Технический расчет по эксплуатационным характеристикам и режимам работы электрооборудования тяговой подстанции

Территория рекламы

22 ТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ И РЕЖИМАМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

2.1 Расчет токов короткого замыкания

Так как подстанция Шокпар является стыковой, необходимо рассчитать мощность для различных систем электроснабжения.

На электрифицируемых участках железных дорог по системе 2х25 кВ применяют однофазные унифицируемые трансформаторы с расщепленной обмоткой на две секции по 27,5 кВ.

Каждое плечо питается от отдельного трансформатора или группы параллельно соединенных трансформаторов. Это позволяет регулировать напряжение в контактной сети устройством регулирования напряжения (РПН) независимо от нагрузки соседнего плеча питания.

При проектировании трансформаторов на тяговых подстанциях, предполагаем питание районной и тяговой нагрузок осуществлять от общих трансформаторов. Таким образом, мощность трансформаторов необходимо определять с учетом тяговой и районной нагрузок. В качестве резервного используется дополнительный трансформатор с возможностью подключения его в схему любого вышедшего из строя трансформатора.

Обмотки 10 кВ всех трансформаторов соединяются в трехфазную схему от которой и осуществляется отбор мощности для питания трехфазной районной сети.

Для вычисления токов КЗ составим однолинейную расчетную схему с указанием всех элементов цепи КЗ и их номинальных напряжений. Сопротивления элементов короткозамкнутой цепи, в общем случае состоящие из активных и реактивных сопротивлений, могут быть выражены или в именованных единицах (Ом), или в относительных единицах. Под относительным сопротивлением понимают отношение абсолютного падения напряжения на элементе цепи КЗ к среднему напряжению цепи [2].

Рассчитаем параметры элементов схемы замещения (рис. 1.1).

5В071800.14.ЭЭ.19.02

Лит.

Разработал

Проверил

Изм.

Лист

Листов

МО и Н РК

КазАТК

Кафедра ‹‹Электроэнергетика

Исследование вопросов электромагнитной совместимости при эксплуатации высовольтного электрооборудования тяговой подстанции «Шокпар» Шуской дистанции электроснабжения

Утвержд

Н. контр

Подпись

Дата

Лист

№ Документа

Егзекова А.Т.

Т. контр

Смагулова Ж.

Егзекова А.Т.

Қойшибаева К.

Жармағамбетова

Относительное сопротивление системы, приведенное к базисной мощности =100 МВА:

. (1.1)

где SКЗ =750 МВА– мощность к.з. на шинах 220 кВ подстанции.

.

Относительные сопротивления обмоток трансформаторов Тр1 и Тр2:

(1.2)

где uk – условное напряжение КЗ обмотки трансформатора; SНОМ.тр- номинальная мощность трансформатора

Рисунок 1.1. Расчётная схема и схема замещения для расчёта

сопротивлений цепи К.З.

Для каждой обмотки трёхобмоточного трансформатора параметр uk определяется по выражению:

u kв=0,5(u kI -II +u kI - III -u k II -III)

u kс=0,5(u kI - II +u k II -III –u k I -III) (1.3)

u kн=0,5(u kI - III +u k II -III –u k I -II)

где u kI –II=22,4%, u kI – III=14,2%, u k II –III=8% – напряжение КЗ между обмотками

u kв=0,5(22,4+14,2-8)=14,3%

u kс=0,5(22,4+8-14,2)=8,1%

u kн=0,5(14,2+8-22,4)= -0,1%

Определим относительное сопротивление однофазного трансформатора:

Определим суммарные сопротивления до точек КЗ согласно рисунка 1.1

0,133

Ток КЗ определяется по выражению:

I k =I б / х *б к, (1.4)

где I б–базисный ток, кА, определяется по выражению:

I б = Sб / с р, кА (1.5)

где с р– среднее напряжение на шинах, кВ.

Ударный ток и мощность короткого замыкания:

i y =2,55. I k, (1.6)

S k =S б / х *б к , (1.7)

Точка К1

I б 1= Sб / с р 1= 100/.231= 0,250 кА;

I k 1=I б1 / х *б к1= 0,250 / 0,133= 1,88 кА;

i y 1=2.55. I k1=2,55.1,88=4,79 кА;

S k 1=S б1 / х *б к 1= 100 / 0,133= 750 МВ.А;

Точка К2

I б 2= Sб / с р 2= 100/.52,5=1,1 кА;

I k 2=I б 2 / х *б к 2= 1,1 / 0,553=1,99 кА;

i y 2=2.55. I k 2=2,55. 1,99=5,07 кА;

S k 2=S б2 / х *б к 2= 100 / 0,553= 187,6 МВ.А;

Точка К3

I б 3= Sб / с р 3= 100/.26,2= 2,2 кА;

I k 3=I б3 / х *б к 3= 2,2 / 0,343=6,41 кА;

i y 3=2.55. I k3=2,55.6,41=16,35 кА;

S k 3=S б3 / х *б к 3= 100 / 0,343= 291,5 МВ.А;

Точка К4

I б 4= Sб / с р 4= 100/.10,5= 5,5 кА;

I k 4=I б 4 / х *б к 4= 5,5 / 0,492= 11,18 кА;

i y 4=2.55. I k 4=2,55.13,06=28,51 кА;

S k 4=S б1 / х *б к 4= 100 / 0,492= 203,25 МВ.А;

Точка К5

I б 4= Sб / с р 4= 100/.26,2= 2,2 кА;

I k 4=I б 4 / х *б к 4= 2,2 / 0,693= 3,17 кА;

i y 4=2.55. I k 4=2,55. 3,17=8,08 кА;

S k 4=S б1 / х *б к 4= 100 / 0,693= 144,3 МВ.А.

Поскольку трансформатор собственных нужд (ТСН) имеет сопротивление, значительно превышающее сопротивление системы и силового трансформатора, влияние параметров сети не оказывает существенного влияния на ток короткого замыкания на стороне 0,4кВ.

При расчете этих токов учитываются только параметры самого трансформатора собственных нужд и аппаратуры, подключенной к шинам 0,4кВ. При расчете сопротивлений элементов цепи короткого замыкания, обычно учитывают как активные, так и индуктивные сопротивления обмоток трансформатора и элементов цепи.

Ток к.з. на шинах 0,4 кВ:

(1.8)

где Z-сопротивление цепи к.з.

(1.9)

где R и Х– активная и индуктивная составляющие сопротивлений цепи питания собственных нужд. Определяется согласно таблице 1.1

Таблица 1.1 - Значения активных и индуктивных сопротивлений цепи питания собственных нужд.

Наименование элемента цепи

Активное сопротивление R, мОм

Индуктивное сопротивление Х, мОм

Понижающий трансформатор

Кабель длиной 50 м.

Автоматический выключатель

Трансформатор тока

Рубильник

Сумма

Полное сопротивление до точки короткого замыкания

Трехфазный ток короткого замыкания на шинах 0,4кВ

Двухфазный ток короткого замыкания

Ток однофазного короткого замыкания на шинах 0,4 / 0,23кВ

Ударный ток короткого замыкания

Действующее значение ударного тока

Мощность короткого замыкания на шинах 0,4кВ

Результаты сведём в таблицу 1.2:

Таблица 1.2 - Результаты расчёта аварийного режима

Точка КЗ

Х*бк

IК, кА

iу, кА

Sк, МВА

К1

0,133

1,88

4,79

750

К2

0,553

1,99

5,07

187,6

К3

0,343

6,41

16,35

291,5

К4

0,492

5,5

11,18

203,25

К5

0,693

3,17

8,08

144,3

К6

––––

5,68

14,48

3,73

2.2 Выбор токоведущих частей и электрических аппаратов

Общие положения. Выбор оборудования заключается в сравнении рабочего напряжения и наибольше длительного рабочего тока той цепи, где предполагается установить данный аппарат, с его номинальными напряжением и током. За наибольший рабочий ток принимают ток с учетом допустимой перегрузки длительностью не менее 0,5ч. сечение токоведущих частей выбирают с учетом перегрузочных способностей аппаратов и оборудования, которые они соединяют. Все аппараты и токоведущие части электроустановок, выбранные по условиям их длительной работы при нормальном режиме, проверяют по режиму КЗ. Согласно ПУЭ проверке по режиму КЗ не подлежат: аппаратура и проводники, защищенные высокоомными токоограничительными сопротивлениями; провода воздушных линий всех напряжении, проводники к индивидуальным приемникам, за исключением ответственных. Наибольшие рабочие токи, по которым выбираются токоведущие части и аппаратура, определяются с учетом перегрузки:

, А (1.10)

где кпер=1,3 – коэффициент перегрузки; Sном – номинальная мощность, протекающая через рассматриваемое РУ.

ОРУ-220кВ

Через данное ОРУ протекает мощность равная сумме мощностей трансформаторов, т.е S=40000+25000=65000 кВА.

ОРУ-2х27,5кВ

ОРУ-27,5кВ

КРУН- 10 кВ

РУ–0,4кВ

2.2.1 Выбор токоведущих частей

К токоведущим частям электроустановок, относятся: сборные шины различного напряжения, неизолированные кабели, соединяющие электрооборудование и аппараты со сборными шинами. В распределительных устройствах, напряжением 2х27,5 и 220 кВ сборные шины выполняются гибкими сталеалюминевыми проводами, марки АС, а для РУ-10кВ – жесткими алюминиевыми шинами.

Сборные шины выбирают по условию:

(1.11)

где - длительно допустимый ток, который выдерживает сечение токоведущих частей, не перегреваясь выше нормы, А; - наибольший рабочий ток, А.

Жесткие шины прямоугольного сечения проверяют на механическую прочность и термическую стойкость

При проверке на механическую прочность, наибольшее рабочее напряжение не должно превышать допустимое

расч. ≤ доп (1.12)

где доп – допустимое напряжение материала шин, МПа; расч – наибольшее расчетное напряжение в материале шин, МПа

(1.13)

где - длина пролета или расстояния между опорными изоляторами; - момент сопротивления сечения шины, относительно главной оси инерции; - ударный ток трехфазного короткого замыкания, кА; - расстояние между осями шин.

Проводник будет термически стоек, если выполняется условие.

где - сечение выбранной шины, мм2 ;- минимальное сечение шины, при нагревании ее до максимально допустимой температуры, мм2

где - коэффициент, который при наибольших допустимых температурах равен для алюминиевых шин 90, для стальных 60, для АС = 75; - тепловой импульс, кА2с

(1.14)

где - ток короткого замыкания при максимальном режиме; - постоянная времени затухания апериодической составляющей, для установок выше 1000В, = 0,005с; - время от момента возникновения короткого замыкания, до момента его отключения

Выбор шин для ОРУ-220кВ

По наибольшему рабочему току выбираем два провода марки АС-120

Допустимый ток

380А 222А (условие выполняется)

Проверка на термическую стойкость

Время отключения короткого замыкания

120мм 34,1мм (условие выполняется)

Гибкие шины на динамическую прочность не проверяют, однако учитывают, что по условию динамической прочности сечение проводов должно быть не менее 70мм2

120мм 70мм

Выбранные шины динамически прочные.

Проверку шин по условию отсутствия коронирования не производим, так как сечение менее 90мм2.

Окончательно принимаем шины марки АС – 120.

Выбор шин для ОРУ-2х27,5кВ

По наибольшему рабочему току

выбираем два провода марки АС-150

Допустимый ток

850А 341,2А (условие выполняется)

Проверка на термическую стойкость

Время отключения короткого замыкания

300мм 36,09мм (условие выполняется)

Окончательно принимаем шины марки 2АС – 150.

Выбор шин 10кВ

В распределительных устройствах 10кВ, выполненных комплектными ячейками, используются жесткие алюминиевые шины. По наибольшему рабочему току выбираем шины прямоугольного сечения марки А 60х6

Проверка на термическую стойкость

6 х 60 = 360 мм2 > 78 мм2

Условие проверки на термическую стойкость выполняется.

