Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

Проектирование главной понижающей ПС промышленного предприятия 110/35/6-10 кВ

1. Задание

понизительный подстанция мощность энергосистема

Таблица 1. Сведения об электрических нагрузках, их координатах и характере потребления

Номер варианта	Номер ЭН	Мощность ЭН, МВА	Характер потребления*	Напряжение питания ЭН, кВ	Координаты ЭН, км	Категория питания потребителей
8	1	2,4+j1,2	Р	6	1,1	1,5	I, II
	2	1,6+j0,5	С	6	1,9	4,4
	3	5,1+j2,3	Р	6	3,7	4,1
	4	5,1+j4,5	Р	6	2,3	7,2

Таблица 2. Сведения о координатах и величине высокого напряжения, подаваемого на ввод предприятия

Номер варианта	Величина вводного напряжения, кВ		Координаты ввода, км
			х	y
8	110	11	3,2	6,5

Требуется:

В рамках курсового проекта ставится задача спроектировать главную понизительную подстанцию (ГПП) промышленного предприятия. Для решения задачи проектирования необходимо:

1) рассчитать центр электрических нагрузок (ЭН), и определить место установки ГПП на территории предприятия;

2) выбрать схему электроснабжения ГПП, и как минимум две схемы питания территориально-распределенных потребителей;

3) выбрать основное оборудование ГПП и отходящих питающих линий, в том числе элементы (трансформаторы тока, напряжения) для релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗиА). Указать, какими типами РЗиА необходимо укомплектовать ГПП и отходящие на ЭН фидеры. Возможно также использование предохранителей и автоматических выключателей;

4) определить мощность и место установки компенсирующих устройств;

5) рассчитать токи КЗ и выполнить проверку выбранного оборудования;

6) определить величину потерь электрической энергии в ЛЭП и трансформаторе(ах).

7) выполнить расчёт надежности системы электроснабжения предприятия;

8) провести технико-экономическое обоснование сравниваемых вариантов схемы питания промышленных потребителей.

2. Определение условного центра электрических нагрузок

Главная понизительная подстанция (ГПП) - одна из основных составляющих системы электроснабжения промышленного предприятия. В связи с этим, весьма важным вопросом при построении схем электроснабжения является наилучшее размещение подстанции на территории промышленного предприятия.

Центр электрических нагрузок (ЦЭН) - это точка с координатами (оо; зо), относительно этой точки показатели разброса нагрузок наименьшие.

(2.1)

Определение центра электрических нагрузок подстанции:

Отсюда следует, что точка местоположения источника питания имеет координаты (2,55; 4,81), в связи с максимальным приближением ГПП к центру электрических нагрузок достигается уменьшение экономических расходов, а также наименьший разброс электрических нагрузок относительно источника питания. Максимальное приближение подстанции к центру электрических нагрузок позволяет построить экономичную и надёжную схему электроснабжения, в связи с сокращением протяженности сетей вторичного напряжения, и уменьшением отклонения напряжения и потери электроэнергии.

Рис. 1 Картограмма нагрузок по активной мощности

3. Выбор схем электроснабжения промышленных предприятий

Надежность электроснабжения зависит от категории приемников, имеющихся на предприятии. При наличие хотя бы одной категории потребителей первой категории, в схеме следует использовать два независимых источника.

Схема радиального питания

Радиальными называют такие схемы, в которых электрическая энергия от центра питания передается прямо к цеховой подстанции, без ответвлений на пути для питания других потребителей. Эти схемы следует применять для питания мощных потребителей, т.к. имеют большое число отключающей аппаратуры (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Радиальная схема питания

Схема смешанного питания

Смешанными называют такие схемы, в которых электроснабжение осуществляется радиальными и магистральными линиями, и имеют наибольшее распространение на крупных объектах. Такое решение позволяет создать схему электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями, т.к. здесь возможны различные варианты схемы (рис. 2.2).



Рис. 2.2 Схема смешанного питания

Выбор схемы питания ГПП

Типовые схемы питания подстанций.

Два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линии.



Рис. 2.3

Два блока с отделителями и автоматической перемычкой со стороны линии.

Рис. 2.4

Мостик с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов.



Рис. 2.5

Четырехугольник.

Рис. 2.6

Выбор схемы питания ГПП был произведен в пользу схемы с двумя блоками с отделителями и автоматической перемычкой со стороны линии (рис. 2.4), т.к. данная схема позволит обеспечить требуемую надежность питания потребителей I, II категории и избежать неоправданных экономически затрат на дополнительное оборудование в случае выбора более сложной схемы.

4. Компенсация реактивной мощности

Применение силовых конденсаторов - один из основных способов компенсации реактивной мощности. Они применяются как по отдельности, так и в виде конденсаторных батарей с параллельно-последовательным соединением отдельных единиц.

Мы преследуем цель, направленную на увеличение коэффициента мощности системы, поэтому нам необходимы конденсаторы для повышения коэффициента мощности.

Расчет реактивной мощности компенсирующих устройств

Реактивная мощность компенсирующих устройств находится из выражения:

(4.1)

Q_р - расчетная мощность реактивной нагрузки в пункте его присоединения к питающей энергосистеме; Qв - то же, но отвечающая установленным предприятию условиям получения электроэнергии; tgц_р - тангенс угла, соответствующий коэффициенту мощности нагрузки; tgц_В - то же, но отвечающий установленным предприятию условиям получения электроэнергии (tgц_В=0,31) Р_р - расчетная мощность активной нагрузки в пункте его присоединения к питающей энергосистеме.

Тангенс угла мощности нагрузки:

(4.2)

Полная мощность системы равна:

, отсюда



Определяем реактивную мощность компенсирующих устройств:

Выбор компенсирующей установки

КУ представляет собой ячейки с размещенной в них аппаратурой управления, измерения и сигнализации, и конденсаторы, соединенные по схеме треугольник.

Выбираем КУ типа УКЛ(П) 56-6,3-1800 У1, с номинальной реактивной мощностью Q=1800 кВАр, с количеством ступеней, равной 7, длиной - 2475 мм, высотой - 2085 мм, массой - 899 кг.

КУ присоединяется к шине 6 кВ в количестве 2 штуки с общей мощностью 3600 кВАр рисунок 3.1. Итого нам удалось скомпенсировать Q=3,6

Рисунок 4.1

После компенсации реактивной мощности тангенс угла мощности нагрузки равен:

%

Нам удалось на 69,1% скомпенсировать реактивную мощность, тогда выражения для полной мощности имеет следующий вид:

МВА МВА

5. Выбор силового трансформатора

Для наиболее рационального построения схемы электроснабжения предприятия весьма важен правильный, технически и экономически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторов для ГПП.

Выбор числа трансформаторов

Наиболее экономически целесообразными являются двухтрансформаторные подстанции. При сооружении двухтрансформаторной подстанции желательно выбирать простую схему электрических соединений со стороны высших напряжений с числом выключателей, меньшим числа присоединений. Особенно выгоден такой подход при стоимости выключателя на стороне высшего напряжения соизмеримой со стоимостью трансформатора.

При питании потребителей первой категории от одной подстанции для обеспечения надежности питания необходимо иметь по одному трансформатору на каждой секции шин. Мощность трансформатора при этом должна быть выбрана таким образом, чтобы при выходе из строя одного из трансформаторов, второй обеспечивал питание всех потребителей первой категории.

Следовательно, останавливаем выбор на двухтрансформаторной подстанции, в связи с обеспечением ей надежной работы потребителей первой и второй категории.

Выбор мощности трансформаторов

Прежде чем выбрать трансформатор, следует вычислить общую нагрузку, сложив мощности четырех потребителей (табл. 1)



Суммарная расчетная полная мощность ЭН с учетом компенсации:

МВА

Таким образом, мы выбираем двухтрансформаторную подстанцию с целью обеспечения надежной работы потребителей первой и второй категории.

Силовые трансформаторы должны соответствовать условию по перегрузке:

(5.1)

В нашем случае мощность силовых трансформаторов должна быть:

МВА

По справочнику выбираем трансформатор ТДН 16000/110

Выбираем два трансформатора ТДН 16000/110/6 по 16 МВА каждый. Загрузка трансформатора в нормальном режиме составит:

В случае отключения одного из трансформаторов мощностью 16 МВА оставшийся в работе трансформатор вполне сможет пропустить без перегрузки всю потребляемую мощность

Данные трансформатора ТДН 16000/110/6

Определим годовые потери мощности и энергии в трансформаторе.

Найдем нагрузку, при которой необходимо переходить на работу с двумя трансформаторами.

Потери энергии в обоих трансформаторах, при круглосуточной работе предприятия

6. Расчет надежности питания ГПП 110/6

Требуемая надежность питания для систем электроснабжения промышленных предприятий может быть обеспечена необходимым количеством трансформаторов, секцией шин, питающих линии и средствами автоматики.

Составим блок-схему ГПП 110/6 для одной цепи, т.к. все пять цепей одинаковы.



Рис. 6.1 Блок-схема ГПП:

1,7 - ЛЭП 110 кВ;

16,23 - КЛ 6 кВ;

2, 3, 5, 6, 8, 12, 17, 14, 21 - разъединители;

4, 9, 11, 13, 15, 18, 20,22 - выключатели;

10,19 - силовые трансформаторы 110/6

В цепь входят следующие элементы:

разъединители, выключатели, трансформаторы 110/6, линии питания 110 и 6 кВ. Параметры надежности данных элементов приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 Параметры надежности элементов цепи

Оборудование	Ожидаемое число отказов л, 1/год	Ожидаемое число восстановлений м, 1/год
Трансформатор двухобмоточный, 110 кВ	0,03	70
Выключатель	0,01	910
Разъединитель	0,002	590
Линии	110 кВ	0,08	800
	6 кВ	0,25	600

Основные формулы:

Вероятность безотказной работы системы электроснабжения.

(6.1)

Параметр потока отказа для последовательного соединения, где b - число элементов в системе электроснабжения.

(6.2)

Параметр потока восстановления для последовательного соединения:

(6.3)

Параметр потока отказа для параллельного соединения:

(6.4)

Параметр потока восстановления для параллельного соединения:

(6.5)

В результате расчета надежности СЭС определяется параметр потока отказа л_С и параметр потока восстановления м_С, а также:

среднее время безотказной работы:

(6.6)

среднее время восстановления:

(6.7)

коэффициент готовности:

(6.8)

Упростим блок-схему:

Рис. 6.2 Упрощенная блок-схема ГПП

Рассчитаем параметры потока отказа и восстановления элементов 26 и 27:

Рассчитаем параметры потока отказа и восстановления элементов 28 и 31:

Рассчитаем параметры потока отказа и восстановления элементов 29 и 30:

Рассчитаем параметры потока отказа и восстановления элементов 32 и 33:

Упрощаем блок-схему:

Рис. 6.3 Упрощенная блок-схема ГПП

Рассчитаем параметры потока отказа и восстановления элемента 35:

Рассчитаем параметры потока отказа и восстановления элемента 34:

Рассчитаем параметры потока отказа и восстановления элемента 36:

Рассчитаем параметры потока отказа и восстановления системы:

Рассчитаем среднее время безотказной работы:

Рассчитаем среднее время восстановления:

Рассчитаем коэффициент готовности по формуле:

Таким образом, вероятность безотказной работы системы электроснабжения определяется.

Таблица 6.2 Вероятность безотказной работы системы электроснабжения

	1 год	2 год	5 лет	10 лет
	0,974	0,949	0,877	0,769

Выбранная схема отвечает критериям надежности.

7. Выбор марки проводов и кабелей всех линий

Расчет рабочего тока в линии

Рабочий ток в линии определяется по формуле:

(7.1)

Выбор сечения проводника по нагреву

Сечение проводников в цеховых электрических сетях определяется по нагреву расчётным током с последующей проверкой выбранного сечения по потере напряжения.

Для выбора сечения и проверки проводов по нагреву токами нагрузки пользуемся справочными таблицами предельных допустимых токов, составленными для различных марок проводов и кабелей и условий прокладки согласно ПУЭ.

Нормальной температурой окружающей среды при прокладке проводов и кабелей в земле и воде является +15°С. Для кабелей, проложенных в земле, допустимые нагрузки приняты из расчёта прокладке в траншее одиночного кабеля. При прокладке рядом нескольких кабелей условия охлаждения изменятся и здесь также необходимо вводить поправочные коэффициенты.

Сечение провода или жилы кабеля выбирается с соблюдением следующего условия:

(7.2)

, (7.3)

где - расчётный ток; - допустимый длительный ток; - поправочный коэффициент (или произведение коэффициентов, если их несколько); - расчётный ток с учётом поправочных коэффициентов.

Результаты расчетов сведены в таблицы 7.1 и 7.2

Таблица 7.1. Для радиальной схемы питания

	Ввод 110кВ	ЭН1	ЭН2	ЭН3	ЭН4
S, МВА	14,4	2,68	1,67	5,59	6,8
U, кВ	110	6	6	6	6
	75,6	258	160	538	655
Марка провода	АС	ПВП	ПВП	ПВП	ПВП
Температура среды	15	15	15	15	15
Число кабелей	1	1	1	1	1
	375	370	370	604	677
kп	1	1	1	1	1
F, ммІ	120	120	120	300	400

Таблица 7.2. Для смешанной схемы питания

	Ввод 110 кВ 1 (2)	Л 1 (4)	Л 2 (3)
S, МВА	14,4	9,48	7,26
U, кВ	110	6	6
	75,6	894	699
Марка провода	АС	ПВП	ПВП
Температура среды	15	15	15
Число кабелей	1	3	1
	375	933	759
kп	1	0,9	1
F, ммІ	120	800	500

Выбор сечения кабеля по потерям напряжения

Потери напряжения в линии определяется:

(7.4)

где S_р - полная расчетная мощность в линии, МВА; U - номинальное напряжение в линии, кВ; z - полное сопротивления линии, Ом.

(7.5)

,

где r₀ - удельное активное сопротивление линии, Ом/км; x₀ - удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км; l - длина линии.

Отклонение напряжение (норма составляет +10 и -5%)

(7.6)

Активное удельное сопротивление линии, Ом/км:

(7.7)

где S - сечение провода, жилы кабеля, мм²; г - удельная проводимость, равная 31,7 [] для алюминия и 53 [] для меди.

Значение x₀ берем из справочника [1].

Значения x_o ориентировочно для проводов проложенных в земле = 0,06 Ом/км.

Длины линий для радиальной схемы и для смешанной схемы

Расчет значений сведем в таблицы

Таблица 7.3. Для радиальной схемы

	Ввод 110кВ 1 (2)	ЭН1	ЭН2	ЭН3	ЭН4
F, ммІ	120	370	370	300	400
ro, Ом/км	0,262	0,05	0,05	0,062	0,047
xo, Ом/км	0,4	0,06	0,06	0,06	0,06
r, Ом	0,474	0,18	0,038	0,083	0,112
x, Ом	0,724	0,21	0,045	0,081	0,144
z, Ом	0,865	0,27	0,05	0,115	0,182
U, кВ	110	6	6	6	6
L, км	1,81	3.61	0,76	1,35	2,4
ДU, В	113	120	13.9	107,1	206,2
е, %	0,1	2	0,23	1,78	3,4

Таблица 7.4. Для смешанной схемы

	Ввод 110кВ 1 (2)	Л 1 (4)	Л 2 (3)
F, ммІ	120	800	500
ro, Ом/км	0,262	0,0076	0,037
xo, Ом/км	0,4	0,02	0,06
r, Ом	0,474	0,053	0,073
x, Ом	0,724	0,14	0,12
z, Ом	0,865	0,15	0,14
U, кВ	110	6	6
L, км	1,81	7.06	1.98
ДU, В	113	237	169
е, %	0,1	3,95	2,8

Подобранные сечения позволяют поддерживать отклонение напряжения в заданных пределах, а выбранные проводники соответствуют техническим требованиям по потерям напряжения.

