Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 28
Задание
1. Выбрать электрическую схему главной понизительной подстанции. 2. Вычислить токи короткого замыкания для выбора оборудования. 3. Выбрать оборудование ГПП. 4. Выбрать и рассчитать комплекс защит линии, отходящей от ГПП к РП. Исходные данные 1. Мощность системы SС
=1500МВА. 2. Длина линии 110 кВ LЛ1
= IЛ2
=20 км. 3. Мощность трансформаторов 110/10кВ Sном т1
= Sном т2
=25МВ·А. 4. Напряжение короткого замыкания uк
=10,5%. 5. Мощность, необходимая для собственных нужд подстанции 50кВ·А. 6. Максимальная нагрузка предприятия Sрм
=25МВ·А. 7. Нагрузка РП РмрРП
=5МВт. 8. cos φ = 0,95 Выберем схему ГПП с разъединителями и короткозамыкателями без выключателей и сборных шин на стороне высшего напряжения, так как такая схема является наиболее экономичной. На стороне низшего напряжения используем КРУ выкатного исполнения с двумя секциями шин. Принципиальная силовая схема ГПП представлена на рис. 1. Расчет токов короткого замыкания
Номинальный режим работы электроустановки характеризуется номинальными параметрами: Uном.
Sном.
Iном.
Xном.
Для того чтобы сопротивление схемы замещения были соизмеримы, ипользуют относительные единицы приведенные к базисным условиям Ввиду отсутствия данных о воздушной линии 110кВ, примем ее сечение З×95мм2
. Примем базисную мощность 100МВ·А. Для точки к-1 базисное напряжение Uб1
=115кВ. Составим расчетную схему рис. 2 Рисунок – 2 Рисунок – 3 Вычислить базисные относительные сопротивления (для точки К-2): Упрощаем схему замещения в точке К – 2 до вида: Рисунок – 4 Определим результирующее полное сопротивление до точки к.з. Определим ток короткого замыкания Определим ударный ток Вычислив значение постоянной времени Та
по рис. 3.2 [2] определим значение ударного коэффициента: Ку
=1,8. Для точки к-2 базисное напряжение Uб2
=10,5кВ. Определим мощность короткого замыкания в момент отключения выключателя Вычислим базисные относительные сопротивления (для точки К-1) Рисунок 4 – схема замещения для точки К-1 Упрощаем схему замещения в точке К – 1 до вида: Рисунок – 6 2,47 < 3 => применяем графоаналитический метод расчета. По расчетным кривым определяем кратность периодической составляющей I0
к.з. для моментов времени: 0с; 0,2с; ∞. Кп0
= 3,4; Кпτ
= 2,4; Кп∞
= 2,0. Определим действующее значение периодического тока замыкания в различные моменты времени I0
= Iном.
u
· Кп0
= 7,53 · 3,4 = 25,6 кА Iτ
= Iном.
u
· Кпτ
= 7,53 · 2,4 = 18,1 кА I∞
= Iном.
u
· Кп∞
= 7,53 · 2,0 = 15,1 кА Определим ток ударный в точке К – 1 iу
= 1,41· I0
· Kу
= 1,41 · 25,6 · 1,8 = 65,2 кА Определим мощность короткого замыканияв момент отключения выключателя Sτ
= 1,73· Iτ
· Uб
= 1,73 · 18,1 · 115 = 3605 МВ · А Выбор высоковольтного оборудования
Все высоковольтное оборудование выбирают по номинальным параметрам: – по номинальному току (по условию нагрева); – по номинальному напряжению (пробой изоляции). После того как выбрали оборудование, по этим параметрам проводят проверку на термическую и электродинамическую устойчивость току короткого замыкания. Кроме того, некоторое оборудование имеет специфические условия проверки: высоковольтные выключатели проверяют на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания. Для того чтобы обеспечить требуемый класс точности измерительных приборов, измерительные трансформаторы измеряют по допустимой вторичной нагрузке. Выбор электрооборудования на 10кВ:
– шины; – опорные изоляторы; – вакуумный выключатель; – трансформаторы тока; – трансформатор напряжения. Выбор электрооборудования на 110кВ:
– разъединитель. Выбор шин
Шины выбирают по условию нагрева: Iдл.доп.
≥ Iм.р.
, Определяем максимально расчетный ток, кА: где Uном.
– номинальное напряжение на низшей стороне трансформатора, кВ. Iдл.доп
= 2820А ≥ Iм.р.
