Рисунок 3 - Схема с одинарной секционированной системой шин.
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
При проектировании понизительных подстанций промышленных предприятий расчет токов короткого замыкания производят для решения задач:
1. Сопоставления, оценки и выбора главных схем электрических соединений электростанций и подстанций;
2. Проверки электрических аппаратов и токоведущих частей по условию работы при коротких замыканиях;
3. Решения вопросов ограничения токов короткого замыкания;
4. Проектирования и настройки устройств релейной защиты;
5. Проектирования заземляющих устройств;
Для целей проектирования используются упрощенные методы расчета токов короткого замыкания. При этом принимается ряд допущений: отсутствие качаний генераторов, приближенный учет нагрузок, пренебрежение активными сопротивлениями схемы (если соотношение R/X < 1.3), приближенный учет апериодического тока короткого замыкания.
За расчетный вид короткого замыкания принимается, как правило, трехфазное короткое замыкание.
Расчет токов короткого замыкания производится для максимального и минимального режимов работы системы.
Для расчета токов КЗ составлена принципиальная схема электрических соединений системы в однолинейном изображении, которая представлена на рис.4.1. Схема замещения показана на рис. 4.2.
4.1 Расчет токов трехфазного короткого замыкания
Результирующая схема для точки К1:
Расчет токов короткого замыкания будем проводить в системе относительных базисных единиц.
Исходные данные.
Рисунок 4.1 - Расчетная схема
Г1, Г2, Г3, Г4: ТВФ-100
Х”d=0,14
Uн=10,5 кВ
сos 
н=0,8
LЛ1=LЛ2=53,9 км
L1=L2= 2×AC 240/32
Х0=0,42 Ом/км.
Т1, Т2, Т3, Т4: ТДЦ-125000
Uк=11%
С: Sкз=8000 МВА
Расчет максимального режима.
На основе расчетной схемы составим схему замещения.
Рисунок 4.2 - Схема замещения
Определим параметры схемы замещения.
Если мощность генератора=100МВт=> Е”=1,08.
Если мощность генератора>100МВт=> Е“=1,13
Для энергосистемы Е”=1
Е1”= Е2”= Е3”= Е4”=1,13
Т.к РГ=100 МВт
Е5”=1
Установим базисные единицы:
SБ=100 МВА
UБ1=115 кВ
Сопротивление генераторов
Ом
Сопротивление трансформаторов
Ом
Сопротивление системы
Ом
Сопротивление ЛЭП
Преобразуем схему замещения к простейшему виду:
Рисунок 4.3 - Упрощенная схема замещения.
Ом
Объединим 4 генераторные ветви в 1 эквивалентный источник (рис.4.4):
Рисунок 4.4
Для определения тока КЗ в начальный момент времени, свернем схему до простейшей (рис.4.5):
Рисунок 4.5
Ом
А
Чтобы воспользоваться типовыми кривыми, определим суммарный ток генераторов, приведенный к напряжению в точке КЗ:
Определим суммарный номинальный ток генераторов в о.б.е:
Находим отношение для типовых кривых:
Т.к 
, 
то k=1.
Определим ток КЗ в начальный момент времени и в момент времени t в именованных единицах.
Определим апериодический ток КЗ в момент времени t=0,08с.
Действующее значение полного тока в момент времени t
Мгновенное значение полного тока в момент времени t
Ударный ток
Апериодический ток в момент времени ty
Действующее значение ударного тока
Минимальный режим.
Исходные данные.
Рисунок 4.6 - Расчетная схема
Г1, Г2, Г3: ТВФ-100
Х”d=0,14
Uн=10,5 кВ
сos н=0,8
LЛ1=53,9 км
L1=АС 240/32
Т1, Т2, Т3: ТДЦ-125000
Uк=11%
С: Sкзmm=4800 МВА
На основе расчетной схемы составим схему замещения.
Рисунок 4.7 - Схема замещения
Определим параметры схемы замещения.
