Проектирование электрических сетей

Соотношения табличных и расчетных параметров показывают, что выбранный разъединитель удовлетворяет всем условиям выбора и проверки в данной цепи.

2.4.3 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению, току и классу точности. В режиме КЗ они проверяются на электродинамическую и термическую стойкость. Так как трансформатор устанавливается в одной цепи с Q, то соответствующие расчетные величины для него такие же, как и для Q. Примем к установке трансформатор тока (ТТ) типа ТШЛП-10-УЗ с первичным номинальным током I1н= 1000 А, вторичным номинальным током I2н = 5 А, с классом точности вторичных обмоток 05/10Р, с номинальной вторичной нагрузкой в классе 0,5 z2n = 1,2 Ом.

Номинальные параметры трансформатора, расчетные величины в его цепи и соотношения между ними сведем в табл.2.8.

Таблица 2.8 - Параметры и расчетные величины трансформатора тока

Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет условиям выбора и проверки в данной цепи.

Рассмотрим подробнее выбор трансформатора по классу точности: z2н ≥ z2pacч .Выполнение этого условия сводится к выбору сечения контрольного кабеля, соединяющего трансформатор с подключенными к нему приборами.

Допустимое сечение кабеля определим по (2.18):

rnp = 15 / 52 = 0,6Ом,

qк доп =0,0283 50 / ( 1,2 + 0,6 – 0,1 ) = 1,3 мм2 .

Таблица 2.9 - Вторичная нагрузка трансформатора тока

Примем к установке кабель КВВГ с алюминиевыми жилами сечением 4 мм2 . Определим сопротивление выбранного кабеля по (2.19):

rкаб = 0283·50 / 2,5 = 0,421 Oм,

Определим вторичное расчетное сопротивление:

z2pacч = 0,421 + 0,6 + 0,1 =1,121 Ом.

Из сравнения видно, что условие проверки по классу точности выполняется.

2.4.4 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформатор напряжения выбирают:

-        по напряжению Uн ≥ Uн уст

-        по конструкции и схеме соединения обмоток.

Проверку работы ТН в классе точности производят по его суммарной нагрузке, которая определяется подключаемыми приборами. ТН в ЗРУ 10 кВ питает обмотки напряжения приборов, сборных шин, линий, колонок синхронизации, обходного выключателя.

Подсчет мощности произведем отдельно по активной и реактивной составляющим. При этом учтем, что cosφ обмоток приборов, кроме счетчиков, равен единице. У счетчиков активной и реактивной энергии cosφ = 0,38, a sinφ = 0,925.

Используя учебник [4, с.635] и справочник [2, с.387], составим табл.2.10. для подсчета мощности.

Полная суммарная потребляемая мощность по (2.20):

S2Σ = P2Σ2 + Q2Σ2 = 98,842 +16,652 = 127,12 В·А.     

Примем к установке три однофазных трехобмоточных трансформатора напряжения типа ЗНОМ-10-83У2 [2, с.336] с номинальной мощностью в классе 0,5 S2н = 75 В·А, соединенные в группу

3S2н = 225В·А > S2Σ = 127,12 В·А,

т.е. условие проверки по классу точности выполняется.

Выбираем контрольный кабель для связи ТН до релейного щита (длина кабеля 150 м) и от ввода основного кабеля на релейном щите до измерительных приборов, установленных на ЦЩУ (длина кабеля 120 м).

Ток нагрузки для вторичных цепей основных обмоток ТН по (2.23):

Iн = 3 · 127,12/ 100 = 2,19 А;

Таблица 2.10 – Вторичная нагрузка трансформаторов напряжения

Допустимое наибольшее сопротивление фазного провода по (2.21):

rnp max = 0,5 / ( 3 · 2,19 ) = 0,132 Ом.

Принимая сопротивление одной жилы кабеля в фазе rnp ≤ 0,083 Ом и для Alγ = 34,5 м/(Ом·мм2) определяем сечение жилы кабеля по (2.25):

q = 150 / ( 34,5·0,083 ) = 17,46 мм2

Выбираем кабель 3 х60 + 1 х 20 мм2.