= 2020А. По [2] выбираем коробчатые шины. Данные сечения шин проверяем на термоустойчивость к току короткого замыкания (q) находим по [2]: q = 775 мм2
; α = 11. Определяем минимально допустимое сечение: qmin
= α ∙ I∞
∙ √ tп
, qmin
= 11 ∙ 15,1 ∙ где qmin
- минимально допустимое сечение, при котором ток короткого замыкания не нагревает шину выше допустимой температуры, мм2
; Определяем приведенное время короткого замыкания: tn
= tn
.
n
+ tn
.а
, tn
= 0,39 + 0,014 ≈ 0,4 где tn
.
n
– периодическая составляющая приведенного времени; tn
.а
– апериодическая составляющая приведенного времени; Определяем апериодическую составляющую приведенного времени: tn
.а
0,005 ∙ (β'')2
, tn
.а
= 0,005 ∙ (1,7)2
=
0,014 Определяем кратность тока: β'' =
Io
= I'', где I'' – переходный ток; β'' – кратность тока. qmin
< q 105,5 < 775 Выбранные шины по нагреву проходят, так как выполнятся условие. Проверяем выбранные шины на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания: Gдоп.
≥ Gрасч.
, где Gдоп
- дополнительное механическое напряжение в материале шин, (справочная величина зависит от материала шин); Gрасч.
– расчетное механическое напряжение в шинной конструкции, в результате действия электромагнитных сил при коротком замыкании. где Fрасч
– расчетная сила, действующая на шинную конструкцию, на изгиб, в момент протекания ударного тока; W– момент сопряжения шины, по [2] W =48,6 ∙ 10-6
м3
. где l- длина пролета: в КРУ l = 1м; а – расстояние между соседними фазами: в КРУ а =0,45 м; 80 МПа > =3,15 МПа. Так как Gдоп
= 80 МПа, а Gрасч
= 3,15 МПа, то выбранные шины по электродинамической устойчивости проходят. Выбираем опорные изоляторы
Выбираем изоляторы по номинальному напряжению, Uном.
, кВ: Uном.
≥ Uуст.
, Uном.
= 6кВ; = Uуст
= 6кВ По [2] выбираем опорные изоляторы типа ИО – 10–3.75 У3. Выбранные изоляторы проверяем на электродинамическую активность к токам короткого замыкания: Fдоп.
≥ Fрасч.
, где Fдоп
– дополнительная сила, Н; Fрасч
– расчетная сила, действующая на изолятор, на изгиб, в момент протекания ударного тока; По [2] определяем дополнительную силу: Fдоп.
= 0,6 ∙ Fразр.
= 0,6 ∙ 3675 = 2205Н; Fразр
= 9,8 ∙ 375 =3675 Н; Fрасч
=1526 Н Fдоп.
= 2205Н > Fрасч
= 1526 Н Следовательно, условие на электродинамическую активность к тока короткого замыкания выполняется Таблица 4 – Выбор опорных изоляторов Тип оборудования Каталожные данные Расчетные данные Uном.
≥ Uуст
Fдоп.
≥ Fразр
Uном
10 кВ Fдоп
= 2205 Н Uуст.
= 10 кВ Fрасч.
= 1526 Н Выбираем высоковольтный выключатель
По условиям технико – экономических показателей выбираем вакуумный выключатель. Преимуществами вакуумного выключателя являются: высокая электрическая прочность вакуума и быстрое восстановление электрической прочности; быстродействие и большой срок службы, допускающий большое число отключении номинального тока без замены камеры; малые габариты, бесшумность работы, удобство обслуживания; пригодность для частых операций. Выбираем выключатель максимальному току: Iном
≥ Iм.р
, 3150А > 2020 А. По [2] выбираем тип вакуумного выключателя: ВВЭ – 10 – 31,5 / 3150 У3. Выбираем выключатель по напряжению: Uном.
≥ Uп/ст
, Uном.
=10 кВ = Uп/ст
=10 кВ Проверяем выключатель термоустойчивость к токам короткого замыкания: где Iном
т.у
– номинальный ток термоустойчивости, кА; tт.с.
– время срабатывания, с; tт.с
= 3 По [2] номинальный ток термоустойчивости, Iном
т.у
= 31,5 А Iном
т.у
=31,5 кА > 5,4 кА Условие проверки на термоустойчивость к токам короткого замыканиявыполняется. Проверяем выбранный выключатель на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания: iм
≥ iу,
где iм
– предельный сквозной ток, кА; iу
– ударный ток, (62,5кА). По [2] предельный сквозной ток, iм
= 80 кА. iм
= 80 кА > iу
= 62,5кА. Условие проверки на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания выполняется. Проверяем выбранный выключатель на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания: Iном.откл
≥ Iτ
, S ном.откл
≥ Sτ
, где S ном.откл
– номинальная мощность отключения, МВ ∙ А; Iном.откл
– номинальный ток отключения, кА. Определяем номинальную мощность отключения, МВ ∙ А: S ном.откл
= По [2] Iном.откл
=31,5 кА. Следовательно: Iном.откл
=31,5 кА > Iτ
=18,1 кА; S ном.откл
= 572 МВ ∙А > Sτ
= 188,5 МВ ∙А Условия на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания выполняется. Таблица 5. Выбор вводного вакуумного выключателя Тип выключателя Iном
≥ Iм.р
Uном.
≥ Uп/ст
iм
≥ iу
Iном.откл
≥ Iτ
S ном.откл
≥ Sτ
Iном
= 3150 А Uном.
= 10 кВ Iном
т.с
= 31,5 кА iм
= 80 кА Iном.откл
=31,5кА Sном.отк
=572МВ∙А Iм.р
= 2020А Uп/ст
= 10 кВ tn
= 0,4с I∞
= 15,1 кА iу
= 62,5 кА Iτ
= 18,1 кА Sτ
= 3605 МВ∙А Выбор трансформатора тока
Рисунок – 7. Подключение измерительных приборов к трансформатору напряжения Выбираем трансформатор тока по номинальному току Iном
≥ Iм.р
, Iном
= 3000 > Iм.р
= 2020 А Выбираем трансформатор тока по номинальному напряжению: Uном.
≥ Uп/ст
, По [2] определяем номинальное напряжение: Uном
= 10 кВ = Uп/ст
= 10 кВ По [2] выбираем трансформатор тока типа: ТШЛ-10/3000. Выбранный трансформатор тока проверяем на термоустойчивость к токам короткого замыкания: где Iном1
– номинальный ток первичной цепи, кА; Кт.с.
– коэффициент термической стойкости; tт.с
– время термической стойкости. По [2] Кт.с
= 35. Следовательно: 35 > 6,6 Условие проверки на термоустойчивость к токам короткого замыкания выполняется. Выбранный трансформатор тока проверяем на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания: где Кдин.
– кратность динамической устойчивости; Iном.1
– номинальный ток, кА. По [2] кратность динамической устойчивости, Кдин
= 100 А. Кдин
= 100 А > Кдин.расч
= 14,7 кА. Условие по электродинамической устойчивости к токам короткого замыкания выполняется. Выполним проверку по допустимой вторичной нагрузке: Z2доп.
где Z2доп
– полное допустимое сопротивление вторичной нагрузки для класса точности равный 0,5, Ом; Z2
– полное расчетное сопротивление вторичной цепи. Z2
≈ R2
≈ 0,28 Ом; R2
= Rпров.
+ Rконт.
+ Rприб
, где Rпров
– сопротивление соединительных проводов; Rконт
– сопротивление контакта, (0,1 Ом); Rприб
– сопротивление приборов. R2
= 0,073 + 0,1 + 0,104 = 0,28 Ом; Определяем сопротивление проводов: где l – длина соединительных проводов, (≈ 10 м); q – сечение соединительных проводов. Определяем сопротивление приборов: где Sприб
– мощность приборов, В А; Iном.2
– номинальный ток вторичной нагрузки, А Таблица 7. Расчет мощности приборов трансформатора тока По [2] находим Z2доп.
= 0,4 Ом. Z2доп.
= 0,4 Ом > Z2
= 0,28 Ом. Условие по допустимой вторичной нагрузке выполняется. Таблица 8. Выбор трансформатора тока Uном.
≥ Uп/ст
Iном
≥ Iм.р
Z2доп.
≥ Z2
Uном
=10кВ Iном
= 3000 А Z2доп.
= 120В ∙ А К т.с
= 35 Кдин.
= 100 Uп/ст
= 6кВ Iм.р
= 2600 А Z2.
= 28,5 В ∙ А Кт.с
= 6,3 Кдин
= 10,4 Выбор трансформатора напряжения
Выбираем трансформатор напряжения по номинальному напряжению: Uном
По [2] определяем номинальное напряжение Uном.
= 10кВ = Uп/ст
= 10кВ Для обеспечения требуемого класса точности измерительных приборов выполняем проверку по допустимой вторичной нагрузке: S2доп.
где S2доп.
– допустимая вторичная нагрузка, В ∙ А; Sприб
– мощность измерительных приборов, В ∙ А. По [2] определяем допустимую вторичную нагрузку S2доп
= 75 В ∙ А; Таблица 9. Расчет мощности измерительных приборов Определяем мощность измерительных приборов, Sприб
, В ∙ А: S2доп
= 75 В ∙ А > S2приб
= 28,5 В ∙ А Условие по допустимой вторичной нагрузке выполняется. Таблица 10. Выбор трансформатора напряжения Uном.
≥ Uп/ст
S2доп.
≥ Sприб.
Uном
=10кВ S2доп.
= 75 В∙ А Uп/ст
= 10кВ S2приб.
= 28,5 В∙ А Выбираем высоковольтный разъединитель
110 кВ
Выбираем разъединитель по номинальному току: Iном.
