и перетоков мощности по межсистемным и магистральным связям в нормальном и послеаварийном режиме.

- Учитывать перспективу развития.

- Допускать возможность расширения РУ всех напряжений.

- Учитывать требования противоаварийной автоматики.

- Обеспечивать возможность проведения ремонтных и эксплуатационных работ на отдельных элементах схемы без отключения соседних присоединений.

С учетом вышеизложенного выбираются типовые схемы РУ всех напряжений (см. [1], [3]).

Нетиповая главная схема ПС может быть принята только после технико-экономического обоснования.

 

 

Выбор оперативного тока

 

На подстанциях может применяться оперативный ток: постоянный, переменный и выпрямленный. Источниками постоянного тока служат аккумуляторные батареи, источниками переменного и выпрямленного тока - трансформаторы собственных нужд. Выбор оперативного тока зависит от наличия выключателей ВН с электромагнитными приводами, требующими постоянного тока, а также воздушных выключателей, имеющих сложную схему управления пневматической системой.

Согласно [1] рекомендуется применять:

- Оперативный переменный и выпрямленный ток на ПС 35-220/6-10 кВ; 110-220/35/6-10 кВ без выключателей на стороне ВН и на подстанциях 35/6-10 кВ с масляными выключателями на стороне 35 кВ.

- Выпрямленный оперативный ток на ПС 110/6-10 кВ, 110/35/6-10 кВ с одним или двумя выключателями высокого напряжения.

- Оперативный постоянный ток на всех ПС 330-750 кВ, на ПС 110-220 кВ с числом масляных выключателей три и более и на ПС 35-220 кВ с воздушными выключателями.

На этих ПС допускается одновременно применять оперативный переменный ток на панелях собственных нужд, компрессорных, насосных и других вспомогательных устройствах.

Для получения оперативного постоянного тока устанавливается одна аккумуляторная батарея 220 В, работающая в режиме постоянного подзаряда от выпрямительной установки. На ПС 500-750 кВ устанавливаются две аккумуляторные батареи.

 

 

		Рисунок 6.1.2

 

 

 

 

Выбор схемы питания с.н.

 

Трансформаторы с.н. 6/0,4 присоединяются к разным источникам питания (вводом разных трансформаторов, различным секциям РУ6–10 кВ, снабженных АВР).

На ПС с оперативным постоянным током ТСН присоединяются к шинам РУ 6–10 кВ (рис. 6–1), а при отсутствии их – к выводам НН трансформаторов (автотрансформаторов).

 

Рис. 6–1 Рис. 6–2

На ПС с переменным и выпрямленным оперативным током ТСН присоединяются к выводам трансформатора (рис. 6–2).

В цепях ТСН мощностью до 350 кВ·А на стороне 6–10 кВ устанавливаются предохранители, при большей мощности – выключатели.

На стороне 380/220 В ТСН должны работать раздельно, каждый на свою секцию с АВР на секционной связи.

Схемы с.н. подстанции разрабатываются и вычерчиваются только до основных сборок 0,4 кВ, питание групповых и местных щитов не показывается.

Более подробная разработка схемы питания с.н. может быть предусмотрена в специальном задании к дипломному проекту. В этом случае надо воспользоваться проектными материалами [8].

 

Выбор режима работы.

 

С целью ограничения токов к.з. на стороне НН подстанции за нормальный режим работы трансформаторов принимается раздельная работа их с отключенным выключателем 6–10 кВ, снабженным схемой АВР.

Режим работы трансформаторов на СН также оказывает влияние на величину токов к.з. на НН. При параллельной работе трансформаторов (автотрансформаторов) на СН результирующее сопротивление до точки к.з. на шинах НН (рис. 7–5) определяется по формуле

 

.

При раздельной работе на СН результирующее сопротивление до точки к.з. на шинах НН равно

,

что значительно больше x_рез.

 

а) б)

Рис 7–5

Однако раздельная работа трансформаторов на СН не всегда возможна по условиям работы сети СН, и это надо учитывать при выборе режима работы. Режим работы АТ на СН задается консультантом.

На стороне ВН узловых ПС, через шины которых осуществляется транзит мощности, всегда принимается параллельная работа.

Выбор реакторов

На ПС, мощность которых превышает предельные значения, указанные выше, для ограничителя токов к.з. устанавливают реакторы в цепях трансформаторов (рис. 7–7).

а) б)

Рис. 7–7

 

Возможно применение обычных (рис. 7–7, а) или сдвоенных реакторов (рис. 7–7, б).

Выбор реакторов производиться после предварительного расчета токов к.з. на шинах 6–10 кВ без реактирования.

Если I_n,o 20 кА, то реактирование не требуется, так как ячейка КРУ6–10 кВ с выключателями ВМП–10 рассчитаны на I_{n,o mx} = 20 кА.

Если I_n,o > 20 кА, то необходимо установить ректоры. Установка реакторов может быть продиктована необходимостью применения в распредсети 6–10 кВ кабелей небольших сечений.

Из [7] известно, что минимальное сечение кабеля по термической стойкости

,

где B_k= I_n,o²(t_omx+T_a).

При заданном сечении q_расч допустимый ток к.з. определяется

,откуда

,

где С – постоянный коэффициент, определяемый по [7], табл.3–13;

– длительность к.з.;

T_a – постоянная затухания апериодической слагаемой (определена в расчете токов к.з.);

I_{n,o доп} – допустимый ток к.з. за реактором.

 

Исходные данные для выбора реактора:

а) максимальный ток в цепи НН с учетом перспективного роста нагрузки (см. п.2.3 настоящих методических указаний) при отключении одного трансформатора, I_max;

б) ток к.з. на шинах 6–10 кВ, I_n,o;

в) величина до которой надо ограничить ток к.з., I_{n,o треб}(или I_{n,o доп})

 

Порядок расчета.

Результирующее сопротивление до реактора

, Ом.

Требуемое сопротивление цепи

,Ом.

Сопротивление реактора

,Ом.

По величине Xp выбирают (см.[4]) тип реактора с учетом 26

Uн.р >= Uуст; Iн.р >=Iтат.

Выбранный реактор проверяется по динамической и термической стойкости и величине остаточного напряжения (см.[7]).Для этой проверки рассчитываются значения токов КЗ за реактором.

 

Выбор выключателей.

При выборе типов выключателей следует руководствоваться требованиями [I]:

а) в закрытых РУ всех напряжений устанавливаются воздушные или маломасляные выключатели; в комплектном РУ 6-10 кВ тип выключателя принимается в соответствии с выбранной серией КРУ или КРУН;

б) в ОРУ – 330 кВ и выше устанавливаются воздушные выключатели;

в) в РУ – 220 кВ устанавливаются воздушные выключатели, если на ПС имеется РУ 330 кВ и выше; в остальных случаях – баковые масляные или маломасляные выключатели;

г) в РУ – 110 и 159 кВ ПС с высшим напряжением 220 кВ устанавливаются:

- маломасляные выключатели, если РУ–220 оборудуются воздушными или маломасляными выключателями;

- баковые выключатели при отсутствии маломасляных выключателей соответствующих параметров;

- воздушные выключатели как вынужденное решение; если отсутствуют баковые или маломасляные выключатели соответствующих параметров;

д) в РУ – 110 и 35 кВ не ПС с высшим напряжением 110 и 35 кВ должны устанавливаться маломасляные выключатели или баковые, когда отсутствуют маломасляные соответствующих параметров.

Выбор выключателей производится по ГОСТ 687-70 с некоторыми упрощениями, допустимыми в учебном проектировании [7], 4-7. Сравнение расчетных и каталожных данных оформляется в виде таблицы (см. [7], табл. 4-7).

Выбор разъединителей.

При выборе типа разъединителя надо обратить внимание на количество заземляющих ножек и место установки (открытое или закрытое РУ). Расчетные параметры принимаются такие же, что и для выключателей, поэтому каталожные данные вносят в ту же таблицу (см. [7], табл. 4-7).

Выбор токоведущих частей.

Конструкция токоведущих частей зависит от типа принятого распределительного устройства, а так как тип РУ выбирается позднее, то предварительно задаются типами РУ и выбирают шины, а затем уточняют конструкцию токоведущих частей (после окончательного выбора и вычеркивания разрезов и планов РУ).

Как правило, шины 35-220 кВ выполняются гибкими проводами марки АС. Шины 330-750 кВ выполняются с расщепленными фазами (на 3-4 провода) по условиям короны. В РУ-110 кВ комплектных ПС широко применяются жесткие шины, выполненные алюминиевыми трубами.

Сборные шины и ошиновка в РУ 6-10 кВ выполняется жесткими алюминиевыми шинами прямоугольного сечения. В случае применения КРУ и КРУН шины не выбираются и не проверяются по токам к.з., указывается только номинальный ток сборных шин и шкафов.

Ошиновка от трансформаторов до ввода в РУ 6-10 кВ может выполнятся жесткими шинами, гибкой связью или комплектным токопроводом. Окончательное решение зависит от компоновки распределительных устройств на плане ПС.

Токоведущие части выбираются по условиям нормального режима и проверяются на действие токов к.з. (см. 4-2 [7]).

 

Выбор релейной защиты.

(разрабатывается ОМК спец. 0302)

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика нагрузок

Решающим фактором при разработке проекта ПС является характер и величина нагрузок. В задании на курсовой проект может быть указано количество линий, их напряжение, категория по степени надежности электроснабжения и максимальная нагрузка одной линии. Например, U=10 кВ; n=10, 1,2 кат. - 70%, 3 кат. - 30%, P_max=3000 кВт, cosj=0,9. Нагрузка на шинах СН обычно имеет 80-90% потребителей 1-ой категории.

В дополнение к таблице заданных нагрузок указывается место сооружения ПС и наименование потребителей, получающих питание от ПС.

В данном разделе проекта необходимо описать основные параметры ПС: напряжение, величины нагрузок и их характеристики. Характеристика потребителей с точки зрения надежности электроснабжения определяется его категорией (1, 2, 3 категория), [2].

Характеристика нагрузки оказывает влияние на выбор числа и мощности трансформаторов и схемы ПС.

Если в задании даны наименование потребителей: текстильный комбинат, металлургический завод, горнорудная промышленность и т.п., то, пользуясь сведениями справочной литературы [5], определяют, какая часть нагрузки должна быть отнесена к 1, 2 или 3 категории.

В заключение указывается общая нагрузка P_max на всех напряжениях.