150726 (Разработка закрытой двухтрансформаторной подстанции тупикового типа)

Содержание

Общая часть

Введение

1.1 Общие сведения об электроустановках

1.1.1 Вводная часть

1.1.2 Линии электрических передач

1.1.3 Распределительные устройства

1.2 Определение вариантов главной схемы

1.3 Общие сведения о высоковольтной аппаратуре

1.3.1 Центр питания

1.3.2 Системы сборных шин

1.3.3 Разъединители и ножи заземления

1.3.4 Высоковольтные выключатели

1.3.5 Трансформаторы тока

1.3.6 Трансформаторы напряжения

1.3.7 Силовые трансформаторы

2. Расчетная часть

2.1 Расчет и выбор силовых трансформаторов

2.2 Расчет потерь и выбор токоведущих частей на стороне 0,4 кВ

2.3 Расчет и выбор автоматических выключателей

2.4 Расчет и выбор элементов защиты и контроля в цепь 0,4 кВ

2.5 Расчёт токов короткого замыкания на стороне 0,4 кВ

2.6 Расчёт ввода и выбор высоковольтного оборудования

Заключение

Литература

Введение

Понятие «Энергия» произошло от греческого «energious»-мощь, сила, тепло. Электрическая энергия является наиболее удобным и дешёвым видом энергии. Широкое распространение электрической энергии обусловлено относительной лёгкостью её получения, преобразования, и возможностью передачи её на большие расстояния.

Энергетика, на сегодняшней день, является одной из важнейших структурных единиц, совокупность которых, поддерживает развитие технологического процесса и играет большую роль в организации человеческой цивилизации на данный момент.

В энергетике существует такое понятие как «Энергетическая система»- это совокупность устройств и установок, предназначенных для выработки, передачи, распределения и потребления электроэнергии и теплоэнергии, связанных между собой электрическими и тепловыми сетями. А также есть термин «Электрическая система»- это часть энергосистемы: РУ, генераторы, ЛЭП, приёмники и потребители электрической энергии. Отдельные энергосистемы имеет смысл объединения между собой, т.к. это облегчает задачу резервирование мощностей и повышает общий технологический уровень эксплуатации электроустановок.

В 1927 году на территории БССР уже действовала 141 электрическая станция, общей мощностью до 15 Мватт/час.

В 1931 году была организована Белорусская энергосистема.

К началу 1940 году мощность станций достигла 120 Мватт/час. А также в то время была построена первая крупная ЭС БелГРЭС, мощность 34,5 Мватт/час.

К 1944 году начались работы по восстановлению разрушенных во время Великой Отечественной Войны электростанций в уже освобождённых городах Минске, Витебске, Гомеле, Могилёве и Бресте.

В октябре 44-го были созданы организации, носившие названия «Управление энергетическим хозяйством», «БеларусьЭнерго». А также «МинскЭнерго», «БрестЭнерго», «ВитебскЭнерго», «ГомельЭнерго», «МогилёвЭнерго» и «ГродноЭнерго».

Ныне в Республике Беларусь насчитывается более 25 крупных действующих установок по выработке электроэнергии с общей установленной мощностью около 7,8 Гватт/час. Крупнейшей из них является Новолукомльская ГРЭС, общей мощностью 2412 Мватт/час.

Но по-прежнему, наша Республика сейчас не способна полностью обеспечить себя электрической энергией самостоятельно. Часть электроэнергии мы закупаем у других государств, в основном, у нашего «соседа» Российской Федерации.

На сегодняшний день сфера изучения энергетики Беларуси занимает далеко не последнее место в инфраструктуре и, в частности, в экономике.

Уделяется не маловажная роль использования ядерной энергетики в мирных целях (для производства электроэнергии). Планируется строительство АЭС на территории нашей Республики. Ввод в эксплуатацию первого энергоблока (ядерного реактора) станции запланирован на 2016 год.

1. Общие сведения об электроустановках

1.1 Вводная часть

Электроустановки – это совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования; предназначенного для производства, преобразования, передачи, трансформации, и распределения электроэнергии; а также преобразования её в другой вид энергии.

Выделяют 2 вида электрических установок:

- ЭУ до 1000 вольт;

- ЭУ свыше 1000 вольт.

Такое разделение связано, с различием типов и конструкций аппаратов, а также с разницей в условиях безопасности и требованиях, предъявляемых при сооружении и эксплуатации электроустановок различных напряжений.

Также электроустановки потребителей характеризуются номинальным напряжением (Uном). Номинальным напряжением генераторов, трансформаторов, сетей и приёмников электроэнергии (электрических двигателей, ламп и т.п.) называется то напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы.

Для систем электроснабжения сетей и электроприёмников (ЭП) напряжением до 1 кВ согласно ГОСТ 2128-83 сети и приёмники электроэнергии бывают напряжением: 220, 380, 660 вольт. А наибольшее рабочее напряжение может быть: 230, 400, 690 вольт.

Различают переменное напряжение однофазного тока (В):

1. 6;

2. 12;

3. 27;

4. 40

5. 60;

6. 110;

7. 220.

Переменное напряжение 3-фазного тока (В):

1. 40;

2. 60;

3. 220;

4. 380;

5. 660.

Напряжение постоянного тока (В):

- 6;

- 12;

- 27;

- 48;

- 60;

- 110;

- 220;

- 440.

В промышленных электроустановках напряжением до 1 кВ распространена 3-х и 4-х проводная система. Она позволяет питать однофазные и трёхфазные приёмники, включенные на линейное и фазное напряжение.

Для выработки электрической энергии служат электростанции. Это предприятия и установки, предназначенные для производства электроэнергии.

В зависимости от вида энергии, потребляемой первичным двигателем, электрические станции подразделяются:

• Тепловые;

• Гидро;

• Атомные;

• Гидроаккумулирующие;

• Газотурбинные;

• Маломощные ЭС местного масштаба.

Топливом для электростанций служат природные богатства. Например: уголь, торф, вода, ветер, солнце, а также атомная реакция (расщепление ядер урана, плутония).

Огромную роль в системах электроснабжения играют электрические подстанции – электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электроэнергии. Электрические подстанции промышленных (и не только) предприятий – это важные звенья в системе электроснабжения. Поэтому рассмотрение работы электрических станций и подстанций является очень важным этапом в подготовке грамотного специалиста в области энергетики.

Электрические подстанции бывают открытые либо закрытые.

1.1.1 Линии электрических передач

Для передачи электроэнергии на расстояния применяются линии электрических передач (ЛЭП). Они бывают 2-х типов:

• Воздушные (ВЛЭП);

• Кабельные (КЛЭП).

Для передачи электроэнергии напряжением до 10 кВ (редко до 35 кВ) используются кабельные линии, проложенные в земле. Изоляция надевается на каждую фазу линии, затем на весь кабель, а потом ставится внешняя оболочка.

Чем больше напряжение и ток, тем толще больше жилы, толще изоляция и прочнее оболочка. В КЛЭП на высокое напряжение оболочка используется свинцовая, а в качестве брони применяют сталь.

КЛЭП обычно применяют в больших населённых пунктах (городах).

Для передачи электроэнергии напряжением свыше 10 кВ (10,35,110,220,330,500,750,1150 кВ) вводятся в эксплуатацию воздушные линии, протянутые на опорах. Проводники, как правило, изготавливаются неизолированными. А также они могут быть по системе СИП. ВЛЭП также могут использоваться на напряжение и ниже 10 кВ. Их специальным образом скручивают и подвешивают на опорах. Для передачи высокого напряжения на большие расстояния провода покрывают смазкой повышенной горючести.

Основной металл, служащий для изготовления проводов ЛЭП - это медь и алюминий.

1.1.2 Распределительные устройства

Распределительные устройства (в энергетике их называют сокращённо - РУ) - это электроустановки, предназначенные для приема электроэнергии, и распределения её от источника питания до отдельных потребителей.

РУ содержат системы сборных шин, аппараты коммутации и защиты, а также измерительную аппаратуру.

Различают распредустройтсва:

• Высокого напряжения (ВН сторона);

• Низкого напряжения (НН сторона)

В некоторых случаях РУ бывают среднего напряжения (СН сторона). Например, на электрической подстанции 330/110/10 кВ в п. Копти, Витебского района, имеется РУ на среднее напряжение (110 кВ).

По способу исполнения распредустройства делаются – открытыми (ОРУ), либо закрытыми (ЗРУ).Открытые РУ выполняю в основном, на напряжение 35кВ и выше, а закрытые РУ – на напряжение ниже 35кВ. На данные момент широкое распространение имеют комплектные распределительные устройства (КРУ).

Ячейки РУ – это участки, отводимые для одного присоединения.

Открытые РУ (ОРУ) размещают на ограждённых площадках, где оборудование устанавливают на невысоких основаниях, а ошиновку выполняют гибкой, подвешивая ее через изоляторы на стальных или железобетонных конструкциях.

Закрытые РУ представляет собой специально оборудованное помещение с рядом ячеек, в каждой из которых смонтированы электрические аппараты. РУ до 1000В выполняют в виде щитков, шкафов, сборок, токопроводов (магистральных, распределительных и осветительных). Щитки выполняются в виде плоской панели, на которой размещают аппаратуру и зажимы для отходящих линий. Панель закрывается кожухом с дверцей. Для распределения электроэнергии между силовыми приемниками служат силовые пункты, обычно выполненные в виде шкафов.

1.2 Определение вариантов главной схемы ТП

Выбор главной схемы трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ Главная схема электрических соединений (подстанции) – это совокупность основного электрооборудования (генераторов, трансформаторов, линий и т.п.), сборных шин и другой первичной аппаратуры, со всеми выполненными между ними соединениями.

Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части подстанции, так как он определяет полный состав, перечень элементов и связей между собой.

В данном курсовом проекте будет рассмотрена схема закрытой двухтрансформаторной подстанции тупикового типа.

Выбор ТП закрытого типа связан с тем, что данная подстанция является понизительной; сторона высокого напряжения – 10 кВ, сторона низкого – 0,4 кВ. А подстанции на такое напряжение изготавливаются в закрытом исполнении. Это связано с их месторасположением. А, как правило, ЗТП возводятся в больших населённых пунктах и в городах. В таких населённых пунктах трансформаторная подстанция возводится именно закрытого типа, чтобы не оставлять токоведущие части без ограждения, тем самым, не подвергать опасности население, находящегося вблизи подстанции.

Также выбор трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ закрытого типа связан ещё с тем, что для её эксплуатации и обслуживания не требуется специального оборудования, которое присутствует на подстанциях более высокого напряжения.

Возводится помещение определённого размера, затем внутри него устанавливается электроаппаратура.

Небольшие габариты электрооборудования позволяют использовать помещения для трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ.

В ЗТП создаются нормальные условия для обслуживания и ревизии электрооборудования, т.к. эти условия в малой степени зависят от погодных ветра, района по гололёду, высоты снежного покрова, нормативной снеговой нагрузки и т.д.). Тупиковая трансформаторная подстанция – это подстанция, получающая электрическую энергию от одной электроустановки по одной или нескольким линиям.

Тупиковый вид выбран, потому что в схеме ввода данной подстанции используется не более 2 линии. В основном, тупиковый тип принимается на трансформаторных подстанциях среднего напряжения (10/0,4 кВ).

В задании указана первая категория электроснабжения потребителей электроэнергией. А это значит: электроприёмники 1 категории электроснабжения должны обеспечиваться питанием от 2-х независимых источников, и перерыв в энергоснабжении допустим лишь на время срабатывания защитных устройств и автоматического восстановления питания. Для этой категории также допустима схема питания то 3 независимого источника.

При рассмотрении главной схемы данной ТП в курсовом проекте было обращено внимание на факторы, которые являются определяющими при выборе варианта главной схемы подстанции, а также её нормальной работы. Эти факторы:

• Надежность;

• Экономичность;

• Безопасность.

• Значение и роль подстанции для энергосистемы.

Надёжность – это свойство схемы выполнять свои функции в разнообразных условиях эксплуатации при сохранении заданных параметров процесса.

Экономичность – это требование сил, материальных затрат, ресурсов и времени содержания распределительных устройств при минимальных ежегодных затратах. Безопасность – это возможность лёгкого подхода к схеме, ремонта и ревизии электрооборудования, не требующая специальных мер по защите, и обеспечивающая безопасность обслуживающего персонала при эксплуатации электроустановок. Выбор главной схемы, исходя из фактора экономичности, определяется количеством силовых трансформаторов и высоковольтных выключателей, используемых в трансформаторной подстанции. Эти элементы схемы требуют самых значительных материальных затрат, ресурсов и времени на их установку.

1.3 Общие сведения о высоковольтной аппаратуре

1.3.1 Центр питания

Центр питания – это совокупность электрических соединений и ветвей, а именно, линий электрических передач, питающих данную подстанцию.

Как правило, число ветвей зависит от категории надёжности электроснабжения электроприёмников. При первой и второй категории электроснабжения центр питания (ЦП) должен содержать не менее 2-х ветвей ввода. А для электроустановок специального назначения, имеющих 1 категорию должен быть предусмотрен 3 независимый источник питания.

ЗТП 10/0,4 кВ выполняются в основном 2-х трансформаторными, содержащими 2 ветви питания (фидера), а также систему АВР (автоматическое включение резерва).

В случае аварий на каком либо вводе подстанции (возникновение коротких замыканий, перегрузки, форс-мажорные явления) 2 ветви ввода ЦП могут взаиморезервировать друг друга.

1.3.2 Система сборных шин

Система сборных шин – это совокупность токоведущих частей, содержащая общий ввод, и предназначенная для распределения нагрузок на потребителя.

Присутствует на каждой ТП. Чаще всего встречается вариант с одной системой шин, секционированную выключателем. Это позволяет производить ремонтные работы в любой точке, не отключая потребителей от источника питания. Тем самым, данный выбор шин повышает надёжность электроустановки.