Подстанция 220 кВ

1. Составление структурной схемы подстанции



Распределительные устройства высшего (220 кВ) и низшего (10 кВ) напряжений связаны между собой двумя параллельно работающими трансформаторами с РПН.










2. Выбор основного оборудования



2.1 Выбор числа и мощности трансформаторов связи



Условия выбора:









Выбираем трансформатор типа ТРДНС-40000/220 ([4], табл. 3.8).







Выбранный трансформатор проверяем по загрузке в аварийном режиме:



, что допустимо.




Таблица 2.1. Технические данные трансформатора ТРДНС-40000/220:





Потери, кВт





ВН

НН







40

230

11–11

170

50

11,5



2.2 Перетоки мощности на подстанции








3. Расчёт количества линий



3.1 Расчёт количества линий на высшем напряжении



Расчёт количества линий ведём по пропускной способности линии:







пропускная способность линии 220 кВ ([4], табл. 1.20).

Для надёжной связи подстанции с энергосистемой принимаем количество линий равное двум: 



3.2 Расчёт количества линий на низшем напряжении



Расчёт количества линий ведём по экономической плотности тока.

Максимальный ток всех линий:



.



Определяем суммарное экономическое сечение всех линий:







экономическая плотность тока ([3], табл. 4.3).

Определяем количество кабельных линий:






сечение одного кабеля.

Определяем ток в одной кабельной линии:







Проверка кабеля по допустимому току ([3], табл. П.2–6):



Марка выбранного кабеля – АСБ Зx185.






4. Выбор схемы распределительных устройств



4.1 Выбор схемы на высшем напряжении



Схема – мостик с перемычкой в сторону трансформаторов – применяется при двух линиях и двух трансформаторах.

В схеме для четырёх присоединений устанавливаются три выключателя. Нормально выключатель на перемычке между двумя линиями включён.

Для сохранения в работе обеих линий при ревизии любого из выключателей предусматривается дополнительная перемычка из двух разъединителей. Нормально один из разъединителей отключён, все выключатели включены.

Существенный недостаток схемы – отключение соответствующих линий при ревизии выключателей в линиях на всё время производства ремонта.

Основные достоинства схемы – экономичность (три выключателя на четыре присоединения) и простота.



4.2 Выбор схемы на низшем напряжении



Схема – две рабочие, секционированные выключателями системы сборных шин применяется при двух трансформаторах с расщеплённой обмоткой. Нагрузка равномерно распределена по секциям, секционные выключатели нормально отключены для уменьшения токов короткого замыкания.













5. Схема собственных нужд подстанции



Состав потребителей собственных нужд подстанции зависит от типа подстанции, мощности трансформаторов, наличия синхронных компенсаторов, типа электрооборудования.

Потребители собственных нужд присоединяются к сети 380/220 кВ, которая получает питание от понижающих трансформаторов. Мощность трансформаторов собственных нужд выбирается по нагрузкам собственных нужд с учётом коэффициентов загрузки и одновременности; при этом отдельно учитываются летняя и зимняя нагрузки, а также нагрузка в период ремонтных работ на подстанции.

На подстанции с высшим напряжением 220 кВ с постоянным дежурством применяется постоянный оперативный ток. Для получения постоянного оперативного тока на подстанции устанавливаются две аккумуляторные батареи.

подстанция трансформатор связь мощность линия

Таблица 5.1. Нагрузка собственных нужд

Наименование приёмников

Мощность







Расчётная нагрузка



Кол-во x кВт

Всего,

кВт







летом

зимой













P,

кВт

Q,

кВАр

P,

Мвт

Q,

кВАр

Эл. подогрев и сушка трансформатора

2x25

50

1

0

0,1

5

0

5

0

Маслоочистительная установка

1

45

0,85

0,62

0,5

22,5

13,95

22,5

13,95

Фильтропресс

2x2

4

0,85

0,62

0,2

0,8

0,5

0,8

0,5

Насосы

5x2,8

14

0,85

0,62

0,9

12,6

7,81

12,6

7,81

Эл. двигатель лебёдки

1

16

0,85

0,62

0,3

4,8

3

4,8

3

Эл. двигатель крана

1

45

0,85

0,62

0,3

13,5

8,37

13,5

8,37

Подзарядно-зарядный агрегат ВАЗП-350/240

23x2

46

1

0

0,12

5,52

0

5,52

0

Постоянно вкл. сигнальные лампы

54x0,5

27

1

0

1

27

0

27

0

Охлаждение тр-ров

2x36

72

0,85

0,62

1

72

44,64

72

44,64

Подогрев выключателей и приводов

3,6x4

14,4

1

0

0,5

-

0

7,2

0

Подогрев КРУ-10

1x20

20

1

0

0,5

-

0

10

0

ЗРУ, совмещённое с ОПУ

Освещение



2

1

0

0,8

1,6

0

1,6

0

Отопление



18

1

0

0,5

-

0

9

0

Аварийн. вентиляция



0,2

0,85

0,62

0,2

0,04

0,02

0,04

0,02

Вспомогательные здания

Освещение



3,7

1

0

0,4

1,48

0

1,48

0

Отопление



90

1

0

0,5

-

0

45

0

Вентиляция



3,4

0,85

0,62

1

3,4

2,1

3,4

2,1

Силовая нагрузка



5

1

0

0,1

0,5

0

0,5

0

Насосы пожаротушен



12

0,85

0,62

0,01

0,12

0,07

0,12

0,07

Отоплен. пожаротуш.



16

1

0

0,5

-

-

8

-

Итого:











171

80

254

80







Условие выбора трансформатора при двух трансформаторах собственных нужд на подстанции с постоянным дежурством:







где  коэффициент допустимой аварийной перегрузки;






Выбираем трансформатор ТСЗ-250/10 ([4], табл. 3.3).

Схема соединения обмоток трансформаторов собственных нужд .



Таблица 5.1. Технические данные трансформатора ТСЗ-250/10





Потери, Вт





ВН

НН







250

10

0,230

3800

1000

5,5






6. Расчёт токов короткого замыкания



Расчёты токов КЗ производятся для выбора и проверки параметров электрооборудования, а также для выбора и проверки уставок релейной защиты и автоматики.

При расчёте токов КЗ не учитывают активную составляющую сопротивлений (т.к. R очень мало), считая сопротивление всех элементов чисто индуктивным. Также не учитывают некоторую несимметрию трёхфазной системы и насыщение сердечников трансформаторов.



6.1 Расчётная схема








6.2 Схема замещения







6.3 Расчёт сопротивлений



Расчёт сопротивлений ведётся в относительных единицах










где удельное сопротивление 1 км линии ([2], табл. 3.3),

ближайшее большее напряжение линии согласно ряду средних напряжений.









6.4 Расчёт точки К-1











	
сверхпереходная относительная э.д.с. ([2], табл. 3.4);

для источника бесконечной мощности;

результирующее сопротивление в точке КЗ;

	базовый ток;







среднее напряжение, на котором произошло КЗ.







ударный коэффициент ([2], табл. 3.8).







определим по графику ([2], рис. 3.25) при 



Так как энергосистема является источником бесконечной мощности то:







6.5 Расчёт точки К-2



Расчёт точки К-2 производим на шинах 10 кВ при включённом секционном выключателе.














 ([2], табл. 3.8).





определим по графику ([2], рис. 3.25) при 



		
7. Выбор выключателей и разъединителей



7.1 Выбор выключателей



Выключатели выбираются по условиям:









где - номинальная мощность трансформатора, МВА.



Выбираем выключатель МГГ-10–3150–45У3;

10 кВ=10 кВ;

3150 A> 3080 A.

Проверка выключателя на ток отключения:







Проверка на возможность отключения апериодическую составляющей тока КЗ:






Проверка на термическую устойчивость:







Проверка на электродинамическую устойчивость:











Выбираем выключатель ВМТ-220Б-20/1000УХЛ1

Проверка выключателя на ток отключения:







Проверка на возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ:






Проверка на термическую устойчивость:







Проверка на электродинамическую устойчивость:









Выбираем выключатель типа ВМПЭ-10–630–31,5У3:



10 кВ=10 кВ;

630 A> 223 A.



Проверка выключателя на ток отключения:







Проверка на возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ:





Проверка на термическую устойчивость:







Проверка на электродинамическую устойчивость:







7.2 Выбор разъединителей на ОРУ 220 кВ



Разъединители выбираются по условиям:







Выбираем разъединитель РНД-220/1000ХЛ1 ([4], табл. 5.5).

220 кВ=220 кВ;

1 кА >0,105 кА;

1 кА >0,147 кА.

Проверка на электродинамическую устойчивость:






Проверка на термическую устойчивость:










8. Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения



8.1 Выбор трансформаторов тока на РУ ВН 220 кВ



Условия выбора ТА:







Выбираем трансформатор тока ТФЗМ220Б-III-600/5 ([4], табл. 5.9).

220 кВ=220 кВ;

600 А > 147 А.

Выбранный трансформатор следует проверить по следующим условиям:

1) на динамическую устойчивость:







2) на термическую устойчивость







3) на вторичную нагрузку:






т.к. индуктивное сопротивление мало, то 







Проверка на вторичную нагрузку сводится к определению сечения проводов q. Трансформатор тока считается выбранным правильно, если q не превышает 10 мм2.



Таблица 8.1. Щитовые электроизмерительные приборы, подключаемые к ТА:

Наименование прибора

Тип прибора

Потребл. мощность, ВА

Амперметр

Э-335

0,5

Ваттметр

Д-335

0,5

Варметр

Д-335

0,5

Итого:

1,5



Переходное сопротивление контактов: ;

Сопротивление приборов:







Допустимое сопротивление контрольных кабелей:







Допустимое сечение:






удельное сопротивление медного провода;

расчётная длина ([2], стр. 375).

Согласно ПУЭ, сечение медных кабелей по условиям механической прочности должно быть не менее 2,5 мм2.

Выбираем кабель марки КВВГ – 2,5.



8.2 Выбор трансформатора напряжения 220 кВ



Условия выбора TV:

1.

220 кВ=220 кВ;

2. Схема соединений обмоток трансформатора должна быть .

Выбираем трансформатор напряжения НКФ-220–58У1 ([4], табл. 5.13).

Трансформатор необходимо проверить на вторичную нагрузку:



	 определяется в режиме максимальной нагрузки.



Таблица 8.2. Щитовые измерительные приборы, подключаемые к TV:

Наименование

цепи

Наименование

прибора

Тип

прибора

Потребл.

мощность

1катушки

ВА

Кол-во

катушек

Кол-во

приборов

Суммарн.

потребл.

мощность

ВА

Сборные шины 220 кВ

1. Вольтметр с переключателем для измерения трёх междуфазных напряжений

Э335

2

1

2

4



2. Регистрирующий вольтметр

Н394

10

1

2

20

Линии 220 кВ

1. Ваттметр

Д335

1,5

2

2

6



2. Варметр

Д335

1,5

2

2

6



3. Фиксирующий прибор для определения места к.з.

ФИП

3

1

2

6

Итого:











42



400 ВА > 42 ВА.



8.3. Выбор трансформатора напряжения 10 кВ



Выбираем трансформатор напряжения ЗНОЛ.06–10У3 ([4], табл. 5.13).







Таблица 8.3. Щитовые измерительные приборы, подключаемые к TV

Наименование

цепи

Наименование

прибора

Тип

прибора

Потребл.

мощность

1катушки

ВА

Кол-во

катушек

Кол-во

приборов

Суммарн.

потребл.

мощность

ВА

Понизительный двухобмоточный тр-р (НН)

1. Ваттметр

Д335

1,5

2

2

6



2. Варметр

Д335

1,5

2

2

6

Сборные шины 10 кВ

1. Вольтметр для измерения междуфазных напряжений

Э335

2

1

2

4



2. Вольтметр с переключением для измерения фазных напряжений

Э335

2

1

2

4

Линии 10 кВ

1. Счётчик активной энергии

САЗ- И674

3/0,38

2

14

221



2. Счётчик реактивной энергии

СР4- И676

3/0,38

2

14

221

Итого:











462



630 ВА>462 ВА.






9. Выбор токоведущих частей



9.1 Выбор шин в цепи трансформатора ТРДНС-40000/220 со стороны 10 кВ







Выбираем сечение алюминиевых шин по допустимому току, т.к. шинный мост, соединяющий трансформатор с КРУ, небольшой длины и находится в пределах подстанции.

Принимаем двухполосные шины 2 (60x8) мм2, ([2], табл. П3.4):







Проверяем шины на термическую стойкость

 что меньше принятого сечения.

Определяем пролёт при условии, что частота собственных колебаний будет больше200 Гц:







Принимаем расположение шин на изоляторах плашмя, тогда([2], табл. 4.1):






Принимаем пролёт 1,2 м; расстояние между фазами a=0,8 м.



9.2 Выбор сборных шин 220 кВ







Принимаем провод марки АС-240 мм2.

Фазы расположены горизонтально с расстоянием между фазами 300 см. Проверка шин на схлёстывание не производится, т.к.

Проверка на термическое действие тока КЗ не производится, т.к. шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка по условиям коронирования не производится, так как согласно ПУЭ минимальное сечение для воздушных линий 220 кВ 240 мм2.






10. Описание конструкции распределительных устройств



10.1 Описание конструкции ячейки КРУ K-XXVI



Шкаф КРУ состоит из жесткого металлического корпуса, внутри которого размещена вся аппаратура. Для безопасного обслуживания и локализации аварий корпус разделён на отсеки металлическими перегородками и автоматически закрывающимися шторками. Выключатель с приводом установлен на выкатной тележке. В верхней и нижней частях тележки расположены подвижные разъединяющие контакты, которые при вкатывании тележки в шкаф замыкаются с шинным и линейным неподвижными контактами. При выкатывании тележки с предварительно отключенным выключателем разъёмные контакты отключаются, и выключатель при этом будет отсоединён от сборных шин и кабельных вводов. Когда тележка находится вне корпуса шкафа, обеспечивается удобный доступ к выключателю и его приводу для ремонта.

Выкатная тележка может занимать три положения: рабочее (тележка находится в корпусе шкафа, первичные и вторичные цепи замкнуты); испытательное (тележка в корпусе шкафа, но первичные цепи разомкнуты, а вторичные замкнуты; ремонтное (тележка находится вне корпуса шкафа, первичные и вторичные цепи разомкнуты). При выкатывании тележки из шкафа автоматически металлическими шторками закрываются отсеки шинного и линейного разъединяющих контактов. На выкатной тележке монтируются также трансформаторы напряжения, разрядники, силовые предохранители, разъёмные соединения главной цепи.

Отсек сборных шин устанавливается на корпусе шкафа. Верх отсека имеет поворотную крышку для монтажа сборных шин. Сборные шины связаны с разъединяющим контактом шинами через проходные изоляторы.

Приборный отсек представляет собой металлическую конструкцию, на фасадной дверце которой размещаются приборы измерения, ключи управления и аппаратура сигнализации. На задней стенке установлен короб для шинок вторичных соединений. Блок для релейной аппаратуры поворотного типа установлен внутри шкафа. Цепи вторичных соединений тележки и релейного шкафа соединяются гибким шлангом с многоконтактным штепсельным разъёмом. Такое соединение позволяет быстро заменить одну тележку другой в случае необходимости.

Корпус шкафа имеет жалюзи для естественной вентиляции отсеков. Шкафы устанавливаются в помещении и обслуживаются с одной стороны. В шкафах предусмотрена блокировка, не допускающая вкатывания тележки в рабочее положение и выкатывания из рабочего положения при включённом выключателе.



10.2 Описание конструкции распределительного устройства 220 кВ



РУ 220 кВ обычно выполняются открытыми. Открытые РУ (ОРУ) должны обеспечить надёжность работы, безопасность и удобство обслуживания при минимальных затратах на сооружение, возможность расширения, максимальное применение крупноблочных узлов заводского исполнения.

Общие размеры ОРУ определяются минимально допустимыми расстояниями и габаритами оборудования. При этом должна предусматриваться возможность механизации монтажных и ремонтных работ, прохода транспортных средств.

Все аппараты ОРУ обычно располагаются на невысоких основаниях (металлических или железобетонных). Гибкие шины крепятся с помощью подвесных изоляторов на порталах.

Кабели оперативных цепей, цепей управления, релейной защиты, автоматики и воздухопроводы прокладываются в лотках из железобетонных конструкций без заглубления их в почву или в металлических лотках, подвешенных к конструкциям ОРУ. ОРУ должно быть ограждено.


Список литературы



		Правила устройства электроустановок. 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

		Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. Электрооборудование станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

		В.А. Боровиков, В.К. Косарев, Г.А. Ходот. Электрические сети энергетических систем. – Л.: Энергия, 1977.

		Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

		Нормы технологического проектирования подстанций с высшим напряжением 35–750 кВ. – Энергосеть проект, 1991.