Вопросы реконструкции линии 10 кВ подстанции "Василево", с заменой масляных выключателей на вакуумные, выбором разъединителей и трансформаторов тока - дипломная работа

84

Содержание

• Введение
• • 1. Реконструкция линии 10 кВ.
  • 1.1 Определение нагрузок на участках сети
  • 1.2 Выбор сечения проводов на участках линии и определение потерь напряжения
  • 1.3 Расчёт токов короткого замыкания
  • 1.4 Выбор электрических аппаратов на линии
  • 2. Патентный поиск
  • 2.1 Способы защиты трехфазного силового трансформатора от перегрузки
  • 2.2 Устройство для защиты силового трансформатора от перегрузки
  • 2.3 Устройство для защиты от перегрузки обмотки электрического аппарата
  • 2.4 Устройство для защиты электрического маслонаполненного аппарата от внутренних повреждений
  • 3. Разработка защиты потребительских трансформаторов от утечки масла, на примере трансформатора ТМ 100/10
  • 3.1 Обоснование разработки защиты
  • 3.2 Процессы нагревания и охлаждения трансформаторов
  • 3.3 Тепловой расчет трансформатора
  • 3.3.1 Расчет геометрических размеров бака трансформатора ТМ100/10
  • 3.3.2 Тепловой расчет трансформатора при номинальной загрузке без утечки масла
  • 3.3.3 Тепловой расчет трансформатора при номинальной загрузке при уровне масла ниже патрубков коллекторов радиаторов
  • 3.3.4 Схема защиты трансформатора от утечки масла
  • 4. Безопасность и экологичность проекта
  • 4.1 Анализ состояния безопасности на трансформаторной подстанции
  • 4.2 Характеристика опасных факторов при эксплуатации оборудования подстанции
  • 4.3 Расчет заземления трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ
  • 4.4 Пожарная безопасность
  • 4.5 Организационно-правовые меры по безопасности и экологичности проекта
  • 5. Технико-экономическое обоснование защиты трансформа торов от потери масла
  • 5.1 Расчёт капитальных вложений
  • 5.2 Расчёт эксплуатационных издержек
  • 5.3 Расчет срока окупаемости
  • Выводы по дипломному проекту
  • Список использованной литературы

Введение

Сельскохозяйственное производство все в большей мере базируется на современных технологиях, широко использующих электрическую энергию. В связи с этим возрастают требования к надежности электроснабжения сельскохозяйственных объектов, к качеству электрической энергии, к ее экономичному использованию и рациональному расходованию материальных ресурсов при сооружении систем электроснабжения.

Самый важный показатель системы электроснабжения - надежность подачи электроэнергии. С ростом электрификации сельскохозяйственного производства, особенно с созданием в сельском хозяйстве животноводческих комплексов промышленного типа, птицефабрик, тепличных комбинатов и др., всякое отключение - плановое (для ревизии и ремонта) и особенно неожиданное аварийное - наносит огромный ущерб потребителю и самой энергетической системе. Поэтому необходимо применять эффективные и экономически целесообразные меры по обеспечению оптимальной надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Абсолютное большинство сельскохозяйственных потребителей получают электроэнергию от централизованного источника - энергосистемы. При этих условиях основой системы являются электрические сети. Систему сельского электроснабжения необходимо спроектировать таким образом, чтобы она имела наилучшие технико-экономические показатели, то есть чтобы при минимальных затратах денежных средств, оборудования и материалов она обеспечивала требуемые надежность электроснабжения и качество электроэнергии. Задача обеспечения электроэнергией потребителей при проектировании систем сельского электроснабжения должна решаться комплексно, с учетом развития в рассматриваемой зоне всех отраслей хозяйства, в том числе и не сельскохозяйственных. Проектирование сельских электрических сетей необходимо проводить в соответствии как с общими директивными и нормативными документами (Правила устройства электроустановок, Правила технической эксплуатации и др.), так и со специально разработанными для сельских сетей материалами.

Существует мощный энергетический комплекс, обеспечивающий сельскохозяйственные потребители электроэнергией - система сельских электрических сетей напряжением 0,4 - 110 кВ, однако рост нагрузок при появлении новых потребителей в зонах, уже охваченных централизованным электроснабжением, и при освоении новых сельскохозяйственных районов, необходимость повышения надежности электроснабжения и качества электроэнергии, изменение планировки населенных пунктов и т.д. требуют дальнейшего развития электрических сетей. Оно включает как новое строительство, так и расширение, и реконструкцию сетей.

