Составление схемы главных электрических

Составление схемы главных электрических

Соединений подстанции

Распределительные устройства

ОРУ-110 кВ опорная подстанция выполняется по схеме распределительного устройства с одинарной основной системой шин, секционированной масляным выключателем и обходной системой шин. Выводы питающих ЛЭП и понижающие трансформаторы подключаются к секциям шин через разъединители (QS), высоковольтные масляные выключатели (QF).

ОРУ-35 кВ и РУ-10 кВ на тяговых подстанциях выполняют с оди­нарной системой шин, секционированной высоковольтным выключателем.

Электроснабжение устройств автоблокировки осуществляется от тяго­вых подстанций по линиям 6-10 кВ, 50 Гц, которые получают питание от шин собственных нужд через повышающий трансформатор 0,38/6-10 кВ. На тяговых подстанциях постоянного тока применяется схема с двойной трансформацией, с использованием трёхобмоточных понижающих и преобразовательных трансформаторов.

РУ-3,3 кВ состоит из рабочей (плюсовой шины), минусовой и запас­ной шин. Плюсовая и запасная шины разделяются двумя разъединителями на три секции, а минусовая шина не секционируется.

Выпрямительные агрегаты присоединяют к шинам РУ-3,3 кВ через быстродействующие выключатели (БВ) и разъединители. На каждой под­станции устанавливаются два преобразовательных агрегата - один ра­бочий, другой - резервный.

К средней секции РУ-3,3 кВ присоединяется сглаживающее устройство. Для повышения отключающей способности БВ и снижения перенапряжения параллельно реакторам сглаживающего устройства подключается разряд­ное устройство.

Фидеры контактной сети через БВ и разъединители с одной секции питают пути одного направления, а с другой - другого направления.

Выбор числа, типа и мощности агрегатов и

Трансформаторов

2.1. Выбор и определение числа выпрямителей. Определение числа выпрямителей производится по величине среднего тока I_{c р} подстанции. Этот ток может быть определен через расход электрической энергии на тягу поездов.

Необходимое число выпрямителей определяется по формуле:

шт, примем n =    2               (2.1)

где I_{d н} =3000 А – номинальный ток выпрямителя;

 К_пер =1,0 – коэффициент перегрузки.

Принятое число выпрямителей проверяется по I_max нагрузки по условию:

                                          n ∙ I_1min > I_max                          (2.2)

                                         10 кА > 6 кА,

где I _{1 min} =5кА – допустимый одноминутный ток выпрямителя, I_max = 6 кА - наибольший ток нагрузки подстанции.

Выбор трансформатора собственных нужд. На тяговых подстанциях всех типов устанавливается два TCH с вторичным напряжением 380/220 В, каждый из которых рассчитывается на полную мощность собственных нужд (CH). Питание TCH на тяговых подстанциях постоянного тока осуществляется от шин РУ-10 кВ.

Мощность ТСН:

S _сн =К_сн × n _ТП × S _нтп + S _аб + S _мх + S _под  =0,009×2×25000+60+20+250 = 375 кВА    (2.3)

где К_сн – коэффициент собственных нужд, равный 0,008 – 0,01;

n _ТП – число понижающих трансформаторов на тяговой под­станции (n _{т п} =2);  

S _нтп – номинальная мощность понижающего тран­сформатора;  

S _аб – мощность устройств автоблокировки = 40 кВА

S _мх – мощность передвижной базы масляного хозяйства рав­на 20 кВА;

Далее по справочным данным /8,с.63-64/, /9,с.47-48/,

выбираем тип TCH: TМ-400/10

Ток к.з на шинах 3,3 кВ:

 кА

где I_{d н} – номинальный выпрямленный ток;

S _{н пр тр} – мощность тяговых трансформаторов;

N – число выпрямительных агрегатов;

S _кз – мощность к.з. на шинах перемененного тока от которых питается       тяговый трансформатор;

u _к – напряжение к.з. тягового трансформатора;

 

Представление результатов расчета токов к.з.

                                                                                   Таблица 3.1

№ точки к.з.	Трёхфазное к.з.				Однофазное к.з.
	I к, кА	S кз, МВА	i У, кА	I У, кА	I к, кА	S кз, МВА	i У, кА	I У, кА
К1	3,328	662,849	8,02	5,366	1,847	367,896	4,702	2,789
К2	1,897	121,545	3,089	2,863	–	–	–	–
К3	4,532	82,416	16,208	6,278	–	–	–	–
К4	11,322	7,619	20,218	16,605	–	–	–	–

 

 

Тяговой подстанции

Выбранное по условиям длительного режима оборудование тяговой подстанции следует проверить на электродинамическую и термическую стойкость.

Согласно ПУЭ/5/на электродинамическую стойкость не проверяют аппараты и проводники, защищенные предохранителями с плавкими вставками на ток до 60 А, а также аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при условии их расположения в отдельной камере.

Проверка шин:

Проверка аппаратуры на термическую стойкость заключается в сравнении расчетного силового импульса к.з. В_К с нормируемым значением В_Н.

Проверка оборудования ОРУ - 110 кВ

                 t_откл = t_З + t_В = 1,9 + 0,05 = 1,95 с

                  кА×с²

                 < 70

Проверка оборудования ОРУ - 35 кВ

                 t_откл = t_З + t_В = 1,3 + 0,05 = 1,35 с

                  кА×с²

                 <120

Проверка оборудования ЗРУ - 10 кВ

                 t_откл = t_З + t_В = 1,1 + 0,05 = 1,15 с

                  кА×с²

                 < 640

Проверка оборудования ЗРУ - 0,4 кВ

                 t_откл = t_З + t_В = 0,5 + 0,05 = 0,55 с

                  кА×с²

                 < 360

где B_к – тепловой импульс к.з.;

С – константа для алюминиевых шин, 90;

I_кз I_по – начальное значение периодической составляющей тока к.з.

T_а – постоянная времени апериодической составляющей тока к.з.

t_откл – время, в течении которого проходит ток к.з.

t_з – время действия защит цепи;

t_в – полное время отключения выключателя до погасания дуги.

 

На динамическую стойкость ЗРУ-10 кВ:

Сила действующая по длине пролёта l=1,20 м при а=0,35. Шина 80х8

 Н

Изгибающий момент:

M₁₀=F×l/10=80,276×1,20/10=9,633 Н×м

Момент сопротивления:

 м³

Механические напряжения в материале шин:

s_расч=М/W=(9,633/8,533×10^-7)×10^-6 =11,289 МПа

Шины ЗРУ-10 кВ механически устойчивы т.к. [s]_доп=80 МПа > 11,289

На динамическую стойкость:

Сила действующая по длине пролёта l=1 м при а=0,25. Шина 60х6

 Н

Изгибающий момент:

M_0,4=F×l/10=41,763×1/10=4,176 Н×м

Момент сопротивления:

 см³

Механические напряжения в материале шин:

s_расч=М/W=(4,176/3,600×10^-7)×10^-6 =11,600 МПа

Шины ЗРУ-0,4 кВ механически устойчивы т.к. [s]_доп=80 МПа > 11,600

 

Проверка изоляторов:

На динамическую стойкость ЗРУ-0,4 кВ:

F_доп10;0,4=0,6×F_разр=0,6×375=225 Н

Изолятор ОФ-375.

F_расч £ F_доп

где F_расч – расчётная нагрузка на изолятор;

F_доп – допустимая нагрузка на изолятор.

где F_разр – разрушающая нагрузка на изолятор.

F_{расч 0,4}=1,76× i ²_у×l×К_Р×10^-7/а=1,76×20,218²×100×1×10^-2/25=7,35 Н

Изолятор ЗРУ-0,4 кВ годен т.к. 7,35 Н < 225 Н

На динамическую стойкость:

F_{расч 10}=1,76× i ²_у×l×К_Р×10^-7/а=1,76×11,534²×100×1×10^-2/25=9,366 Н

Изолятор ЗРУ-10 кВ годен т.к. 9,366 Н < 225 Н

Проверка высоковольтных выключателей:

На электродинамическую стойкость ЗРУ-10 кВ:

ВВТЭ-10-20-1600

i _у £ i _{дин(пред.скв)}                          11,534 кА<81 кА

На термическую стойкость ЗРУ-10 кВ:

B_к£ B_н                                                  22,593 кА×с²<1200 кА×с²

B_н= I ² _т × t _т =20²×3=1200 кА×с²

На отключающую способность:

Отключающая способность выбранного выключателя проверяется для момента расхождения контактов t на симметричный ток отключения I _{п t} и возможность отключения апериодической составляющей i _{а t}, а также по параметрам напряжения восстановления на контактах выключателя после погасания дуги.

Время t от начала к.з. до расхождения контактов выключателя:

t = t _{з. min} + t _св,

где t _{з. min} – минимальное время действия релейной защиты(0,01);

t _св – собственное время отключения выключателя, время от подачи импульса на электромагнит отключения выключателя до момента расхождения контактов.

t = 0,01+0,08=0,09 с

Для выключателей, имеющих t ³ 0,09 с, принимается b _ном =0. В этом случае проверку выключателя не производим на несимметричный 1-но фазный ток отключения.

В курсовом проекте источником питания является система бесконеч­ной мощности, поэтому I_пt(симметричный ток отключения) равен действующему значению тока к.з., т.е. I _{п t} = I _к.

Тогда условие проверки на симметричный ток отключения имеет вид:

I _н.откл ³ I _к             31,5 кА>4,532 кА

где I _н.откл - номинальный ток отключения выключателя (берём по каталогу).

Проверка на отключение апериодической составляющей тока к.з. производится по условию:            i _{а t} £ i _а.ном

где i_аt  - апериодическая составляющая тока к.з. в момент расхождения контактов выключателя:

I_{a t} =Ö2× I _K×e^-t/Ta=Ö2× 4,532 ×e^-0,09/0,05=1,059 кА

i _а.ном - номинальное нормируемое значение апериоди­ческой составляющей тока к.з.

i _а.ном = Ö2 × b _ном × I _н.откл = Ö2×0×31,5 = 0 кА

i _{а t} £ i _а.ном                              1,059 кА > 0кА

На электродинамическую стойкость ОРУ-35 кВ:

ВГБЭ-35

i _у £ i _{дин(пред.скв)}                           4,826 кА<35 кА

На термическую стойкость:

B_к£ B_н                                  4,678 кА×с²<468,75 кА×с²

B _н = I ² _Т × t _Т =12,5²×3 = 468,75 кА×с²

На отключающую способность:

t = t _{з. min} + t _св =0,01+0,08=0,09 с

i _{а t} = Ö2 × I _к × е ^{t /Та} =Ö2× 1,897×е^-0,09/0,05=0,443 кА

i _а.ном =Ö2× b _ном × I _н.откл =Ö2×0×12,5=0 кА

i _{а t} £ i _а.ном                              0,443 кА > 0 кА

I _н.откл ³ I _к             12,5 кА>1,897 кА

На электродинамическую стойкость ОРУ-110 кВ:

ВМТ-110Б

i _у £ i _{дин(пред.скв)}                           8,472 кА<102 кА

На термическую стойкость:

B_к£ B_н                                  21,044 кА×с²<7500 кА×с²

B _н = I ² _Т × t _Т =50²×3 = 7500кА×с²

На отключающую способность:

t = t _{з. min} + t _св =0,01+0,08=0,09 с

i _{а t} = Ö2 × I _к × е^{-t /Та}=Ö2× 3,328×е^-0,09/0,05=0,778 кА

i _а.ном = Ö2 × b _ном × I _н.откл =Ö2×0×25=0 кА

i _{а t} £ i _а.ном                              0,788 кА>0 кА

I _н.откл ³ I _к             40 кА>3,328 кА

Проверка разъединителей:

На электродинамическую стойкость ОРУ-110 кВ:

РНДЗ-110/630

i _у £ i _{дин(пред.скв)}           8,472 кА<80 кА

На термическую стойкость:

B_к£ B_н                   21,044 кА×с²<1452 кА×с²

B_н= I ² _Т × t _Т =1452 кА×с²

На электродинамическую стойкость ОРУ-35 кВ:

РНДЗ-35/630

На электродинамическую стойкость:

i _у £ i _{дин(пред.скв)}           4,826 кА<64 кА

На термическую стойкость:

B_к£ B_н                   4,678 кА×с²<1600 кА×с²

B_н= I ² _Т × t _Т = 1600 кА×с²

На электродинамическую стойкость ЗРУ-10 кВ:

РВРЗ-10/2000-1

На электродинамическую стойкость:

i _у £ i _{дин(пред.скв)}           11,534 кА<85 кА

На термическую стойкость:

B_к£ B_н                   22,593 кА×с²<3969 кА×с²

B_н= I ² _Т × t _Т = 3969 кА×с²

 

Разъединители ЗРУ - 3,3 кВ на электродинамическую и термическую стойкость не проверяются.

Проверка быстродействующих выключателей:

На отключающую способность ЗРУ-3,3 кВ:

ВАБ-43/30-Л-У4

I _{к. max} £ I _{откл. max},

где I _{к. max} - установившийся ток к.з. на шинах 3,3 кВ;

I _{откл. max} - максимальный ток отключения.

29,73 кА<27 кА

На электродинамическую и термическую устойчивость БВ не проверя­ют.

 

Проверка трансформаторов тока:

На электродинамическую стойкость ОРУ-110 кВ:

ТФНД-110/500/5

Коэффициент электродинамической стойкости К _д =75;

Коэффициент термической стойкости К_Т=60;

Номинальный первичный ток I _Н1 =300 А;

i _{пред.скв} =К_д ×Ö2 × I _н1 =75×Ö2×0,3=31,820 кА

I _Т =К_Т × I _н1 =60×0,3=18 кА

i _у £ i _{дин(пред.скв )}               8,472 кА<31,820 кА

На термическую стойкость:

B_к£ B_н                   21,044 кА×с²<1875 кА×с²

B_н= I ² _Т × t _Т =1875 кА×с²

На электродинамическую стойкость ОРУ-35 кВ:

ТФНД-35/500/5

Коэффициент электродинамической стойкости К _д =100;

Коэффициент термической стойкости К_Т=42;

Номинальный первичный ток I_Н1=500 А;

i _{пред.скв} =К_д ×Ö2 × I _н1 =100×Ö2×0,5=70,711 кА

I _Т =К_Т × I _н1 =42×0,5=21 кА

i _у £ i _{дин(пред.скв )}               4,897 кА<70,711  кА

На термическую стойкость:

B_к£ B_н                   4,678 кА×с²<2025 кА×с²

B_н= I ² _Т × t _Т =2025 кА×с²

На электродинамическую стойкость ЗРУ-10 кВ:

ТПОЛ-10/1500

Коэффициент электродинамической стойкости К _д =90;

Коэффициент термической стойкости К_Т=36;

Номинальный первичный ток I _Н1 =1500 А;

i _{пред.скв} =К_д ×Ö2 × I _н1 =90×Ö2×1,5=190,919 кА

I _Т =К_Т × I _н1 =36×1,5=54 кА

i _у £ i _{дин(пред.скв )}               11,534 кА<190,919 кА

На термическую стойкость:

B_к£ B_н                   22,593 кА×с²<11664 кА×с²

B_н= I ² _Т × t _Т =11664 кА×с²

 

На соответствие классу точности для номинальной нагрузки:

Класс точности 0,5 т.к. к трансформатору тока подключают счётчики электроэнергии.

Длина соединительных проводов l=3 м, т.к. приборы и релейная защита на лицевой стороне ячейки.

S₂=S_а+S_сч.а+S_сч.р+S_конт+S_пров=1,5+2,5+2,5+2,5+0,68=9,68 ВА

где S₂ – потребляемая приборами мощность от вторичной обмотки;

S_конт – мощность теряемая в контактах цепи приборов;

S_пров – мощность, теряемая в соединительных проводах.

 

S_пров= I ²_2н×Ö3×l/g× q =5²×Ö3×3/32×6=0,68 ВА

 где g - удельная проводимость материала проводов, м/Ом×мм²;

q – сечение соединительных проводов, мм².

 

Условия выбора удовлетворяются т.к. S_2н=120 ВА > S₂=9,68ВА

Рисунок 4.1 - Расчётная схема для выбора трансформаторов тока.

 

Трансформатор напряжения:

Выбор трансформатора напряжения производится по условию соответствия класса точности.

Закрытое распределительное устройство ЗРУ-10 кВ:

НТМИ-10

класс точности 0,5

Проверяем по условию:

 ВА

S_2н > S₂                       S_2н=120 ВА > S₂=67,319 ВА

Проверку на соответствие работы в принятом классе точности производим по схеме с учётом резерва подключения перспективных потребителей. Определение суммарной активной и реактивной мощностей приборов сведено в таблице.

 

 

Рисунок 4.1 - Расчётная схема для выбора трансформаторов напряжения.

 

Составление схемы главных электрических

Соединений подстанции