Курсовая работа: Проектирование тупиковой подстанции 35 кВ открытого типа

-требований нормативных документов и инструкций, касающихся внешнего электроснабжения отдельных потребителей (групп потребителей);

-оптимизации работы электрической сети путем обеспечения условий регулирования напряжения (установка трансформаторов с РПН и др.), при которых достигается надлежащее качество напряжения у потребителей в соответствии с требованиями «Методических рекомендаций по проектированию развития энергосистем» в нормальных и расчетных послеаварийных режимах работы электрической сети;

-исключения перегруженных участков электрической сети с целью снижения потерь электроэнергии (ликвидация «очагов» потерь);

-ограничения токов к.з.

1.13 Объем технического перевооружения и реконструкции подстанции определяется комплексной комиссией на основании документов, подготовленных по результатам полного обследования и оценки технического состояния подстанции и утвержденных в установленном порядке, в соответствии с Указанием «Об организации работ по техническому перевооружению и реконструкции электрических сетей» (5).

1.13.1 При проектировании технического перевооружения и реконструкции подстанций должны быть устранены дефекты, неисправности и повреждения оборудования, конструкций, устройств, схем, зданий, сооружений, а также изменены все технические решения, которые не соответствуют действующим нормативам или являлись причиной отказов при эксплуатации подстанций.

Допускается оставлять без изменений конструкции и технические решения, принятые на существующей подстанции, если, несмотря на их

несоответствие нормам, действующим на момент технического перевооружения, они удовлетворяют требованиям правил техники безопасности при производстве соответствующих работ, и в процессе эксплуатации не было случаев отказов по причинам этих несоответствий.

1.13.2Работоспособность оборудования и конструкций, оставляемых для дальнейшей эксплуатации, в необходимых случаях, должна подтверждаться проведением соответствующих испытаний с учетом его состояния.

Оборудование с истекшим сроком службы, как правило, должно заменяться новым.

1.13.3Применяемые на ПС силовое оборудование, устройства РЗА, ПА, АСУ ТП и связи, АИИС КУЭ, АСДТУ, систем диагностики, а такжепрограммно-техническиекомплексы и программное обеспечение систем АСТУ должны быть аттестованы в установленном в ОАО «ФСК ЕЭС» порядке (72).

1.2 Обзор современных решений при проектировании подстанций

Рассмотрим вкратце опыт проектирования городских энергетических сетей в России и зарубежом.

От стран Запада наши сети отличает, прежде всего, высокая степень износа силовой аппаратуры на всех этапах распределения. Однако сегодня этот вопрос начинает разрешаться в положительную сторону, особенно в столице.

Если говорить о проектировании электросетей, то традиционно на первое место в РФ выдвигаются показатели экономической эффективности инвестиционных проектов (финансовые, бюджетные, социально-экономические). При выборе варианта развития сети основным параметром оценки является условие минимума приведенных (дисконтированных) затрат при обеспечении требуемого энергетического эффекта. Понятно, что такой подход характерен и для традиционной западной экономики, однако в современных условиях он не является там превалирующим - разработчики Швейцарии в настоящее время уделяют особое внимание вопросам бесперебойного снабжения потребителей [3, 4], а в Англии расчеты производятся на основании минимизации потерь электроэнергии в элементах энергосети.

В России же до сих пор показатели надежности учитываются далеко не в первую очередь.

Несмотря на это, в последнее время наблюдается повышенный интерес среди отечественных разработчиков к проектированию распределительных сетей с точки зрения общеевропейских критериев.

Все это требует применения передовых методов проектирования сетей на основе накопленного зарубежного и отечественного опыта. Российские разработчики САПР предоставляют проектировщикам-энергетикам большой выбор специализированных программ.

Программный комплекс EnergyCS Line [2, 6] предназначен для проектирования воздушных линий электропередач и решения ряда не только инженерных, но и общепроектных исследовательских задач. Так, одной из наиболее трудоемких задач при проектировании являются расчеты токов коротких замыканий. Кроме того, увеличение объемов работ, связанных с проектированием подстанций электрических сетей, потребовало выполнения расчетов установившихся режимов сетей.

Другой продукт - Model Studio CS ЛЭП (ЛЭП - линия электропередачи) [7], решающий сходные задачи проектирования. При создании Model Studio CS ЛЭП использовались современные интерактивные технологии, результаты эргономических исследований и математические решения на основе алгоритмов Н.Б. Ильичева (Ивановский энергетический университет). Программный комплекс полностью соответствует требованиям правил устройства электроустановок (ПУЭ). Основная отличительная особенность системы - её интерактивность: вся работа осуществляется в режиме реального времени.

Представленный выше обзор существующих методов и систем перспективного развития показывает, что наиболее разумным представляется идея, согласно которой на первый план выдвигается не экономическая эффективность проектирования и внедрения проекта, а эксплуатационная - то есть повышение надежности, уменьшение частоты и времени отказов сети. В этом плане нам, безусловно, будет интересен опыт швейцарских ученых, которые рассматривают в качестве критерия надежности оценку ущербов от вынужденного отключения электроэнергии, совмещая тем самым физические и денежные показатели.

С другой стороны, следует отметить два основных момента.

* В каждой крупной стране (США, Китай и РФ) существуют свои, в чем-то сходные проблемы, связанные с усовершенствованием и развитием распределительных сетей. Сравнивая, например, Нью-Йорк, Лондон, Пекин и Москву, мы видим, что проблемы высокой плотности населения и отсутствия возможности для установки мощных распределительных подстанций играют в каждом из этих городов первостепенную роль. Какую бы математическую модель мы ни использовали, учет этих факторов необходим в первую очередь.

* В России уже достаточно давно существует мощная среда проектирования ЛЭП и подстанций городских сетей, которая учитывает все отечественные особенности, как с точки зрения состояния сетей, географических, климатических и других особенностей, так и с точки зрения существующих норм и правил на проектирование.

Однако в имеющихся в настоящее время обширных наработках в области перспективного развития сетей незначительное значение уделяется анализу перспективы развития города. При этом очевиден тот факт, что этот вопрос в настоящее время стоит особенно остро.

Предварительный анализ расчета нагрузок и развития города позволит оптимизировать структуру сети, снизить потери, и главное обеспечить надежное и качественное электроснабжение всех потребителей при минимизации затрат электросетевой компании.

2. Определение расчётных нагрузок

2.1 Расчёт полной установленной мощности

Нагрузка на жилищно-бытовые нужды:

,

где число жителей; ежегодный прирост населения, выраженный в процентах; перспективный срок проектирования; удельная мощность, приходящаяся на одного человека. Примем, что , тогда

.

3. Выбор числа и расчёт мощности силовых трансформаторов

Число трансформаторов на подстанциях выбирается в зависимости от мощности и ответственности потребителей, также наличия резервных источников питания в сетях среднего и низшего напряжений. Таким образом, выбор количества трансформаторов является технико-экономической задачей.

Если потребители, подключенные к проектируемой подстанции, имеют I или II категорию по надежности электропитания, то, согласно ПУЭ, эти потребители должны получать питание от двух независимых источников питания. Такими источниками для районной подстанции является два трансформатора. Если на подстанции нет потребителей I категории, а нагрузка потребителей II категории не превышает 20%, то, как первый этап проектирования на подстанциях, предусматривается установка одного трансформатора. Потребители II категории получают резервное питание по линиям 10 кВ от соседних подстанций или от автономных источников электроснабжения. По условию задания, проектируемая подстанция является тупиковой, имеются потребители I категории, поэтому выбираем подстанцию двухтрансформаторную.

Установленная мощность двухтрансформаторной подстанции

,

где КПАВ=1,4 - коэффициент, учитывающий участие в нагрузке потребителей I и II категории и допустимую аварийную перегрузку.

Выбор номинальной мощности трансформатора для двухтрансформаторной подстанции с учётом значения КПАВ=1,4.

Тит выбранного трансформатора и его номинальные параметры

Таблица 1

4. Выбор и обоснование схемы подстанции

Рисунок 1. Принципиальная схема тупиковой подстанции.

Понижающие подстанции предназначены для распределения энергии по сети низкого напряжения и создания пунктов соединения сети высокого напряжения. К главным схемам электрических соединений подстанций предъявляют следующие основные требования:

· Схема должна обеспечивать надёжное питание присоединённых потребителей в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с категориями нагрузки и с учётом наличия или отсутствия независимых резервных источников питания.

· Схема должна обеспечивать надёжность транзита мощности через подстанцию в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах.

· Схема должна быть по возможности простой, наглядной, экономичной и обеспечивать средствами автоматики восстановления питания потребителей в послеаварийной ситуации без вмешательства персонала.

· Схема должна допускать поэтапное развитие РУ без значительных работ по реконструкции и перерывов в питании потребителей.

Главная схема электрических соединений подстанции выбирается с использованием сетки типовых схем РУ 35-750 кВ.

Для тупиковой подстанции 35/10 кВ применяется схема 5-Н.

Рисунок 2. Принципиальная схема ОРУ 35кВ

Рисунок 3. Принципиальная схема РУ 10кВ (одна одиночная, секционированная выключателем система шин).

5. Расчёт токов короткого замыкания (КЗ)

Составляем расчетную схему электроустановки. Эта схема включает все элементы электроустановки, которые оказывают влияние на ток К.З..Также на расчетной схеме намечаем расчетные точки К.З..

Рисунок 4.Расчетная схема электроустановки.

Для подстанций с двухобмоточными трансформаторами расчетными точками К.З. являются сборные шины или вводы со стороны высокого напряжения и сборные шины низкого напряжения. Согласно рекомендациям по проектированию районных подстанций, ни при каких режимах работы не предусматривается параллельная работа трансформатора на двух трансформаторных подстанциях, т.е. в нормальном режиме секционный выключатель напряжением 10кВ всегда отключен. Это один из способов ограничения токов К.З. на уровне схемного решения.

По расчетной схеме составим эквивалентную схему замещения, на которой реальные объекты замещаем сопротивлениями, проводимостями и источниками, а электромагнитные связи замещаются электрическими связями. Так как рассматривается подстанция с высшим напряжением 35кВ, то в схеме замещения присутствуют только индуктивные сопротивления элементов. Если напряжение электроустановки меньше 1кВ, то элементы схемы замещения должны представляться в виде индуктивных и активных сопротивлений. Если в схеме присутствуют ЛЭП напряжением 220кВ и выше и длиною более100 км, то в схему замещения необходимо вводить емкостные проводимости линии. Для электроустановок с напряжением свыше 1000В расчеты токов К.З. удобнее проводить в относительных единицах. При этом необходимо привести сопротивление к базисным условиям.

Рисунок 5.Эквивалентная схема замещения.

В качестве базисных условий удобно задавать Sб (равное 100; 1000 МВА) и Uб (равно среднему эксплуатационному напряжению той ступени, на которой предполагается К.З.: 37, 115, 10,5 кВ).

В качестве базисных условий принимаем: SБ=1000 МВА UБ1=37 кВ UБ2=10,5 кВ

Базисные токи находим по формуле:

;

;

.

Определим сопротивление всех элементов схемы в относительных единицах: