Краткая характеристика объекта проектирования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.К. АММОСОВА»

ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

« Проектирование районной главной понизительной подстанции 220/35/10 кВ »

 

 

Слушатель курса ПП «Электроснабжение»

Матаркин Станислав Васильевич

Научный руководитель:

Хоютанов А. М., ст.преп. кафедры ЭС ФТИ СВФУ

 

Работа защищена

«__»____________2016 г.

Протокол №___________

С оценкой_____________

 

Якутск, 2016

 

Содержание

Введение                                                                                                                        3

1. Краткая характеристика объекта проектирования                                         6

2. Обработка графиков нагрузок                                                                          8

3. Выбор числа силовых трансформаторов и их мощности на проектируемой подстанции                                                                                                                     12

4. Технико-экономические расчеты по выбору мощности силовых трансформаторов

                                                                                                                                  14

5. Выбор схемы электрических соединений                                                           22

6. Расчет токов короткого замыкания                                                                 22

7. Выбор основного электрооборудования и токоведущих частей                      29

7.1. Расчет токов продолжительного режима                                                                 29

7.2. Выбор шин распределительных устройств и силовых кабелей                30

7.2.1. Выбор жестких шин                                                                                         30

7.2.2. Выбор гибких шин                                                                               32

7.2.3. Выбор кабелей на фидерах                                                                  33

7.3. Выбор изоляторов                                                                                           34

7.3.1. Выбор опорных изоляторов                                                                 34

7.3.2. Выбор проходных изоляторов                                                             35

7.3.3. Выбор подвесных изоляторов                                                             36

7.4. Выбор выключателей                                                                                     36

7.5. Выбор разъединителей                                                                                   39

7.6. Выбор трансформаторов тока                                                                        40

7.7. Выбор трансформаторов напряжения                                                           45

7.8. Выбор предохранителей                                                                                 46

7.9. Выбор ограничителей перенапряжения                                                       47

8. Релейная защита и автоматика                                                                                         48

8.1. Выбор релейной защиты ПС                                                                         48

8.2. Выбор автоматики ПС                                                                                    49

Заключение                                                                                                                   52

Список использованной литературы                                                                         53

Введение

 

       Актуальность проблемы. Электроэнергетика является, как известно, одной из ведущих отраслей в современной экономике: она влияет напрямую на все важнейшие системы жизнеобеспечения самого общества, а также на формирование социального климата и на экономическое развитие любого государства. Невозможно представить современный мир без электроэнергии. Она обеспечивает свет, тепло, функционирование всех электрических устройств и аппаратов, гаджетов. Электроэнергия самый дешевый и доступный вид энергии, с ним ассоциируются все аспекты жизнедеятельности общества. Одним из важнейших потребителей электроэнергии является промышленность. Необходимость развития экономики предполагает необходимость развития промышленности страны. В свою очередь, развитие промышленности предполагает повышение мощностей, ввод новых объектов, переход на более современное оборудование и т.п., а это в совокупности требует все больше электроэнергии. Отсутствие необходимых мощностей может привести к дефициту электроэнергии, замедлению роста промышленности, негативно отразиться на экономике государства. В российских реалиях состояние электроэнергии характеризуется недостаточной эффективностью, устойчивостью и надежностью. Первая серьезная проблема — это устаревание электроэнергетического оборудования, электрических сетей и их комплектующих. Скорость перехода на новые стандарты и нормы часто не отвечает требованиям. Техническая модернизация требует комплексного подхода, соответственно больших финансовых затрат. Вторая серьезная проблема заключается в слабом отечественном производстве электротехнического оборудования. Многие виды того оборудования иностранного производства, сами российские разработки отстают от аналогичных разработок передовых развитых стран. Часто закупаемое оборудование в стране-экспортеру спроса не имеет. Отсюда вытекает третья глобальная проблема – большие процентные потери в сетях. Это ведет к тому что до потребителя энергия не доходит в нужном объеме, уменьшается КПД. Решение - децентрализация систем электроснабжения, создание независимых электростанций. Однако, подобное решение ведет к недогруженности источников энергии, вследствие чего повышаются тарифы. Непростая ситуация и на Крайнем Севере. Климатические условия, труднодоступность и малонаселенность создают преграды для внедрения устойчивых, централизованных, энергоэффективных систем электронабжения. Также своевременное внедрение новых технологий, отказ от старых привело бы не только к позитивному влиянию на экономику государства, но и на экологию, повышению уровня жизни общества и разумному потреблению топлива.

       Обзор литературы. Электроэнергетика – это область, где основными приоритетами ставятся надежность и безопасность. В силу этого, существуют нормативно-технические документации, соблюдение которых неукоснительно. Перечень правил и норм, приведенных в таких документациях составляют основу всего, и вся литература по данной тематике базируется на них. Самые основные из них это правила устройства электроустановок [2], правила технической эксплуатации, нормы технологического проектирования [1]. Масштаб учебной и профессиональной литературы, справочников, документаций по данной тематике весьма серьезен.

       Работа [1] устанавливает основные требования по проектированию подстанций и переключательных пунктов переменного тока с интервалом высшего напряжения 35-750 кВ. Эти нормы распространяются на вновь сооружаемые, расширяемые, подлежащие техническому перевооружению и реконструкции подстанции, и переключательные пункты в интервале напряжений 35-750 кВ. База данных тоже обновляется.

       В создании проектных работ, монтаже и эксплуатации электрооборудования все энергетики опираются на [2]. Там приведены требования к устройству электрической части освещения зданий, помещений, сооружений различного назначения, открытых пространств, требования к электрооборудованию жилых и общественных зданий, зрелищных предприятий, клубных учреждений, спортивных сооружений и т.д. Область применения [2] распространяется на сооружаемые и реконструируемые электроустановки постоянного и переменного тока напряжением до 750 кВ, в том числе на специальные электроустановки. База данных постоянно обновляется, она разработана с учетом обязательности проведения в условиях эксплуатации планово-предупредительных и профилактических испытаний ремонтов электроустановок и их электрооборудования.

       Конструкции основного электрооборудования электростанций и подстанций – синхронных генераторов, компенсаторов, трансформаторов описаны в [4]. Приведена методика расчетов КЗ, даны описания электрических аппаратов, токоведущих частей и их выбор. Необходимое внимание уделено схемам электрических соединений электростанций и подстанций и конструкциям распределительных устройств. Приведены основные сведения о схемах дистанционного управления, сигнализации, блокировок, об установках оперативного постоянного тока, заземляющих устройствах.

       Литература [8] содержит основные, часто используемые при проектировании данные по электрическим машинам, трансформаторам, аппаратам и проводникам, извлечения из ГОСТ, изданий ПТЭ, ПУЭ и другой нормативно-технической документации, а также из проектных материалов. Также изложена методика определения нагрузочной способности трансформаторов и методика технико-экономических расчетов при сравнении вариантов электроустановок.

       В работе [13] рассматриваются принципы построения электрической части электростанций и подстанций, примеры электротехнических расчетов по выполнению электрооборудования и основных элементов электрической части электростанций с учетом их технико-экономических характеристик, требований энергосистем, вопросов экологии и стандартизации параметров оборудования. Также дается краткая характеристика объектов объединенной энергетической системы Сибири.

       Описания принципов построения схем электрических соединений ПС, требования к надежности схем приведены в [6]. Освещены вопросы применения типовых схем подстанций для различных классов напряжения. Работа написана на основе норм НТП, ПУЭ и руководящих указаний по применению типовых схем подстанций.

       В [5] изложены основные сведения проектированию курсового и дипломного характера. В частности, экономико-технические расчеты, расчеты токов короткого замыкания, методы определения сопротивления элементов сети, релейная защита и автоматика. Также работа изобилует справочными материалами.

       Опубликовано большое число работ, посвященных более детальному изучению нерешенных проблем, поиску новых решений, также работ учебного характера. Это число продолжает расти и по сей день. Авторы с разных концов света используют все возможные направления для преодоления нерешенных проблем электроснабжения.

       Объект исследования. Районная главная понизительная подстанция (ГПП) 220/35/10 кВ.

       Предмет исследования: Комплектующие подстанции, их выбор по данным потребителей, экономического и технического соображений, требований надежности, безопасности и экономичности, определение схем соединений, релейной защиты и автоматики. Расчет характеристик токов всех режимов, в том числе короткого замыкания.

       Цель исследования. Проектирование районной ГПП 220/35/10 кВ.

       В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследования:

1. Обработка графиков нагрузок потребителей;

2. Выбор силовых трансформаторов;

3. Технико-экономическое сравнение выбранных вариантов силовых трансформаторов;

4. Расчет токов КЗ;

5. Выбор токоведущих частей;

6. Выбор коммутационной аппаратуры;

7. Выбор защитной аппаратуры;

8. Выбор измерительной аппаратуры;

9. Определение релейной защиты и автоматики.

Структура работы. Данная работа состоит из введения, восьми разделов, заключения и списка литературы. В первом разделе приводятся исходные данные, во втором обрабатываются графики нагрузок потребителей, в третьем выбираются силовые трансформаторы, в четвертом разделе проводятся технико-экономические расчеты, в пятом определяется главная схема электрических соединений, в шестом рассчитываются токи КЗ, в седьмом выбираются основное электрооборудование и токоведущие части, и наконец, в восьмом разделе вводятся релейная защита и автоматика. Дипломный проект содержит: 52 страницы, 17 рисунков, 26 таблиц, 20 источников.

Краткая характеристика объекта проектирования

 

       Проектируемая районная ГПП 220/35/10 включает в себя все категории потребителей I, II, III. Чтобы обеспечить надежное электроснабжение всех потребителей, даже при аварийных отключениях трансформатора, устанавливается два трансформатора одинаковой мощности.

Исходные данные приведены в таблицах 1.1 - 1.8.

1. Система (С1):

Таблица 1.1.

Мощность КЗ , МВА
Номинальное напряжение , кВ

2. Генераторы (G1 - G4):

Таблица 1.2.

Тип синхронного генератора	ВГС-1525/135-120 [8, табл. 2.2.]
Номинальная мощность гидрогенераторов , МВА
Номинальное напряжение , кВ
Сверхпереходное реактивное сопротивление

3. Трансформаторы (Т3, Т4):

Таблица 1.3.

Тип автотрансформатора	АТДЦТН 125000/220 [8, табл. 3.8.]
Номинальная мощность автотрансформаторов: , МВА

4. Нагрузки:

Таблица 1.4.

Нагрузка на Н1, МВА
Нагрузка на Н5, МВА

5. Длина линий:

Таблица 1.5.

Длина линии W2 , км
Длина линии W4 , км

6. Проектируемая подстанция:

Таблица 1.6.

Максимальная нагрузка , МВт
Коэффициент мощности нагрузки
Номинальное высшее напряжение , кВ
Номинальное среднее напряжение: , кВ
Номинальное низшее напряжение: , кВ
Количество отходящих линий: СН, штук
Количество отходящих линий: НН, штук

7. Нагрузки по категориям потребителей:

Таблица 1.7.

I категория , %
II категория , %
III категория , %

8. Суточный график нагрузок в процентах:

Таблица 1.8.

Время, час	Активная нагрузка
	Потребители сети РУ НН		Потребители сети РУ СН
	Зима	Лето		Зима	Лето
0-6	60	40		80	60
6-12	100	60		100	90
12-18	90	60		100	80
19-24	80	40		90	40

1.

Обработка графиков нагрузок

       По исходной суточной таблице нагрузок в процентах от максимальной активной нагрузки  строим зимний и летний суточные графики на всех напряжениях трехобмоточных трансформаторов подстанции в относительных единицах.

       По полученным зимнему и летнему суточным графикам строим годовые графики продолжительности нагрузок на шинах. Продолжительность зимнего периода можно условно принять 183 суток, а летнего-182.

       Нагрузка дана для обмотки ВН, поэтому, будем считать, что нагрузка между обмотками СН и НН распределена поровну, т.е. по 17,5 МВт.

       Суточные графики зимнего периода будем обозначать сплошной линией, а зимнего периода – пунктирной.

       Строим типовые графики для РУ НН и РУ СН по исходным данным (Рис. 2.1-2.2).

Рис. 2.1. Суточный типовой график активной нагрузки потребителей на стороне РУ НН

 

Рис. 2.2. Суточный типовой график активной нагрузки потребителей на стороне РУ СН

 

       Активные нагрузки на стороне РУ ВН находятся усреднением активных нагрузок на стороне РУ НН и РУ СН (Рис. 2.3).

Рис. 2.3. Суточный типовой график активной нагрузки потребителей на стороне РУ ВН

       Переведем типовые графики в графики нагрузок данных потребителей в именованных единицах, применением соотношения для каждой ступени графика [4]:

                                                      , МВт                                    (2.1)

       Активные нагрузки потребителей на стороне РУ НН:

где, , , ,  – активные нагрузки в зимний период; , , ,  – активные нагрузки в летний период соответственно. Аналогичные расчеты проводим и для активных нагрузок потребителей на стороне РУ СН и РУ ВН.

       На основании известных суточных графиков, строим годовые графики продолжительности нагрузок для каждой обмотки трансформатора (Рис. 2.4-2.6).

где,  ч; , , ,  – продолжительности ступени в зимний период; , , ,  – продолжительности ступени в летний период соответственно.

Рис. 2.4. Годовой график продолжительности нагрузок потребителей на стороне РУ НН в именованных единицах

Рис. 2.5. Годовой график продолжительности нагрузок потребителей на стороне РУ СН в именованных единицах

Рис. 2.6. Годовой график продолжительности нагрузок потребителей на стороне РУ ВН в именованных единицах

 

Обмотка низкого напряжения

       По данным активных нагрузок вычисляем количество электроэнергии, потребляемое проектируемой подстанцией за сутки:

                                                                  , МВт*ч                                          (2.2)

где индекс n указывает суточный или годовой масштаб.

       По зимним суточным графикам вычисляем коэффициент нагрузки (заполнения графика нагрузки):

                                                                                               (2.3)

       Вычисляем количество электроэнергии, передаваемое проектируемой подстанцией за год:

       Среднегодовую (среднесуточную) нагрузку находим по формуле:

                                                                                                       (2.4)

       Вычисляем коэффициент нагрузки (заполнения графика нагрузки) в год:

       Вычисляем продолжительность использования максимальной нагрузки в год (годовое число часов максимума) по формуле:

                                                                                                      (2.5)

       Вычисляем время наибольших потерь за год по эмпирической формуле:

                                                      , ч                       (2.6)

Обмотка среднего напряжения

       Количество электроэнергии, потребляемое проектируемой подстанцией за сутки:

       Коэффициент нагрузки (заполнения графика нагрузки) за сутки:

       Количество электроэнергии, передаваемое проектируемой подстанцией за год:

       Среднегодовая нагрузка:

       Вычисляем коэффициент нагрузки (заполнения графика нагрузки) в год:

       Продолжительность использования максимальной нагрузки в год:

       Время наибольших потерь за год:

Обмотка высшего напряжения

       Количество электроэнергии, потребляемое проектируемой подстанцией за сутки:

       Коэффициент нагрузки (заполнения графика нагрузки) за сутки:

       Количество электроэнергии, передаваемое проектируемой подстанцией за год:

       Среднегодовая нагрузка:

       Вычисляем коэффициент нагрузки (заполнения графика нагрузки) в год:

       Продолжительность использования максимальной нагрузки в год:

       Время наибольших потерь за год: