Расчет комплектной трансформаторной подстанции и ее элементов

4. Описание полной электрической схемы КТП, его устройства и конструкции

Конструкция и устройство КТП.

Комплектной трансформаторной подстанцией (КТП) называется подстанция, которая состоит из трансформаторов и блоков (КРУ или КРУН и других элементов), поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.

В эксплуатации КТП надежны и безопасны, так как их конструкция исключает возможность случайного прикосновения к токоведущим частям. Ревизия и замена поврежденной коммутационной аппаратуры осуществляются быстро, без сложных демонтажных или монтажных работ и отключения прочих электроприемников, питаемых подстанцией.

КТП внутренней установки состоит из блока ввода высокого напряжения 10 кВ, силового трансформатора одного и комплектного распределительного устройства низкого напряжения (0,4 кВ) с предусмотренной проектом защитно-коммутационной аппаратурой, приборами измерения, сигнализации и учета электроэнергии.

Трехфазное напряжение (10 кВ) от источника или от другой подстанций поступает в высоковольтный выключатель нагрузки, обеспечивающий включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы.

После чего параллельно к линии питания подключают высоковольтные разрядники. При повышении напряжения сверх номинального значения разрядник срабатывает и ограничивает напряжение на фазе установки. Высоковольтные блоки выполняют в виде короба со съемной дверью на лицевой стороне (для КТП до 630 кВ А) или шкафа из листовой стали с верхней и нижней наружными и верхней сетчатой внутренней дверьми и комплектуют трехполюсными разъединителями с сетчатым ограждением и предохранителями ПК или без них. Сетчатая дверь снабжена блокировкой с приводом разъединителя.

Шкафные вводы высокого напряжения (для КТП 630--2500 кВА) комплектуют выключателем нагрузки с ножами заземления и двумя приводами -- к выключателю и ножам заземления. Между выключателем и сетчатой дверью имеется блокировка, не позволяющая включать выключатель при открытой сетчатой двери. В высоковольтном блоке размещается сухая разделка питающего кабеля.

Трансформаторы со стороны ВН при холостом ходе или номинальной нагрузке отключаются выключателями нагрузки, а при перегрузке или коротком замыкании -- предохранителями.

КТП укомплектован силовым масляным трехобмоточным трансформатором общего назначения с естественным масляным охлаждением класса напряжения 10 кВ.

Комплектное распределительное устройство на 0,4 кВ состоит из шкафа вводов и шкафов отходящих линий со встроенными выдвижными автоматами втычного исполнения, измерительными, защитными и сигнальными приборами и аппаратами.

Электрическая схема комплектной трансформаторной подстанции

Описание электрической схемы КТП

QS1 - высоковольтный выключатель нагрузки.

Коммутационные аппараты (выключатели) предназначены для осуществления оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении. Во включенном состоянии выключатели должны беспрепятственно пропускать токи нагрузки. Характер режима работы этих аппаратов несколько необычен: нормальным для них считается как включенное состояние, когда они обтекаются током нагрузки, так и отключенное, при котором они обеспечивают необходимую электрическую изоляцию между разомкнутыми участками цепи. Коммутация цепи, осуществляемая при переключении выключателя из одного положения в другое, производится нерегулярно, время от времени, а выполнение им специфических требований по отключению возникающего в цепи короткого замыкания чрезвычайно редко.

FV1...FV3 - высоковольтные разрядники.

Основными элементами вентильных разрядников являются искровые промежутки, последовательно соединенные с резистором, имеющим нелинейную вольтамперную характеристику (ВАХ).

FU5.. .FU7 - высоковольтные предохранители.

Предохранители - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Преимущественно предохранители используются для защиты от токов короткого замыкания.

TV1 - силовой трансформатор.

Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием электроэнергетических систем, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии на переменном трехфазном токе от электрических станций к потребителям.

QF1, QF2, QF3 - автоматические выключатели.

Автоматические выключатели (автоматы) низкого напряжения (до 1000 В) предназначены для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (коротких замыканий, перегрузок, снижения и исчезновения напряжения, изменения направления тока, гашения магнитного поля мощных генераторов в аварийных условиях и др.), а также для оперативной коммутации номинальных токов. Для обеспечения селективной (избирательной) защиты в автоматах предусматривается возможность регулирования уставок по току и по времени. Быстродействующие автоматы снижают время срабатывания и ограничивают отключаемый ток сопротивлением возникающей электрической дуги в автомате. Нередко эти факторы определяют принцип устройства и особенности конструкции автоматов.

ТА1, ТА2, ТАЗ - измерительные трансформаторы тока.

Трансформатор тока (ТА) служит для измерения, преобразования и передачи информации о режиме работы сильноточной цепи высокого напряжения в цепь низкого напряжения с целью ее последующей обработки. При этом одновременно ТА служит для изоляции первичной цепи высокого напряжения от вторичной цепи низкого напряжения, имеющей потенциал земли. Информация на вторичной стороне используется как для целей измерения мощности при помощи амперметра, ваттметра, качества энергии, так и для системы релейной защиты. Поэтому ТА, как правило, имеют две вторичные обмотки: одну для измерения, другую для защиты. Вторичный ток ТА имеет нормированные значения: 5 или 1 А. Первичная цепь трансформатора тока постоянно включена в цепь высокого напряжения и является первым элементом (датчиком контроля тока) системы релейной защиты. От точности передачи информации зависит четкость и быстрота ликвидации аварии.

