Курсовая работа: Проектирование электрической подстанции 110/10 кВ промпредприятия

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра ЭПП

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Электрическая часть станций и подстанций»

Задание 2

Вариант 1

Мариуполь 2004

Пояснительная записка состоит из:

а) 19страниц;

б) 2 иллюстраций;

в) 22 таблиц;

г) графического приложения формата А1 .

В данной работе осуществляется проектирование электрической подстанции 110/10 кВ.

Цель работы: спроектировать и выбрать оборудование ГПП предприятия.

Метод расчета включает использование ЭВМ


Оглавление

Введение

Задание на курсовой проект

Расчёт электрических нагрузок

Выбор компенсирующих устройств

Выбор силовых трансформаторов ГПП

Выбор сечения проводов воздушной ЛЭП

Расчёт токов короткого замыкания

Выбор цеховых трансформаторов

Выбор синхронных двигателей

Расчёт тепловых импульсов

Выбор выключателей

Параметры выключателей

Выбор разъединителей

Выбор заземлителей

Выбор защиты от перенапряжений

Выбор трансформаторов тока

Выбор трансформатора напряжения

Выбор шин

Выбор трансформатора собственных нужд

Выбор изоляторов

Выбор аккумуляторных батарей

Вывод

Список литературы


Введение

В настоящее время все технологические процессы, проходящие на предприятиях, заводах, а они являются потребителями большей части электроэнергии, нуждаются в постоянном питании. Поэтому очень важно правильно спроектировать ГПП предприятия с максимальной надежностью и минимальными затратами.

Исходные данные – данные о потребителе.

Задачи курсового проекта:

1)      расчёт нагрузки на ГПП;

2)      выбор силовых трансформаторов ГПП;

3)      выбор оборудования ГПП


Задание на курсовой проект

Таблица 1 Задание

ЛЭП-110кВ L1,км 15
ЛЭП-110кВ L2,км 12
ЛЭП-110кВ L2,км 14
Генераторы Г-1, Г-2, МВт 60
cos_f_генераторов 0,83
xd гннераторов 0,125
Трансформаторы Т-1, Т-2, МВА 80
Наименование приёмника Pу (кВт) K.с К.м(cos) К.м(tg)
Вентиляторы производственные, 10000 0,8 0,9 0,48
насосы, двигатель-генератор
Станки цеховой горячей обработки металлов 10880 0,25 0,65 1,17
при поточном производстве
То же при холодной обработке металлов 8640 0,15 0,5 1,73
Вентиляторы сан.гигиенические 3060 0,75 0,8 0,75
Механизмы непрерывного 5520 0,8 0,75 0,88
транспорта несбалансированные
Краны цеховые 3415 0,5 0,5 1,73
Печи плавильные 9660 0,85 1 0,00
Трансформаторы сварочные 5100 0,4 0,4 2,29
Освещение 900 0,6 1 0,00

Расчёт электрических нагрузок

Таблица 2 Электрические нагрузки

Наименование приёмника Pу (кВт) K.с К.м(cos) К.м(tg) Ppi Qpi
Вентиляторы производственные, 10000 0,8 0,9 0,48 8000 -3875
насосы, двигатель-генератор
Станки цеховой горячей обработки металлов 10880 0,25 0,65 1,17 2720 3180,0
при поточном производстве
То же при холодной обработке металлов 8640 0,15 0,5 1,73 1296 2245
Вентиляторы сан.гигиенические 3060 0,75 0,8 0,75 2295 1721
Механизмы непрерывного 5520 0,8 0,75 0,88 4416 3895
транспорта несбалансированные
Краны цеховые 3415 0,5 0,5 1,73 1707,5 2957
Печи плавильные 9660 0,85 1 0,00 8211 0
Трансформаторы сварочные 5100 0,4 0,4 2,29 2040 4674
Суммарные величины - - - - 30685,5 14798
С учётом разновременности максимумов - - - - 29151,2 13318
Освещение 900 0,6 1 0,00 540 0,0
Суммарные величины - - - - 29691,2 13318

Выбор компенсирующих устройств

где Qe экономическая реактивная мощность, Pp- расчётная активная мощность на подстанции, tgэк=0.3 –коэффициент мощности задается энергосистемой.

Qкур= Qsum-Qe=13318-8907=4411 кВар (1)

где Qкур- расчётная реактивная мощность батарей конденсаторов, Qsum - расчётная реактивная мощность на подстанции.

Устанавливаем 4 батареи конденсаторов БК УК-10-900-УЗ, и 4 БК УК-10-150-У3.

Мощность нагрузки с учётом компенсации реактивной мощности составит

 кВА

 (1)

Выбор силовых трансформаторов ГПП

 МВА

(1)

Таблица 3 Трансформатор ТРДН 25000/110 паспортные данные

Pnom кВт 25000
Uvn кВ 115
Unn кВ 10,5
Uk % 10,5
dPk кВт 120
dPx кВт 29
Ix % 0,8
Kz 0,62
Цена тыс.грн 250
Kип 0,05
n штук 2

Расчёт потер в трансформаторе

 кВт

 (1)

где Kz-коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме, -активные потери в обмотке трансформатора, - реактивные потери в обмотке трансформатора.

 кВар

 (1)

где  -реактивные потери в обмотке трансформатора, - номинальная мощность трансформатора, -напряжение короткого замыкания.

 кВт

 (1)

где  -активные потери в стали трансформатора, - реактивные потери в стали трансформатора.

 кВар

 (1)

где  -реактивные потери в стали трансформатора, - номинальная мощность трансформатора, -ток холостого хода.

 кВар

 (1)

где  -реактивные потери в стали трансформатора, - реактивные потери в меди трансформатора, -коэффициент загрузки, -потери реактивной энергии на 1 трансформатор.

 кВт

 (1)

где  -активные потери в трансформаторах, -активные потери в обмотке трансформатора, где  -активные потери в стали трансформатора, - реактивные потери в стали трансформатора, n-число трансформаторов на ГПП.

 кВар

 (1)

где  -реактивные потери в стали трансформатора, - реактивные потери в меди трансформатора-потери реактивной энергии на трансформаторах подстанции, n-число трансформаторов на ГПП.

 кВт

 (1)

где  - расчётная мощность на стороне 10 кВ,  -активные потери в трансформаторах,  - расчётная мощность на стороне 110 кВ.

=9119+2426=11544 кВар

 (1)

где  - расчётная реактивная мощность на стороне 10 кВ,  -реактивные потери в трансформаторах,  - расчётная реактивная мощность на стороне 110 кВ.

=32110 кВА

 (1)

где  - расчётная мощность на стороне 110 кВ,  - расчётная реактивная мощность на стороне 110 кВ,  - полная расчётная мощность на стороне 110 кВ.

 А

 (1)

где  - полная расчётная мощность на стороне 110 кВ, U-номинальное напряжение питающей сети, -расчётный ток в послеаварийном режиме.

Выбор сечения проводов воздушной ЛЭП

Учитывая что по одной цепи будет протекать половинный ток , а так же оноцепные стальные опоры и второй район по гололёду выбираем провод марки АС-95. Предельно допустимый ток для выбранного провода вне помещений составляет 330 А. В после аварийном режиме по нему будет протекать ток 119 А, значит провод проходит по после аварийному режиму работы.

 

Рисунок 2 Схема замещения сети



Выбор цеховых трансформаторов

 кВА

(1)

где  - полная расчётная мощность на стороне 10 кВ на приходящейся на цеховые КТП, -активная мощность синхронных двигателей, -реактивная мощность синхронных двигателей, Pp- расчётная активная мощность на подстанции, Qp- расчётная реактивная мощность на подстанции.

 кВА

 (1)

где  - полная расчётная мощность на стороне 10 кВ на приходящейся на цеховые КТП, -коэффициент загрузки цехового трансформатора, кВА-номинальная мощность цехового трансформатора.

Устанавливаем 16 трансформаторов ТМ 2500/10. На РУ-НН будет 8 отходящих присоединений на КТП по 3750 кВА каждое в нормальном режиме.

Выбор синхронных двигателей

Необходимо обеспечить мощность 8000 кВт. Устанавливаем 4 двигателя типа

СТД-2000-23УХЛ4 по 2000 кВт каждый.

 

Таблица 4 Расчёт тепловых импульсов

СД/ОП Шины 10кВ Вводной 110 кВ
Iкз 15,2 15,2 15,2 9,2 кА
Iуд 38,3 38,3 38,3 23,2
Ta 0,05 0,05 0,05 0,07 с
tрза 0 0,5 0,5 0,5 с
tвык 0,2 0,2 0,2 0,2 с
tоткл 0,25 1 1,75 2,52 с
Bk 57,8 231,0 404,3 213,3 кА^2*с

(1)

где Iкз – ток короткого замыкания на соответствующей ступени, Ta-постоянная времени, tрза – выдержка времени релейной защиты, Tвык - собственное время отключения выключателя с приводом, tотклi – время отключения тока короткого замыкания на текущей ступени, tоткл(i-1)– время отключения тока короткого замыкания на предыдущей ступени, Bk- тепловой импульс.

 кА

 (1)

где Iуд – ударный ток ток короткого замыкания на соответствующей ступени, Куд=1,8- ударный коэффициент, Iкз – ток короткого замыкания на соответствующей ступени.


Выбор выключателей

Таблица 5 Термическое воздействие токов К.З.

Тип выключателя Iтерм tдействия Bk ном сравнение Bk
кА с кА^2*с кА^2*с
ВМТ-110Б-20/1000УХЛ1 РУ-ВН 20 3 1200 >  213,3
ВВЭ-10-20/1600У3 РУ-НН 20 3 1200 >  404
ВВЭ-10-20/630У3 СД 20 3 1200 >  57,8
ВВЭ-10-20/630У3 ОП 20 3 1200 >  57,8

Параметры выключателей

Таблица 6 Выключатели

Выключатель Параметр Паспорт Расчетное max
Ввод 110 кВ
ВМТ-110Б-20/1000УХЛ1 U кВ 126 110
I А 1000 166
Iоткл кА 20 9,2
Sоткл МВА 4284 1720
Iуд кА 52 23,2
Iтерм/t кА/с 20/3 -
Bk кА^2*с 1200 149,8
Тип привода ППК-2300УХЛ1
Ввод и межсекционная связь 10 кВ
ВВЭ-10-31,5/2000У3 U кВ 12 10,5
I А 2000 1736
Iоткл кА 20 15,2
Sоткл МВА 408 271
Iуд кА 52 32,8
Iтерм/t кА/с 31,5/3 -
Bk кА^2*с 2976 404,0
Тип привода ЭМ
Отходящие присоединения 10 кВ
ВВЭ-10-20/630У4 U кВ 12 10,5
I А 630 118/294 *
Iоткл кА 20 15,2
Sоткл МВА 408 271
Iуд кА 52 32,8
Iтерм/t кА/с 20/3 -
Bk кА^2*с 1200 57,8
Тип привода ЭМ
* Синхронный двигатель/КТП соответственно.

Выбор разъединителей

Таблица 7 Разъединители

Разъединитель Параметр Паспорт сравнение Расчетное
РНДЗ-1-110/630 Т1 РНДЗ-2-110/630 Т1 U кВ 110 >  110
I А 630 >  166
Iуд кА 80 >  23,2
Iтерм/t кА/с 31,5/4 -
Bk кА^2*с 3969 >  149,8
Тип привода ПНД-220Т

Выбор заземлителей

На стороне 10 кВ устанавливаем заземлители ЗР-10У3.

Таблица 8 Заземлители

Заземлитель Параметр Паспорт сравнение Расчетное
ЗОН-110М-IУ1 U кВ 126 >  110
I А 400 >  -
Iуд кА 16 >  7,8
Iтерм/t кА/с 6,3/3 -
Bk кА^2*с 119,07 >  149,8
Тип привода ПРН-11У1
ЗР-10У3 U кВ 12 >  10
I А - >  118/294
Iуд кА 80 >  23,2
Iтерм/t кА/с 90/1 -
Bk кА^2*с 8100 >  57,8
Тип привода ПЧ-50У3

Выбор защиты от перенапряжений

В нейтраль трансформатора ставим РВС-60У1, на ввод РВС-110МУ1.

 

На высокой стороне ТВТ-110-1-300/5 и ТФЗМ-110Б-1. Коммерческий учёт электроэнергии на высокой стороне не ведется, из приборов подключён только вольтметр, который должен говорить только о наличии тока, поэтому достаточно класса точности-10.

