Дипломная работа: Понизительной подстанции с высшим напряжением 110кВ и низшим напряжением

Задание на проект

Исходными данными к выполнению дипломной работы являются:
1 Принципиальная схема электрических соединений подстанции
2 Параметры элементов
К параметрам элементов относятся длины линий, а также ЭДС и мощности короткого замыкания систем, приведенные в таблице 1.1.

Рисунок 1.1 – Исходные данные

Таблица 1.1 – Исходные данные
Элемент Параметры Значение

Воздушные линии 220 кВ
L1
L2
L3

Кабельные линии 110 кВ
L4
L5

длина
длина
длина


длина
длина

76,5 км
87,8 км
26,5 км


11 км
11 км
Энергосистемы
Система 1
АТЭЦ-3
Система 2
ПС Робот
Система 3
ПС Ерменсай
Мощность к.з.
ЭДС
Мощность к.з.
ЭДС
Мощность к.з.
ЭДС
9027 МВА
235 кВ 15900МВА
236,2 кВ 15450 МВА
234,9 кВ

Необходимо выполнить:

1Составление схемы замещения рассматриваемого района, расчеты токов короткого замыкания.
2Выбор электрического оборудования подстанции.
3Разработка релейной защиты подстанции. 4 Исследование работы дифференциальной защиты на терминале 7UT.
5 Вопросы безопасности жизнедеятельности. 6Технико-экономическое обоснование.

2 Разработк главной схемы электрических соединений подстанции
2.1 Общие положения
Электрическая часть подстанций имеет тесные функциональные связи с технической частью, конструктивные связи со строительной частью и в некоторой степени определяет технико-экономические характеристики всего объекта.
Выбор основных проектных решений по составу агрегатов, площадки строительства, схемы выдачи мощности в энергосистему, схемы присоединения подстанции к системе, охрана окружающей среды представляет собой комплексную задачу оптимизации и реализации алгоритма проектирования в целом.
Основное энергетическое оборудование подстанции всегда нужно стремиться выбирать однотипным. В данном проекте это относится к реакторам, трансформаторам, выключателям.
При этом предпочтение отдается освоенным и перспективным типам оборудования, рекомендуемым планирующими организациями вследствие значительного эффекта от массового применения.
Технологическая и электрическая части подстанции определяются ее ролью в энергосистеме.
Главная схема электрических соединений определяет основные качества электрической части подстанции. От главной схемы зависят:
• надежность транзита мощности;
• капитальные вложения;
• эксплуатационные издержки (включая потери электроэнергии);
• возможность ремонта электроустановок;
• удобство техобслуживания и безопасность персонала;
• рациональность размещения оборудования, возможности дальнейшего развития подстанции;
• гибкость коммутации при восстановлении функционирования после аварии.
Проектирование главной схемы подстанции осуществляется в ходе выполнения следующих процедур:
• выбора принципиальной схемы;
• выбора схем электрических соединений РУ всех напряжений
• выбора электрооборудования.
На чертеже главные схемы изображаются в однолинейном исполнении при отключенном положении всех элементов установки. В некоторых случаях допускается изображать отдельные элементы схемы в рабочем положении. Все элементы схемы и связи между ними изображаются в соответствии со стандартами единой системы конструкторской документации.
2.2 Выбор принципиальной схемы подстанции

Выбором принципиальной схемы подстанции принято называть выбор числа, типа и мощности силовых трансформаторов. При выборе числа трансформаторов должны быть учтены требования надёжности выдачи мощности в систему и электроснабжения потребителей с учётом особенностей проектируемой подстанции и требования ограничения токов КЗ.
Число трансформаторов определяется требованиями надежности электроснабжения. Так, для электроснабжения потребителей I и II категорий, как правило, устанавливают два трансформатора (автотрансформатора). Установка большего числа трансформаторов допускается только при соответствующем технико-экономическом обосновании.
В случае установки двух трансформаторов на подстанции при правильном выборе мощности трансформаторов обеспечивается надежное электроснабжение потребителей даже при аварийном отключении одного из них.
Мощность трансформатора при установке двух трансформаторов на подстанции выбирается по условию
. (2.1.1)
Трансформаторы и автотрансформаторы с ВН до 500 кВ включительно по возможности выбираются трехфазными, при наличии РУ трёх напряжений, если среднее напряжение 110 кВ и выше, целесообразно использование автотрансформаторов.
В нормальных условиях мощность силовых трансформаторов должна обеспечивать питание всех приемников электроэнергии. Выбор мощности силовых трансформаторов следует осуществлять с учетом экономически целесообразного режима их работы.
Установка на подстанции двух трансформаторов, работающих раздельно, обеспечивает надежность систем электроснабжения в том случае, если при аварии одного из трансформаторов оставшийся в работе трансформатор полностью или с некоторым ограничением обеспечит потребную мощность нагрузки. Обеспечение потребной мощности может осуществляться как путем использования номинальной мощности трансформаторов, так и вследствие их перегрузочной способности.
Выбор трансформаторов производят по их нагрузке. Номинальная мощность трансформаторов определяется наибольшей полной мощностью Sнб, передаваемой по наиболее нагруженной обмотке трансформатора.
В данном проекте выбираются два двухобмоточных трансформатора с расщепленной обмоткой НН типа ТРДН – 40000/110-10 (номинальная мощность одного трансформатора составляет 40 МВ∙А).

2.3 Выбор схемы РУ ВН и НН

2.3.1 Общие требования

Схемы распределительных устройств подстанций при конкретном проектировании разрабатываются на основании схем развития энергосистемы, схем электроснабжения района или объекта и других работ по развитию электрических сетей. Выбор схемы РУ начинается с рассмотрения технически возможных и экономически целесообразных вариантов.
В соответствии с "Нормами технологического проектирования подстанций с высшим напряжением 35-750 кВ", главная схема электрических соединений выбирается с использованием типовых схем РУ. Нетиповые схемы могут быть применены только при наличии ТЭО.
При выборе схем РУ необходимо руководствоваться следующим
- схема РУ выбирается с учетом схемы прилегающей сети, ее параметров и перспектив развития, количества присоединяемых ВЛ и трансформаторов, необходимости секционирования и установки компенсирующих устройств, размера и стоимости земельного участка, природно-климатических условий и других факторов. Схема РУ разрабатывается с учетом назначения подстанции в данной энергосистеме, надежности работы примыкающих ВЛ и подстанций и условий их резервирования;
- основные требования, предъявляемые к схемам РУ, заключаются в обеспечении качества функционирования ПС: надежности, экономичности, наглядности и простоте, возможности и безопасности обслуживания, выполнения ремонтов и расширения, компактности и др.;
- отказ любого выключателя, в РУ 35-110 кВ с секционированными сборными шинами, как правило, не должен приводить к отключению более шести присоединений (в РУ 220 кВ с секционированными сборными шинами – к отключению более 4-х присоединений, в том числе не более одного трансформатора, если при этом не нарушается более одной цепи транзита и электроснабжение особо ответственных электроприемников 1-ой категории). Отказ любого выключателя в РУ 330 кВ и выше не должен приводить к отключению более одного трансформатора и одной линии; в случае ремонта одного из выключателей – к отключению более одного трансформатора и двух линий, если при этом обеспечивается устойчивость энергосистемы;
- число одновременно отключаемых выключателей в пределах РУ одного напряжения должно быть не более
а) при повреждении линии – двух;
б) при повреждении трансформаторов напряжением до 500 кВ включительно – четырех, а при напряжении 750 кВ – трех.
2.3.2 Выбор электрической схемы РУ 110 кВ

По месту положения в сети подстанция «Арман–110/10кВ» классифицируется как тупиковая. С учетом наличия двух присоединений (трансформаторов) и трех отходящих линий с возможностью увеличения числа присоединений, в качестве РУ ВН рассмотрим схемы с одной рабочей секционированной системой сборных шин, представленной на рисунке 2.1, и схему с одной рабочей секционированной системой сборных шин и с обходной системой шин, представленной на рисунке 2.2.

2.3.2.1 Схема с одной рабочей секционированной системой сборных шин.

Применение данной схемы рекомендовано при наличии двух присоединений в виде трансформаторов и трех отходящих линий с возможностью увеличения числа присоединений до шести. Вопросы расширения подстанции анализируются при выборе схем электрических сетей на перспективу 5–10 лет. В течение этапности развития возможно расширение до схемы с одной секционированной системой сборных шин и с обходной системой шин, а также до схемы с двумя системами сборных шин и с обходной системой шин либо без нее.
К основным условиям применения данной схемы можно отнести
- наличие парных линий (попарно резервируемые линии, подключенные к различным секциям распределительного устройства; при отключении одной линии ее нагрузка перераспределится на оставшуюся в работе линию), а также непарных линий, но резервируемых от других подстанций;
- отсутствие необходимости сохранения в работе всех присоединений к каждой секции при ее отключении.
Данная схема является наиболее дешевой, простой и наглядной, занимает минимальные отчуждаемые площади с учетом количества присоединений. Электромагнитные блокировки и операции с разъединителями просты и однотипны, следовательно минимизированы отказы по вине персонала.
Схема предусматривает установку числа выключателей на присоединений, которые служат для отключения и включения цепей в нормальных и аварийных режимах. Является лучшей схемой с позиций надежности и экономичности при использовании современных элегазовых выключателей с пружинными приводами для подстанций 35–220 кВ, практически не требующих капитальных ремонтов в течение срока службы. То же относится и к КРУЭ.


Рисунок 2.1 – Схема соединения РУ ВН с одной рабочей секционированной выключателем системой сборных шин

Однако схема обладает рядом недостатков. При повреждении и последующем ремонте одной из секций ответственные потребители, нормально питающиеся с обеих секций, остаются без резерва, а потребители, нерезервированные по сети, отключаются на все время ремонта. При отказе нормально включенного секционного выключателя возможно полное погашение распределительного устройства. Установка второго последовательно включенного секционного выключателя для исключения погашения распределительного устройства не целесообразна с технико-экономических позиций. Предпочтительна установка двух последовательно включенных секционных выключателей с включением в развилку из них одного присоединения (в том числе и нерезервируемого) для исключения погашения распределительного устройства при единичном отказе секционного выключателя без увеличения количества выключателей в схеме.


2.3.2.2 Схема с одной рабочей секционированной системой сборных шин и с обходной системой шин

Одним из важных требованиям к схемам на стороне высшего напряжения является создание условий для ревизий и опробований выключателей без перерыва работы. Этим требованиям отвечает схема с одной рабочей секционированной системой сборных шин и с обходной системой шин, представленная на рисунке 2.2.
В нормальном режиме обходная система шин ОСШ находится без напряжения. В схеме предусматривается обходной выключатель, который может быть присоединен к любой секции с помощью развилки из двух разъединителей. Электромагнитные блокировки и операции с разъединителями не однотипны.
Применение данной схемы рекомендовано при наличии двух присоединений в виде трансформаторов и трех отходящих линий с возможностью увеличения числа присоединений свыше шести. Вопросы расширения подстанции анализируются при выборе схем электрических сетей на перспективу 5–10 лет. В течение этапности развития возможно расширение до схемы с двумя системами сборных шин и с обходной системой шин.
К основным условиям применения данной схемы можно отнести
- наличие нерезервированных присоединений, причем не более одного на секцию, при этом обходная система шин включена в схему плавки гололеда на воздушных линиях. Остальные присоединения должны быть резервированы;
- отсутствие необходимости сохранения в работе всех присоединений к каждой секции при ее отключении. Схема является относительно простой и наглядной, однако по сравнению со схемой с одной секционированной системой сборных шин требует числа выключателей на присоединений, требует установки на каждом присоединении (линии или (авто)трансформаторе) обходного разъединителя, стоимость которого составляет 15–25% стоимости выключателя; увеличивает отчуждаемые земельные участки за счет обходной системы шин на 20–30% в зависимости от числа присоединений. Все это в значительной степени увеличивает стоимость РУ ВН подстанции. Также к недостаткам можно отнести тот факт, что при отказе нормально включенного секционного выключателя возможно полное погашение распределительного устройства.
Установка второго последовательно включенного секционного выключателя для исключения погашения распределительного устройства нецелесообразна с технико-экономических позиций с учетом фактора надежности. Предпочтительна установка двух последовательно включенных секционных выключателей с включением в развилку из них одного присоединения (в том числе и нерезервируемого) для исключения погашения распределительного устройства при единичном отказе секционного выключателя без увеличения количества выключателей в схеме. При использовании современных элегазовых выключателей с пружинными приводами, практически не требующих капитальных ремонтов в течение срока службы, обходная система шин является избыточной и не окупает себя с позиций снижения потерь мощности и электроэнергии в сети при плановых ремонтах коммутационных аппаратов.


Рисунок 2.2 – Схема соединения РУ ВН с одной рабочей секционированной выключателем системой сборных шин и с обходной системой шин

Таким образом, при условии использования современного оборудования на подстанции, отсутствия ответственных потребителей, отсутствия необходимости плавки гололеда и при прочих равных условиях более предпочтительно использовать схему с одной секционированной системой сборных шин.

2.3.3 Выбор электрической схемы РУ 10 кВ

Схемы РУ 6-10 кВ практически не зависят от схем подстанций со стороны высокого напряжения, число секций, напряжение, количество отходящих линий на РУ 6-10 кВ определяется в большей степени требованиями потребителей. При выборе схемы подключения решающими можно считать следующие показатели: мощность подстанции, определяющую число выводов и секций шин 6-10 кВ; наличие, единичную мощность и напряжение крупных потребителей; мощность КЗ на стороне 6-10 кВ, от которой зависит необходимость установки реакторов; характер нагрузок, определяющих подпитку места КЗ и число секций на стороне 6-10 кВ.
Так как в данном проекте имеем двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН, то целесообразно использовать для РУ НН схему с двумя секционированными выключателями системами шин, представленную на рисунке 2.3. Данная схема является наиболее распространенной для трансформаторов с расщепленной вторичной обмоткой мощностью 25-63 МВА с вторичным напряжением 6-10 кВ. Присоединение сборных шин к трансформатору с расщепленной обмоткой НН без реактирования отходящих линий следует выполнять так, чтобы каждая секция была присоединена к одной ветви обмотки трансформатора стороны 10 кВ.
Преимущество схемы – значительное уменьшение отрицательного влияния нагрузок одной ветви на качество напряжения питания другой при резкопеременных графиках нагрузки, вызывающих колебания напряжения на шинах подстанции. Схему не рекомендуется использовать при наличии крупных присоединений с нагрузкой, соизмеримой с номинальной мощностью одной ветви обмотки трансформатора, так как при этом, как правило, трудно равномерно распределить нагрузки между секциями сборных шин подстанции и обеспечить необходимое резервирование. Рассматриваемая схема является гибкой и достаточно надежной. При повреждении одного из трансформаторов, питание секции шин может осуществляться от другого трансформатора после включения секционного выключателя.
РУ 6-10 кВ на подстанциях выполняют сейчас, как правило, комплектными, состоящих из отдельных шкафов, каждый из которых предназначен для одной технологической операции. Применение схемы РУ НН с двумя рабочими секционированными выключателями системами сборных шин требует большого количества комплектных ячеек, что можно отнести к недостатками применения данной схемы, так как это в значительной степени увеличивает капитальные затраты на сооружение РУ НН. ....