РА1...РАЗ амперметры.

Амперметры для измерения электрического тока устанавливают на всех трансформаторах и линиях, питающих приемники электроэнергии или их группы. Амперметры устанавливают в одной фазе. Три амперметра предусматривают только в тех цепях, где возможна не симметрия нагрузки фаз приемников (освещение, сварочные посты, конденсаторные батареи). Амперметры включают непосредственно в сеть или через трансформаторы тока.

SA1 переключатель (рубильник).

Переключатель (рубильник) - предназначен для ручного включения и отключения цепей с постоянным или переменным напряжением. В данном случае применяется трехполюсный переключатель с центральным рычажным приводом и дугогасительной камерой. Включение и отключение линии уличного освещения осуществляется вручную выключателем SA1.

Технические характеристики ТМ-160/6

Активное и индуктивное сопротивление, мОм трансформатора

5. Выбор кабеля для отходящих линий КТП

(кабель низкого напряжения) по номинальному напряжению и току нагрузки, учитывая, что длительно допустимый ток кабеля должен быть на 20 % больше номинального тока линии.

Удельное сопротивление прямой последовательности при t=65C

6. Определение сопротивления трансформатора и кабелей

Номинальный ток трансформатора:

Где - полная мощность трансформатора в кВА.

Полное сопротивление трансформатора:

где - напряжение короткого замыкания (КЗ) трансформатора в процентах, определяется по мощности силового трансформатора.

Активное сопротивление обмоток трансформатора:

Где - приведенное индуктивное сопротивление энергосистемы,

- переходное сопротивление контактов в местах соединения (принимаем равным 15мОм). Активным сопротивлением пренебрегаем.

7. Определение токов короткого замыкания (КЗ)

Для линии освещения:

Ток трехфазного короткого замыкания находится как:

Ток двухфазного короткого замыкания:

Ток однофазного короткого замыкания в месте установки двигателя:

где и - соответственно активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности, Ом;

и - соответственно активное и индуктивное сопротивления цепи, Ом.

где , - активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора.

, - активное и индуктивное сопротивление кабелей.

, - активное и индуктивное сопротивление проводника, которые находятся также как и сопротивления кабелей:

Для первой линии:

Ток трехфазного короткого замыкания:

Ток двухфазного короткого замыкания:

Ток однофазного короткого замыкания:

Для второй линии: Ток трехфазного короткого замыкания:

Ток двухфазного короткого замыкания:

Ток однофазного короткого замыкания:

8. Определение ударного тока короткого замыкания

Ударный коэффициент зависит от и определяется кривым изменения ударного коэффициента.

,

9. Проверка условия нормального пуска двигателя

У двигателей - легкий пуск, следовательно, должно выполняться условие:

где - пусковой ток двигателя, рассчитываемый как:

где - кратность пускового тока двигателя.

Первый двигатель: ( =6.5)

Второй двигатель: ( =7)

10. Выбор автоматических выключателей

Выбор автоматический выключателей проводится согласно условиям:

· Величина номинального напряжения должна соответствовать величине номинального напряжения нагрузки;

· Номинальной ток расцепителя выбирается по номинальному току нагрузки.

Выбранный автомат должен быть проверен по ПКС (предельной коммутационной способности). Выбираем автоматический выключатель QF1 для защиты трансформатора:

1. По номинальному напряжению:

2. По номинальному току расцепителя:

160

Выбираем автоматический выключатель QF2 для первой линии:

1. По номинальному напряжению:

2. По номинальному току расцепителя:

100

Выбираем автоматический выключатель АE2000.

Проверим по ПКС:

Выбираем автоматический выключатель QF3 для второй линии:

1. По номинальному напряжению:

2. По номинальному току расцепителя:

100

Выбираем автоматический выключатель АE2000.

Проверим по ПКС:

Параметры выбранных выключателей:

Ток короткого трансформатора (силового):

Электродинамическая стойкость:

Термическая стойкость:

Ток короткого замыкания до силового трансформатора:

Ток короткого замыкания после силового трансформатора:

Ток на стороне высшего напряжения:

Выбираем предохранитель с кварцевым наполнителем ПКТ 101-6-31,5-20 УЗ

Проверим выбранный предохранитель по условиям:

а)

б)

в)

20 кА > 1994.48 А

Условия выполнены, предохранители выбраны правильно.

Выберем предохранители низкого напряжения для линии освещения.

а)

б)

в)

4500 А > 1994.48 А

Условия выполнены, предохранители выбраны правильно.

При выборе выключателя, его номинальные параметры сравниваются с параметрами сети в точке, где они устанавливаются. Номинальное напряжение должно быть не меньше номинального напряжения установки.

Номинальные параметры выключателя:

Проверим по условиям:

а)

б)

в)

г)

Все условия выполнены, выключатель нагрузки выбран правильно.

а)

б)

в)

г)

Все условия выполнены, разъединитель выбран правильно.