Выбор и расчёт параметров трансформаторов связи для устранения аварийного режима

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Количество линий - 2x270

Собственные нужды - 5%;

РУ (СН)-220 кВ;

Нагрузка СН-300 МВт;

РУ (ВН)- 500 кВ;

S_К.З.- 3000 МВА.



1 Выбор структурных схем

1.1 Выбор первой структурной схемы

Для первого варианта рассматривается аварийный режим, при котором переток максимален, если блоки на 220 кВ будут выведены из строя. Для этого варианта нужно поставить 2 автотрансформатора связи по 500 МВА. Этот выбор объясняется полученным перетоком в 353 МВА в аварийном режиме, чтобы покрыть нагрузку на 220 кВ.

(1)

Таблица 1.1 - Параметры трансформатора

Название	Uк, %	ДPк.з, кВт	ДPхх, кВт	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
АТДЦТН-500000/500/220	11,5	1050	230	11

Турбогенераторы выбираются согласно данным, по номинальной мощности, в моем случае 200 МВт. Выбирается турбогенератор ТВВ-200-2.

Таблица 1.2 - Параметры турбогенератора

Название	Частота, об/мин	Мощность, МВА	Напряжение,кВ	x??d, от.ед.	cosц	КПД, %
ТВВ-200-2	3000	235,3	15,75	0,19	0,85	98,7

Блочные трансформаторы на 220 кВ выбираются, исходя из ВН и НН и коэффициенту загрузки.

Для этого напряжения выбираем трансформатор



Таблица 1.3 - Параметры трансформатора

Название	Uк, %	ДPк.з, кВт	ДPхх, кВт	Rт	Xт
ТДЦ-250000/220/15,75	11	650	240	0,6	25,7

(2)

Проверяется по коэффициенту загрузки по формуле (1):

Блочные трансформаторы на напряжение 500 кВ

Таблица 1.4 - Параметры трансформатора

Название	Uк, %	ДPк.з, кВт	ДPхх, кВт	Rт	Xт
ТДЦ-250000/500/15,75	13	600	250	2,65	143

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Вариант № 1



1.2 Выбор второй структурной схемы

Выбор основного оборудования для второго варианта

Для второго варианта выбираются автотрансформаторы связи на 500 МВА, исходя из максимального перетока со стороны 220 кВ, равного 318 МВА.

По формуле (1)

Таблица 1.5 - Параметры трансформатора

Название	Uк, %	ДPк.з, кВт	ДPхх, кВт	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
АТДЦТН-500000/500/220	11,5	1050	230	11

Блочные трансформаторы выбираются аналогично первому варианту, разность будет лишь в их количестве.

Рисунок 2 - Вариант № 2



2. Технико-экономическое сравнение вариантов

Технико-экономическое сравнение вариантов производится с целью выявления наиболее экономичного варианта распределения генераторов между различными напряжениями, определения мощности генераторов (трансформаторов), выбора схемы РУ, когда заданным техническим требования удовлетворяют несколько схем.

При выполнении расчёта исключаем капиталовложения на закупку генераторов и трансформаторов СН, т.к. их типы одинаковы в обоих вариантах.

Экономически целесообразный вариант определяется минимумом приведенных затрат:

(3)

где К - капиталовложения на сооружение электроустановки, у.е.;

р_н - нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений, равный 0,12;

И_а - амортизационные отчисления;

И_о - издержки на обслуживание;

И_пот - потери.

Капиталовложения на отдельное оборудование обоих вариантов представлены в табл. 2.1.

При расчёте ОРУ 220 кВ учтено то обстоятельство, что при установке генератора на шины высокого и среднего напряжений стоимость ОРУ увеличивается на 30 %.



Таблица 2.1- Технико-экономическое сравнение

Оборудование	Первый вариант	Второй вариант
	Стоимость единицы, у.е.	Количество единиц, шт.	Общая стоимость у.е.	Стоимость единицы, у.е..	Количество единиц, шт.	Общая стоимость у.е.
ОРУ 500 кВ	74100	1	74100	91200	1	91200
ОРУ 220 кВ	247000	1	247000	212800	1	212800
ТДЦ-250000/220	469000	3	1407000	469000	2	938000
ТДЦ-250000/110	438000	1	438000	438000	2	876000
АТДЦТН-500000/500/220	332000	2	664000	-	-	-
АОДЦТН-250000/500/220v3	396000	-	-	396000	2	792000
ТВВ-200	300000	4	1200000	300000	4	1200000
Общая стоимость, у.е	4030100	4110000

Рассчитываются годовые потери по формуле 4:

(4)

где ДР_хх - потери холостого хода;

ДР_кз - потери короткого замыкания;

S_н - номинальная мощность трансформатора, МВ·А;

S_м - максимальная нагрузка трансформатора;

Т - число часов работы трансформатора, можно принять Т= 8760 час.

ф - число часов максимальных потерь, при Т = 5000 час., ф = 3500 час.

Потери в блочных трансформаторах ТДЦ-250000/220

Потери в блочных трансформаторах ТДЦ-250000/110

Потери в автотрансформаторах связи АТДЦТН -500000/500 (для первого варианта)

Потери в автотрансформаторах связи АОДЦТН - 167000/220 (для второго варианта)

Таблица 2.2 - Сравнение двух вариантов

	Вариант 1	Вариант 2
Трансформатор	Потери 1 тр-ра, 103 кВт*ч	Кол-во	Стоимость кВт*ч	Всего в у .е. 103 кВт*ч	Потери 1 тр-ра, 103 кВт*ч	Кол-во	Стоимость кВт*ч	Всего в у .е
ТДЦ-250000/220	5710,03	3	2,5	42825,3	5710,03	2	2,5	28550
ТДЦ-250000/220	4970,62	1	2,5	12428,55	4970,62	2	2,5	24853
АТДЦТН - 500000/500	1013,86	2	2,5	5069,3	-	-	-	-
АОДЦТН - 167000/500v3	-	-	-	-	2321,43	4	2,5	5803,575
Итого, у .е. 103 кВт*ч	60322,8	59206,6

Считается H_а и Н_о

Возьмем, что:

(H_а + Н_о)=(10-15)% от капитальных затрат

Для первого варианта

(H_а + Н_о)=0,124030100=483612 у.е.

Для второго варианта

(H_а + Н_о)=0,124110000=493200 у.е.



Подводится общий итого всех затрат по формуле (3)

Для первого варианта:

Для второго варианта:

Согласно проведенному технико-экономическому сравнению, исходя из расчёта затрат на сооружение системы, нужно выбрать вариант № 1 , а также первый вариант выигрывает по надежности и эксплуатации оборудования. Вследствие этого выбирается вариант № 1.



3. Расчёт токов короткого замыкания

Для выбора и проверки электрических аппаратов необходимо, прежде всего, правильно оценить расчётные условия КЗ: составить расчётную схему, наметить места расположения расчётных точек КЗ, определить расчётное время протекания тока КЗ и расчётный вид КЗ.

Составим расчётную схему, (которая представляет собой однолинейную электрическую схему проектируемой станции, в которую включены все источники питания и все возможные связи между ними и системой.

Рассчитаем сопротивления элементов, используя данные задания и параметры выбранных ранее трансформаторов и генераторов.

Расчёт будет производиться в относительных единицах.

Принимаем S_б = 1000 МВ·А.



К1 К2

К3 К4

Рисунок 3.1- Схема замещения

Рассчитываются сопротивления по формулам

Для линии

(5)

где Х_уд - удельное сопротивление 1 км линии, равное 0,4 Ом.

l - длина линии, 300 км;

U_ср.н.² - средненоминальное напряжение, 230 кВ;

n - число цепей, 2

Сопротивление системы по формуле:

(6)

Трансформаторы блока (ТДЦ - 250000/220)

(7)

Трансформаторы блока (ТДЦ - 250000/110)

Генераторы (ТВВ-200)

(8)

Для автотрансформатора АТДЦТН-500000/500



Схема эквивалентируется до простейшей:



К2

К1

К3

Рисунок 3.2 - Результирующая схема замещения

3.1 Считаются токи КЗ для точки К1

Определяют

Определяют схемы

Принимают относительное значение периодической составляющей тока в месте повреждения за единицу () и находят коэффициенты распределения, т. е. долю участия в токе КЗ каждого источника.