Таблица 9 Нагрузка на ТТ на ввод 10 кВ

Прибор A B C
амперметр 0,1
ваттметр 0,5 0,5
варметр 1,5 1,5
счетчик активной энергии 3 3
счетчик реактивной энергии 3,5 3,5
счетчик реактивной энергии 3,5 3,5
Суммарная нагрузка 5,5 6,6 5

 Ом

 (1)

где  – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

 Ом

 (1)

где , S=4 мм2, l=6м.

 Ом

 (1)

где  =0,1 Ом - принимаем.

Таблица 10 Параметры ТЛ10-II

ТТ Параметр Паспорт сравнение Расчетное
ТЛ10-II U кВ 12 >  10,5
I А 2000 >  1736
Iтерм/t кА/с 40/3 -
Bk кА^2*с 4800 >  404,0
Rнаг Ом 0,8 >  0,41104

Таблица 11 Межсекционная связь 10 кВ

Прибор A С
амперметр 0,1
Суммарная нагрузка 0,1

 Ом

 (1)

где  – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

 Ом

 (1)

где , S=4 мм2, l=6м.

 Ом

 (1)

где  =0,1 Ом - принимаем.


Таблица 12 Параметры ТЛ10-II

ТТ Параметр Паспорт сравнение Расчетное
ТЛ10-II U кВ 12 >  10,5
I А 2000 >  1736
Iтерм/t кА/с 40/3 -
Bk кА^2*с 4800 >  404,0
Rнаг Ом 0,8 >  0,151

Таблица 13 Отходящие присоединения

Прибор A C
амперметр 0,1
счетчик активной энергии 3
Суммарная нагрузка 0,1 3

 Ом

 (1)

где  – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

 Ом

 (1)

где , S=4 мм2, l=6м.

 Ом

 (1)

где  =0,1 Ом - принимаем.

Таблица 14 Параметры ТОЛ-10

ТТ Параметр Паспорт сравнение Расчетное
ТОЛ-10 U кВ 12 >  10,5
I А 300 >  294
Iтерм/t кА/с 31,5/3 -
Bk кА^2*с 2976,75 >  57,8
Rнаг Ом 0,4 >  0,283

Таблица 15 Синхронные двигатели

Прибор A C
амперметр 0,1
счетчик реактивной энергии 3,5
счетчик реактивной энергии 3,5
счетчик активной энергии 3
Суммарная нагрузка 3,1 7

 Ом

 (1)

где  – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

 Ом

 (1)

где , S=4 мм2, l=6м.

 Ом

 (1)

где  =0,1 Ом - принимаем.

Таблица 16 Параметры ТОЛ-10

ТТ Параметр Паспорт сравнение Расчетное
ТОЛ-10 U кВ 12 >  10,5
I А 150 >  118
Iтерм/t кА/с 31,5/3 -
Bk кА^2*с 2976,75 >  57,8
Rнаг Ом 0,4 >  0,4

Таблица 17 Батареи конденсаторов

Прибор A B C
амперметр 0,1 0,1 0,1
Суммарная нагрузка 0,1 0,1 0,1

 Ом

 (1)

где  – сопротивление подключенных приборов, - мощность подключенных приборов, Iном=5 А- номинальный ток ТТ.

 Ом

 (1)

где , S=4 мм2, l=6м.

 Ом

 (1)

где  =0,1 Ом - принимаем.

Таблица 18 Параметры ТОЛ-10

ТТ Параметр Паспорт сравнение Расчетное
ТОЛ-10 U кВ 12 >  10,5
I А 300 >  210
Iтерм/t кА/с 31,5/3 -
Bk кА^2*с 2976,75 >  57,8
Rнаг Ом 0,4 >  0,15

Выбор трансформатора напряжения

Таблица 19 Нагрузка на ТН на 1 секцию шин

Прибор Тип прибора Класс точности кол-во Sпотреб кол-во cos/tg Pp Qp
1 обмоткой обмоток
Вольтметр Э377 1,5 2 1,5 2 1/0 6 0
Ваттметр Н-396 1,5 3 1,5 2 1/0 9 0
Варметр Н-395 1,5 1 1,5 2 1/0 3 0
Счётчик активной энергии СА4У-И672М 2 6 8 2 0,38/2,76 36 99
Счётчик реактивной энергии СА4У-И673М 2 4 8 2 0,38/2,76 24 66
Суммарные величины 78 165,6

 ВА

 (1)

где  – полная мощность подключённых приборов,  – активная мощность подключённых приборов,  – реактивная мощность подключённых приборов.

Таблица 20 Паспортные данные ТН

Тип Номинальное напряжение обмоток Номинальная мощность, ВА в классе точности Предельная мощность, ВА Схема соединения
Первичное, кВ Вторичное, В 0,2 0,5 1 3
НТМК-10-71У3 10 100 - 120 200 500 960

Y/Y0-0

Трансформаторы напряжения проверяются только по номинальному напряжению и нагрузке приборов в соответствующем классе точности. По напряжению ТН проходит, по допустимой мощности в классе точности «1» тоже.

Устанавливаем на каждую секцию шин НТМК-10-71У3.

Выбор шин

 А

(1)

где  – расчётная мощность нагрузки на подстанции,  – номинальное напряжение сети.

Выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения размером 120х8 с допустимым током 1900 А, расположение – плашмя.

 мм2

 (1)

где  –минимальное сечение шины, С – постоянный коэффициент.

 мм2

 (1)

где  –расчётное сечение выбранной шины, a и b – размеры шины.

 мм3 =19,2*10-6 м3

 (1)

где  – момент сопротивления выбранной шины, a и b – размеры шины.

 мм4 =115-9 м4

 (1)

где  – момент сопротивления выбранной шины, a и b – размеры шины.

 м

 (1)

где  – длина шины.

 Н

 (1)

где  – расстояние между шинами, -.коэффициент формы, принимаем равный 1, - ударный ток короткого замыкания, F- сила, действующая на среднюю фазу.

 Нм

 (1)

где  – момент изгибающий шину, F- сила, действующая на среднюю фазу,  – длина шины.

 Нм

 (1)

где  – момент, изгибающий шину, F- сила, действующая на среднюю фазу,  – длина шины.

 МПа

 (1)

где  – момент, изгибающий шину,  – момент сопротивления выбранной шины,  – расчётная величина механического сопротивления шины.

 МПа, как видно расчётная величина не превышает допустимой для данного материала, значит, данную шину можно использовать.

Выбор трансформатора собственных нужд

Поскольку мы не знаем состава нагрузки на трансформатор собственных нужд, то мы его примем 1,5% от силового трансформатора. В качестве ТСН можно установить ТМ-400/10.

Выбор изоляторов

 Н

(1)

где  – расстояние между шинами, -.коэффициент формы, принимаем равный 1, - ударный ток короткого замыкания, F- сила, действующая на изолятор.

Устанавливаем опорный изолятор типа ИОСПК-2-10/75-II-УХЛ1.

В качестве опорного изолятора для шин устанавливаем ИП-10/2000-3000У

Таблица 21 Параметры опорного изолятора

Паспорт Расчённое
Upmax, кВ 12 >  Uраб, кВ 10,5
Fдоп, Н 2000 >  Fрасч, Н 1234

Таблица 22 Параметры проходного изолятора

Паспорт Расчённое
Upmax, кВ 12 >  Uраб, кВ 10,5
Fдоп, Н 3000 >  Fрасч, Н 1234
Imax, А 2000 >  Iраб, А 1737

Выбор аккумуляторных батарей

 А

(1)

где  – ток в аварийном режиме, -ток потребляемый релейной защитой , - ток потребляемый аварийным освещением.

 А

 (1)

где  – ток в аварийном режиме, -ток потребляемый приводом выключателя , - толчковый ток.

 шт

 (1)

где  – напряжение на шинах в режиме постоянного подзаряда, - напряжение подзаряда принимаем 2,15 В, n0- число элементов.

 шт

 (1)

где  – напряжение на шинах в режиме постоянного подзаряда, - напряжение разряда принимаем 1,75 В, n- число элементов при разрядке.

 шт

 (1)

где N – добавка АБ, n- число элементов при разрядке, n0- число элементов.

 (1)

где W – марка АБ.

Необходимо использовать АБ СК-2.

 А

 (1)

где  – ток максимального разряда.


Вывод

Данная работа представляла собой прикладную задачу по выбору оборудования ГПП предприятия. В ходе выполнения работы был получен опыт проектирования и выбора оборудования для электроэнергетической отрасли и закреплены знания полученные на лекциях.


Список литературы

1. Неклепаев «Электрическая часть станций и подстанций», материалы по курсовому и дипломному проектированию.

2. Васильев «Электрическая часть станций и подстанций»