При этом, под новым строительством подразумевают сооружение новых линий электропередач и подстанций, под расширением - установку на одно-трансформаторных подстанциях второго трансформатора с соответствующим оборудованием, под реконструкцией - замену проводов линий электропередачи, перевод сетей с напряжения 6 кВ на напряжение 10 кВ, замену трансформаторов, установку средств компенсации реактивной мощности, секционирования, автоматизации, регулирования напряжения и т.п.

Таким образом, реконструкция действующих электрических сетей связана в первую очередь с изменением электрических параметров линий и подстанций при частичном или полном сохранении строительной части объектов, а также с установкой дополнительных аппаратов и оборудования. Реконструкция позволяет повысить пропускную способность действующих сетей, надежность электроснабжения и качества электроэнергии у потребителей.

1. Реконструкция линии 10 кВ.

1.1 Определение нагрузок на участках сети

Рассмотрим линию 10кВ отходящую от трансформаторной подстанции Василево 110/35/10кВ фидера 10 - 08 (Рисунок 1).

Рисунок 1. - Расчётная схема линии.

Нагрузку трансформаторных пунктов определяют с учётом коэффициента загрузки по формулам:

S_З=K_З*S_ТП [1]

где S_З - нагрузка трансформаторных пунктов в зимнее время, кВА;

К_З - коэффициент загрузки трансформаторных пунктов в зимнее время; S_ТП - мощность трансформаторной подстанции, кВ*А.

Для трансформаторной подстанции номер 1:

S_ТП1=30 кВ*А;

K_З=0,8;

Для всех остальных трансформаторных подстанций расчёты сводим в таблицу 1.

Таблица 1. - Существующие нагрузки трансформаторных подстанций.

Установленная мощность трансформаторов, подключенных к фидеру 10 - 08 составляет 1960 кВА в рабочем режиме.

Максимальная нагрузка зимняя: Р_З=1141 кВт, Q_З=697 кВАр.

Максимальную расчётную мощность на участках сетей 6…20кВ определяют с учётом коэффициентов одновременности если суммарные нагрузки не отличаются одна от другой более чем в четыре раза, и табличным методом если отличаются более чем в четыре раза.

Расчётную мощность участка линии при суммировании с учётом коэффициента одновременности определяют по формулам

Р=K_OР_i;

Q=K_OQ_i [1]

гдеP_, Q - расчётная активная и реактивная нагрузки на участке линии или на шинах трансформаторной подстанции, кВт, кВАр; К_О - коэффициент одновременности; P_i, Q_i - активная и реактивная нагрузки на вводе i - го потребителя или i - го элемента сети, кВт, кВАр.

При суммировании нагрузок табличным методом к большей нагрузке прибавляют добавку от меньшей, которую берут из таблиц.

Расчёт ведём по максимальной нагрузке, которая наблюдается в зимнее время.

Отпайка Т12-10, для неё:

Р₁₂=160 кВА,Q₁₂=120 кВАр;

Р₁₁=160 кВА,Q₁₁=120 кВАр;

Участок Т15-7

Р_Т12-11= Р₁₂=160 кВА;

Q_Т12-11= Q₁₅=120 кВАр;

Участок 6 - 7

Р_11-10= К_О* (Р_Т11+ Р_Т12);

Q_11-10= К_О* (Q_Т11+ Q_Т12);

К_О=0,9 [1]

Р_11-10=0,9* (160+160) =288 кВА;

Q_11-10=0,9 (120+120) =216 кВАр.

Расчёт нагрузок на остальных отпайках и на магистрали аналогичен, поэтому его сводим в таблицу 2.

Таблица 2. - Расчёт нагрузок на магистрали и отпайках линии.

1.2 Выбор сечения проводов на участках линии и определение потерь напряжения

Сечение проводов в сельских воздушных линиях напряжением 10кВ выбираем в соответствии с магистральным принципом построения сетей напряжением 10кВ, принятых в проектных организациях. При этом магистраль воздушной линии выполняют из сталеалюминевых проводов сечением не менее 70мм², а отпайки к трансформаторным подстанциям напряжением 10/0,4кВ - сечением не менее 35мм². [5]

Принимаем к выполнению магистраль воздушной линии 10кВ проводом АС - 70, а отпайки проводом АС - 35.

Определяем потери напряжения на участках линии 10кВ.

, [5]

Где U_i - потеря напряжения на i ^м участке, %; Р_i, Q_i - расчётная активная и реактивная мощности передаваемые по участку, ВА, ВАр; R_io, X_io - удельное активное и реактивное сопротивление линии, Ом/км; L_i - длина i ^го участка, км; Uном - номинальное напряжение линии, В.

Участок линии Т12 - 11 выполнен проводом АС - 35, которому соответствует:

R_oТ12-11=0,77 Ом/км,X_oТ12-11=0,37 Ом/км [5]

Р_Т12-11=160 кВт,Q_Т12-11=120 кВт,

L_Т12-11=0,3 км,U_ном=10000 В.

=0,05%

Расчёт потерь напряжения на отпайках и на магистрали аналогичен, поэтому его сводим в таблицу 3.

Таблица 3. - Потери напряжения на магистрали и на отпайках линии.

1.3 Расчёт токов короткого замыкания

Расчет токов к. з. необходим для выбора аппаратуры и проверки элементов электроустановок (шин, изоляторов, автоматов, кабелей) на электродинамическую и термическую устойчивость, настройки релейной защиты, выбора и расчета токоограничивающих и заземляющих устройств.

Определение токов короткого замыкания будем вести методом именованных единиц (практических). В этом случае параметры схемы выражают в именованных единицах - Ом, А, В и т.д. .

Этот метод применяют при расчете токов короткого замыкания сравнительно простых электрических схем с небольшим числом ступеней трансформации. В частности этот метод удобно использовать при определении токов короткого замыкания сельских электрических сетей, питающихся от районных энергосистем или от изолированно работающих электростанций, а также сетей напряжением 380/220 В.

Произведем расчет токов короткого замыкания на примере фидера 10-01.

Для расчета минимальных токов короткого замыкания необходимо определить наиболее удаленную от источника питания трансформаторную подстанцию и считать местом замыкания ввод этой подстанции. Для фидера 10-08 подстанции “Василево" этим местом является показанная на рисунке 1.1 трансформаторная подстанция номер 10.

Расчет максимального тока короткого замыкания производим на шинах 10 кВ подстанции “Василево".

По расчетной схеме составляем упрощенную схему сети и схему замещения на рисунке 2. (а, б) На этих схемах изображаем все элементы, влияющие на величину тока короткого замыкания и точки короткого замыкания.

Определяем значение сопротивлений до места короткого замыкания:

Определяем величину сопротивления трансформатора.

Сопротивление трансформатора определяется по формуле:

[1]

Где uk - напряжение короткого замыкания в процентах;

U_ном - номинальное напряжение трансформатора;

S_ном - номинальная мощность трансформатора.

а)

б)

Риcунок 2. - Схемы сети 10 кВ. а). упрощенная схема сети 10 кВ; б). схема замещения.

На подстанции установлен трансформатор ТМ 10000/110, для него:

S_ном=10000 кВА

uk=17.5%

U_ном=11 кВ

Z_т =2,12 Ом

Определяем значение сопротивления линии 10 кВ. Линия выполнена проводом А-70, длина линии 7,32 км. Для данной марки провода по справочнику выбираем значения относительных сопротивлений

Ro=0,42 Ом/км, Хо=0.34 Ом/км [5]

Полное сопротивление линии определится по формуле

где: L - длина линии, км;

Ro, Xo - относительные активное и индуктивное сопротивления, Ом/км.

=5,24 Ом

Определяем сопротивление линии 110 кВ.

Линия выполнена проводом АС-70, длина линии 10,5 км. Для данной марки провода по справочнику выбираем значения относительных сопротивлений:

Ro=0,42 Ом/км, Хо=0,34 Ом/км [5]

=5,67 Ом

Приводим сопротивление линии 110 кВ к ступени 10 кВ.

[5]

где: К_т - коэффициент трансформации трансформатора, К_т = 11

= 0.043 Ом

Для подстанции “Василево" по данным Костромских электрических сетей полное сопротивление системы Z_с=4.38 Ом

Определяем значения тока короткого замыкания.

Ток трехфазного короткого замыкания определится по формуле

[5]

где: - суммарное сопротивление в точке короткого замыкания, Ом.

В точке К1 величина тока ограничивается только величиной сопротивлений трансформатора, системы и линии 110 кВ.

= 970,6 А

В точке К2 величина тока короткого замыкания ограничивается также ещё и величиной сопротивления линии 10 кВ.

;

= 539 А

Определяем значение тока двухфазного короткого замыкания.

Величина тока двухфазного короткого замыкания определяется по формуле:

I_K ⁽²⁾ = 0,87I_K ⁽³⁾ [5]

= 468,93 А

Расчёт ударного тока.

[1]

Где i_УД - ударный ток, кА; К_УД - ударный коэффициент; I_К ⁽³⁾ - установившееся значение тока короткого замыкания, кА.

Для точки К1:

К_УД = 1,5 [1]

I_К1 ⁽³⁾ = 970,6 А

Для точки К2:

К_УД = 1,5 [1]

I_К2 ⁽³⁾ = 539 А

Расчёт теплового импульса.

Тепловой импульс возникает в результате протекания тока КЗ и рассчитывается по формуле:

B_K = I_К2² (t_РЗ + T_a) [1]

гдеB_K - тепловой импульс, кА²*с; t_РЗ - время срабатывания релейной защиты, с; T_a - время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, с.

При напряжении 10…0,4 кВ время действия релейной защиты принимается 0,1 с, время затухания апериодической составляющей 0,01с. [3]

Тепловой импульс для точки К1:

B_K1 = (2,059) ² (0,1+0,01) = 0,47 кА²*с.

Тепловой импульс для точки К2:

B_K2 = (1,133) ² (0,1+0,01) = 0,14 кА²*с.

1.4 Выбор электрических аппаратов на линии

Выбор выключателей.

Выключатель - это контактный коммутационный аппарат, способный выключать, проводить, отключать рабочие токи и токи короткого замыкания. В зависимости от дугогасительной среды различают масляные, воздушные, электромагнитные и вакуумные выключатели.

Выбор выключателей производится по следующим параметрам [3]

по напряжению установки

U_уст U_ном (1.1)

гдеU_уст - напряжение установки, В; U_ном - номинальное напряжение выключателя, В.

по длительному току

I_раб I_ном (1.2)

Где I_раб - рабочий ток линии, А; I_ном- номинальный ток выключателя, А.

по отключающей способности

I_КЗ ⁽³⁾ I_{откл. ном. (}1.3)

Где I_КЗ ⁽³⁾ - расчётный ток короткого замыкания, А; I_{откл. ном.} - номинальный ток отключения выключателя.

по электродинамической стойкости

i_у ⁽³⁾ i_дин (1.4)

где i_у ⁽³⁾ - расчётный ударный ток короткого замыкания, А; i_дин - ток динамической стойкости выключателя, А.

по термической стойкости

B_K I_терм²t_терм (1.5)

Где B_K - расчётный тепловой импульс, кА²с, I_терм - ток термической стойкости выключателя, кА, t_терм - время термической стойкости выключателя, с.

В соответствии с перечисленными условиями (1.1 - 1.5) выбираем на стороне 10 кВ выключатель вакуумный ВНВП - 10/320

Условия выбора сводим в таблицу 4.

Таблица 4. - Выбор выключателя на стороне 10 кВ.

Выбор разъединителей.

Разъединители используют для включения и отключения обесточенных участков электрической цепи под напряжением.

Выбор разъединителей производится по тем же параметрам что и выключатели, кроме условия по отключающей способности. [3]

В соответствии с перечисленными условиями (1.1 - 1.5) выбираем на стороне 10 кВ разъединитель РЛНД - 10/200

Условия выбора сводим в таблицу 5.

Таблица 5. - Выбор разъединителя на стороне 10 кВ.

Выбор измерительных трансформаторов тока.

Выбор трансформаторов тока производят по следующим параметрам [1]

по напряжению установки

; (1.6)

по току

; , (1.7)

Номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки трансформатора тока приводит к увеличению погрешностей.

по конструкции и классу точности;

по электродинамической стойкости;

,, (1.8)

Где i_y - расчётный ударный ток КЗ;

k_эд - кратность электродинамической стойкости, по каталогу; I_1ном - номинальный первичный ток трансформатора тока; i_дин - ток электродинамической стойкости;

Электродинамическая стойкость шинных трансформаторов тока определяется устойчивостью самих шин распределительного устройства, в следствии этого такие трансформаторы по этому условию не проверяются.

по термической стойкости

; , (1.9)

Где В_к - расчётный тепловой импульс;

k_т - кратность термической стойкости, по каталогу;

t_тер - время термической стойкости, по каталогу;

I_тер - ток термической стойкости;

по вторичной нагрузке

Z₂ Z_2НОМ (1.10)

Где Z₂ - вторичная нагрузка трансформатора тока;

Z_2ном - номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности.

В соответствии с перечисленными условиями (1.6 - 1.10) выбираем трансформаторы тока на стороне 10 кВ [3]

Условия выбора сводим в таблицу 6.

Таблица 6. - Выбор трансформаторов тока на стороне 10 кВ.

Проверим условие согласования по вторичной нагрузке трансформатора тока.

Нагрузка вторичной стороны состоит из:

,

Где r_приб - сопротивление прибора, Ом;

r_пр - сопротивление соединительных проводов, Ом;

r_{кон. -} переходное сопротивление контактов, 0.05 Ом [1].

Сопротивление приборов определяется по выражению

;

Где S_{приб. -} мощность, потребляемая приборами, ВА;

I₂ - вторичный номина ...........