8. Потери мощности и электроэнергии

Потери мощности и электроэнергии в трансформаторах

Потери мощности и электроэнергии в трансформаторе 110 мы рассчитывали в пункте 5.2, для имеющихся мощностей, значения сведем в таблицу 8.1 по формулам, приводимых ранее.

Таблица 8.1 Параметры потери мощности и электроэнергии в трансформаторах

	ТДН-16000/110
kз	0,45
ДРхх, кВт	25
ДРкз, кВт	85
uк, %	10,5
ix, %	0,7
Qх, квар	112
Qк, квар	1680
ДРґмх, кВт	30,6
ДРмґк, кВт	169
ДРмґ, кВт	64,82
ДW, МВтч	567,82
ДV, МВарч	8541

Где кВт/квар (зависит от места расположения завода).

(Тгод=8760 ч)

Время потерь определяем по справочнику при .

Реактивные потери электроэнергии в трансформаторе:

?V=?Q_кз?ф+?Q_хх•T_вкл

МВарч

Потери мощности и электроэнергии в линиях

Потери мощности и электроэнергии в линиях определяются так:

(8.1)

Значения расчетов сведем в таблицы 8.1 и 8.2

Таблица 8.1. Параметры потери мощности и электроэнергии в линиях для радиальной схемы питания

	Ввод 110 кВ 1 (2)	Л 1	Л 2	Л 3	Л 4
Р, МВА	14,2	2,4	1,6	5,1	5,1
Q, МВАр	2,62	1,2	0,5	2,3	4,5
R, Ом	0,474	0,18	0,038	0,083	0,112
U, кВ	110	6	6	6	6
X, Ом	0,724	0,21	0,045	0,081	0,104
L, км	1,81	3.61	0,76	1,35	2,4
ДР, кВт	8,16	36	2.9	72,1	143,9
ДQ, квар	12,4	42	3,5	70,4	133,6
ДW, МВтч	71.4	315	25.4	631.5	1260
ДV, МВтч	108.6	368	30.6	616.7	1170

Таблица 8.2. Параметры потери мощности и электроэнергии в линиях для смешанной схемы питания

	Ввод 110 кв 1 (2)	Л1 (4)	Л2 (3)
Р, МВА	14,2	7,5	6,7
Q, МВАр	2,62	5,7	2,8
r, Ом	0,474	0,053	0,073
U, кВ	110	6	6
x, Ом	0,724	0,14	0,12
L, км	1,81	7.06	1.98
ДР, кВт	8,16	130	106.9
ДQ, квар	12,4	345	175.7
ДW, МВтч	71.4	1138	936.44
ДV, МВтч	108.6	3022	1540

Список используемой литературы

1. Алиев Исмаил Ибрагимович. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учеб. пособие для вузов / И.И. Алиев. - 4-е изд., доп. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. - 477 с.

2. Евдокунин Георгий Анатольевич. Электрические системы и сети / Г.А. Евдокунин. - СПб: Изд-во Сизова М.П., 2001. - 304 с.

3. Кудрин Борис Иванович. Электроснабжение промышленных предприятий: учеб. для вузов / Б.И. Кудрин. - 2-е изд. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 670 с.

4. Поспелов Григорий Ефимович. Электрические системы и сети: Учеб. для вузов / Г.Е. Поспелов, В.Т. Федин, П.В. Лычев; Федин В.Т.; ред. - Минск: Технопринт, 2004. - 710 с.

5. Рожкова Лениза Дмитриевна. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учеб. / Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В. Чиркова. - 2-е изд., стер. - М.: Академия, 2005. - 447 с.

6. Правила устройства электроустановок. Издание седьмое. - М.: Энергия, 2003.

7. Электротехнический справочник: В 4 т. / ред. В.Г. Герасимов. Т.3: Производство, передача и распределение электрической энергии. - 8-е изд., испр. и доп. - 2004. - 964 с.

Размещено на Allbest.ru