Реконструкция и модернизация подстанции "Ильинск"

6.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения

6.2.1 Выбор трансформаторов тока

На стороне 110 кВ для силового трансформатора выбираем встроенные в трансформатор ТТ (см. таблицу 6.3).

Количество ТТ на один ввод: 2 штуки.

На стороне 35 кВ выбираем встроенные в выключатель ТТ, выбор и обоснование которых приведены в таблице 6.4. Количество ТТ на выключатель 12 штук.

На стороне 10 кВ выбор и обоснование ТТ представлен в таблице 6.5

Таблица 6.4

Выбор ТТ на стороне ВН (110 кВ )

Таблица 6.5

Выбор ТТ на стороне СН (35 кВ )

Таблица 6.6

Выбор ТТ на стороне НН (10 кВ)

6.2.3 Выбор трансформаторов напряжения

Условие выбора ТН:

Uном ³Uсети (6.2.1).

В данном проекте на место деионтируемых трансформаторов напряжения марки ЗНОМ-35 и НТМИ-10 устанавливаются НАМИ-35 и НАМИ-10.Этот тип трансформатора напряжения является масштабным измерительным преобразователем и предназначен для выработки сигнала измерительной информации для электрических измерительных приборов и цепей учета, защиты и сигнализации в сетях 10-35 кВ с изолированной нейтралью. В отличие от НТМИ-НАМИ, благодаря антирезонансным свойствам имеет повышенную надежность и устойчив к перемежающимся дуговым замыканиям сети на землю.Для обеспечения своей устойчивости он не требует принятия каких-либо дополнительных мер со стороны потребителя.

ТН подключаются через предохранители- на 35 кВ-типа ПКТ-102-35-20-8У3:

Uном=35 кВ, Iном пр.=50 А, Iоткл.ном=2.5 кА; на 10кВ ПКТ-104-10-200-12.5У3: Uном=10кВ, Iном пр.=50 А, Iоткл.ном=2.5 кА.

Выбор ТН представлен в таблице 4.7

Таблица 6.7 Выбор ТН

Для РУНН-10 кВ выбираем камеры высоковольтных сборных РУ серии К-37, с одной системой шин , одностороннего обслуживания на напряжение до 110 кВ и ток до 1000 А с вакуумным выключателем серии BB/TEL-10 и приводом к ним типа БУ/TEL-220-10 . Т.к.привод взаимозаменяемый с существующими пружинномоторными и электромагнитными приводами (ПЭ-11, ПП-61, ППО-10 и т.п.),то адаптация цепей РзиА этих ячеек к работе с выключателями BB/TEL-не требуется.

Аппаратура первичной коммутации размещена в пределах камеры . Сборные шины вне камеры . Разъединители и выключатели нагрузки со стационарными заземляющими ножами и блокировками.

6.3 Выбор оборудования установленного в нейтрали трансформаторов

В нейтрали трансформатора, на стороне 35 кВ устанавливаются:

1. Ограничители перенапряжения (ОПН);

2. Дугогасительная катушка;

3. Заземляющий разъединитель марки ЗОН-110 М-1-У1;

4. Трансформаторы тока ТВТ-35-1-300/5.

4.3.1 Выбор ограничителей перенапряжения

Ограничитель перенапряжения (ОПН)-это защитный аппарат, состоящий из нелинейного металлооксидного сопротивления, заключенного в изоляционную покрышку.Сопротивление ОПН состоит из последовательно соединенных варисторов. Основным отличием ОПН от разрядника, определяющим особенности его выбора и эксплуатации, является постоянное подключение к сети, а не через искровой промежуток.

Создание ограничителей перенапряжения позволило отказатся от дорогостоящих и ненадежных искровых промежутков, значительно (на 30-50%) снизить уровень ограничения коммутационных перенапряжений, в 2-3 раза улучшить массово-габаритные показатели защитных аппаратов.

Специалистями предрприятия “Таврида Электрик” разработаны типовые “Рекомендации по выбору и применению ограничителей перенапряжений”.По желанию потребителя выбор необходимых ОПН может быть выполнен специалистами предприятия-изготовителя,что и было сделано при выполнении проекта.

Условие выбора ограничителей перенапряжения:

Uном =Uсети (6.3.1)

Параметры ОПН представлены в таблице 6.8

Таблица 6.8

Параметры и технические данные ограничителей перенапряжения

В нейтраль главного понизительного трансформатора ставим разрядники ОПН-Т/TEL 35/38.5 и OПН-Т/TEL 10/10.5.

6.3.2 Выбор дугогасительной катушки

Задача эксплуатации дугогасительной катушки (ДК) состоит в том, чтобы уменьшить ток замыкания на землю и тем самым обеспечить быстрое погасание заземляющей дуги. При значение тока КЗ в изолированной нейтрали более 10 А повляется необходимость установки ДК.

Произведем расчет однофазного тока короткого замыкания на землю в сети 35 кВ.

В сетях с изолированной нейтралью в точке замыкания фазы на землю проходит ток, равный геометрической сумме емкостных токов неповрежденных фаз:

Ic=3×Uфjw×C ,        (6.4.1)

где Iс-ток замыкания на фазу, А;

С=С0×l-емкость сети, Ф;

w=2p¦-угловая частота,с-1.

С0=в0×10-6/2p¦ ,                       (6.4.2)

где    в0-удельная проводимость сети, (в0=2.65см).

Для ВЛ-35 “Самино-1”, “Самино-2”:

С0=2.65×10-6/(2×3.14×50)=8.44×10-9 [Ф/км] ,

С=25.5×8.44×10-9=2.15×10-7 [Ф] ,

Ic=3×(35000/Ö3)×314×2.15×10-7=4.1 [А].

Аналогичным способом определим I cдля остальных ВЛ-35 кВ:

Для ВЛ-35 “Быково”: С0=8.44×10-9 Ф/км, С=1.5×10-7 Ф, Iс=2.86 А;

Для ВЛ-35 “Кошкино”: С0=8.44×10-9 Ф/км, С=1.16×10-7 Ф, Iс=2.2 А;

åIc=4.1+4.1+2.86+2.2=13.26А>10A.

Таким образом необходима установка дугогасительной катушки.

Параметры катушки приведены в таблице 6.9

Таблица 6.9 Параметры дугогасящей катушки

6.4 Выбор шин

6.4.1 Выбор шин на стороне 110 и 35 кВ

Так как расширяемая подстанция блочного типа, то вся ошиновка оборудования выполняется из аллюминиевых труб, которые расчитывает и поставляет предприятие-изготовитель,в связи с этим расчет ошиновки выполненных из аллюминевых труб в проекте не выполняется .

 Согласно расчетам предприятия-изготовителя на стороне 110 кВ устанавливаем аллюминиевые трубы наружным диаметром 16 мм, при этом Iдоп=295А>61А;

На стороне 35 кВ устанавливаем аллюминиевые трубы наружным диаметром 20 мм, при этом Iдоп=345А>154А.

6.4.2 Выбор шин на стороне 10 кВ

Iннраб,max=115.5 [A],

gмин= Ö Вк /ct= Ö66.3×106 /90=90.47 [мм2].

Сборные шины выполним жесткими алюминиевыми.Выбираем однополосные алюминиевые шины прямоугольного сечения размером b´h=50´5 мм:

Iдоп=665 А> Iннраб,max=115.5 A,

условие по допустимому току выполняется.

Площадь поперечного сечения : S=2.49 cм2 ,

масса 1 м шины :0.672 кг ( табл.7.2[2]).

Механическая система:две полосы-изоляторы должны иметь частоту собственных колебаний больше 200 Гц , чтобы не произошло резкого увеличения усилий в результате механического резонанса.Исходя из этого первое условие выбора пролёта:

l £ 0.133×10-2 × 4 Ö E× Jn /mn , (6.4.3)

где Jn=b×h3/12 – момент инерции полосы;

mn = 2.152 кг/м ;

E=7×1010 Па – модуль упругости.

Второе условие выбора такое, чтобы электродинамические силы, возникающие при КЗ не вызывали соприкосновение полос:

l n £ 0.216 × Öаn/ iуд× 4 Ö E× Jn /кср , (6.4.4)

где    кср=0.47;

аn=2×0.8=1.6 см – расстояние между осями полос.

По первому условию

Jn=b×h3/12=5×0.53/12=0.34 ,

тогда l=0.133×10-2 4 Ö 7×1010×0.05/0.672 =0.36 [м].

По второму условию

l n =0.216 × Ö 1.6/ 10.6×103 × 4Ö 7×1010×0.05/0.47 =0.78 [м]

Принимаем l n =0.36 м ,

тогда число прокладок в пролете n=l / l n-1 , где l=1.2 м

n=1.2/0.36 – 1=2.3 принимаем n=2

При двух прокладках в пролете, расчетный пролет

l n=l /n+1=1.2/3=0.4 [м].

Определим силу взаимодействия между полюсами:

 fn= (iуд2×кср/4×h) ×10-7, (6.4.8)

 fn= ((10.6×103)2×0.47/4×0.005) ×10-7=264.05 [Н/м].

Напряжение в материале полос:

fn × l n2

 sn=                                (6.4.9)

12× Wn

где Wn= h2×b/6 – момент сопротивления одной полосы ;

Wn= 0.52×5/6=0.21 , тогда

 sn =264.05×0.42/12×0.21=16.76 [МПа].

Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз:

l2×iуд2

sф= Ö3 ×10-8                                      , (6.4.10)

а× Wср

где    Wср = h2×b/3 – момент сопротивления;

Wср = 0.52.5/3=0.42 ,

а=0.8 – расстояние между фазами.

sф=1.732×10-8×1.22×10.62×106/0.8×0.42=8.3 [МПа],

шины остаются механически прочными , если

sрасч=sn+sф£sдоп ; (6.4.11)

sдоп=75 [МПа],

sрасч=16.76+8.3=25.1<75 условие выполняется.

7. РАСЧЕТ УСТРОЙСТВ ЗАЗЕМЛЕНИЯ И МОЛНИЕЗАЩИТЫ

При расчёте молниезащиты используется методика из [3]. Принимаем высоту молниеотвода h=50 м ,(см.рис.6)

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

                                                                                                 О

                                                                                                О’       

                                                                                            K       rx                    M

                                                   B                        B’             C              A’                      A

Рис.6

Длина отрезков: CA’=CB’=0.75×h=0.75×50=37.5 [м],

Расстояние: CO’=0.8×h=0.8×50=40 [м],

Длина отрезков: CA=CB=1.5×h=1.5×50=75 [м].

Защиты определяются по следующим выражениям:

rx=1.5(h-1.25hx) при 0 £ hx £ 2/3h , (7.1)

rx=0.75(h-hx) при hx ³ 2/3h. (7.2)

Оптимальная высота молниеотвода определяется из предыдущих выражений по формулам:

hопт = (rx+1.9hx)/1.5 при 0 £ hx £ 2/3h , (7.3)

hопт = (rx+0.75hx)/0.75 при hx ³ 2/3h (7.4)

При hx =20 м

rx=1.5(50-1.25×20)=37.5 [м],

hопт = (37.5+1.9×20)/1.5=50.3 [м].

При hx =40 м

rx=0.75(50-40)=7.5 [м],

hопт = (7.5+0.75×40)/0.75=50 [м].

Устанавливаем на подстанции 4 молниеотвода (смотри план подстанции).

При расчёте устройства заземления для электроустановок 110 кВ и выше согласно ПУЭ сопротивление заземляющей установки должно быть не более 0.5 Ом.

