Пояснительная записка (Электроснабжение поста ЭЦ с разработкой технических мероприятий по исключению случаев возгорания), страница 3

2 Проверка загруженности трансформатора, Расчет токов короткого замыкания

2.1 Проверка загруженности трансформатора подстанции

Силовой трансформатор является одной из основных элементов энергосистемы, от надежности функционирования, которого зависит работа системы в целом.

Пост электрической централизации запитан от двух независимых источников питания от КТП-22 и от КТП-ДПР №6. На комплектных трансформаторных подстанциях установлены понижающие трансформаторы: ТМ мощностью 250 кВА и напряжением 10/0,4 кВ, ТМЖ мощностью 400 кВА и напряжением 27,5/0,4 кВ.

ЗРУ -0,4 кВ (КТП-22) состоит из одной секций шин и имеет 4 отходящих фидера: собственные нужды поста ЭЦ, компрессорная, пост ЭЦ, наружное освещение.

ЗРУ-0,4 кВ (КТП-ДПР №6) состоит и одной секции шин и имеет 3 отходящих фидера: собственные нужды поста ЭЦ, компрессорная, пост ЭЦ. Которые при нормальной схеме питания отключены.

В качестве исходного материала для определения загруженности трансформатора, установленного на подстанции, послужили данные протокола замеров суточных нагрузок, приведенные на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Суточный график нагрузок

Максимальная полная мощность потребителей с учетом потерь в сетях ниже 1000 В и понижающих трансформаторах потребителей находится по формуле, согласно [1], кВА

,

(2.1)

где - постоянные потери в стали трансформаторов, %; -переменные потери в сетях и трансформаторах, %; - активная максимальная мощность потребителя, кВт; - максимальная реактивная мощность потребителя, кВАр.

Максимальную реактивную мощность потребителя определяется по формуле, согласно [1], кВАр:

.

(2.2)

Тангенс угла, соответствующий коэффициенту мощности нагрузки находится по формуле:

,

(2.3)

где - коэффициент мощности потребителя.

Номинальную мощность трансформатора с учетом того, что средняя годовая наружная температура района плюс 5,4С, определяется по формуле, согласно [2], кВА:

,

(2.4)

где - номинальная мощность трансформатора, кВА; - средняя годовая наружная температура района.

Коэффициент загрузки трансформатора в период максимума находится по формуле:

.

(2.5)

Произведем пример расчета согласно выражений (2.1) - (2.5) для КТП-22 и КТП-ДПР №6, принимая силовые трансформаторы ТМ-250/10/0,4 и ТМЖ-400/27,5/0,4.

Максимальная активная мощность потребителей =170,1 кВт, коэффициент мощности , тангенс угла, соответствующий коэффициенту мощности нагрузки:

.

Максимальная реактивная мощность потребителя:

кВАр.

Согласно [3] принимаем ,

Полная максимальная мощность потребителя:

кВА.

Номинальная мощность трансформатора ТМ-250/10/0,4:

кВА.

Коэффициент загрузки трансформатора ТМ-250/10/0,4:

.

Номинальная мощность трансформатора ТМЖ-400/27,5/0,4:

кВА.

Коэффициент загрузки трансформатора ТМЖ-400/27,5/0,4:

.

По результатам расчетов и анализируя суточный график нагрузок видно, что на комплектной трансформаторной подстанции КТП-22 трансформатор находится в предельно допустимых нагрузках. Исходя из этого и в связи с перспективой увеличения числа потребителей, а следовательно роста нагрузок, необходимо заменить трансформатор ТМ 250/6 на два трансформатора ТМ 250/6, при это за одним трансформатором оставить основное питание поста ЭЦ, а за вторым питание наружного освещения и компрессорной. После данной реконструкции появилась возможность увеличения нагрузок с перспективами развития станции.

2.2 Расчет токов короткого замыкания

2.2.1 Составление расчетной схемы и схемы замещения

Согласно правилам устройства электроустановок выбор и проверка электрических аппаратов и токоведущих элементов по электродинамической и электрической устойчивости производителя по току трехфазного короткого замыкания (I_к), поэтому необходимо произвести расчет токов короткого замыкания для всех распределительных устройств (РУ) и однофазного замыкания на землю (I_к) для РУ, питающего напряжения.

На основании исходных данных и принятой схемы главных электрических соединений трансформаторной подстанции составляется расчетная схема (рисунок 2).

Рисунок 2.2 - Расчетная схема трансформаторной подстанции

Схема замещения трансформаторной подстанции представляет собой электрическую схему, элементами которой являются схемы замещения реальных устройств с их основными электрическими характеристиками (активным, реактивным емкостным или реактивным индуктивным сопротивлениями).

Для расчёта токов короткого замыкания на шинах различного напряжения составляется схема замещения, которая представлена на рисунке 2.1. В связи с тем, что источники равноудалены, принимается один источник неограниченной мощности, с током короткого замыкания на шинах подстанции по данным энергосистемы 165кВА.

Рисунок 2.3 - Схема замещения трансформаторной подстанции

2.2.2 Расчет трехфазного тока короткого замыкания

Вычисление тока трехфазного КЗ по полному сопротивлению трансформатора Z_ТР.

Значения этого сопротивления и его составляющих: активной и индуктивной X_ТР необходимо знать для составления так называемой схемы замещения, в которой своими сопротивлениями представлены все элементы расчетной схемы питаемой сети НН. Схема замещения дает возможность вычислить значения токов КЗ не только на выводах НН трансформатора, но и в любой точке сети НН.

Полное сопротивление трансформатора Z_ТР (Ом) определяется по выражению:

(2.6)

где - напряжение КЗ, %; - номинальная мощность трансформатора, MBА; - номинальное междуфазное напряжение трансформатора на той стороне ВН или НН, к которой приводится его сопротивление, кВ.

Активная составляющая полного сопротивления трансформатора определяется по значению потерь мощности ∆P в его обмотках при номинальной на­грузке. В практических расчетах потери мощности в обмотках трансформатора принимают равными потерям короткого замыкания при номинальном токе трансформатора: ∆P=P_К. Активное сопротивление трансформатора (Ом) вычисляется по выражению:

(2.7)

где P_К — потери короткого замыкания при номинальном токе трансформатора, Вт; U_НОМ.ТР и S_НОМ.ТР — то же, что в выражении (2.6), но здесь мощность S_НОМ.ТР выражается в киловольт-амперах (кВА). Значения P_К приведены в соответствующих стандартах и справочниках[5].

Индуктивное сопротивление (реактивная составляющая полного сопротивления) трансформатора (в омах) вычисляется по выражению:

(2.8)

где Z_ТР - модуль полного сопротивления трансформа­тора, вычисленный по выражению (2.6); R_ТР - активная составляющая полного сопротивления трансформа­тора, вычисленная по выражению (2.7).

Значения сопротивлений стандартных трансформаторов общего назначения напряжением 10/0,4 кВ для вычисления токов трехфазного (и двухфазного) КЗ приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1 сопротивления, отнесенные к стороне НН с U_НОМ =0,4 кВ, меньше сопротивлений, отнесенных к стороне ВН с U_НОМ =10 кВ, что соответствует выражению:

  (2.9)

где N_ТР — коэффициент трансформации трансформатора, равный 25 для рассматриваемых трансформаторов 10/0,4.

Таблица 1 - Сопротивления трансформаторов 10/0,4 кВ

Мощность тр-ра, МВА	Напряжение КЗ, %	Сопротивление, Ом к 10 кВ			Сопротивление, мОм, к 0,4 кВ
		Актив. (r)	Индуктив. (x)	Полное (z)	Актив. (r)	Индуктив. (x)	Полное (z)
0,040	4,5	55,0	98,1	112,5	88,0	157,0	180,0
0,063	4,5	33,1	63,1	71,2	53,0	101,0	114,0
0,100	4,5	19,6	40,4	45,0	31,5	64,7	72,0
0,160	4,5	10,3	26,0	28,0	16,5	41,7	45
0,250	4,5	5,9	17,0	18,0	9,4	27,2	28,2
0,400	4,5	3,5	10,7	11,25	5,6	17,1	18,0
0,630	5,5	1,9	8,5	8,7	3,1	13,6	14,0
1,00	5,5	1,2	5,4	5,5	2,0	8,6	8,8
1,6	6,5	-	4,06	4,06	-	6,5	6,5
2,5	6,5	-	2,6	2,6	-	4,16	4,4

 

Максимальное значение тока (А) при трехфазном металлическом КЗ за трансформатором, который подключен к энергосистеме бесконечной мощ­ности (z_C=0), вычисляется по выражению:

, (2.10)

где U_ср — среднее значение междуфазного напряже­ния, принимаемое для расчетов токов КЗ в сетях 10 кВ равным 10500 В; Z_ТР - полное сопротивление трансформатора, вычисленное по выражению (2.6); для трансформаторов 10 кВ берется из таблице 1., отсюда: