Электрические станции и подстанции Готовая курсовая работа МТИ

 

                             

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ПОДСТАНЦИИ

1.1 Суточные графики нагрузок потребителей

1.2 Суммарный (совмещенный) график нагрузок потребителей

1.3 Годовой график по продолжительности нагрузок

1.4 Технико – экономические показатели, определяемые из графиков нагрузки

1.5 График полной мощности подстанции

2. ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ И РАСЧЕТ НА ПЕРЕГРУЗОЧНУЮ СПОСОБНОСТЬ

2.1 Построение эквивалентного двухступенчатого графика нагрузки подстанции

2.2 Выбор трансформатора собственных нужд

3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПОДСТАНЦИИ

4. ВЫБОР МАРКИ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ ВЫСОКОГО И

НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

5. РАСЧЕТ ТОКОВ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ

5.1 Расчет сопротивлений схем замещения системы, линии высокого

напряжения, трансформаторов

5.2 Расчет токов трехфазного короткого замыкания

5.3 Расчет ударного тока трехфазного короткого замыкания

6. ВЫБОР ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ

6.1 Выбор и проверка ошиновки распределительного устройства высокого напряжения

6.2 Выбор и проверка ошиновки распределительного устройства низкого напряжения

6.3 Выбор и проверка электрических аппаратов

6.3.1 Выбор разъединителей

6.3.2 Выбор выключателей

6.3.3 Выбор ограничителей перенапряжения

6.4 Контрольно-измерительная аппаратура

6.4.1 Выбор трансформаторов тока

6.4.2 Выбор трансформаторов тока

6.4.3 Выбор трансформаторов напряжения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ

Исходные данные к проекту представлены в таблицах 1 и 2

Таблица 1Исходные данные

Тип подстанции	Тип ВЛ высокого напряжения	Напряжение ВЛ ВН, кВ	Длина ВЛ ВН, км	Расположение проводов, м
Проходная 35/10	Одноцепная	35	30	Треугольник 3,0 м

 Таблица 2Исходные данные

Наименование потребителя	Максимальная мощность, МВт	Напряжение питающих линий, кВ	Количество питающих линий	cos φ
Населенный пункт	3	10	3	0,87
Предприятие черной металлургии	8			0,8
Предприятие текстильной промышленности	1		2	0,78
Предприятие химической промышленности	6			0,79
Обогатительная фабрика	9		3	0,85

 

Мощность короткого замыкания S_кз = 700 МВА

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе разработан проект электрической подстанции 35/10 кВ. По назначению эта подстанция является потребительской, т.е. служит для питания потребителей. По способу подключения к энергосистеме она проходная, поскольку лишь часть мощности, приходящая на подстанцию, питает ее потребителей.

В процессе написания курсовой работы было выбрано число и мощность силовых трансформаторов, реализована схема электрических соединений на ВН и на НН. Помимо всего прочего, были выбраны требуемые аппаратура, токоведущие части и изоляторы с учетом соответствующих требований. С принятием во внимание проведенных расчетов была сделана схема электрических соединений и эскиз электрической подстанции.

1. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ПОДСТАНЦИИ 

Электрическая нагрузка отдельных потребителей и суммарная их нагрузка, которая определяет режим работы подстанций (электростанций в энергосистеме), постоянно меняется. Это выражается графиком нагрузки, т.е. диаграммой изменения мощности (тока) на шинах подстанции во времени.

По виду фиксируемого параметра бывают графики активной P (МВт), реактивной Q (мвар), полной (кажущейся) S (МВА) мощностей и тока I (А) на шинах подстанции.

Графики отражают изменение нагрузки за тот или иной временной период. По данном признаку их делят на суточные, сезонные и годовые.

По месту назначения или элементу энергосистемы, к которому они относятся, графики делятся на:

- графики нагрузки потребителей, определяемые на шинах подстанции;

- сетевые графики нагрузки – на шинах районных и узловых подстанций;

- графики нагрузки энергосистемы, которые характеризуют результирующую нагрузку энергосистемы;

- графики нагрузки электростанций.

1.1 Суточные графики нагрузок потребителей

При известной P_расч можно перевести типовой график в график нагрузки потребителя, используя следующее соотношение [4]:

 (МВА)

где  % - ордината соответствующей ступени типового графика.

P_расч - расчетная мощность предприятия, МВт. Суточные графики нагрузки предприятий по сезонам отражены в нижеследующих таблицах.

Таблица 1.1Расчет зимнего графика нагрузки населенного пункта

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	60	52	38	38	45	56	70	80	85	70	50	45
Pi	1,8	1,56	1,14	1,14	1,35	1,68	2,1	2,4	2,55	2,1	1,5	1,35
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	40	40	60	70	80	90	100	100	95	85	80	70
Pi	1,2	1,2	1,8	2,1	2,4	2,7	3	3	2,85	2,55	2,4	2,1

Таблица 1.2 Расчет летнего графика нагрузки населенного пункта

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	55	38	25	25	25	38	45	63	68	63	45	45
Pi	1,65	1,14	0,75	0,75	0,75	1,14	1,35	1,89	2,04	1,89	1,35	1,35
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	37	37	45	55	55	59	68	78	85	85	75	60
Pi	1,11	1,11	1,35	1,65	1,65	1,77	2,04	2,34	2,55	2,55	2,25	1,8

Таблица 1.2 Расчет зимнего графика нагрузки предприятия черной металлургии

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	85	80	80	85	90					85	85	90
Pi	6,8	6,4	6,4	6,8	7,2					6,8	6,8	7,2
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	90					80	80	90			85	85
Pi	7,2					6,4	6,4	7,2			6,8	6,8

 Таблица 1.3 Расчет летнего графика нагрузки предприятия черной металлургии

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	98	97	97	98	100	100	100	100	100	98	98	100
Pi	7,84	7,76	7,76	7,84	8	8	8	8	8	7,84	7,84	8
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	100	100	100	100	100	98	98	100	100	100	98	98
Pi	8	8	8	8	8	7,84	7,84	8	8	8	7,84	7,84

 Таблица 1.5 Расчет зимнего графика нагрузки предприятия текстильной промышленности

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	40	40	40	40	40	15	15	95	100	100	100	50
Pi	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,15	0,15	0,95	1	1	1	0,5
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	100	100	100	95	95	95	95	50	95	95	95	40
Pi	1	1	1	0,95	0,95	0,95	0,95	0,5	0,95	0,95	0,95	0,4

 Таблица 1.6 Расчет летнего графика нагрузки предприятия текстильной промышленности

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	25	25	30	30	10	10	10	10	90	90	30	30
Pi	0,25	0,25	0,3	0,3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,9	0,9	0,3	0,3
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	30	90	90	85	85	85	35	35	35	85	22	22
Pi	0,3	0,9	0,9	0,85	0,85	0,85	0,35	0,35	0,35	0,85	0,22	0,22

 Таблица 1.7 Расчет зимнего графика нагрузки предприятия химической промышленности

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	75	75	65	65	65	65	60	60	90	90	90	90
Pi	4,5	4,5	3,9	3,9	3,9	3,9	3,6	3,6	5,4	5,4	5,4	5,4
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	90	90	85	85	80	80	80	80	65	65	65	65
Pi	5,4	5,4	5,1	5,1	4,8	4,8	4,8	4,8	3,9	3,9	3,9	3,9

 Таблица 1.8 Расчет летнего графика нагрузки предприятия химической промышленности

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	80	80	80	80	80	80	100	100	100	100	100	100
Pi	4,8	4,8	4,8	4,8	4,8	4,8	6	6	6	6	6	6
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	100	100	100	100	100	100	85	85	85	85	85	85
Pi	6	6	6	6	6	6	5,1	5,1	5,1	5,1	5,1	5,1

 Таблица 1.9 Расчет зимнего графика нагрузки обогатительной фабрики

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	50	50	50	50	50	50	100	100	100	100	100	100
Pi	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	9	9	9	9	9	9
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	100	100	100	100	100	100	60	60	60	60	60	60
Pi	9	9	9	9	9	9	5,4	5,4	5,4	5,4	5,4	5,4

 Таблица 1.10 Расчет летнего графика нагрузки обогатительной фабрики

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
ηi, %	45	45	45	40	40	40	40	40	70	70	80	80
Pi	4,05	4,05	4,05	3,6	3,6	3,6	3,6	3,6	6,3	6,3	7,2	7,2
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
ηi, %	90	90	90	90	50	50	50	50	50	50	50	50
Pi	8,1	8,1	8,1	8,1	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5

 

По данным этих таблиц были построены графики сезонных суточных нагрузок для предприятий.

Рисунок 1.1 – Суточный график нагрузки для населенного пункта

_____ - зима;

 _ _ _ - лето

 

Рисунок 1.2 – Суточный график нагрузки для предприятия черной металлургии

_____ - зима;

 _ _ _ - лето

Рисунок 1.3 – Суточный график нагрузки для предприятия текстильной промышленности

 

_____ - зима;

 _ _ _ - лето.

 

Рисунок 1.4 – Суточный график нагрузки для предприятия химической промышленности

_____ - зима;

_ _ _ - лето.

Рисунок 1.5 – Суточный график нагрузки для обогатительной фабрики

_____ - зима;

_ _ _ - лето

1.2 Суммарный (совмещенный) график нагрузок потребителей

Данный график определяется с принятием во внимание потерь мощности на подстанции.

Потери мощности находятся в зависимости от:

- протекания тока по обмоткам трансформаторов, являющихся переменными величинами, зависящими от нагрузки (ΔP_пер).

- постоянную часть потерь мощности определяют преимущественно потери холостого хода трансформаторов (ΔP_пост).

- потери на собственные нужды находятся в зависимости от характеристик трансформатора и типа подстанции ( ΔP_с.н.).

Суммируя значения мощностей ступеней графиков нагрузки всех потребителей и потери мощности на подстанции для каждой ступени, получают суммарный график нагрузки подстанции для сезонов:

PΣпс(i)=P(i) + Δ P_пост + Δ P_пер+ ΔP_с.н. (МВА),

где P(i) – суммарная мощность всех предприятий i-ступени из раздела 1.1;

ΔP_пост – постоянные потери, равны 1% от P_max, т.е. от максимального значения активной мощности i-ступени совмещенного графика [4,9];

ΔP_пост=0,01P_max, МВА,

ΔP_с.н. – потери на собственные нужды, 0,5% от P_max

ΔP_с.н.= 0,005P_max, МВА,

ΔP_пер – переменные потери, находящиеся в зависимости от мощности каждой ступени [4,9]:

Δ P_пер = P²(i) / (10 ∙ P_max), МВА.

Расчет суммарных графиков нагрузки потребителей на шинах подстанции представлен в нижеследующих таблицах.

 Таблица 1.12 Суммарный зимний график нагрузки подстанции

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
Pi	18,0	17,4	16,3	16,7	17,4	17,4	22,1	23,2	25,2	24,3	23,7	23,5
ΔРпост	0,25
ΔРс.н.	0,13
ΔРпер	1,3	1,2	1,1	1,1	1,2	1,2	1,9	2,1	2,5	2,3	2,2	2,2
PΣпсi	19,7	18,9	17,8	18,2	18,9	19,0	24,4	25,7	28,0	27,0	26,3	26,0
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
Pi	23,8	23,8	24,1	24,4	24,4	23,9	20,6	20,9	20,3	20,0	19,5	18,6
ΔРпост	0,25
ΔРс.н.	0,13
ΔРпер	2,2	2,2	2,3	2,4	2,4	2,3	1,7	1,7	1,6	1,6	1,5	1,4
PΣпсi	26,4	26,4	26,8	27,1	27,1	26,5	22,6	23,0	22,3	22,0	21,3	20,4

Таблица 1.13Суммарный летний график нагрузки подстанции

Час	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
Pi	18,6	18,0	17,7	17,3	17,3	17,6	19,1	19,6	23,2	22,9	22,7	22,9
ΔРпост	0,25
ΔРс.н.	0,12
ΔРпер	1,4	1,3	1,3	1,2	1,2	1,3	1,5	1,6	2,2	2,1	2,1	2,1
PΣпсi	20,4	19,7	19,3	18,9	18,8	19,3	20,9	21,5	25,8	25,4	25,2	25,4
Час	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
Pi	23,5	24,1	24,4	24,6	21,0	21,0	19,8	20,3	20,5	21,0	19,9	19,5
ΔРпост	0,25
ΔРс.н.	0,12
ΔРпер	2,2	2,4	2,4	2,5	1,8	1,8	1,6	1,7	1,7	1,8	1,6	1,5
PΣпсi	26,1	26,9	27,1	27,4	23,2	23,1	21,8	22,3	22,6	23,2	21,9	21,4

По результатам конечной суммы PΣпс(i) вышеуказанных таблиц для сезонов года строятся графики суммарной нагрузки подстанции с принятием во внимание потерь.

Рисунок 1.6 – График суммарной (совмещенной) нагрузки подстанции с учетом потерь

_____ - зима;

_ _ _ - лето.

1.3 Годовой график по продолжительности нагрузок

 

Данный график показывает продолжительность работы установки в течение года с разными нагрузками. По оси ординат откладывают нагрузки в масштабе, по оси абсцисс – часы года от 0 до 8760. Нагрузки на графике располагают в порядке убывания.

Продолжительность зимы и лета составляют соответственно 200 и 165 дней.

Построение годового графика по длительности нагрузок осуществляется с учетом суммарных суточных графиков нагрузки зимнего и летнего периода, полученных в разделе 1.2.

График по продолжительности нагрузок используют в расчетах технико-экономических показателей установки, расчетах потерь электроэнергии, при оценке использования оборудования в течение года и пр.

Значение активной мощности i-ступени графика по длительности определяется проекцией ординат суммарных суточных графиков нагрузки зимнего и летнего периода на ось ординат искомого графика, а длительность данной ступени графика по продолжительности Т_i рассчитывается по следующей формуле [4]:

Тi = t_i^зима × 200 + t_i^лето × 165 ч,

где t_i^зима и t_i^лето - длительность i-ступени суточного зимнего и летнего суммарного графиков нагрузки.

Расчет годового графика по продолжительности нагрузок представлен в таблице 1.14.

 Таблица 1.14 Продолжительность нагрузок в течение года

Pi	17,8	18,2	18,8	18,9	19,0	19,3	19,7	20,4	20,9	21,3	21,4	21,5
Тi	200	200	165	565	200	330	365	365	165	200	165	165
t	200	400	565	1130	1330	1660	2025	2390	2555	2755	2920	3085
Pi	21,8	21,9	22,0	22,3	22,6	23,0	23,1	23,2	24,4	25,2	25,4	25,7
Тi	165	165	200	365	365	200	165	330	200	165	330	200
t	3250	3415	3615	3980	4345	4545	4710	5040	5240	5405	5735	5935
Pi	25,8	26,0	26,1	26,3	26,4	26,5	26,8	26,9	27,0	27,1	27,4	28,0
Тi	165	200	165	200	400	200	200	165	200	565	165	200
t	6100	6300	6465	6665	7065	7265	7465	7630	7830	8395	8560	8760

По таблице 1.14 строится годовой график по продолжительности нагрузок (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 – Годовой график по продолжительности нагрузок

1.4 Технико-экономические показатели, определяемые из графиков нагрузки

Площадь, ограниченная кривой графика активной нагрузки, равна энергии, отпущенной с шин подстанции потребителям за соответствующий период (год) [4]:

W_п = ΣP_i ∙ T_i = 202729,0 МВт ∙ ч,

 

где P_i – мощность i-ступени графика;

T_i – продолжительность ступени.

Средняя нагрузка по графику за рассматриваемый период (год):

P_ср = W_п / T,

где T – длительность рассматриваемого периода

W_п – электроэнергия за рассматриваемый период

P_ср = 202729,0 / 8760 = 23,1 МВт.

Степень неравномерности графика работы электроустановки оценивают коэффициентом заполнения.

k_зап = W_п / P_max · T= P_ср / P_max

k_зап = 23,1 / 28,0 = 0,83

Коэффициент заполнения графика нагрузки отражает, во сколько раз отпущенное с шин количество электроэнергии за соответствующий период меньше того количества электроэнергии, которое было бы отпущено с шин подстанции за то же время, если бы нагрузка установки все время была бы максимальной. Чем равномернее график, тем ближе значение k_зап к единице.

Для характеристики графика нагрузки подстанции целесообразно воспользоваться величиной продолжительности использования максимальной нагрузки:

T_max = W_п / P_max = P_ср · T / P_maxс = k_зап · T;

T_max = 0,83 · 8760 = 7271.

Данная величина показывает, сколько часов за соответствующий период T (преимущественно год) установка должна была бы работать с постоянной максимальной нагрузкой, чтобы отпустить с шин подстанции действительное количество электроэнергии W_п.