Пояснительная записка (Реконструкция подстанции ПС-115 г. Полярные Зори)

Министерство транспорта Российской ФедерацииФедеральное агентство железнодорожного транспортафедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»Кафедра «Системы электроснабжения»К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬЗаведующий кафедрой______________ Игнатенко И.В.«____»_________________2017 г.РЕКОНСТРУКЦИЯ ПОДСТАНЦИИ «ПС-115» Г. ПОЛЯРНЫЕ ЗОРИПояснительная записка к выпускной квалификационной работеБР13.03.02.022.002СтудентЖиделев А.О.РуководительГригорьев Н.П.НормоконтрольВласенко С.А.АннотацияObject of research of this work is substation PS-115 of Polar Dawns town.

Thisreconstruction was proposed in order to replace worn out power equipment in accordance with new technologies (such as vacuum insulated circuit breakers, etc.) toimprove power system reliability and provide a high quality electrical energy to theconsumer. Proposed solutions will allow safe operation of this substation for, atleast, 25 years without major repairs and renovations.4СОДЕРЖАНИЕC.ВВЕДЕНИЕ.. ...........................................................................................................................61 АНАЛИЗ ПОДСТАНЦИИ «ПС-115» Г. ПОЛЯРНЫЕ ЗОРИ .........................................81.1 Краткая характеристика и назначение объекта.........................................................

81.2 Схема распределительных устройств ........................................................................ 81.3 Анализ графиков нагрузок подстанции «ПС-115» ................................................... 82. ВЫБОР СХЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ.......................................... 112.1 Выбор схемы РУ напряжением 110 кВ.................................................................... 122.2 Выбор схемы РУ напряжением 6 кВ...................................................................... 123.

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ. ........................................................ 134. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ТОКОВ ..................................................... 195. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.................................................................. 225.1 Определение теплового импульса ............................................................................ 225.2 Выбор шин .................................................................................................................. 245.3 Выбор изоляторов..................................................................

.................................... 295.4 Выбор выключателей................................................................................................. 325.5 Выбор разъединителей .............................................................................................. 365.6 Выбор измерительных трансформаторов тока (ТТ) ............................................... 465.7 Выбор измерительных трансформаторов напряжения (ТН) .................................

465.8 Выбор ограничителей перенапряжения................................................................... 495.9 Расчет заземляющего устройства ............................................................................. 505.10 Молниезащита .......................................................................................................... 556. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ...............................................

57ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................................... 60СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .......................................................... 615ВВЕДЕНИЕЭлектроэнергетическая сфера является одной из основных отраслеймировойпромышленности.электроэнергиитехническимсовременнымипрогрессом,Нарастающиетемпыпроизводствами,вопределяетпотреблениясвязинеобходимостьснаучно-своевременнойреконструкции, модернизации существующих элементов генерирования ипередачи электроэнергии.Так, невозможно представить транзит электроэнергии без существованияподстанций, входящих в энергосистемы страны, и выполняющих различныефункции – от осуществления транзита до питания отдельных территорий иотдельных потребителей.В данной выпускной квалификационной работе рассматривался вопросреконструкции существующей подстанции.В связи с тем, что организация единой энергосистемы страны невозможнабез стандартизации в области данной промышленности, при выполненииданнойработыиспользоваласьдействующаявнастоящиймоментнормативная-техническая документация: «Положение о Единой техническойполитике в электросетевом комплексе», «Концепция развития Единойнациональнойэлектрическойсети»,«Нормытехнологическогопроектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35700 кВ» (далее по тексту - НТП ПС).Всевышеперечисленныенормативныедокументыбыливсоответствующем порядке утверждены Федеральной сетевой компанией.Объектом исследования является понизительная подстанция ПС-115 г.Полярные Зори.Цельвыпускнойквалификационнойработы–созданиепроектамодернизации подстанции ПС-115 г.

на основе современных, прогрессивныхтехнических решений.6В результатесовременноереконструкции на подстанции будет установленооборудование,свысокимипараметраминадежности,безопасности, долговечности и удобства эксплуатации.Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: напроектируемом объекте были рассчитаны мероприятия, необходимые дляобеспечениябесперебойнойработыподстанциииоборудованиянамаксимально длительный срок.Бесперебойная работа электроэнергетических объектов в регионахкрайнего севера является приоритетом в развитии федеральной сетиэнергоснабжения, что является следствием крайне суровых климатическихусловий.

Перебой в энергоснабжении в подобных условиях может повлечь засобой колоссальные убытки, и последствия могут быть катастрофичны.Именно по этой причине так важно уделять внимание грамотномуинженерному подходу к решению проектных задач.Данная реконструкция подстанции позволит повысить надежностьэнергоснабжения, гибкость и удобство эксплуатации объекта оперативнымперсоналом.71 ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕЙСТВУЮЩЕЙ ПС-115 Г. ПОЛЯРНЫЕ ЗОРИ1.1 Краткая характеристика и назначение объектаПонижающая подстанция «ПС-115» расположена в Мурманской области,рядом с городом Полярные Зори.

Данная понижающая подстанция 110/6 кВимеет трансформаторную мощность 64 МВА. Основным потребителемэлектрическойэнергиисПС-115являетсяэлектрокотельная.Даннаяподстанция является ответвительной и подключена к двум линиям – Л-55 иЛ-148.Площадкаподподстанциюрасположенанагоризонтальнойповерхности, представляет собой естественный грунт, частично отсыпанащебнем.Существующая ПС выполнена с двумя силовыми трансформаторамиТДН-16000/110-У1 и одним трансформатором ТРДН-32000/110. Мощностьтрансформаторов собственных нужд составляет 2х630 кВ·А (ТСН№1,ТСН№2) напряжением 6/0,4 кВ. Реконструкция ПС вызвана необходимостьюзамены морально и физически устаревшего оборудования.Электрическая схема подстанции так же подвергнется оптимизации имодернизации для более надежного и гибкого энергоснабженияпотребителей.Потребителями подстанции ПС-115 являются 4 электрических паровыхкотла общей мощностью 56 МВт.1.2.

Схемы распределительных устройствРаспределительное устройство 110 кВ (далее РУ), выполняющее роль РУвысшего напряжения, на рассматриваемой подстанции выполнено воткрытом виде (ОРУ), и низшего напряжения 6 кВ в закрытомраспределительном устройстве (ЗРУ).Электрическая схема не является типовой, поэтому в данной работе мырассмотрим преимущества некоторых изменений в схеме.81.3 Анализ нагрузок и необходимости замены силовых трансформаторовВ таблице 2.1 указаны данные, согласно суточных ведомостей нагрузокПC-115 за расчетные зимний (14.12.15) и летний (28.06.15) дни.

В таблице 2.2приведены максимальные значения по нагрузке силовые трансформаторы.Учитывая тот факт, что единственным потребителем данной подстанцииявляется электрокотельная, то рост потребления электроэнергии можетпроизойтитольковрамкахрасширениякотельнойприустановкедополнительных электрокотлов. На данный момент подстанция ПС-115 врежиме максимальной мощности загружена менее чем на 50%, так что можноутверждать,чтоподстанциябудетудовлетворятьпотребностиэлектрокотельной в электроэнергии достаточно продолжительный период.Таблица 1.1 – Нагрузки, согласно суточных ведомостей, ПС-115 за летние изимние дни 2016-2017ггВремя t, часыSΣ .ЗИМА (МВА)SΣ .ЛЕТО (МВА)028.86128.96.3228.86.53296.8428.97528.87.5628.78728.77.8828.67.6928.57.41028.57.21128.479Окончание таблицы 1.1Время t, часыSΣ .ЗИМА (МВА)SΣ .ЛЕТО (МВА)1228.57.41328.47.81428.381528.27.81628.27.51728.37.31828.47.51928.57.32028.57.22128.67.42228.77.22328.77.12428.87Таблица 1.2 – Максимальные нагрузки Т1, Т2, Т3 ПС-115 в летний период2016г.ДиспетчерскоеНоминальнаяМаксимальнаяПри отключениинаименованиемощностьнагрузкасамого мощного ТС(летняя)– Т-3трансформатораМВАМВА%МВА%Т-116212.5425Т-216212.5425Т-332412.5--10Таблица 1.3 – Максимальные нагрузки Т1, Т2, Т3 ПС-115 в зимний период2016г.ДиспетчерскоеНоминальнаяМаксимальнаяПри отключениинаименованиемощностьнагрузкасамого мощного ТС(зимняя)– Т-3трансформатораМВАМВА%МВА%Т-1167.24514.490Т-2167.24514.490Т-33214.445--Проверка по нагрузочной способности трансформаторы с действующейноминальной мощностью в 16 и 32 МВА согласно условию:SНОМ.ТР  K ЗАГР  SМАХ.Ч ,(1.1)где SНОМ.ТР – номинальная мощность трансформатора, МВА; K ЗАГР –коэффициент загрузки равный 0,7; SМАХ.Ч – мощность максимальнойнагрузки ПС, МВА.16≥ 4.9.Так как срок службы трансформаторов не истек, а так же при отказелюбого из силовых трансформаторов остальные трансформаторы не будутперегружены даже в режиме максимальной загрузки, заменатрансформаторов в рамках данной модернизации не целесообразна.Таблица 1.4 – Паспортные данные силовых трансформаторов.ТИПSномМВАUномВН, кВUkНН, кВВН-НН1-НН,%НН2%ТДН-16000/11016110610.5-ТРДН-32000/11032110610.515112.

ВЫБОР СХЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ РУ ПС2.1 Выбор схемы РУ напряжением 110 кВОткрытое распределительное устройство 110 кВ выполнено не по типовойсхеме, однако принципиальная схема подстанции спроектирована такимобразом, что при отказе любого из силовых трансформаторов, котлаэлектрического парового либо выводе линии в ремонт -энерго- итеплоснабжение потребителя останется на прежнем уровне, что говорит овысокой надежности схемы. Тем не менее, для более гибкого управленияподстанцией в данной работе мною были предложены некоторые измененияв схеме.2.2 Выбор схемы РУ напряжением 6 кВРУ 6 кВ исполнено так же не по типовой схеме, однако при выводе времонт либо при отказе основных аппаратов снабжение потребителяэлектроэнергией останется на прежнем уровне, что позволяет утверждать чторезервирование и параметры надежности схемы РУ 6 кВ находятся навысоком уровне. Однако для более удобной эксплуатации даннойподстанции рабочим персоналом мною так же были предложены некоторыеизменения.123 РАСЧЕТ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯДля выбора подходящего оборудования необходимо выполнить расчёттоков короткого замыкания, а также ударных токов для всех используемыхраспределительных устройств.

Расчет будет производится в именованныхединицах по методике [4]. Для корректных расчётов, составим структурнуюсхему (рисунок 3.1) и расчётную схему замещения (3.2) на основанииисходных данных, существующей схемы главных электрических соединенийподстанции.Рисунок 3.1 – Структурная схема подстанцииРисунок 3.2 – Расчетная схема замещения133.1 Расчет токов короткого замыкания3.1.1 Расчёт тока короткого замыкания в точке К1Согласно исходным данным, при ток короткого замыкания I (3)равенк8900 А. Используя исходные данные, возможно определить сопротивлениекороткого замыкания в точке К1 на питающих шинах ОРУ 110 кВ.U ст1,3  X к1I(3)к1 (3.1.)где Uст1 – напряжение ступени 1 для точки К1, кВ; I (3)к – трехфазный ток КЗ,А; Xк1 – результирующее сопротивление до точки К1, Ом.Определим сопротивление системы до точки К1:X к1 Xк1U ст3  I к1(3.1)110 7,136 Ом.3 8900 103Ударный ток:i уд  2  I к(3)  К уд ,(3.1)где I (3)к – трехфазный ток КЗ, А; i уд – ударный ток, кА; Куд – ударныйкоэффициент равный 1,8 [5].iуд 2  8,900  1,8  22,656 кА.Мощность трехфазного КЗ на питающих шинах:Sк1  3  U ст1  I (3)к1 ,14(3.1)Sk1 3 110 8.9  1695.6777 МВА3.1.2 Расчёт тока короткого замыкания для точки К2СогласнопаспортнымданнымтрансформатораТДН-16000/110-У1напряжение короткого замыкания обмоток ВН-НН Uk=10.5 %Cопротивления обмоток трансформаторов:U к U 2ст,x100 Sнт(3.1)где x – сопротивление обмотки трансформатора, Ом; Uст – напряжениеступени обмотки, кВ; Sнт – номинальная мощность силового трансформатора,МВА; Uк – напряжение КЗ, %.10.5 110x 100162 79.406Ом,Для расчёта КЗ для точки К2 необходимо привести найденноесопротивление для напряжения соответствующей ступени,:2 6 xc  79.406   0.236 Ом.110Сопротивление энергосистемы до точки К2, приведенное к напряжению6кВ:2 6 X'k1  7.136   0.021 Ом. 110 Таким образом, результирующее сопротивление до точки К2:Xk2=Xc+X`k115(3.1.)Xk2  0.021  0.236  0.257 Ом.Трехфазный ток КЗ на шинах 6 кВ:I(3)к2 U ст2,3  X к2(3.1.)где Uст2 – напряжение второй ступени для К2, кВ, X к2 – результирующеесопротивление до шин 6 кВ (точки К2), Ом;Ik2 60003 10 13.4793 0.257Определим ударный ток:i уд 2  2  I (3)к 2  К уд ,iуд2 (3.1.)2 13.479 1.8  34.312 кА.Мощность трехфазного КЗ в точке К2:Sк2  3  U ст2  I(3)к2 ,Sk2 (3.1.)3 6 13.479  140.078 МВА.3.1.3 Расчёт тока короткого замыкания в точке К3Согласно паспортным данным силового трансформатора ТРДН-32000/110напряжение короткого замыкания обмоток16Uk.в.н  10.5 %Uk.нн1.нн2  15Сопротивление двухобмоточного%трансформатора с обмоткой НН,расщепленной на две части, расчитывается по следующим формулам.