Проверка на динамическую прочность. Расстояние между изоляторами l=4м, расстояние между осями шин а=0,25м Для шин марки А 60х6, допустимое механическое напряжение доп = 40Мпа

Расчетный момент сопротивления, при расположении шин плашмя

где - толщина шины, м; - ширина шины, м.

Расчетное механическое напряжение в материале шин, определим по формуле

40 МПа > 14,52 Мпа (условие выполняется)

Выбранные шины удовлетворяют условию динамической прочности.

Результаты выбора шин сводим в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 - Технические данные выбранных токоведущих частей

Наименование присоединений

Ip.max, [A]

Iдоп, [A]

марка шин

1.

Ввод 220кВ

222

380

АС-120

2.

Ввод 2х27,5кВ

341,2

610

2АС-150

3.

Фидер контактной сети

1093,01

610

2АС-150

4.

Ввод 10кВ

300,89

870

А 60х6

2.2.2 Выбор изоляторов

Изоляторы служат для крепления токоведущих частей и изоляции их от других частей электроустановок, находящихся под помещ. земли.

Гибкие шины, в открытых распределительных устройствах подстанции, крепятся на гирляндах подвесных изоляторов типа ПФ-70. Количество изоляторов в гирлянде выбирается в зависимости от напряжения. Результаты выбора подвесных изоляторов сведём в таблицу.

Жесткие шины в РУ-10 кВ крепятся на опорных изоляторах. Опорные изоляторы выбираем по номинальному напряжению:

(1.15)

и по механической прочности:

(1.16)

где Fрасч–сила, действующая на изолятор при коротком замыкании:

где - расстояние между соседними изоляторами, м; - ударный ток трехфазного короткого замыкания, кА; - расстояние между осями шин соседних фаз, м.

Выбираем изолятор типа ОНШ-10-3000

(условие выполняется)

Выбранный изолятор удовлетворяет условиям.

Результаты выбора изоляторов сводим в таблицу 1.4 .

Таблица 1.4 - Изоляторы, применяемые в распределительных устройствах

Распределительное устройство

Тип изолятора

Количество изоляторов

ОРУ – 220кВ

ПФ-70

9

ОРУ – 2х27,5кВ

ПФ-70

5

ОРУ – 27,5кВ

ПФ-70

3

Фидер К.С.

ПФ-70

3

КРУН – 10кВ

ОНШ-10-3000

4.2.1 Выбор выключателей и разъединителей ОРУ 220 кВ

Схема соединения ОРУ 220 кВ выбрана №220-8 Шестиугольник,

предусматривает установку шести выключателей, в качестве которых

выбираются элегазовые выключатели.

Выбор выключателя производится по максимальному току и току

короткого замыкания на стороне высшего напряжения автотрансформатора.

Известный максимальный ток I = 734,81А .

max

Так же нам известно и значение периодической составляющей тока КЗ,

кА, неизменной во времен

Iп,t = Iп,0 = 24,8 кА (4.4)

Ударный ток КЗ, кА, рассчитываем по принципу расчета токов короткого замыкания:

= 2 × Iп,0 × = 2 × 24,8×1,85 = 64,7 кА .(4.5)

Апериодическая составляющая тока КЗ, кА

t

-

i = 2 × I × е ,

где t – расчетное время, с, вычисляем по формуле:

t = t + 0,01

где – собственное время выключателя, равное 0,04 с.

0,05

(4.6)

(4.7)

(4.8)

t

п,0

Т

а

а,t

с,в

с,в

-

,t = 2 × 24,8× е = 24,469 кА .

0,14

Определяем тепловой импульс тока КЗ

Bk = 24,82 ×(0,3+ 0,14)= 270,62 кА2

Таблица 4.1 – Характеристики выбранного элегазового выключателя.