Действительное сопротивление его жил:

rnp = 50 / ( 34,5·60 ) = 0,024 Ом,

rо.np = 50 / ( 34,5·20 ) = 0,072 Ом.

ΔU = 3·I·rnp = 3·2,19·0,024 = 0,091 B <ΔUдоп = 0,5 В,

значит сечение выбрано верно.

2.5 Выбор токоведущих частей

2.5.1 Выбор гибких шин для ОРУ 110 кВ

Выбор сечения гибких шин производят по экономической плотности тока:

qэк = Iраб / jэк ,                                                              (2.27)

где    Iраб - длительный рабочий ток нормального режима (без перегрузок),A;

j эк - нормированная экономическая плотность тока, А/мм2(табл.4.1 [4]).

Как видно из результатов расчёта максимального режима, через шины ОРУ 110 кВ будет протекать ток Iраб = 390 А (см. приложение В).

qэк = 362 / 1 = 362 мм2.

Учитывая, что гибкие шины будут расположены в РУ открытого типа выберем по справочнику [2, с.428-430. табл.7.35] для каждой фазы шин сталеалюминиевые провода АС-400 с номинальным сечением 400 мм2, наружным диаметром d=27,8мм, допустимым током Iдоп=835А.

Осуществим проверку проводов.

Проверка провода по длительно допустимому току. Осуществляется из условия нагрева:

Iраб. макс ≤ Iдл.доп      ,                                                       (2.28)

где    Iрабмакс берем из результатов послеаварийного расчёта (см. приложение В).

Iраб. макс = 501 A ≤ Iдл.доп = 835 A.

Проверка на термическую стойкость при КЗ. Проверка производится при трехфазном КЗ и заключается в сравнении температуры проводов в момент отключения КЗ θок и допустимой температурой θодоп [2, с. 17] (для сталеалюминиевых проводов это 200° С).

Для вычисления θок предварительно определим начальную температуру проводов:

θон = θоср + ( θодл.доп – θоср.н )·(Iнаиб / Iдоп)2 ,                     (2.29)

θон = 30° + ( 70° - 25°)·(501 / 835)2 = 46,2°С

где    θоср - температура воздуха (зададим θ0ср = 30°С);

θоср.н - нормированная температура воздуха (25°);

θодл.доп - допустимая температура проводов в длительном режиме (70°).

Зная θон и материал провода по кривым для определения температуры нагрева проводников (кривая 4 на рис.1.1 справочника [2, с.19]) определим начальное значение удельного теплового импульса Ан = 0,4·104 А2/мм4 .

Конечное значение удельного теплового импульса определим по выражению:

Ак = Ак + Вк расч / q2                                                      (2.30)

Ак = 0,4·104 + 4,102·106 / 3942 = 0,41·104 A·c / мм4

Здесь q = 394 мм2 - сечение провода АС-400 по алюминию;

Вк расч = 4,102 кА2·с - расчетный тепловой импульс от протекания

полного тока трехфазного КЗ на шинах (рассчитывался при проверке Q).

Зная Ак , по той же кривой определим конечную температуру

Qк = 48° < 200° = Qодоп . Таким образом, провода шин ОРУ 110 кВ удовлетворяют условию проверки по термической стойкости.

Проверка проводов фаз шин ОРУ 110 кВ на схлестывание. T. к. в нашем примере ток трехфазного КЗ на шинах менее 20 кА [4, с.233-235], I'' = 4,764 кА, то проверка на схлестывание не производится.

Проверка проводов одной фазы сборных шин по электротермическому взаимодействию. Эта проверка производится, если провод каждой фазы расщеплен на несколько проводов, а ударный ток трехфазного КЗ i(3)у≥50кА. Проверка сводится к определению расстояния между дистанционными распорками, которые закрепляют провода в фазе. В нашем случае эта проверка не нужна, т.к. фазные провода сборных шин не Расщеплены.

Проверка по условиям коронного разряда. В нашем случае эта проверка не производится, т.к. сечение выбранных проводов шин ОРУ 110 кВ больше минимально допустимого по условию коронирования [2, табл.1.18, с.20]. В противном случае проверку можно произвести, используя методику, описанную в учебнике [4, с.236-238].

2.5.2 Выбор ошиновки линии

Выбор сечения производится по экономической плотности qэк, по формуле (2.27):

qэк = 362 / 1 = 362 мм2.

Выбираем для ошиновки сталеалюминиевый провод АС-400 с номинальным сечением 400 мм2, наружным диаметром d=27,8 мм, допустимым током Iдл.доп = 835 А.

Осуществим проверку проводов.

Проверка провода по длительно допустимому току. Осуществляется по (2.28):

Iраб. макс = 501 A ≤ Iдл.доп = 835 A.

где Iраб. макс берем из результатов послеаварийного расчёта (см. приложение Д).

Так как при проверке ошиновки линии и гибких шин ОРУ 110 кВ Iраб. макс одинаковы, и выбранные провода тоже одинаковые, то выбранный Для ошиновки провод заведомо проходит проверку на термическую стойкость, схлестывание и коронирование.

2.5.3 Выбор жёстких шин для ЗРУ 10 кВ

Выбор сечения жёстких шин производят по допустимому току по (2.28).

Принимаем алюминиевые однополосные шины 60x6 мм, с шириной полосы h=60мм, и толщиной шины b=6мм, сечением 360 мм2.

Iраб. макс = 808 A ≤ Iдл.доп = 870 A.

где Iраб. макс = Iр.ф. = 0,808 A.

Осуществим проверку шин.

Проверка на термическую стойкость при КЗ. Проверка производится по сравнению выбранного сечения, с минимально допустимым сечением для термической стойкости.

qмин = Вк / С ,                                                     (2.31)

где    С - коэффициент, принимаемый по табл. 3.12 [4];

Вк = 15,382 кA2·с - расчетный тепловой импульс от протекания полного тока трехфазного КЗ на шинах (рассчитывался при проверке Q).

qмин = 15,382·106 / 88 ≤ 360 мм2

Таким образом, выбранные шины термически устойчивы.

Проверка проводов фаз шин ОРУ 110 кВ на схлестывание. Т.к. в нашем примере ток трехфазного КЗ на шинах менее 20 кА [4, с.233-235], I'' = 4,764 кА, то проверка на схлестывание не производится.

Проверка шин на механическую прочность. Наибольшее удельное Усилие при трёхфазном к.з. шин, Н/м, определяется по формуле:

f = 3·10-7· кф · iу2 / а                                            (2.32)

где    кф - коэффициент формы, кф =1;

а - расстояние между фазами, а=1,5м.

f = 3·10-7· 1 · 19,8862 / 1,5 = 45,66 Н/м.

Изгибающий момент определяется по формуле:

M = f · l2 / 10 ,                                                   (2.33)

где    l - длина пролёта, т.е. расстояние между опорными изоляторами, l = 2м.

Напряжение в материале шины, возникающее при воздействии изгибающего момента:

σрасч = М / W,                                                              (2.34)

где    W - момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, определяемый по формуле:

W = b·h2 / 6,                                                                (2.35)

W = 6·602 / 6 = 0,6 см ,

σрасч = 18,26 / 0,6 = 30,4 МПа.

Для алюминиевых шин допустимое механическое напряжение σдоп = 70МПа.

Как видно из сравнения, σрасч < σдоп , значит шины механически прочны.

2.5.4 Выбор изоляторов

Жёсткие шины крепятся на опорных изоляторах, выбор которых производится по следующим условиям:

- по номинальному напряжению установки:

Uном ≥ Uуст = 10 кВ;                                                    (2.36)

- по номинальному току:

Fрасч ≤ Fдоп                                                          (2.37)

где    Fрасч - сила, действующая на изолятор;

Fдоп - допустимая нагрузка на головку изолятора,

Fдоп = 0,6·Fразр

где    Fразр - разрушающая нагрузка при действии на изгиб (табл. ГО-4 [4]).

Fрасч = 3 · ( iу2 / а )·l·kh·10-7 = f l kh,                    (2.37)

где    kh - поправочный коэффициент на высоту шины, если она расположена «на ребро».

kh = ( Hиз + b/2 ) / Низ,                                                 (2.38)

kh = ( 120 + 6/2 ) / 120 = 1,025,

Fрасч = 45,66·2·1,025 = 93,6 Н.

Таким образом, принимаем к установке изоляторы типа ИО-10-3,75 УЗ со следующими параметрами:

Номинальное напряжение Uн                                                                      10 кВ

Наибольшее рабочее напряжение Uмах                                        12 кВ

Напряжение испытательное грозового импульса                       80 кВ

Минимальная разрушающая сила на изгиб Fразр                        3,75кН

Высота изолятора Низ                                                                   120 мм

3. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА НОВОЙ ПОДСТАНЦИИ 110/10 КВ

3.1 Капитальные вложения

Капитальные вложения в строительство ПС

КПС =82,254 млн. руб.

Капитальные вложения на отвод земли для ПС и ВЛ, на устройства РЗ ВЛ, связь, телемеханику, ПА и АСКУЭ приняты в расчете ориентировочно в размере 10 % от приведенных выше затрат.

С учетом этого, общие капитальные вложения:

КS = 1,1×82,254=90,4794 млн. руб.

3.2 Годовые эксплуатационные расходы

Годовые эксплуатационные расходы И включают амортизационные отчисления Иа и затраты на обслуживание и ремонт Иобс

Амортизационные отчисления определены по нормам амортизации для подстанций (4,4 %):

Иа = 0,044 · 90,4794 =3,981 млн. руб.

Затраты на обслуживание и ремонт определены укрупненно (4,9 % от капитальных вложений):

Иобс = 0,049 · 90,4794 = 4,4334 млн. руб.

Таким образом, годовые эксплуатационные расходы:

И = 3,981 +4,4334 = 8,4144 млн. руб.

3.3 Результаты строительства новой подстанции 110/10 кВ

Стоимостная оценка результатов строительства новой подстанции выражается в увеличении дохода от реализации дополнительно отпущенной электроэнергии:

Ор = Т(j×W - DW)+DП,                                       (3.1)

где    Т – средневзвешенный тариф на электроэнергию, 1,93 руб./ кВт·.;

j – доля стоимости реализации электроэнергии, относимая на электрические сети ( j = 0,3);

W – дополнительный отпуск электроэнергии в связи с подключением нагрузок к ПС, тыс. кВт·ч;

DW – изменение потерь, тыс. кВт·ч ( коэффициент потерь k принят в расчете 5 % );

DП – увеличение прибыли за счет повышения надежности трансформаторов.

Дополнительный отпуск электроэнергии в связи с подключением нагрузок Р определяется в зависимости от числа часов использования максимума Тmax:

W = Р× Тmax                                                                  (3.2)

В расчете приняты два варианта:

Тmax = 5587 ч – средняя величина по всем потребителям за 2003 г.

Тmax =7000 ч – для перспективных потребителей, присоединяемых к ПС.

Балансовая прибыль от реализации дополнительной электроэнергии

П = Ор – И.                                                        (3.3)

Чистая прибыль определяется исходя из ставки налога на прибыль aн = 24 %:

Пч = П (1 - aн).                                                   (3.4)

В более детальном расчете учитывается рост присоединяемой нагрузки по годам. Для этого рассмотрены два сценария роста нагрузки, расчет произведен с использованием интегральных критериев экономической эффективности (табл. 3.2 и 3.3)

3.3.1 Расчет статических показателей эффективности. строительства подстанции 110/10 кВ

В расчете использованы как простые (статические), так и динамические показатели (интегральные). По формулам (3.1)−(3.4) определены показатели, характеризующие результаты строительства новой ПС.

Статические показатели определяются по формулам :

Rп = Пчt / K;                                                        (3.5)

Токп = К / (Пч + Иа).                                           (3.6)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11