Определим максимальный расчетный ток: По [2] выбираем разъединитель типа РДНЗ –1 – 630 У3, номинальный ток которого Iном.
= 630А. Iном.
= 630А > Iм.р.
= 183,7А Выбираем разъединитель по номинальному напряжению: Uном.
110 = 110 Проверяем разъединитель на термоустойчивость к токам короткого замыкания: Iном.т.у
= 31,5 кА > 6,6 кА Условие на термоустойчивость к токам короткого замыкания выполняется. Проверяем разъединитель на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания: iм
По [2] iм
= 80 кА, iу
= 62,5 кА iм
= 80 > iу
= 62,5 Условие на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания выполняется. Выбор сечения отходящей кабельной линии 10 кВ
Согласно [4], длительно допустимый ток кабеля напряжением 10 кВ определится: Iдл.доп
≥ IмрРП
/ (k1
∙ k2
) где к1
– поправочный коэффициент, учитывающий удельное тепловое сопротивление почвы, определяется по табл. 1.3.23 [4] (примем к1
=0,87); к2
– поправочный коэффициент, учитывающий количество работающих кабельных линий, лежащих рядом в земле, и расстояние в свету, определяется по табл. 1.3.26 [4] (примем к=0,92); По табл. 1.3.16 [4] выбираем два кабеля (параллельное соединение) с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке сечением q=(З×120) мм2
при Iдл. доп
= 2×240А. Рассчитаем экономически целесообразное сечение qэк
. где j,к
=1,2А/мм нормированное значение экономической плотности тока для заданных условий работы (примем более 5000 максимума нагрузки в год) по табл. 1.3.36 |4|. Принимаем два кабеля сечением q=(3×150) мм2
. Проверяем условие пригодности выбранного кабеля по потерям напряжения (L– 0,4 км): R0
(20)=
0,2070 м/км; Х0
=0,0990 м/км – активное (при 20 °С) и индуктивное сопротивления трехжильной кабельной линии по табл. 3.5 [1]. cоsφ – значение коэффициента мощности в период максимальных нагрузок за наиболее загруженную смену (примем соs φ=0,95). Таким образом, к качестве линии, питающей РП, принимаем два параллельных кабеля с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестскающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке сечением q = (З×150) мм2
; при Iдл. доп
= 2×275А. Выбор защиты линии, отходящей от ГПП к РП
В качестве защиты кабельной линии 10 кВ выберем двухступенчатую токовую защиту, первая ступень которой выполнена виде токовой отсечки, а вторая – в виде максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени. Электрическая схема такой защиты приведена на рисунке 4. Рисунок – 8 Чтобы рассчитать ток срабатывания реле КА1, КА2 и вычислить коэффициент чувствительности необходимо рассчитать ток короткого замыкания в конце кабельной линии, для этого составим схему замещения (см. рис. 5). Вычислим базисные относительные сопротивления кабельной линии: Рисунок – 9 Базисный ток (для точки К-З): Ток КЗ в точке К – 3: Вычислив значение постоянной времени Та
по рис. 3.2 [2] определим значение ударного коэффициента куд
: Ударный ток в точке К-З Уставку срабатывания реле КА1. КА2 (токовая отсечка) определим согласно (11.10) [2]: где кнад
– коэффициент надежности (примем 1,25); ксх
– коэффициент схемы (для неполной звезды ксх
=1); ктт
– коэффициент трансформатора тока (ктт
=400/5). Согласно рекомендациям § 11.1 [2] в данном случае ток срабатывания реле КАЗ, КА4 следует рассчитать следующим образом: Для вычисления коэффициентов чувствительности защит рассчитаем ток двухфазного короткого замыкания (как минимальный ток КЗ) в конце кабельной линии. При расчете режима двухфазного КЗ расчетное сопротивление цепи может быть получено путем удвоения расчетного сопротивления, вычисленного для трехфазного КЗ в конце кабельной линии. Это связано с тем, что эквивалентное сопротивление схем прямой и обратной последовательности можно считать одинаковыми. Таким образом: Коэффициент чувствительности токовой отсечки: 5 Коэффициент чувствительности МТЗ: Список литературы
1.Справочник по электроснабжению промышленных предприятий, под ред. А.А. Фёдорова, Москва, изд. Энергия, 1973 г. 2.Князевский Б.А., Липкин Б.Ю., Электроснабжение промышленных предприятий. 3-е издание, Москва, Металлургия, 1986 г. 3.Зелинский А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987 г. 4.Правила устройств электроустановок 6-е издание пер. и доп. с изм., Москва, Главгосэнергонадзор, 1998 г. 5.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. – М: Высшая школа, 1990–360 с. 6.Неклепаев Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций – М: Энергоатомиздат, 1989 – 608 с.
|