На основании законов Кирхгофа можно записать:

(9)

Таким образом, используя коэффициенты распределения, можно по суммарному току в месте КЗ определить, как он распределится по ветвям. Правильность вычисления коэффициентов можно проверить по выполнению условия

Учитывая, что токораспределение по ветвям должно оставаться неизменным, получаем

(10)

Определение начального значения периодической составляющей тока КЗ по известной итоговой схеме замещения не представляет затруднений

(11)

Но для начала нужно найти базисный ток по формуле (12)

(12)

Теперь рассчитывается периодическая составляющая по формуле (11)

Рассчитывается ударный ток по формуле (13)

(13)

Для этого случая , а



3.2 Рассчитываются токи короткого замыкания в точке К2

Для расчёта токов короткого замыкания в точке К2 необходимо посчитать базисный ток по формуле (12)

Теперь рассчитывается периодическая составляющая по формуле (11)

По формуле (13), рассчитывается ударный ток

3.3 Рассчитываются токи короткого замыкания в точке К3 и К4

Считается базисный тока

Периодические составляющие

По формуле (13), рассчитывается ударный ток

Таблица 3.1 - Периодические токи

Точка	От генераторов	От генераторов	От системы	Суммарный ток, кА
К1	1,895	3,05	1,647	6,59
К2	4,24	6,92	3,69	14,85
К3	54	88,2	47	189,2

Таблица 3.2 - Ударные токи

Точка	От генераторов	От генераторов	От системы	Суммарный ток, кА
К1	5,29	8,52	4,6	18,4
К2	11,84	19,33	10,3	41,5
К3	150,82	246,35	131,3	410,9



4. Выбор коммутационной аппаратуры

Полный выбор выключателей, разъединителей, ячеек КРУ включает в себя проверки по многочисленным критериям, для использования которых необходимо рассчитать не только периодическую составляющую тока КЗ в начальный момент времени и ударный ток КЗ, но и следующие величины:

- периодическая составляющая тока КЗ в момент времени t;

- аппериодическая составляющая тока КЗ в момент времени t;

- процентное содержание апериодической составляющей тока КЗ;

- тепловой импульс.

4.1 Выбор генераторных выключателей

Рабочий ток, протекающий в нормальном режиме через выключатель, вычислим по формуле

При КЗ через генераторный выключатель течет либо ток КЗ от системы, либо ток КЗ от генератора. Ток КЗ от генератора больше, чем от системы.

Поэтому при выборе генераторного выключателя в качестве параметра сети принимается не суммарный ток КЗ, а составляющая тока КЗ от генератора.

Выключатель - ВГМ-20-90-11200У3



Таблица 4.1 - Выбор генераторных выключателей

Критерий выбора	Условие выбора	Параметры выключателя	Параметры сети
По номинальному напряжению	Uн= Uэу	Uн=20 кВ	Uэу=16 кВ
По номинальному току	Iн> Iраб.	Iн=11,2 кА	Iраб.=8,62 кА
По отключающей способности	Iоткл.н.> Iпо	Iоткл.н.= 90 кА	Iпо=88,2 кА
По электродинамической стойкости	Iдин> iуд	iдин=320 кА	iуд=246 кА
По термической способности	30276>11,2	Iтер2*tтер	Bк=Iпо2*tотк

4.2 Выбор выключателей высокого напряжения

Для начала необходимо рассчитать рабочий ток

В отличие от генераторного выключателя, через выключатели РУ-ВН при коротком замыкании течет суммарный ток от системы и генераторов. Поэтому при выборе данных выключателей в качестве параметра сети принимается суммарный ток КЗ.

Выключатель ВВБ-220Б-31,5/2000У1

Таблица 4.2 - Выбор выключателей 220 кВ

Критерий выбора	Условие выбора	Параметры выключателя	Параметры сети
По номинальному напряжению	Uн= Uэу	Uн=220 кВ	Uэу=220 кВ
По номинальному току	Iн> Iраб.	Iн=2 кА	Iраб.=0,62 кА
По отключающей способности	Iоткл.н.> Iпо	Iоткл.н.=31,5 кА	Iпо=14,85кА
По электродинамической стойкости	Iдин> iуд	iдин =102 кА	iуд = 41,5кА
По термической способности,	5000>7,6	Iтер2*tтер	Bк=Iпо2*tотк

Выключатель - ВВ-500Б

Рабочий ток



Таблица 4.3 - Выбор выключателей 500 кВ

Критерий выбора	Условие выбора	Параметры выключателя	Параметры сети
По номинальному напряжению	Uн= Uэу	Uн=500 кВ	Uэу=500 кВ
По номинальному току	Iн> Iраб.	Iн=3,15 кА	Iраб.=0,27 кА
По отключающей способности	Iоткл.н.> Iпо	Iоткл.н.=32 кА	Iпо=6,59 кА
По электродинамической стойкости	Iдин> iуд	iдин =80 кА	iуд = 18,4 кА
По термической способности	9408>33,02	Iтер2*tтер=9408	Bк=Iпо2*tотк=33,02

4.3 Выбор разъединителей РУ ВН

При выборе разъединителей используются те же точки, что и при выборе выключателей

Разъединитель РДЗ-220/630 У1

Таблица 4.4 - Выбор разъединителей 220 кВ

Критерий выбора	Условие выбора	Параметры выключателя	Параметры сети
По номинальному напряжению	Uн= Uэу	Uн=220 кВ	Uэу=220 кВ
По номинальному току	Iн> Iраб.	Iн=0,63 кА	Iраб.=0,62 кА
По электродинамической стойкости	Iдин> iуд	iдин =100 кА	iуд = 41,5кА

Разъединитель РНВ-500/2000 У1

Таблица 4.5 - Выбор разъединителей 500 кВ

Критерий выбора	Условие выбора	Параметры выключателя	Прамаетры сети
По номинальному напряжению	Uн= Uэу	Uн=500 кВ	Uэу=500 кВ
По номинальному току	Iн> Iраб.	Iн=2 кА	Iраб.=0,27 кА
По электродинамической стойкости	Iдин> iуд	iдин =45 кА	iуд = 18,4 кА

4.4 Выбор разрядников

Для защиты от атмосферных и кратковременных внутренних перенапряжений изоляции оборудования применяют следующие виды разрядников:

РВМГ - 220 У1

РВМГ - 500 МУ1

РВМ - 20 У1.

4.5 Выбор измерительных приборов

Турбогенератор.

Статор: Тип прибора Класс точности

Амперметр в каждой фазе Э - 377 1,5

Вольтметр Э - 377 1,5

Ваттметр Д - 365 1,5

Варметр Д - 365 2,5

Счётчик активной энергии И - 675 1,0

Счётчик реактивной энергии И - 675М 2,0

Регистрирующие приборы:

Ваттметр Н- 395 1,5

Амперметр Н - 393 1,5

Вольтметр Н - 393 1,5

Ротор:

Амперметр Э - 377 1,5

Вольтметр Э - 377 1,5

Регистрирующий амперметр Н - 393 1,5

Блочный трансформатор.

НН: -

ВН: Амперметр Э - 377 1,5

Автотрансформатор связи.

НН: Амперметр Э - 377 1,5

Ваттметр Д - 365 1,5

Варметр с двухсторонней шкалой Д - 365 2,5

СН: то же

ВН: Амперметр Э - 377 1,5

Трансформатор собственных нужд.

Сторона питания: Амперметр Э - 377 1,5

Ваттметр Д - 365 1,5

Счётчик активной энергии И - 675 1,0

Ввод к секциям 15,75 кВ:

Амперметр Э - 377 1,5

Ваттметр Д - 365 1,5

Счётчик активной энергии И - 675 1,0

ЛЭП 500 кВ:

Амперметр Э - 377 1,5

Ваттметр Д - 365 1,5

Варметр Д - 365 2,5

Счётчик активной энергии И - 675 1,0

Счётчик реактивной энергии И - 673М 2,0



5. Выбор токоведущих частей

ОРУ - 220 кВ

В качестве сборных шин ОРУ - 220 кВ выбираем гибкие сталеалюминевые провода марки АС. Выбор и проверку производим, исходя из следующих условий:

Для провода 3xАС - 300/66 I_доп = 3=2040 А

2040 А < 1875 А

По условию короны для U_н = 220 кВ применяем три провода в фазе.

На термическую стойкость не проверяются.

ОРУ - 500 кВ

В качестве сборных шин ОРУ - 500 кВ выбираем гибкие провода марки АС.

Выбор и проверку производим исходя из следующих условий

Выбираем провода 3хАС - 185/43 I_доп = 3·515 = 1645А

1239 < 1645

По условию короны для U_н = 500 кВ применяем три провода в фазе.

На термическую стойкость не проверяются.

Гибкая ошиновка РУ выполняется теми же проводами, что и сборные шины.

5.1 Выбор трансформаторов тока

Цепь генератора

Встроенные в токопровод трансформаторы тока ТШЛ20Б - III 18000/5

Подсчёт вторичной нагрузки трансформатора тока приведён в таблице 5.1

Таблица 5.1 - Потребляемая мощность приборов

Прибор	Тип	Кол-во	Потребляемая мощность, В·А
			Фаза А	Фаза В	Фаза С
Амперметр	Э-377	3	0,1	0,1	0,1
Ваттметр	Д-365	1	0,5		0,5
Варметр	Д-365	1	0,5		0,5
Счётчик активной энергии	И-675	1	2,5		2,5
Счетчик реактивной энергии	И-675М	1	2,5	2,5	2,5
Регистрирующий ваттметр	Н-395	1	10		10
Регистрирующий амперметр	Н-393	1	10	10	10
Суммарная нагрузка			26.1	12,6	26,1

Наибольшая нагрузка приходится на ТТ фаз А и С S_приб = 26,1 В·А

r_приб= S_приб / I₂² = 26,1/ 5² = 1,04 Ом

Тогда r_пр = Z_{2 ном} - r _приб - r _к,

где r_к - сопротивление в контактах, Ом;

r_пр - сопротивление соединительных проводов, Ом;

Z_{2 ном} - номинальная нагрузка, Ом.

r_пр = 1,2 - 1,04 - 0,1 = 0,06 Ом.

Ориентировочная длина l = 10 м.

Во вторичных цепях электростанции с генераторами 100 МВт и выше используются медные жилы (с = 17,5·10^-9 Ом·м)

Тогда расчётное сечение проводов

Выбираем кабель АКРВГ с жилами 3 мм².

РУ - 220 кВ

Устанавливаем трансформаторы тока типа ТФЗМ - 220Б - 1200/1

I_р.мах = 930 А < I_н = 1200 А

Проверку производим по следующим условиям:

i_у = 32,76 кА < i_дин = 100 кА - динамическая стойкость

В_к = 137,5 < 39,2²·3= 4609 - термическая стойкость.

Требуемый класс точности - 0,5.

Подсчёт вторичной нагрузки приведён в таблице 5.2

Таблица 5.2 - Потребляемая мощность приборов

Прибор	Тип	Кол-во	Потребляемая мощность, В·А
			Фаза А	Фаза В	Фаза С
Амперметр	Э-377	3	0,5	0,5	0,5
Ваттметр	Д-365	1	0,5		0,5
Варметр	Д-365	1	0,5		0,5
Счётчик активной энергии	И-675	1		2,5
Счетчик реактивной энергии	И-675М	1		2,5
Регистрирующий амперметр	Э-377	1	10		10
Суммарная нагрузка			11.5	5,5	11,5

Наибольшая нагрузка от приборов приходится на ТТ фаз А и С

S_приб = 11,5 В·А



r_приб= S_приб / I₂² = 11,5/ 1² = 11,5 Ом

r_пр = Z_{2 ном} - r _приб - r _к,

где Z_{2 ном} = 30 Ом

r_пр = 30 - 11,5 - 0,1 = 18,4 Ом.

Тогда расчётное сечение проводов при длине 175 м равно

Выбираем кабель АКРВГ с жилами 1 мм².

На РУ - 500 кВ

Устанавливаем трансформаторы тока типа ТВТ- 500Б - 2000/1

I_р.мах = 1800 А < I _н = 2000 А

U_р.мах = 110 кВ = U_н = 110 кВ

Устанавливаем приборы, аналогичные приборам линии 220 кВ

Мощность вторичных нагрузок ТТ приведена в таблице 5.3

r_приб = 11,5/1² = 11,5 Ом

Z_{2 нои} = 30 Ом (класс точности 0,5)

r_пр = 30 - 11,5 - 0,1 = 18,4 Ом.

Тогда при длине проводов 100 метров

Используем кабель АКРВГ с жилами 1 мм²

Средняя сторона 220 кВ

Встроенные трансформаторы тока типа ТВТ - 220 - 2000/1

Устанавливается один амперметр в фазу В типа Э - 377 с S_приб = 0,5 В·А.

Тогда r_приб = 0,5/1² = 0,5 Ом

Допустимая нагрузка 30 Ом

r_пр = 30 - 0,5 - 0,1 = 29,4 Ом.

Сечение провода:

Используем кабель АКРВГ с жилами 1 мм²

Высокая сторона 500 кВ

Встроенные трансформаторы тока типа ТВТ - 500 - 2000/1

I_р.мах = 1800 А

Подсчёт вторичной нагрузки приведён в таблице 5.3

Таблица 5.3 - Потребляемая мощность приборов

Прибор	Тип	Кол-во	Потребляемая мощность, В·А
			Фаза А	Фаза В	Фаза С
Амперметр	Э-377	1		0,5
Ваттметр	Д-365	1	0,5		0,5
Варметр	Д-365	1	0,5		0,5
Суммарная нагрузка			1,0	5,5	1,0

Наибольшая нагрузка от приборов приходится на ТТ фаз А и С

S_приб = 1 В·А

r_приб= 1 Ом

Z_{2 ном} = 30 Ом

r_пр = 30 - 1- 0,1 = 28,9 Ом.

Тогда расчётное сечение проводов при длине 100 м равно



Выбираем кабель АКРВГ с жилами 1 мм².

5.2 Выбор трансформаторов напряжения

аварийный трансформатор ток короткое замыкание

Цепь генератора

В токопровод встроены трансформаторы напряжения ЗОМ - 1/20. Мощность приборов, подключённых к ТН, приведена в таблице 5.4

Таблица 5.4- Потребляемая мощность приборов

Прибор	Тип	Sобм, В·А	Число паралл. катушек	cosц	sinц	Число приборов	Общая мощность
							Р, Вт	Q,Вар
Вольтметр	Э-377	2	1	1	0	1	2
Ваттметр	Д-365	1,5	2	1	0	2	6
Варметр	Д-365	1,5	2	1	0	1	3
Датч. акт. мощности	Е-829	10	-	1	0	1	10
Датч. реакт. мощности	Е-830	10	-	1	0	1	10
Счётчик акт. эн.	И-675	2 Вт	2	0,38	0,925	1	4	9,7
Ваттметр регистр.	Н-395	10	2	1	0	1	20
Вольтметр регистр	Н-393	10	1	1	0	1	10
Частото-метр	Э-372	3	1	1	0	2	6
							71	9,7

Полную мощность определим по формуле

Допустимая мощность ТН: S_д = 75 В·А

Тогда имеем: S_2? < S_доп. Следовательно, ТН обеспечит необходимый класс точности 0,5.

На шинах 220 кВ устанавливаем трансформатор типа НКФ - 220 - 58.

Полная мощность

Допустимая мощность 400 В·А, что выше чем S_2?. Следовательно ТН обеспечивает необходимый класс точности 0,5.

Таблица 5.5 - Потребляемая мощность приборов

Прибор	Тип	Sобм, В·А	Число паралл. катушек	cosц	sinц	Число приборов	Общая мощность
							Р, Вт	Q,Вар
Ваттметр	Д-365	1,5	2	1	0	1	3
Варметр	Д-365	1,5	2	1	0	1	3
Счётчик реакт. эн.	И-675М	3 Вт	2	0,38	0,925	1	3х2	14,6
Счётчик акт. эн.	И-675	3 Вт	2	0,38	0,925	1	3х2	14,6
Вольтметр регистр	Н-393	10	2	1	0	1	20
							38	29,2

На шинах 500 кВ установлен трансформатор напряжения типа НКФ - 500 - 78.

Допустимая мощность вторичной нагрузки 2000 В·А, а полная мощность подключенных приборов S_2? = 48 В·А. Следовательно ТН обеспечит необходимый класс точности 0,5.

Размещено на Allbest.ru