Расчет подстанции "Сибирская" 110/10 кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Описательная часть

1.1 Характеристика основных электроприемников подстанции

Подстанция «Сибирская» 110/10 кВ - проходная, двухтрансформаторная, со шлейфовым заходом предназначена для трансформации, передачи и распределения электроэнергии на напряжение 110 кВ и 10 кВ потребителям.

Питающая линия ВЛЭП 110 кВ, диспетчерское обозначение «Петухово-Тяга», на подстанцию (ПС) заходит на первую, вторую и обходную секцию шин (с.ш.) 110 кВ, через разъединители 110 кВ, типа РНДЗ-2-110. Секционный, трансформаторные и линейные выключатели, типа ВМТ-110Б-40/2000. К первой с.ш. подключена ВЛЭП 110 кВ «Ново-Георгиевка», ВЛЭП 110 кВ «Петухово».

ВЛЭП 110 кВ «Петухово-Тяга» отходит от ПС «Сибирская», и питает ПС «Петухова-Тяга» принадлежащую ОАО «РЖД», и является потребителем первой категории, по надежности электроснабжения, питание подходит с двух сторон.

Основными электроприемниками на напряжении 10 кВ являются потребительские подстанции 10 кВ, через РУ 10 кВ, выполненное по типа КРУН с двумя секциями шин.

От первой секции шин 10 кВ питаются ВЛ-10 №4, ВЛ-10 №5, ВЛ-10 №6, СМВ-10, ввод-10-1, ТП-10-2, от второй секции шин питаются ВЛ-10 №1, ВЛ-10 №2, ВЛ-10 №3, ввод-10-2, ТП-10-1, все потребителя 10 кВ по надежности электроснабжения относятся к III категории.

В КРУН-10 кВ установлен маслинный выключатель типа ВК-10, ячейки выполнены по типу К-59.

Электроприемники потребляют переменный ток, промышленной частоты 50 Гц. Бытовые потребители состоят из однофазных электроприемников до 1000 В промышленной частоты.

1.2 Требования, предъявляемые к схеме подстанции

релейный электроприемник подстанция однофазный

Для обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей важное значение имеет выбор схемы первичных электрических соединений подстанции. Схема должна содержать возможно меньшее количество оборудования и выполняться так, чтобы оперативные переключения можно было осуществлять достаточно просто, удобно и безопасно.

Такая необходимость возникает в нормальных режимах, при выводе оборудования в ремонт, проведении испытаний, ликвидации аварий и др. Изменения в схемах электрических соединений производятся посредством коммутационных аппаратов. В установках напряжением выше 1000 В-это выключатели, разъединители, отделители, а в установках напряжением до 1000 В-автоматические выключатели, контакторы, магнитные пускатели, рубильники.

Различают первичные и вторичные схемы электрических соединений энергообъектов. К первичным относятся цепи, по которым электроэнергия передается по силовому оборудованию от источника к потребителям. Первичные схемы можно условно разделить на главные схемы электрических соединений подстанции и схемы электрических соединений собственных нужд. Вторичные это цепи постоянного и переменного тока, которые служат для питания аппаратуры управления, защиты, автоматики, измерительных приборов и др.

Для выбора главной схемы электрических соединений подстанции определяющими факторами являются расположение подстанции в энергосистеме и её назначение (узловая, транзитная, тупиковая), мощность, передаваемая через подстанцию, количество отходящих линий и уровни их напряжений, количество и мощность трансформаторов и автотрансформаторов, наличие синхронных компенсаторов или статических конденсаторов.

Схема должна обеспечивать надежное электроснабжение присоединенных потребителей с учетом их категории, экономичную работу, наличие или отсутствие резервных источников питания.

1.3 Основные принципы проектирования подстанций

Проектирование подстанции должно предусматривать удобный подвод дорог, удобные подходы и выходы воздушных линий электропередачи всех напряжений и кабельных сооружений в требуемых направлениях с учетом развития. Расположение зданий и установка электрооборудования должны обеспечивать возможность производства всего комплекса монтажных работ и ремонта оборудования при эксплуатации. В проекте необходимо предусматривать прогрессивные технические решения и мероприятия обеспечивающие возможность выполнения работ индустриальными методами.

Компоновка и конструктивное исполнение подстанции должны производиться на основании главной схемы электрических соединений.

Наиболее рациональной компоновкой ОРУ на подстанциях является компоновка с расположением оборудования в одной плоскости, когда оборудование размещается на нулевой отметке, чем обеспечивается удобство и безопасность его обслуживания.

Решение схемных и компоновочных вопросов подстанций следует преимущественно принимать по типовым схемам и проектам, где использовано минимальное количество электрооборудования и приняты блочные конструкции заводского изготовления.

При проектировании системы электроснабжения исходят из раздельной работы линий и раздельной работы трансформаторов, так как при этом снижаются токи короткого замыкания, упрощаются схемы первичной коммутации и релейная защита. Для восстановления питания потребителей следует применять простейшие схемы автоматики АВР, АПВ.

Система электроснабжения строится таким образом, чтобы все ее элементы находились под нагрузкой. «Холодный» резерв в линиях и трансформаторах не применяется. При таком режиме работы уменьшаются потери электроэнергии и повышается надежность, так как долго находившийся в бездействии «холодный» резервный элемент может при его включении отказать в работе в следствии каких-либо неисправностей, оказавшимися незамеченными. «Скрытый» резерв предусматривается в самой схеме электроснабжения, которая при послеаварийном режиме должна быть в состоянии принять на себя необходимую нагрузку.

1.4 Основные принципы проектирования воздушных линий электропередач

Проектирование конкретной линии электропередачи ведется на основании разработанной схемы развития электрической системы. В задании на проектирование указываются пункты начала и конца линии, номинальное напряжение, число цепей, марка проводов, материал опор. На основании предварительных изысканий трассы для рабочего проектирования линии устанавливаются также расчетные климатические условия: толщина стенки гололеда, максимальная скорость ветра, высшая, низшая и среднегодовая температуры.

Воздушные линии сооружаются преимущественно на унифицированных опорах, при этом нет необходимости для каждой проектируемой линии разрабатывать конструкцию опор. Поэтому при проектировании должны решаться следующие вопросы: рациональный выбор и применение унифицированных опор, прочностной расчет проводов и тросов в нормальных и аварийных режимах, расстановка опор по профилю трассы линии.

В механический расчет воздушных линий электропередачи входят:

· Расчет опор и их фундаментов;

· Расчет проводов и грозозащитных тросов.

Задача механического расчета проводов и тросов состоит в обеспечении прочности и габаритов для следующих условий:

1) нормального режима работы ВЛ, под которым понимается состояние ВЛ при необорванных проводах и тросах;

2) аварийного режима работы, который характеризуется оборванными одним или несколькими проводами или тросами. При этом проверяются тяжение и стрелы провеса в пролетах, смежных с аварийным;

3) монтажного режима, характеризующегося состоянием в условиях монтажа опор, проводов и тросов;

4) режим работы ВЛ, связанных с возможными приближениями проводов к элементам опор и сооружения по рабочему напряжению, возможными внутренними и атмосферными перенапряжениями.

Расчет производится в следующей последовательности:

1. Выбор материалов и конструкций проводов, тросов и поддерживающих зажимов.

2. Выбор схемы размещения проводов и тросов на опорах.

3. Выбор материалов опор и основного типа опор для ВЛ.

4. Выбор расчетного пролета линии.

5. Определение напряжений в материале и стрел провеса проводов и тросов в нормальном режиме работы (систематический расчет), в том числе для наихудших условий.

6. Определение тяжений по проводам и тросам при обрыве части из них.

7. Расчет переходов через инженерные сооружения в нормальном и аварийном режимах.

8. Расчет габаритов провода до элементов опоры, зданий и сооружений под воздействием ветра.

9. Расчет габаритов между проводами и тросами по условиям грозозащиты.

10. Расстановка опор по трассе ВЛ.

11. Расчет монтажных стрел провеса (монтажных кривых).

В соответствии с ПУЭ [3], механический расчет проводов и тросов производится по методу допустимых напряжений. В его основу положены нормируемые допустимые напряжения в материале провода при различных условиях с учетом возможных деформаций провода (троса) при его растяжении.

На воздушных линиях могут встретиться пролеты различной длины, что обусловлено рельефом местности, наличием различных преград и пересекаемых инженерных сооружений и пр. Поэтому по известным исходным данным применительно ко всем необходимым расчетным режимам работы линии заранее выполняют расчет провода заданной марки для всего диапазона длин пролетов, которые могут получиться на данной линии, называемый систематическим расчетом. Он дает информацию о механическом напряжении в проводе и стрелах провеса при решении различных задач, возникающих в процессе проектирования механической части линии.

Воздушные линии оказывают определенное влияние на окружающую среду: занимают часть земельной площади, при высоких напряжениях создают заметную напряженность электрического поля, генерируют радиопомехи и акустические шумы. При выборе вариантов трассы следует стремиться уменьшить отрицательное воздействие воздушных линий на окружающую среду и выполнять требования их гармоничного слияния с окружающим ландшафтом. При этом с целью снижения стоимости сооружения и эксплуатации линии проектировщик стремится, чтобы трасса была как можно короче, максимально приближалась к дорогам и существующим линиям. Необходимо избегать мест с болотами и широкими поймами рек, оползнями, районов с грязной атмосферой. При прохождении линии по культурным землям трасса должна выбираться так, чтобы сельскому хозяйству наносился минимальный ущерб. В лесных массивах трассы линий прокладываются вдоль имеющихся просек. Направление трассы выбирают таким, чтобы по возможности избегать ее сближения с линиями слабого тока. Кроме того, следует стремиться к минимальной реконструкции пресечений с другими линиями электропередачи.

В предварительных изысканиях для выбранной трассы получают сведения о высшей, низшей и среднегодовой температурах, направлении и максимальной скорости ветра, максимальной толщине стенки гололеда, интенсивности гроз.

Вариант трассы линии согласовывается с рядом организаций: управлениями энергосистем, связи, железных и шоссейных дорог, отделами архитектуры и др.

После окончательного принятия варианта трассы выполняются технические изыскания: вешение линии, пикетаж, нивелирование, составление абриса и определение характера грунтов. Вешение линии - это обозначение оси линии непосредственно на местности с помощью специальных вех. После этого приступают к ее промеру, для чего через каждые 100 м забивают пикеты. Каждый пикет имеет номер и отметку превышения его местоположения относительно какой-то зафиксированной отметки, полученной посредством нивелирования. По этим высотным отметкам вычерчивают профиль трассы. Одновременно с выполнением пикетажа составляют абрис трассы, т.е. зарисовывается ситуация местности на расстоянии 25 м по обе стороны трассы. На абрисе указываются углы поворота линии, их направление.

В результате технических изысканий получают план и продольный профиль трассы линии. В практике проектирования горизонтальный масштаб обычно принимают 1:5000, а вертикальный - 1:500. Продольный профиль используют после проведения соответствующих расчетов проводов и тросов для проектной расстановки опор по трассе линии.

2. Расчетно-техническая часть

2.1 Реконструкция ВЛЭП 110 кВ «Петухово-Тяга»

Как и на любом предприятии в ОАО «Курганэнерго» решаются вопросы стратегического развития такие как; освоение новых технологий, снижение потерь. Решением одного из таких вопросов было реконструкция ВЛЭП 110 кВ ПС «Сибирская» для передачи дополнительной мощности на ПС «Петухово-Тяга» ОАО «РЖД», и дальнейшего развития региона в целом. Благодаря этому ликвидируется оборудование которое устарело, в частности, замена выключателя, а также оптимизируется схема электроснабжения.

Рисунок 2.1. Однолинейная схема ПС «Сибирская»

2.2 Расчет ВЛЭП 110 кВ «Петухово-Тяга»

В районе проектирования ВЛ зима суровая продолжительная, лето теплое короткое. Минимальная температура зимних холодных суток составляет -38?С, максимальная температура в летние месяцы +38?С.

Сооружаемая трасса ЛЭП 110 кВ относится к III району по гололеду и IV ветровому районам. На унифицированных свободностоящих опорах будут смонтированы провода АС-240/32 нормальной конструкции, технические данные которого приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

	Проводник	Сердечник	Провод
Сечение,	244	31,7	275,7
Диаметр, мм	21,6	3,6	25,2
Масса, кг/км	-	-	921

Интенсивность внешних воздействий принимают исходя из частоты повторяемости гололедных и ветровых нагрузок 1 раз в 10 лет.

Максимальный нормативный скоростной напор ветра Qн=650 () IV района.

Нормативная толщина стенки гололеда для III района 10 (мм).

Рассчитаем удельные механические нагрузки на провода от внешних воздействий

· Постоянно действующая нагрузка от собственной массы провода:

,

где 9,81 - коэффициент скрутки,

М - масса провода.

Для получения единичной нагрузки от собственного веса необходимо вес умножить на .

· Временно действующая нагрузка от массы гололедных отложений:

,

где g0 - объемный вес,

с - толщина стенки гололеда,

d - диаметр провода.

· Суммарная нагрузка:

· Горизонтальная нагрузка от давления ветра на провод свободный от гололеда:

,

где б - коэффициент неравномерности;

Сх - аэродинамический коэффициент.

· Временно действующая нагрузка от давления ветра на провод с гололедом:

· Результирующая удельная нагрузка от собственной массы и давления ветра:

· Результирующая удельная нагрузка от массы провода с гололедом и давлением ветра:



Вывод: сравнение нагрузок г6 и г7 показывает, что г7< г6, поэтому наибольшей нагрузкой является г6. В дальнейших расчетах будем ориентироваться на шестую нагрузку.

Определим физико-механические характеристики провода и критические длины пролетов

Сталеалюминевый провод состоит из 2-х сплошных частей: внутренней - в виде стального круглого цилиндра и внешней - в виде алюминиевого слоя, т.е. в работе участвуют два разных металла, имеющие различные физико-механические свойства и по-разному воспринимающие действия внешних сил и изменение температуры по сравнению с той, при которой провод был изготовлен. Поэтому для определения коэффициента линейного удлинения (расширения) комбинированных проводов необходимо предварительно определить соотношение m сечений алюминия и стали.

Согласно техническим данным провод АС-240/32 нормальной конструкции имеет поперечные сечения: Fa=244, Fс=31,7, тогда

В соответствии с таблицей 2.5.7. (ПУЭ) для сечения 150 и более при m=7,61ч8,04 допустимое напряжение при среднегодовых температурах .

Среднеэксплуатационные условия характеризуются, т.к. линия 110 кВ, то унифицированная опора должна быть стальная, 2х цепная. Выбираем опору типа ПБ 110-5 (1 - табл. 1.34), тогда (для расчетов принимаем 520 м).

Т.к. длина пролета меньше 800 м, то стрела провисания провода:

.

Определим длину провода в пролете при стреле провисания провода f=13,645 м:

Для реконструируемой линии 110 кВ, на местности характеризуемой следующими видами температур:

Найдем значение температурного коэффициента расширения (б), модуль упругости (Е), допускаемое значение эквивалентного механического напряжения для характерных эксплуатационных условий.

Решим уравнение состояния провода для пролетов различной длины и построим графические зависимости изменения механического напряжения в проводе. Вычислим значения критических длин пролета и выберем определяющие климатические условия для расчета проводов на прочность.

Воспользуемся предыдущими расчетами и по таблице 2.5.8. и 2.5.7. (ПУЭ), выберем значения:

Рассчитаем изменение значений среднеэксплуатационного напряжения (уэ) в проводе, которые будут возникать в пролетах различной длины, если требуется обеспечить сохранение допускаемых напряжений при условиях . Для этого составим и решим уравнение состояния провода в 2х вариантах.

Вариант 1.

Исходные условия - режим наибольшей нагрузки , а искомые условия - среднеэксплуатационные.

,

,

,

.

Неполное кубическое уравнение решается итерационным методом. Напряжение на каждой последующей ступени будет определяться:

, - напряжение на предыдущей итерации,

- производная по переменной у на итерации k.

, тогда

.

Исследуем, как изменяется уk в зависимости от длины пролета при возникновении гнб.

На нулевой итерации l=0.

Если l->?, то .

Получим зависимости коэффициентов А и В от длины пролета:

, .

Вариант 2.

Исходные условия - режим минимальных температур, искомые условия - среднеэксплуатационные.

Исследуем, как изменяется напряжение в проводе при установлении режима наинизших температур.

Если l->0, то .

Если l->?, то .

Получим зависимости коэффициентов А и В от длины пролета:

, .



Рис. 2.2. Зависимости напряжений в проводе от длины пролета

Графические зависимости пересекаются при ?220 м.

Пролет, в котором напряжение в проводе достигает наибольшего значения при наинизшей температуре , называется первым критическим пролетом и обозначается . Для вычисления необходимо сравнить .

Если , то имеет мнимое значение.

Если , то следует вычислить.

Пролет, в котором напряжение в проводе достигает наибольшего значения при наибольшей нагрузке, называется третьим критическим пролетом и обозначается . Для вычисления необходимо сравнить .

Если , то имеет мнимое значение.

Если , то следует вычислить.

В нашем случае: 56,44<81 => вычисляется,

63,8<81 => вычисляется.



Очевидно, что между первым и третьим критическими пролетами должен находится такой пограничный пролет, при котором напряжение в проводе достигает одинаковых значений, как при наинизшей температуре, так и при наибольшей нагрузке. Такой пролет называется вторым критическим пролетом и обозначается .

Теперь необходимо сравнить и между собой.

Если <, то не имеет смысла вычислять.

Если >, то следует вычислить.

В нашем случае: 289,87>284,14.

Для выбора определяющих климатических условий для расчета провода на прочность необходимо значения lв (вероятное) или lр (реальное) сопоставить с критическими длинами.

lв=lр=520 м, >=> для расчета берем .

lв=lр=520 м > =286,89 м.

Вывод: расчетным является режим наибольших нагрузок.

Рассчитать значение критической температуры ик и выявить климатические условия соответствующие наибольшему провисанию провода. Вычислить длину габаритного пролета

При расчете провода на прочность для конкретного пролета необходимо знать, в каком режиме стрела провеса провода имеет наибольшее значение: при образовании гололедных отложений или при наивысшей температуре. При определенной температуре воздуха стрела провеса провода, находящегося под воздействием собственного веса, достигнет такого же значения, как и наличии гололедных образований. Такая температура называется критической, обозначается .

Местность характеризуется наивысшей температурой ик = +38?С.

Т.к. и+< ик, то наибольшее провисание провода при гололеде и габаритные условия гололедные.

Габаритным пролетом называется промежуточный пролет воздушной линии такой длины, при которой на ровной местности для заданных высот подвески проводов на соседних опорах обеспечивается нормируемый вертикальный габарит от низшего провода до земли при климатических условиях, соответствующих наибольшему провисанию провода заданной марки.

Значение габаритного пролета определяется путем решения уравнения состояния провода, в котором исходными условиями являются расчетные, а искомыми - габаритные.

Введем коэффициенты А, В, С и упростим уравнение:



Таким образом получим биквадратное уравнение вида:

.

Вывод:, следовательно, расчетные условия выбраны верно.

Подобрать изоляторы для комплекта гирлянд, подвешанных на промежуточных и анкерных опорах

По своему назначению гирлянды подвесных изоляторов делятся на поддерживающие и натяжные. Поддерживающие изоляторы применяются на промежуточных опорах, натяжные - на анкерных.

Шифр опоры ПБ 110-5, .Тогда

Ориентировочный вес гирлянды составляет GГ=800Н. Электромеханическая разрушающая нагрузка изолятора: Рп=60000 Н.

Для промежуточных опор при наибольшей нагрузке:

, где

nф - количество проводов в расщепленной фазе

При среднеэксплуатационных условиях:

.

По наибольшему значению выбираем изоляторы типа ПС-40А с разрушающей механической нагрузкой 40 кН, строительная высота одного звена 0,11 м, масса одного изолятора 1,7 кг. В гирлянде 14 шт., тогда длина поддерживающей гирлянды:

л=14?0,11=1,54 м.

Нормативную нагрузку приложенную к натяжным гирляндам находим для 2х условий. Принимаем lвес.п=lвес.ан=608 м.

При наибольших нагрузках:

В формулу подставляем значение соответствующее пролету для заданного типа опоры. Т.к. определяющими климатическими условиями были гололедные, то воспользуемся первой кривой (см. рис. 2.1).

При среднеэксплуатационных условиях:

Выбираем изолятор типа ПС-120 с разрушающей механической нагрузкой 120 кН, высота звена 0,146 м, масса одного изолятора 3,9 кг. В гирлянде 12 шт., тогда длина натяжной гирлянды:

л=12?0,146=1,752 м.

Построение расстановочного шаблона

Шаблон для расстановки опор по профилю трассы представляет собой три кривые-параболы, расположенные друг над другом со сдвигом по вертикали. Расстановочный шаблон представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3. Расстановочный шаблон

Верхняя парабола (1) называется кривой провисания провода, уравнение которой имеет вид:

,

где - значение длины габаритного пролета в метрах

.

.

Тогда получим:

, .

Средняя парабола (2) называется габаритной кривой. Она сдвинута по вертикали вниз от параболы (1) на расстояние, равное требуемому габариту Г с запасом габарита на 0,3 м.

.

Нижняя парабола (3) называется земляной кривой. Ее строят для правильного наложения шаблона на профиль трассы без измерения высоты подвеса провода на опорах . Кривая (3) сдвинута относительно кривой (1) на расстояние:

Результаты расчетов представим в виде таблицы 2.2.

На шаблоне указываем значения габаритного пролетов.

Таблица 2.2 Результаты расчетов для построения шаблона

x	у1	у2	у3
0	0	-8,3	-23,96
50	0,46	-7,84	-23,5
100	1,87	-6,43	-22,09
140	3,66	-4,64	-20,3
190	6,75	-1,55	-17,21
240	10,77	2,47	-13,19
290	15,73	7,43	-8,23
365	24,91	16,61	0,95

Шаблон для расстановки опор по продольному профилю трассы представлен на рисунке 2.4.



Рисунок 2.4 Шаблон для расстановки опор по профилю трассы

Расстановка опор по продольному профилю трассы производится следующим образом: шаблон накладывается на профиль трассы так, чтобы кривая 3 пересекала профиль в месте установки первой анкерной опоры, а кривая 2 касалась его. При этом ось у должна находиться в вертикальном положении. Тогда другая точка пересечения кривой 3 с профилем будет соответствовать месту установки первой промежуточной опоры. При таком положении шаблона во всех точках пролета габарит до земли будет не меньше допустимого. Затем шаблон передвигается и аналогичным образом находится положение следующей опоры.

Если длина последнего пролета в конце анкерного участка окажется малой, то её следует увеличить, уменьшая соответственно ряд длин соседних пролетов и стремясь, чтобы все они были примерно одинаковыми. С помощью шаблона производим дополнительную проверку и убеждаемся, что при перемещении опор габариты остаются не меньше допустимых.

Расчет грозозащитного троса

В качестве грозозащитного троса принят трос ТК-11 сечением 70мм², установлен на опоре типа ПБ 110-5 и имеет высоту от границы верхней траверсы до вершины тросостойки 5,5 м. Длина гирлянды изоляторов - 1,54 м, длина тросовой гирлянды - .



Рисунок 2.5 Промежуточная стальная свободностоящая двухцепная опора типа ПБ 110-5

Исходные данные к расчету троса:

Площадь сечения каната 72.95 мм², масса 1 км - 627,4 кг, , , d_т=42 мм.

Значения температур: .

Допускаемые напряжения: .

Рассчитаем защитный угол проводов верхней траверсы на опоре:

,

Рассчитаем защитный угол проводов средней траверсы на опоре:

.

Рассчитываем удельные нагрузки, действующие на трос:



Исходные условия - атмосферных перенапряжений.

Искомые условия - наибольшей нагрузки.

Таблица 2.3. Результаты расчетов напряжений в грозозащитном тросе при условии возникновения наибольшей механической нагрузки

lгаб	тнб0	тнб1	тнб2	тнб3	тнб4
486,23	600,00	495,066	468,102	466,390	466,384

Расчет нагрузок на опоры

Промежуточная опора типа ПБ 110-5. Рассчитаем нагрузки на опору:

Постоянные нагрузки:

а) собственный вес опоры:

.

б) собственный вес гирлянды изоляторов:

в) собственный вес проводов:

г) собственный вес троса:

.

Тяжения нет.

Итого:

Кратковременные нагрузки:

а) от давления ветра на провода без гололеда при направлении ветра перпендикулярно ВЛЭП:

б) от давления ветра на трос без гололеда:

в) от давления ветра на опору:

г) от веса гололеда на провода:

д) от веса гололеда на трос:

Итого по кратковременным нагрузкам: 18,113даН10³.

Тогда нормативная сжимающая нагрузка:

, а нормативная вырывающая нагрузка: .

Расчетные нагрузки:

а) от собственного веса опоры, веса проводов, веса троса, а также гирлянды изоляторов:

б) от веса гололеда на проводах и тросах:

в) от давления ветра на опору:

г) от давления ветра на провода и тросы, свободные от гололеда:

Тогда расчетная вырывающая нагрузка:

Грунт - песок. Выбираем марку фундамента Ф3-2. Размеры плиты 1,8х1,8 м при глубине заложения h_п=2,7 м. Масса подножника 2,9т. Нормативная сжимающая нагрузка N_сн=27,126даН10³. Нормативная вырывающая нагрузка N_вн=17.893даН·10³. Модуль деформации грунта Е=3000 даН10³/м². Расчетная вырывающая нагрузка N_вр=32.071даН10³.

Расчет по деформациям (на сжатие):

Среднее давление по подошве фундамента не должно превышать расчетного давления на основание:

, где ,

где _ср - среднее давление по подошве фундамента, даН10³/м²;

R_s - давление на грунт основания подножников унифицированных опор, рассчитанное из условий предельных деформаций в нормальном режиме работы линии, даН10³/м²; N_сн - нормативная сжимающая нагрузка, даН10³;

F - площадь фундамента, м²;

_з - объёмный вес грунта обратной засыпки, 1,7·10³даН/м³;

h_п - глубина заложения фундамента, м.

.

Условие расчета на сжатие соблюдено.

Расчет по деформациям (на вырывание):

.

Относительное заглубление плиты h/a=2,7/1,8=1,5, тогда:

R_з = 6 даН10³/м².

Условие расчета на вырывание соблюдено.

Расчет по прочности:

Параметры грунта обратной засыпки:

₀= ц^н = 0,6·29/1,1 = 15,82

с₀= с^н = 0,6·1,1/2,4 = 0,275 даН 10³/м²

Размеры призмы выпирания: а=1,8 м;

а₁=а+2·h·tg(₀) = 1,8 + 2·2,7·tg (15,82)=3,33 м.

Объем обелиска:

.

Сумма площадей боковых поверхностей:

Расчет по прочности:

;

;

Условие по прочности соблюдено.

Анкерная опора типа У110-2В. Рассчитаем нагрузки на опору:

Постоянные нагрузки:

а) собственный вес опоры:

.

б) собственный вес гирлянды изоляторов:

.

в) собственный вес проводов:

г) собственный вес троса:

д) сила тяжения провода:

е) сила тяжения троса:

Итого:



Кратковременные нагрузки:

а) от давления ветра на провода без гололеда при направлении ветра перпендикулярно ВЛЭП:

б) от давления ветра на трос без гололеда:

в) от давления ветра на опору:

;

г) от веса гололеда на провода:

.

д) от веса гололеда на трос:

.

Итого по кратковременным: 14.253даН10³.

Тогда нормативная сжимающая нагрузка:

, а нормативная вырывающая нагрузка: .

Расчетные нагрузки:

а) От собственного веса опоры, веса проводов, веса троса, а также гирлянды изоляторов и сил тяжения провода и троса:

.

б) От веса гололеда на проводах и тросах:

.

в) От давления ветра на опору:

.

г) От давления ветра на провода и тросы, свободные от гололеда:

Тогда расчетная вырывающая нагрузка:

.

Грунт - песок. Выбираем марку фундамента Ф5-2. Размеры плиты 2,4х2,4 м при глубине заложения h_п=3,2 м. Масса подножника 4,46т. Нормативная сжимающая нагрузка N_сн = 41.655 даН10³. Нормативная вырывающая нагрузка N_вн=14.253даН10³. Модуль деформации грунта Е=3000даН10³/м². Расчетная вырывающая нагрузка N_вр=48,417даН10³.

Расчет по деформациям (на сжатие):

Среднее давление по подошве фундамента не должно превышать расчетного давления на основание:

, где ,

где _ср - среднее давление по подошве фундамента, даН10³/м²; R_s - давление на грунт основания подножников унифицированных опор, рассчитанное из условий предельных деформаций в нормальном режиме работы линии, даН10³/м²; N_сн - нормативная сжимающая нагрузка, даН10³;

F - площадь фундамента, м²;

_з - объёмный вес грунта обратной засыпки, 1,7·10³даН/м³;

h_п - глубина заложения фундамента, м.

Условие расчета на сжатие соблюдено.

Расчет по деформациям (на вырывание):

Относительное заглубление плиты h/a=3.2/2.4=1,33, тогда:

R_з = 5 даН10³/м²,

Условие расчета на вырывание соблюдено.

Расчет по прочности:

Параметры грунта обратной засыпки:

₀= ц^н = 0,6·29/1,1 = 15,82

с₀= с^н = 0,6·1,1/2,4 = 0,275 даН 10³/м²

Размеры призмы выпирания:

а =2,4 м; а₁ = а + 2·h·tg(₀) = 2,4 + 2·3,2·tg (15,82) = 4,21 м

Объем обелиска:

.

Сумма площадей боковых поверхностей:

.

Расчет по прочности:

.

.

Условие по прочности соблюдено.

Составление монтажной таблицы и построение монтажных графиков провода для характерных пролетов линии

- отношение площадей алюминия и стали;

- доля вытяжки;

,

где F - модуль неупругости;

,

где D - модуль релаксации;

где F_м - монтажный модуль упругости;

;

.

Таблица 2.4. Результаты расчетов монтажных напряжений

мС	-38	-28	-18	-10	-5	0	5	10	15	20	30	38
А	53,8826	41,9376	29,9926	20,4366	14,4641	8,4916	2,5191	-3,4534	-9,4259	-15,3984	-27,3434	-36,8994
м0	98,44265	92,19622	87,21367	84,2903	82,99391	82,13006	81,71247	81,74799	82,23602	83,1686	86,30291	89,92719
м1	102,8581	97,0451	91,65563	87,63046	85,25668	83,01327	80,92697	79,03024	77,35795	75,9436	73,99507	73,34718
м2	102,6261	96,76514	91,41922	87,49525	85,19399	83,0036	80,91922	78,93602	77,04994	75,25876	71,96805	69,64699

Таблица 2.5. Результаты расчетов монтажных стрел провисания

мС	-38	-28	-18	-10	-5	0	5	10	15	20	30	38
lпрв
438	7,640967	8,103769	8,577653	8,962342	9,204433	9,447329	9,690681	9,934151	10,17733	10,41955	10,89598	11,2591
lгаб
486,23	9,416372	9,986708	10,5707	11,04477	11,34311	11,64245	11,94234	12,24239	12,54206	12,84057	13,4277	13,87519
lmax
607,787	14,71306	15,60421	16,51669	17,25743	17,72359	18,1913	18,65988	19,1287	19,59694	20,06335	20,98074	21,67995

Рисунок 2.4. Монтажные стрелы провисания в зависимости от температуры

2.3 Выбор оборудования и токоведущих частей

Выбор оборудования и токоведущих частей на стороне 110 кВ подстанции

Выбор питающей линии

Выбор питающей линии произведем по экономической плотности тока.

F_э = I_нб/j_э; (3.1)

где I_нб - наибольший ток линии в нормальном режиме при наибольших нагрузках;

j_э - экономическая плотность тока, принимаемая по / 2, 234 /

j_э = 1,2 А/мм²;

I_нб =S/(•U_н•n), (3.2)

где S - мощность, передаваемая по линии;

S = S_р.п+S_транз.,

здесь S_р.п - суммарная расчетная мощность электроприемников подстанции, кВ•А;

S_транз. - мощность транзита, кВ•А;

S = 66144 + 10479 = 76623 кВ•А;

U_н - номинальное напряжение, кВ;

n - количество цепей линии;

I_нб = 76623/(•110•2) = 201 А;

F_э = 201/1,2 = 167,5 мм²

Принимаем провод АС - 185

Неизолированный провод имеет большую поверхность охлаждения, поэтому проверка на термическую стойкость не производится.

Проверка сечения на нагрев в нормальном и послеаварийном режимах:

I_{дл. доп} ? I_нб, (3.3)

где I_{дл. доп} - длительно допустимая нагрузка на одну цепь, по /6, 308/, А;

I_{дл. доп}= 500 А;

500 А > 201 А.

Условие выполняется.

I_{дл. доп} ? I_ав., (3.4)

где I_ав - ток в послеаварийном режиме, А;

I_ав= I_нб•2 = 201•2 = 402 А; (3.5)

500 А > 402 А.

Условие выполняется.

Выбор шин и ошиновки

На ОРУ-110 кВ принимаем жесткие шины трубчатого сечения.

Выбор сварных шин производится по нагреву, по условию:

I_max ? I_доп., (3.6)

где I_max - максимальный рабочий ток, А;

А; (3.7)

I_доп - допустимый ток на шинах выбранного сечения, А;

По /4, 32/ принимаем алюминиевые сборные шины трубчатого сечения.

Внутренний диаметр - d=17 мм, наружный диаметр - D=20 мм; длительно допустимый ток - I_{доп т} = 345 А.

I_доп = 0,92• I_{доп т} = 0,92•345 = 317,4 А, (3.8)

где 0,92 - показывает уменьшение допустимого тока на 8% для горизонтальной прокладки шин.

С учётом поправочных коэффициентов на температуру

I_доп = 317,4•1,29 = 409,446А;

I_max = 377 А < I_доп = 409,446 А.

Проверка шин на термическую стойкость при коротком замыкании производиться по условию:

q_min<q, (3.9)

где q_min - минимальное сечение шин по условию термической стойкости, мм²;

q_min = , (3.10)

где с = 91 А/с^1/2•мм², функция, значения которой приведены в /5, 174/;

q_min = = 16,11 мм²;

q=мм²; (3.11)

q_min = 13,9 мм² < q =87,18 мм² - шины термически стойкие.

Проверка шин на электродинамическую стойкость

Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, на которую воздействуют электродинамические силы. Если собственные частоты колебательной системы шина - изолятор совпадут с частотой изменения электродинамических сил, то нагрузки на шины и изоляторы возрастут. Если собственная частота f₀ меньше 30 Гц и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает. В большинстве практически применяемых конструкций шин эти условия соблюдаются, поэтому ПУЭ не требует проверки на электродинамическую стойкость с учетом механических колебаний шинной конструкции. Определим пролет l при условии, что частота собственных колебаний будет меньше 30 Гц.

30?, (3.12)

где l - длина пролета между изоляторами, м;

J - момент инерции поперечного сечения шин относительно оси, перпендикулярной направлению перпендикулярной изгибающей силы, см⁴;

J= см⁴; (3.13)

q - поперечное сечение шины, см⁴.

Из формулы (3.13) получаем:

l²?м²;

l?= 2 м.

Принимаем расположение шин горизонтальное, пролет l = 9 м, расстояние между фазами а=2 м.

Механический расчет шин.

Наибольшее удельное усилие при трёхфазном коротком замыкании

f = •10^-7•k_ф•, (3.14)

где k_ф =1, коэффициент формы, по /3, 194/;

а = 2 м, расстояние между фазами;

f = •10^-7•1•=6,313•10^-7 Н/м;

Равномерно распределенная сила создает изгибающий момент:

М = , (3.15)

где l = 9 м, длина пролёта между опорными изоляторами шинной конструкции;

М = Н•м.

Напряжение, возникающее в материале шины, при воздействии изгибающего момента.

у_расч = , (3.16)

где W - момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярно действию усилия;

W = см³; (3.17)

а - расстояние между фазами, м;

l - длина пролёта между опорными изоляторами шинной конструкции, м;

у_расч = МПа.

Шины механически прочные, если будет выполняться условие:

у_расч? у_доп, (3.18)

где у_доп=41,2 МПа, для алюминия по /3, 224/;

у_расч = 13,44 Па < у_доп = 41,2 МПа - шины механически прочные.

Ошиновка на ОРУ выполняется гибким токопроводом, сечение которого принимается по допустимому току при максимальной нагрузке на шинах

I_max===294 А.

По /4, 31/ принимаем провод АС-95, q = 95 мм², I_доп = 320 А.

Проверка шин на схлестывание не производится, так как S^// = 633 МВ•А ? 4000 МВ•А.

Проверка на термическое действие тока к.з.

мм².

Следовательно, при принятом q = 95 мм² термическая устойчивость шин обеспечивается. Проверка по условиям коронирования в данном случае производится, не будет, так как согласно ПУЭ минимально допустимое сечение для воздушных линий 110 кВ - АС-70

Выбор силового оборудования

Таблица 3.1. Выбор силового оборудования

Наименование	Условия выбора	Расчетные данные	Тип оборудования	Технические данные	Примечания
Выключатели	Uном с.? Uном; Imax? Iном; Вк ? I2тер • tтер iу ? iпр. скв.; Iпо ? Iоткл	Uном с=110 кВ; Imax = 293 А; Вк=2,15 кА2•с; iу = 7,1 кА; Iпо =3,124 кА;	ЗАР1FG - 145/EK	Uном = 110 кВ; Iном = 4000 А; iпр. скв. = 32 кА; I2тер • tтер = 402•3 = =468,75кА2•с; Iоткл = 40 кА;	Imax== == = 293 А;
Разъединители	Uном с.? Uном; Imax ? Iном; Вк? I2тер • tтер; iу ? iпр. скв.;	Uном с=110 кВ; Imax = 293 А; Вк=2,15 кА2•с; iу = 7,1 кА;	РДЗ - 10У/ 1000 У1 тип привода ПРГ-2Б	Uном=35 кВ; Iном = 1000А; I2тер • tтер = =252•4=2500 кА2•с; iпр. скв.= 63 кА;	Разъедините ли принимаем по /1, 186/
Ограничители перенапряжений	Uном с.? Uном;	Uном с.= 110 кВ;	ОПН-110II УХЛ1	Uн = 110 кВ; Uнаиб.раб.=73 кВ; Iком. пер.= 280 А; Uост. не более 220 кВ; Iном.разр.= 5 кА.	Разрядники принимаем по /4, 307/
Трансформаторы тока	Uном с.? Uном; Imax ? I1ном;	Uном с. = 110 кВ; Imax = 293 A; Вк=2,15 кА2•с; iу = 7,1 кА;	ТГ - 110II	Uн = 110 кВ; класс точности - 0,5; Iн1 = 300 A; Iн2 = 5 А. I2тер • tтер = =252•4=2500 кА2•с; iпр. скв.= 63 кА;	Трансформаторы тока принимаем по /1,198/
Трансформаторы напряжения	Uном с.? Uном;	Uном с. = 110 кВ;	НАМИ-110 УХЛ1	UномI = 110 кВ; UномII =100 В; Класс точности 0,5; Sном = 400 В•А.	Трансформаторы напряжения принимаем по /1, 198/

Выбор опорных изоляторов

Жесткие шины крепятся на опорных изоляторах, выбор которых производится по следующим условиям:

релейный электроприемник подстанция однофазный

U_{ном с.}? U_ном; (3.19)

F_расч ?F_доп., (3.20)

где F_расч - сила, действующая на изолятор, Н;

F_расч = Н; (3.21)

F_доп. - допустимая нагрузка на головку изолятора, Н;

F_доп.=0,6•F_разр.,

здесь F_разр. - разрушающая нагрузка на изгиб, Н.

Принимаем изоляторы ИОСПК-10-110/450-II-УХЛ1 со следующими техническими характеристиками:

U_н = 110 кВ;

F_разр = 10 кН;

F_доп = 0,6•F_разр = 0,6•10 = 6 кН.

Произведем проверку изоляторов по условиям 3.19 и 3.20:

110 кВ<110 кВ;

0,039 кН < 6 кН.

Все условия выполняются.

Размещено на Allbest.ru