2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДСТАНЦИИ 110/10 кВ П25

2.1 Схема подстанции

Подстанция 110/10 кВ с диспетчерским названием П25 выполнена по заданию электрических сетей энергорайона "В".

В выбранном варианте развития электрической сети энергорайона предусмотрена установка двух трансформаторов типа ТДН-10000/110 мощностью 10000 КВ А каждый.

В соответствии со схемой развития энергосистемы подстанция 110/10 кВ П25 подключается к энергосистеме одной двухцепной ВЛ 110 кВ П8-П25.

Для обеспечения надежного питания присоединенных потребителей и транзита мощности через подстанцию в нормальном и послеаварийном режимах, а так же для обеспечения средствами автоматики восстановления питания потребителей в послеаварийной ситуации без вмешательства персонала на подстанции П25 запроектировано строительство ОРУ 110 кВ по схеме мостика с выключателем в перемычке и выключателями в цепях трансформаторов. На напряжении 10 кВ - схема "одна одиночная секционированная выключателем система шин".

Оперативный ток на ПС - постоянный, напряжение 110В.

Для выбора аппаратуры на проектируемой подстанции необходимо произвести расчет токов короткого замыкания.

2.2 Расчет токов КЗ

2.2.1 Общие сведения

Коротким замыканием (КЗ) называют замыкание между фазами, а в сетях с заземленной нейтралью также замыкания одной или нескольких фаз на землю или на нулевой провод. В сетях с изолированной нейтралью замыкания одной из фаз называется простым замыканием. При этом виде повреждения ток в месте замыкания обусловлен главным образом емкостью фаз относительно земли и обычно не превышает 100 А.

Короткое замыкание сопровождается снижением напряжения в системе. Особенно низкое напряжение получается вблизи места короткого замыкания.

Различают металлические и дуговые КЗ. Если переходное сопротивление в месте КЗ мало, то имеет место металлическое КЗ; в противном случае говорят о дуговом КЗ. При напряжении выше 1кВ электрическая дуга практически не влияет на величину тока КЗ, а при напряжении до 1кВ дуга существенно ограничивает ток КЗ. Падение напряжения на дуге напряжением до 1кВ находится в пределах 50-200В. В трехфазной системе с изолированной нейтралью могут быть трехфазные, двухфазные КЗ и двойные замыкания на землю. Двойным называется замыкание на землю разных фаз в различных точках сети. В сетях напряжением до 1кВ с глухозаземлённой нейтралью могут быть трехфазные, двухфазные, двухфазные на землю и однофазных КЗ. Трехфазное КЗ называют симметричным, так как сопротивление во всех фазах одинаковы. Остальные виды КЗ называют несимметричными. При симметричном КЗ в токах содержатся только составляющие прямой последовательности. При остальных видах КЗ в токах содержатся составляющие не только прямой, но и обратной последовательности. Соединение фазы с землей при заземленной нейтрали вызывает появление токов обратной и нулевой последовательностей.

Многолетняя аварийная статистика разных стран показывает, что в сетях с заземленными нейтралями наиболее частыми (65% от общего числа КЗ) являются однофазные. Наиболее редкими (5%) являются трехфазными КЗ. Однако при трехфазных КЗ ток короткого замыкания наиболее велик и создает наибольшие отрицательные последствия. Поэтому все расчеты ведут прежде всего по току трехфазного КЗ. Следует отметить также, что часто в процессе развития аварии первоначального вид КЗ переходит в другой вид.

Переход одного вида КЗ в другой чаще всего объясняется действием электрической дуги.

Причины возникновения КЗ разнообразны. В сетях напряжением 6-35 кВ первоначальными причинами часто являются нарушения изоляции оборудования, вызванные её старением, перенапряжением, низкой культурой эксплуатации, механическими повреждениями (например, повреждение кабеля при выполнении земляных работ, падении деревьев и др.). Имеют место случаи возникновения КЗ из-за прикосновения к токоведущим частям людей, животных, птиц и др. В сетях напряжением до 1кВ в последние годы часты случаи КЗ на воздушных линиях из-за набросов проводниковых материалов на проводах с целью хищения последних. Возникающий при этом ток КЗ отключается предохранителями, т.е. с проводов снимается напряжение, и снятие проводов становится безопасным.

Расчет токов короткого замыкания производится для:

1. Сопоставления и выбора наиболее рационального варианта построения схемы электроснабжения.

2. Определения условий работы потребителей при аварийных режимах.

3. Выбора электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей и др.

4. Выбора средств ограничения токов короткого замыкания.

5. Определения влияния линий электропередач на линии проводной связи.

6. Проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики.

7. Проектирования защитного заземления.

8. Подбора характеристик разрядников для защиты от перенапряжений.

9. Анализа происходящих аварий.

В современных электрических системах полный расчет токов короткого замыкания и учёт всех действительных условий очень сложен и практически невозможен. С другой стороны, требуемая точность расчёта зависит от его назначения. Например, для выбора электрических аппаратов достаточно приближённого определения токов короткого замыкания, так как интервалы между значениями параметров, характеризующих различные типы аппаратов, велики.

2.2.2 Расчёт токов КЗ на шинах высокого напряжения подстанции П25

Для расчета токов короткого замыкания использовалась программа расчета нормальных и аварийных режимов с множественной продольно-поперечной несимметрией в электрической сети энергосистем с учетом нагрузки «RTKZ 2.03». В имеющийся расчётный файл всей энергосистемы рассматриваемого энергорайона были добавлены новые проектируемые элементы, параметры которых были определены в предыдущем разделе. Исключение составят сопротивления нулевой последовательности проектируемых линий, которые для одноцепных линий с заземлённым стальным тросом определяются по следующей формуле:

х0л = 3 · х1л ,                                                         (2.1)

где    х1л - сопротивление прямой последовательности линии (см. первый раздел).

Для ЛЭП П8-П25:

х0л = 3 · 5,6 = 16,8 Ом;

Распечатка результатов расчётов токов КЗ в точке К1, находящейся в узле 2501 приведена в приложении Д1.

Как видно из результатов расчётов, ток трёхфазного КЗ больше тока однофазного КЗ, следовательно, в дальнейших расчётах будем использовать только ток трёхфазного КЗ.

Сверхпереходной ток трёхфазного КЗ в точке К1 равен:

I'' = 4,764 кА.

Эквиваленные сопротивления системы для точки К1:

хΣк1 = 15,3 Ом;                       rΣк1 = 4,5 Ом.

Ударный ток КЗ определяется по следующей формуле:

iу = 2 · ку · I'',                                                                (2.2)

где    кy – ударный коэффициент, определяется по следующей формуле:

ку = 1 + е -0,01/Ta,                                                           (2.3)

где    Ta – постоянная времени затухания апериодического тока, определяется по следующей формуле:

Ta = хΣк1 / ( 314 · rΣк1 )                                                                                             (2.4)

Апериодическая составляющая тока КЗ в момент времени τ определяется по следующей формуле:

iаτ = λτ 2 · I'',                                                                 (2.5)

где    λτ - коэффициент затухания апериодической составляющей тока КЗ, определяется по следующей формуле:

λτ = e - τ / Ta ,                                                          (2.6)

τ - момент времени расхождения контактов выключателя, определяемый по следующей формуле:

τ = tрз min + tсв ,                                                              (2-7)

где    tрз min - минимальное время действия РЗ, принятое равным 0,01 с. [4];

tce - собственное время отключения выключателя.

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ определяется по формуле:

Int = γt · I'',                                                                    (2.8)

где    γt - коэффициент затухания периодической составляющей тока КЗ, определяемый по типовым кривым [4].

Для определения γt необходимо знать расчётное сопротивление, которое определяется по формуле:

xрасч = хΣк1 · SнΣ / U 2ср.н ,                                             (2.9)

где    SнΣ - сумма номинальных мощностей всех генераторов, питающих точку КЗ;

U ср.н – среднее номинальное напряжение ступени КЗ.

Максимальное время существования КЗ определяется по формуле:

tоткл = tрз max + tов ,                                                        (2.10)

где    tрз max – максимальное время действия РЗ, принятое равным 0,1 с. [4];

tов – полное время отключения выключателя.

Определим ударный ток КЗ по (2.2)

Ta = 15,2969 / ( 314 · 4,53241 ) = 0,01075,

ку = 1 + е -0,01/0,01075 = 1,39446,

iу = 2 · 1,39446 · 4,764 = 9,3949 .

Определим апериодическую составляющую тока КЗ в момент времени τ по (2.5):

τ = 0,01+ 0,05 = 0,06с,

λτ = e – 0,06 / 0,01075 = 0,003767 ,

iаτ = 0,003767 2 · 4,764 = 25,3815,

Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени τ по (2.8):

xрасч = 15,2969 · 1 250 / 1152 = 4,09 ,

Int = 1 · 4,764 = 4,764 кА.

Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени tоткл по (2.8):

tоткл = 0,1 + 0,07 = 0,17c,

Int = 1 · 4,764 = 4,764 кА.

2.2.3 Расчет токов КЗ на шинах низкого напряжения подстанции П25

Для расчета токов короткого замыкания использовалась программа расчета нормальных и аварийных режимов с множественной продольно-поперечной несимметрией в электрической сети энергосистем с учетом нагрузки «RTKZ 2.03». В имеющийся расчётный файл всей энергосистемы рассматриваемого энергорайона были добавлены новые проектируемые элементы, параметры которых были определены в предыдущем разделе.

Распечатка результатов расчётов токов КЗ в точке К2, находящейся на шине 10 кВ, в узле 2501 приведена в приложении Д2.

Как видно из результатов расчётов, ток трёхфазного КЗ больше тока однофазного КЗ, следовательно, в дальнейших расчётах будем использовать только ток трёхфазного КЗ.

Сверхпереходной ток трёхфазного КЗ в точке К2 равен:

I'' = 8,162 кА.

Эквивалентные сопротивления системы для точки К2:

хΣк1 = 0,78 Ом;                       rΣк1 = 0,08 Ом.

Определим ударный ток КЗ по (2.2):

Ta = 0,783963 / ( 314 · 0,0811 ) = 0,0308,

ку = 1 + е -0,01/0,0308 = 1,7228,

iу = 2 · 1,7228 · 8,162 = 19,8855.

Определим апериодическую составляющую тока КЗ в момент времени τ по (2.5):

τ = 0,01 + 0,09 = 0,1с,

λτ = e – 0,1 / 0,0308 = 0,039 ,

iаτ = 0,039 2 · 8,162= 0,449.

Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени τ по (2.8):

xрасч = 0,783963 · 3538,25 / 10,5 2 = 25

Int = 1 · 8,162 = 8,162.

Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени tоткл по (2.8):

tоткл = 0,1 + 0,11 = 0,21c,

Int = 1 · 8,162 = 8,162.

2.3 Выбор электрических аппаратов на ОРУ 110 кВ

2.3.1 Выбор выключателей

Выбор выключателя производят:

- по номинальному напряжению:

UномQ ≥ UhРУ = 110 кВ;                                                (2.10)

- по номинальному току:

Iр.ф. = 100А ≤ Iном ,                                                                 (2.11)

где    Iр.ф. - максимальное значение тока, протекающего через подстанцию в послеаварийном режиме (см. приложение А1).

Примем к установке воздушный выключатель типа ВВБМ-110Б-31,5/2000У1 со следующими параметрами:

Номинальное напряжение UнQ                                                                          110 кВ

Наибольшее рабочее напряжение Umax                                                   126 кВ

Номинальный ток IhQ                                                           2000 A

Номинальный ток отключения Iно                                                                 31,5кА

Нормированное содержание апериодической составляющей

тока кз βн                                                                                32%

Допустимая скорость восстанавливающегося                             1,2

напряжения СВНдоп                                                            кВ/мкс

Наибольший пик предельного сквозного тока inc                        102 кА

Действующее значение сквозного тока Inc                                           40 кА

Наибольший пик номинального тока включения iнв                 90 кА

Действующее значение номинального тока включения 1нв               35 кА

Ток термической стойкости Imc                                                                          40 кА

Время термической стойкости tmc                                                                  3 с

Время отключения tвo                                                                                                  0,07 с

Собственное время отключения tсв                                                                               0,05 с

Проверка выключателя по режиму КЗ.

Проверка выключателя на отключающую способность. В качестве расчётного для этой проверки примем ток трёхфазного КЗ, т.к. он самый большой. Для этого вида КЗ необходимо знать периодическую Inτ и апериодическую iaτ составляющие тока КЗ в момент τ расхождения контактов выключателя:

τ = tрз min + tсв 0,01 + 0,05 = 0,06 c;

Inτ = 4,764;                             iaτ = 0,02538.

Сравним эти токи с соответствующими параметрами выключателя:

2 · Iно · (1 + βн% /100) > 2 · Inτ + iaτ ;                            (2.12)

2 · 31,5 · (1 + 32 /100) > 2 · 4,764+ 0,02538;

58,8 кА > 6,7627,

т.е. выполняется условие проверки по полному току КЗ.

Проверка выключателя на термическую стойкость. В качестве расчетного для этой проверки принимают трехфазное КЗ. Необходимо проверить выполнение следующего условия:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15