Принимаем сопротивление естественных заземлителей Rе=1.5 Ом. Расчётное удельное сопротивление грунта :

rрасч=rизм×Y, (7.5)

где Y=1.4 – климатический коэффициент для сухого твердого суглинка,

rизм =Rгр=215 [Ом×м],

тогда:

rрасч=215×1.4=301 [Ом×м].

Находим сопротивление исскуственного заземлителя:

Rи= Rе×Rз/ Rе-Rз=1.5×0.5/1.5+0/5=0.75 [Ом]. (7.6)

В качестве вертикального стержня принимаем стальную трубу длиной 3 м и d=0.05 м. При заглублении вертикального стержня ниже уровня земли на 0.7 м ,т.е Н0=0.7 м

Rв= (rрасч / 2p×L)× [ln(2×L)/d+0.5ln(4H0+L)/(5H0+L)], (7.7)

Rв=(301/18.85)×(4.78+1.22)=95.81 [Ом],

На глубине Н=Н0+L/2=2.2 м

Rв= (rрасч / 2p×L)× [ln(2×L)/d+0.5ln (4H+L)/(5H+L)]

=(301/18.85)×(4.78+1.22)=79.55 [Ом].

Определим общее сопротивление сетки горизонтальных проводников , выполненных из полосовой стали сечением 40´4 мм . Общая длина горизонтальных заземлителей равна 848 м. Число вертикальных стержней примем 100:

Rг= (rрасч / 2p×L)×ln(2×L2)/b×H=(301/18.85)×17.75=283.5 [Ом],

где     b=40 мм – ширина полосы

Н=0.7 м .

Вертикальные стержни располагаем через 8.5 м ,отсюда Rг с учётом коэффициента использования h=0.19 соединительной полосы:

Rг= 283.5/0.19=1492.1 [Ом].

Уточняем сопротивление искусственного заземлителя

Rи’= Rи×Rг/ Rи+Rг=1.5×0.5/1.5+0/5=0.749 [Ом].

Окончательное число вертикальных заземлителей с учётом коэффициента использования hст=0.5:

n= Rв/hст×Rи’=79.55/0.749×0.5=213 штук.

8. РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Питание цепей релейной защиты и автоматики (РЗА) осуществляется на постоянном оперативном токе от аккумуляторной батареи 220 В. Устройство РЗА всех элементов ПС за исключением ВЛ-10 кВ, секционного выключателя 10 кВ и ТСН размещается на панелях в здании ОПУ. Защита остальных элементов выполнена с использованием оборудования, поставляемого комплектно с камерами КРУН К-37, из которых комплектуется РУ 10 кВ.

 В соответствии с [4] для силового трансформатора 10 000 кВА должны выполнятся защиты: дифференциальная токовая и газовая, которые используются в качестве основных защит, максимальная токовая защита (МТЗ), используемая в качестве резервной, и защита от перегрузки с действием на сигнал.

8.1 Расчет защиты силовых трансформаторов

8.1.1 Диффренциальная защита с торможением

Проведем расчет дифференциальной защиты с торможением с применением реле серии ДЗТ-11 [8].

1) Определим значения первичных и вторичных токов плеч дифференциальной защиты. Сторона 10 кВ принимается за основную.

а) Находим первичные номинальные токи трансформатора по формуле:

I1ном=Sном тр/Ö3×Uном , (8.1)

где    Sном.тр – номинальная мощность трансформатора;

Uном – номинальное напряжение.

б) Находим вторичные номинальные токи трансформатора по формуле:

I2ном=I1ном×kсх /ki , (8.2)

где     ki - коэффициент трансформации ТТ (с учетом возможных перегрузок ki=150/5 для стороны ВН, ki=200/5 для стороны СН и ki=600/5 для стороны НН );

kсх - коэффициент схемы, показывающий во сколько раз ток в реле защиты больше чем вторичный ток ТТ. Для схем соединения ТТ в звезду kсх=1, для схем, соединенных в треугольник kсх=Ö3.

Расчет сводим в таблицу 8.1.

Таблица 8.1

Результаты расчета вторичных токов в плечах защиты

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7