Е1”= Е2”= Е3”=1,13
Т.к РГ=100 МВт
Е5”=1
Установим базисные единицы:
SБ=100 МВА
UБ1=115 кВ
Сопротивление генераторов
Сопротивление трансформаторов
Ом
Сопротивление системы
Ом
Сопротивление ЛЭП
Преобразуем схему замещения к простейшему виду:
Рисунок 4.8 - Упрощенная схема замещения.
Объединим 3 генераторные ветви в 1 эквивалентный источник
(рис.4.9):
Рисунок 4.9
Е5”= Е1”= Е2”= Е3”=1,13
Для определения тока КЗ в начальный момент времени, свернем схему до простейшей (рис.4.10):
Рисунок 4.10
Чтобы воспользоваться типовыми кривыми, определим суммарный ток генераторов, приведенный к напряжению в точке КЗ:
Определим суммарный номинальный ток генераторов в о.б.е:
Находим отношение для типовых кривых:
По методу типовых кривых определяем k=1.
Определим ток КЗ в начальный момент времени и в момент времени t в именованных единицах.
Определим апериодический ток КЗ в момент времени t=0,08с.
Действующее значение полного тока в момент времени t
Мгновенное значение полного тока в момент времени t
Ударный ток
Апериодический ток в момент времени ty
Действующее значение ударного тока
4.1.1 Сопротивления в схеме замещения
За базисные величины принимаем:
Рисунок 4.11 - Схема замещения.
1) Трансформаторы ГРЭС:
(4.1)
Хнб = 
Хвб = 
2) Кабели:
L = 0.8 км; Х0 = 0.08 Ом/км; Uср=10.5 кВ.
(4.2)
Хк = 
3) Система:
(4.3)
Хс (К2) = Хвб+Хнб+Хс(К1)=0.22+0.07+0.095=0.38
4) Двигатели с учетом кабелей:
Для АД и СД Х’dном=0.2
(4.4)
ХСД 630 = 
XСД 2500 = 
ХАД = 
4.1.2 Преобразование схемы замещения
Преобразованная схема показана на рисунке 4.3.
Рисунок 4.12.
4.1.3 Расчет токов трехфазного короткого замыкания
Результирующая схема для точки К2:
Рисунок 4.13.
Действующее значение периодической составляющей начального тока КЗ:
. (4.12)
XСД 630 = 
= 15; ХСД 2500 = 7; ХАД = 
кА
кА
кА
кА
Апериодическая составляющая тока КЗ к моменту времени τ = 0.08 с определяется:
(4.13)
– принимается по табл. 4.5 [4].
Ударный ток КЗ:
, (4.14)
Где 
4.1.4. Определение апериодической составляющей тока КЗ.
Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока трехфазного КЗ принимается равным амплитуде начального значения периодической составляющей, кА.
(4.15)
Значение апериодической составляющей тока КЗ в момент времени τ = 0.08 c по формуле, кА.
(4.16)
4.1.5. Определение ударного тока КЗ.
кА (4.17)
Определение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени.
Действующее значение периодической составляющей тока КЗ, протекающего в ветви источника электроснабжения (энергосистемы), считается независимым от времени
(4.18)
Расчет действующего значения периодической составляющей тока статора электродвигателя определяется по формуле:
, (4.19)
где 
- коэффициент, зависящий от удаленности электродвигателя от точки КЗ.
для СД630=0.78, для СД2500=0.75, для АД=0.45
Полный ток КЗ в момент времени τ = 0.08 с:
(4.20)
4.1.5 Расчет токов короткого замыкания для минимального режима
Минимальный режим задан следующим образом:
- секции 10 кВ ГПП включены по нормальной схеме
- отключена одна из двух ВЛ 220 кВ ГРЭС-ГПП
- отключена два блока 50 МВт на ГРЭС
Схема замещения в минимальном режиме показана на рисунке 4.6.
Рисунок 4.6
Результирующая схема для точки К2:
Рисунок 4.7
Sб= 100 МВА
Uб= 10.5 кВ
Iб= 5.5 кА
Значение периодического тока:
, кА
, кА
, кА
, кА
Таблица 4
| Режим | т. КЗ | Ветви КЗ | Iпо кА | Iпτ кА | iaτ кА | ikτ кА | Ta с | Kуд | iуд кА |
| Макс | 1 | Сист | 5.4 | 5.4 | 1.53 | 9.17 | 0.05 | 1.8 | 13.75 |
| 2 | Сист | 14.85 | 14.85 | 10.78 | 31.78 | 0.12 | 1.92 | 40.32 | |
| СД630 | 0.4 | 0.312 | 0.12 | 0.56 | 0.05 | 1.8 | 1.02 | ||
| СД2500 | 0.86 | 0.645 | 0.39 | 1.3 | 0.07 | 1.9 | 2.31 | ||
| АД | 0.39 | 0.18 | 0.07 | 0.32 | 0.04 | 1.6 | 0.88 | ||
| Сумма | 16.5 | 15.99 | 11.26 | 33.96 | 44.53 | ||||
| Мин | 1 | Сист | 2.85 | ||||||
| 2 | Сист | 12 | |||||||
| СД630 | 0.2 | ||||||||
| АД | 0.2 | ||||||||
| Сумма | 12.4 |
ГЛАВА 5. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Выбор оперативного тока
Для питания оперативных цепей подстанции применяется постоянный оперативный ток с питанием от аккумуляторных батарей. Трансформатор собственных нужд присоединён к шинам 10 кВ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проделанной работы была спроектирована главная понизительная подстанция завода транспортного машиностроения: рассчитаны нагрузки подстанции, выбраны трансформаторы, выбрана схема электрических соединений подстанции на высокой и низкой стороне, также рассчитаны токи короткого замыкания в максимальном и минимальном режимах, выбрано основное оборудование и токоведущие части, разработана конструкция и компоновка распределительных устройств, рассчитано заземление и грозозащита подстанции.
На основании результатов курсового проектирования выполняется курсовая работа по дисциплине "Релейная защита и автоматика".
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Двоскин Л. И. Схемы и конструкции распределительных устройств. М.: Энергоатомиздат, 1985.
2. Правила применения скидок и надбавок к тарифам на электроэнергию за потребление и генерацию реактивной энергии // Промышленная энергетика. № 6, 1996.
3. Правила устройства электроустановок. М.: Главгосэнергонадзор России, 1998.
4. Игуменщев В. А., Олейников В. К., Малафеев А. В. Электрическая часть понизительной подстанции промышленного предприятия: Учеб. Пособие. – Магнитогорск: МГТУ, 2002.
5. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Т. 2 / Под ред. А. А. Федорова. М.: Энергия, 1974.
6. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1987.
7. Электрическая часть станций и подстанций (Справочные материалы)/ Под ред. Б. Н. Неклепаева. М.: Энергоатомиздат, 1986.
8. Электротехнический справочник: в 3т. Т. 3. В 2 кн. Кн.1. Производство и распределение электрической энергии (Под общ. ред. профессоров МЭИ). М.: Энергоатомиздат, 1988.
Рисунок 3 - Схема с одинарной секционированной системой шин.
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
При проектировании понизительных подстанций промышленных предприятий расчет токов короткого замыкания производят для решения задач:
1. Сопоставления, оценки и выбора главных схем электрических соединений электростанций и подстанций;
2. Проверки электрических аппаратов и токоведущих частей по условию работы при коротких замыканиях;
3. Решения вопросов ограничения токов короткого замыкания;
4. Проектирования и настройки устройств релейной защиты;
5. Проектирования заземляющих устройств;
Для целей проектирования используются упрощенные методы расчета токов короткого замыкания. При этом принимается ряд допущений: отсутствие качаний генераторов, приближенный учет нагрузок, пренебрежение активными сопротивлениями схемы (если соотношение R/X < 1.3), приближенный учет апериодического тока короткого замыкания.
За расчетный вид короткого замыкания принимается, как правило, трехфазное короткое замыкание.
Расчет токов короткого замыкания производится для максимального и минимального режимов работы системы.
Для расчета токов КЗ составлена принципиальная схема электрических соединений системы в однолинейном изображении, которая представлена на рис.4.1. Схема замещения показана на рис. 4.2.