Производитель Евроконтракт лиц SIEMENS

Тип выключателя 3АР1DT-245/EK

Номинальное напряжение 220 кВ

Наибольшее рабочее напряжение 252 кВ

Номинальный ток 2000 А

Номинальный ток отключения 40 кА

Механическая стойкость циклов В- пауза-0 10 000

Ток термической стойкости, 3с 50 кА

Грозовой импульс 1050 кВ

Испытательное напряжение на частоте 50 Гц 440 кВ

Собственное время отключения Не более 0,037с

Полное время отключения Не более 0,060 с

Собственное время включения Не более 0,058с

Значение температуры окружающей среды Макс +48, Мин -55

Тип привода Пружинный, с двиг.

постоянного тока

Срок службы до среднего ремонта 25 лет

Срок службы Не менее 40 лет

продолжение таблицы 4.1

Гарантии изготовителя 5 лет с момента ввода в

эксплуатацию

По тем же условиям выбираем разъединители.

Таблица 4.2 – Характеристики выбранного разъединителя.

Производитель Евроконтракт лиц SIEMENS

Тип разъединителя 3DN1CB

Номинальное напряжение 220 кВ

Наибольшее рабочее напряжение 245 кВ

Номинальный ток 2000 А

Ток термической стойкости, 3с 50 кА

Тип исполнения Горизонтально поворотный

Значение температуры окружающей среды Макс +55, Мин -55

Тип привода C двиг. AC/DC тока

Срок службы до среднего ремонта 25 лет

Срок службы Не менее 40 лет

Гарантии изготовителя 5 лет с момента ввода в

эксплуатацию

4.2.1.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения.

Известные недостатки ТТ и ТН привели к к научно исследовательским

разработкам с целю создания более точных и взрывобезопасных датчиков

информации о первичном токе и напряжении на подстанции ОРУ

энергосистемы.

Исследования альтернативного способа измерения тока и напряжения в

высоковольтных электрических установках велось давно как в странах СНГ так

и за рубежом. Эти исследования стали актуальными с момента внедрения на

подстанциях микропроцессоров и систем управления.

В результате исследований и внедрения таких трансформаторов были

достигнуты следущие технические данные:

Таблица 4.3 – Характеристики

оптоволоконного трансформатора

Датчик тока

напряжения и тока.

Параметры

Датчик

напряжения

4В для измерений 4В для измерений

Низкоэнергетический

аналоговый интерфейс

4В для зашиты

0,2% ошибки

От 50% до 200% Uн

От 0,5 Гц до 6 кГц

69В, 115В, 120В

При нагрузке 2,5 вА

0,2% ошибки

От 50% до 120% Uн

200мВ для зашиты

Разная кратность для

каждого номинального

тока

От 0,5 Гц до 6 кГц

При нагрузке 2,5 вА

0,2% ошибки

От 1 до 3000 А

Динамический диапозон

Частотный диапозон

Продолжение таблицы 4.3

Высокоэнергетический

аналоговый интерфейс

Погрешность

В таблице 4.4 представлены приборы, присоединяемые к трансформатору

тока.

Таблица 4.4 – Вторичная нагрузка трансформатора тока

Тип Нагрузка на фазы,

Прибор

Амперметр

Ваттметр

Варметр

Счетчик активный

Счетчик

реактивный

Номинал

ьный ток, А

5

5

5

5

5

ВА

А В С

Э –365 0,5 0,5 0,5

Д –365 0,5 – 0,5

Д –365 0,5 – 0,5

230АRT 0.1 0.1 0.1

230АRT 0.1 0.1 0.1

Ваттметр 230АRT 0.1 0.1 0.1 5

регистрирующий

Итого – 1.8 0.8 1.8 30

Трансформаторы тока выбираем по условию вторичной нагрузки:

z £ z ,

(4.9)

2 2ном

где z – вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом;

2

z

– номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в

2ном

выбранном классе точности, Ом.

2 2

z » r .

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому

Вторичная нагрузка состоит из сопротивлений приборов,

соединительных

(4.10)

(4.11)

проводов и переходного сопротивления контактов, Ом:

r = r + r + r .

2 пр приб к

Сопротивление приборов находим по формуле:

S

приб

r = ,

I

2

2

приб

где Sприб – мощность, потребляемая приборами, ВА;

I – вторичный номинальный ток прибора, А.

2

1.8

52

rприб = = 0,072 Ом .

Сопротивление контактов принимается равным 0,1, т.к. количество

приборов больше трех так как указывается в «НТПП». Сопротивление

проводов зависит от их длины и сечения. Чтобы

соединительных

трансформатор

тока работал в выбранном классе точности, необходимо

выдержать условие:

rпр + rприб + rк £ z2ном.

(4.12)

трансформаторы

Номинальная допустимая нагрузка для выбираемого

находится:

=1,2 Ом .

S2ном

30

52

z2ном = =

2

I2

Допустимое сопротивление проводов найду из выражения (4.12):

rпр = z2ном - rприб - =1,2 - 0,072 - 0,1 =1,028 Ом .

Допустимое минимальное сечение провода, мм :

2

r × lрасч

(4.13)

q = ,

rпр

r

где – удельное сопротивление провода для меди, равное 0,0175 Ом × м ;

lрасч – расчетная длина, зависящая от схемы соединения

трансформатора тока, берем указанную длину в «НТПП» 140 м.

0,0175×140

2

q = = 2,4 мм .

1,028

Условие z £ z выполняется. Выбераем контрольный кабель ПВС 2,5

2 2ном

мм .

2

Таблица 4.5 – Выбор оптического трансформатора тока ТТЭО 220

Параметр Значение

Номинальное напряжение, кВ 220

Номинальный первичный ток, А 1500

Продолжение таблицы 4.5

Номинальный вторичный ток, А 1 (стандартный аналоговый выход)

МЭК 61850-9-2 (Дублированный

c

Ethernet100Base-FX поддержкой

протоколов PTP и PRP)

RS-485 (для измерений постоянного

тока)

0,2s (цифровой выход)

5TPE (цифровой, кратность до 65)

0-9000 (оптический датчик),

0-5000 (SV256),

0-2000 (по выходу 9-2LE SV80)

минус 60 – плюс 60

минус 10 – плюс 40

2,5

до 1200

Цифровой выход

Класс точности:

Для измерений

Для защиты

Частотный диапазоне, Гц

Диапазон рабочих температур, оС:

Измерительный датчика

Электронный блок обработки

Номинальная нагрузка (аналоговый

выход, на фазу) для измерений, ВА

Расстояние между измерительным

датчиком и электронным блоком

обработки, м

Электропотребление (на один

Электронный блок), Вт 50

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Скачать

2.docx

2.docx
Размер: 275.5 Кб

Бесплатно Скачать

Пожаловаться на материал

Расчет токов короткого замыкания. Выбор токоведущих частей и электрических аппаратов. Выбор токоведущих частей. Выбор выключателей и разъединителей ОРУ 220 кВ. Выбор трансформаторов тока и напряжения.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Вопросы к зачету по дисциплине «Информационные технологии»

Для студентов 1 курса очно-заочного отделения направления «Дизайн»

Графический образ буквы

Теперь, когда ребёнок научился слышать и различать звуки, пора познакомить его и с написанием букв. Важно также научить ребёнка отличать написание схожих букв и символов.

Шляхи мінімізацїї витрат підприємства

Витрати підприємства були і залишаються важливою економічною категорією, яка характеризує результати діяльності підприємства та його рентабельність.

Патанатомия. Задания

Задания (в билетах) для экзаменационного и межсессионного контроля знаний для студентов III курса всех факультетов. Перечень экзаменационных микропрепаратовдля студентов 3 курса всех факультетов

Виробництво напівпровідникових матеріалів. Реферат

Напівпровідник, монокристал, домішка, донор, акцептор, дірки, електрони. Ціль роботи: оволодіти необхідним переліком знань та умінь, передбачених дисципліною «Виробництво напівпровідникових матеріалів».

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok