151206 (Электроснабжение промышленного предприятия)

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 S_С=1500МВА.

2. Длина линии 110 кВ L_Л1= I_Л2=20 км.

3. Мощность трансформаторов 110/10кВ S_{ном т1}= S_{ном т2}=25МВ·А.

4. Напряжение короткого замыкания u_к=10,5%.

5. Мощность, необходимая для собственных нужд подстанции 50кВ·А.

6. Максимальная нагрузка предприятия S_рм=25МВ·А.

7. Нагрузка РП Р_мрРП=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: U_ном. S_ном. I_ном. X_ном. 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 U_б1=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 Т_а по рис. 3.2 [2] определим значение ударного коэффициента: К_у=1,8.

Для точки к-2 базисное напряжение U_б2=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 применяем графоаналитический метод расчета.

По расчетным кривым определяем кратность периодической составляющей I₀ к.з. для моментов времени: 0с; 0,2с; ∞.

К_п0 = 3,4; К_пτ = 2,4; К_п∞ = 2,0.

Определим действующее значение периодического тока замыкания в различные моменты времени

I₀ = I_ном.u · К_п0 = 7,53 · 3,4 = 25,6 кА

I_τ = I_ном.u · К_пτ = 7,53 · 2,4 = 18,1 кА

I_∞ = I_ном.u · К_п∞ = 7,53 · 2,0 = 15,1 кА

Определим ток ударный в точке К – 1

i_у = 1,41· I₀ · K_у = 1,41 · 25,6 · 1,8 = 65,2 кА

Определим мощность короткого замыканияв момент отключения выключателя

S_τ = 1,73· I_τ · U_б = 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:

I_дл.доп.≥ I_м.р.,

Определяем максимально расчетный ток, кА:

,

где U_ном. – номинальное напряжение на низшей стороне трансформатора, кВ.

I_дл.доп = 2820А ≥ I_м.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:

q_min = α ∙ I_∞ ∙ √ t_п,

q_min= 11 ∙ 15,1 ∙ = 105,5 мм²

где q_min - минимально допустимое сечение, при котором ток короткого замыкания не нагревает шину выше допустимой температуры, мм²;

Определяем приведенное время короткого замыкания:

t_n = t_n.n + t_n.а,

t_n = 0,39 + 0,014 ≈ 0,4

где t_n.n – периодическая составляющая приведенного времени;

t_n.а – апериодическая составляющая приведенного времени;

Определяем апериодическую составляющую приведенного времени:

t_n.а 0,005 ∙ (β'')²,

t_n.а = 0,005 ∙ (1,7) ² = 0,014

Определяем кратность тока:

β'' ₌

I_o = I'',

где I'' – переходный ток;

β'' – кратность тока.

q _min < q

105,5 < 775

Выбранные шины по нагреву проходят, так как выполнятся условие.

Проверяем выбранные шины на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания:

G_доп. ≥ G_расч.,

где G_доп - дополнительное механическое напряжение в материале шин, (справочная величина зависит от материала шин);

G_расч. – расчетное механическое напряжение в шинной конструкции, в результате действия электромагнитных сил при коротком замыкании.

где F_расч – 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 G_доп = 80 МПа, а G_расч = 3,15 МПа, то выбранные шины по электродинамической устойчивости проходят.

Выбираем опорные изоляторы

Выбираем изоляторы по номинальному напряжению, U_ном., кВ:

U_ном. ≥ U_уст.,

U_ном. = 6кВ; = U_уст = 6кВ

По [2] выбираем опорные изоляторы типа ИО – 10–3.75 У3.

Выбранные изоляторы проверяем на электродинамическую активность к токам короткого замыкания:

F_доп. ≥ F_расч.,

где F_доп – дополнительная сила, Н;

F_расч – расчетная сила, действующая на изолятор, на изгиб, в момент протекания ударного тока;

По [2] определяем дополнительную силу:

F_доп. = 0,6 ∙ F_разр. = 0,6 ∙ 3675 = 2205Н;

F_разр = 9,8 ∙ 375 =3675 Н;

F_расч =1526 Н

F_доп. = 2205Н > F_расч = 1526 Н

Следовательно, условие на электродинамическую активность к тока короткого замыкания выполняется

Таблица 4 – Выбор опорных изоляторов

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:

I_ном ≥ I_м.р,

3150А > 2020 А.

По [2] выбираем тип вакуумного выключателя: ВВЭ – 10 – 31,5 / 3150 У3.

Выбираем выключатель по напряжению:

U_ном. ≥ U_п/ст,

U_ном.=10 кВ = U_п/ст =10 кВ

Проверяем выключатель термоустойчивость к токам короткого замыкания:

где I_{ном т.у} – номинальный ток термоустойчивости, кА;

t_т.с. – время срабатывания, с; t_т.с = 3

По [2] номинальный ток термоустойчивости, I_{ном т.у} = 31,5 А

I_{ном т.у} =31,5 кА > 5,4 кА

Условие проверки на термоустойчивость к токам короткого замыкания выполняется.

Проверяем выбранный выключатель на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания:

i_м ≥ i_у,

где i_м – предельный сквозной ток, кА;

i_у – ударный ток, (62,5кА).

По [2] предельный сквозной ток, i_м = 80 кА.

i_м = 80 кА > i_у = 62,5кА.

Условие проверки на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания выполняется.

Проверяем выбранный выключатель на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания:

I_{ном.откл} ≥ I_τ,

S _{ном.откл} ≥ S_τ,

где S _{ном.откл} – номинальная мощность отключения, МВ ∙ А;

I_{ном.откл} – номинальный ток отключения, кА.

Определяем номинальную мощность отключения, МВ ∙ А:

S _{ном.откл} = ∙ I_{ном.откл} ∙ U_ср.1 = ∙ 31,5 ∙10,5 = 572 МВ∙А

По [2] I_{ном.откл} =31,5 кА. Следовательно:

I_{ном.откл} =31,5 кА > I_τ=18,1 кА;

S _{ном.откл} = 572 МВ ∙А > S_τ= 188,5 МВ ∙А

Условия на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания выполняется.

Таблица 5. Выбор вводного вакуумного выключателя

Выбор трансформатора тока