4.1 Расчет токов трехфазного короткого замыкания
Результирующая схема для точки К1:
Расчет токов короткого замыкания будем проводить в системе относительных базисных единиц.
Исходные данные.
Рисунок 4.1 - Расчетная схема
Г1, Г2, Г3, Г4: ТВФ-100
Х”d=0,14
Uн=10,5 кВ
сos н=0,8
LЛ1=LЛ2=53,9 км
L1=L2= 2×AC 240/32
Х0=0,42 Ом/км.
Т1, Т2, Т3, Т4: ТДЦ-125000
Uк=11%
С: Sкз=8000 МВА
Расчет максимального режима.
На основе расчетной схемы составим схему замещения.
Рисунок 4.2 - Схема замещения
Определим параметры схемы замещения.
Если мощность генератора=100МВт=> Е”=1,08.
Если мощность генератора>100МВт=> Е“=1,13
Для энергосистемы Е”=1
Е1”= Е2”= Е3”= Е4”=1,13
Т.к РГ=100 МВт
Е5”=1
Установим базисные единицы:
SБ=100 МВА
UБ1=115 кВ
Сопротивление генераторов
Ом
Сопротивление трансформаторов
Ом
Сопротивление системы
Ом
Сопротивление ЛЭП
Преобразуем схему замещения к простейшему виду:
Рисунок 4.3 - Упрощенная схема замещения.
Ом
Объединим 4 генераторные ветви в 1 эквивалентный источник (рис.4.4):
Рисунок 4.4
Для определения тока КЗ в начальный момент времени, свернем схему до простейшей (рис.4.5):
Рисунок 4.5
Ом
А
Чтобы воспользоваться типовыми кривыми, определим суммарный ток генераторов, приведенный к напряжению в точке КЗ:
Определим суммарный номинальный ток генераторов в о.б.е:
Находим отношение для типовых кривых:
Т.к , то k=1.
Определим ток КЗ в начальный момент времени и в момент времени t в именованных единицах.
Определим апериодический ток КЗ в момент времени t=0,08с.
Действующее значение полного тока в момент времени t
Мгновенное значение полного тока в момент времени t
Ударный ток
Апериодический ток в момент времени ty
Действующее значение ударного тока
Минимальный режим.
Исходные данные.
Рисунок 4.6 - Расчетная схема
Г1, Г2, Г3: ТВФ-100
Х”d=0,14
Uн=10,5 кВ
сos н=0,8
LЛ1=53,9 км
L1=АС 240/32
Т1, Т2, Т3: ТДЦ-125000
Uк=11%
С: Sкзmm=4800 МВА
На основе расчетной схемы составим схему замещения.
Рисунок 4.7 - Схема замещения
Определим параметры схемы замещения.
Е1”= Е2”= Е3”=1,13
Т.к РГ=100 МВт
Е5”=1
Установим базисные единицы:
SБ=100 МВА
UБ1=115 кВ
Сопротивление генераторов
Сопротивление трансформаторов
Ом
Сопротивление системы
Ом
Сопротивление ЛЭП
Преобразуем схему замещения к простейшему виду:
Рисунок 4.8 - Упрощенная схема замещения.
Объединим 3 генераторные ветви в 1 эквивалентный источник
(рис.4.9):
Рисунок 4.9
Е5”= Е1”= Е2”= Е3”=1,13
Для определения тока КЗ в начальный момент времени, свернем схему до простейшей (рис.4.10):
Рисунок 4.10
Чтобы воспользоваться типовыми кривыми, определим суммарный ток генераторов, приведенный к напряжению в точке КЗ:
Определим суммарный номинальный ток генераторов в о.б.е:
Находим отношение для типовых кривых:
По методу типовых кривых определяем k=1.
Определим ток КЗ в начальный момент времени и в момент времени t в именованных единицах.
Определим апериодический ток КЗ в момент времени t=0,08с.
Действующее значение полного тока в момент времени t
Мгновенное значение полного тока в момент времени t
Ударный ток
Апериодический ток в момент времени ty
Действующее значение ударного тока
4.1.1 Сопротивления в схеме замещения
За базисные величины принимаем:
Рисунок 4.11 - Схема замещения.
1) Трансформаторы ГРЭС:
(4.1)
Хнб =
Хвб =
2) Кабели:
L = 0.8 км; Х0 = 0.08 Ом/км; Uср=10.5 кВ.
(4.2)
Хк =
3) Система:
(4.3)
Хс (К2) = Хвб+Хнб+Хс(К1)=0.22+0.07+0.095=0.38
4) Двигатели с учетом кабелей:
Для АД и СД Х’dном=0.2
(4.4)
ХСД 630 =
XСД 2500 =
ХАД =
4.1.2 Преобразование схемы замещения
Преобразованная схема показана на рисунке 4.3.
Рисунок 4.12.
4.1.3 Расчет токов трехфазного короткого замыкания
Результирующая схема для точки К2:
Рисунок 4.13.
Действующее значение периодической составляющей начального тока КЗ:
. (4.12)
XСД 630 = = 15; ХСД 2500 = 7; ХАД =
кА
кА
кА
кА
Апериодическая составляющая тока КЗ к моменту времени τ = 0.08 с определяется:
(4.13)
– принимается по табл. 4.5 [4].
Ударный ток КЗ:
, (4.14)
Где
4.1.4. Определение апериодической составляющей тока КЗ.
Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока трехфазного КЗ принимается равным амплитуде начального значения периодической составляющей, кА.
(4.15)
Значение апериодической составляющей тока КЗ в момент времени τ = 0.08 c по формуле, кА.
(4.16)
4.1.5. Определение ударного тока КЗ.
кА (4.17)
Определение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени.
Действующее значение периодической составляющей тока КЗ, протекающего в ветви источника электроснабжения (энергосистемы), считается независимым от времени
(4.18)
Расчет действующего значения периодической составляющей тока статора электродвигателя определяется по формуле:
, (4.19)
где - коэффициент, зависящий от удаленности электродвигателя от точки КЗ.
для СД630=0.78, для СД2500=0.75, для АД=0.45
Полный ток КЗ в момент времени τ = 0.08 с:
(4.20)
4.1.5 Расчет токов короткого замыкания для минимального режима
Минимальный режим задан следующим образом:
- секции 10 кВ ГПП включены по нормальной схеме
- отключена одна из двух ВЛ 220 кВ ГРЭС-ГПП
- отключена два блока 50 МВт на ГРЭС
Схема замещения в минимальном режиме показана на рисунке 4.6.
Рисунок 4.6
Результирующая схема для точки К2:
Рисунок 4.7
Sб= 100 МВА
Uб= 10.5 кВ
Iб= 5.5 кА
Значение периодического тока:
, кА
, кА
, кА
, кА
Таблица 4
| Режим | т. КЗ | Ветви КЗ | Iпо кА | Iпτ кА | iaτ кА | ikτ кА | Ta с | Kуд | iуд кА |
| Макс | 1 | Сист | 5.4 | 5.4 | 1.53 | 9.17 | 0.05 | 1.8 | 13.75 |
| 2 | Сист | 14.85 | 14.85 | 10.78 | 31.78 | 0.12 | 1.92 | 40.32 | |
| СД630 | 0.4 | 0.312 | 0.12 | 0.56 | 0.05 | 1.8 | 1.02 | ||
| СД2500 | 0.86 | 0.645 | 0.39 | 1.3 | 0.07 | 1.9 | 2.31 | ||
| АД | 0.39 | 0.18 | 0.07 | 0.32 | 0.04 | 1.6 | 0.88 | ||
| Сумма | 16.5 | 15.99 | 11.26 | 33.96 | 44.53 | ||||
| Мин | 1 | Сист | 2.85 | ||||||
| 2 | Сист | 12 | |||||||
| СД630 | 0.2 | ||||||||
| АД | 0.2 | ||||||||
| Сумма | 12.4 |
ГЛАВА 5. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Выбор оборудования на вводе 10 кВ трансформатора
Расчетный ток присоединения определяется из условия отключения одного трансформатора. Максимальная нагрузка на оставшийся в работе трансформатор определяется коэффициентом загрузки в аварийном режиме с учетом отключения 30% потребителей.
а) По номинальным параметрам для утяжеленного режима подходит к установке на низкой стороне выключатель типа ВВЭ-М-10-31,5/2500 УЗ, с электромагнитным приводом изготовленном на заводе «Энергомаш», совместимый с КРУ-К-104М (на номинальный ток 3150 А).
Проверка на динамическую, термическую стойкость и коммутационную способность в режиме КЗ проверяется по току КЗ в точке К2, который ликвидируется МТЗ трансформатора с выдержкой времени t=1 с.
Расчетный тепловой импульс В определяется по формуле:
Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ;
τ – время от начала КЗ до момента размыкания дугогасительных контактов;
t п – полное время отключения выключателя, с;
tmin .р.з. – минимально возможное время срабатывания защиты, с.
Таблица 5.1.1
Условия выбора и проверки выключателя ВВЭ-М-10-31,5/2500:
| Условия выбора и проверки | Номинальные параметры | Расчетные параметры | |
| Uном ≥Uном.сети | 10 кВ | 10 кВ | |
| Iном ≥Iдлит.max | 2500 А | 2078.5 А | |
| Iвкл.ном ≥Iп0 | 31.5 кА | 14.85 кА | |
| iвкл ≥iуд | 31.5 кА | 40.32 кА | |
| Iдин. ном ≥ Iп0 | 31.5 кА | 14.85 кА | |
| iдин.max ≥iуд | 81 кА | 40.32 кА | |
| Im2tm≥B | 1984.5 (кА)2с | 251.4 (кА)2 с | |
| Iокл.ном ≥Inτ | 31.5 кА | 14.85 кА | |
|
81 | 31.78 кА | |
Выключатель подходит по всем параметрам в нормальном, утяжеленном и аварийном режимах.
б) На вводе от трансформатора устанавливаем трансформатор тока ТШЛП–10-1-3000 У3, с комбинированным счетчиком Меркурий 230.
Расчетная нагрузка вторичных цепей трансформатора тока определяется для схемы включения приборов, приведенной на рис.:
Рисунок 5.1- Схема включения приборов.
Таблица 5.1.2
Расчет вторичной нагрузки
| Прибор | Тип | Нагрузка по фазам, ВА | ||||
| А | В | С | ||||
| Амперметр | Э – 335 | 0.5 | - | - | ||
| Ваттметр | Д-335 | 0.5 | - | 0.5 | ||
| Варметр | Д-343 | 0.5 | - | 0.5 | ||
| Счетчик | Меркурий 230 | 0.1 | ||||
| Всего | 1.533 | 0.033 | 1.033 | |||
Наиболее загруженная фаза А, поэтому Sприб = 1.533 ВА.
Сопротивление измерительных приборов фазы А:
Максимально возможное сопротивление соединительных проводов при 
=0,8 Ом в классе точности 0,5 составляет:
Сечение соединительных проводов:
где 
– удельное сопротивление алюминиевого провода, 
;
– длина трассы соединительных проводов;
Минимальное сечение алюминиевых проводов из условия механической прочности 4 мм2. Принимаем 
.
При этом сечении сопротивление проводов:
Вторичная нагрузка трансформаторов тока:
Таблица 5.1.3
Условия выбора и проверки трансформатора тока типа ТШЛП – 10-3000УЗ
| Условия выбора и проверки | Номинальные параметры | Расчетные параметры |
| Uном ≥Uном.сети | 10 кВ | 10 кВ |
| Iном ≥Iдлит.max | 3000А | 2078.5 А |
| (k1 I1ном)2tm≥B | 14700 (кА)2 с | 251.4 (кА)2 с |
| Z2ном≥Z2 ≈ r2 | 0.8 Ом | 0.304 Ом |
Трансформаторы тока типа ТШЛП–10-1-3000У3 по электродинамической стойкости не проверяем.
Трансформатор тока подходит по всем параметрам в нормальном, утяжеленном и аварийном режимах.
Дата: 2018-12-28, просмотров: 408.
