Метод. указания по курсовому проектированию
учебно-методическое пособие на тему

Методические указания

по выполнению курсового проекта для специальности  140407 «Электрические станции, сети и системы»

Тема: «Расчёт электрической части элетростанции»

Рекомендации по выполнению разделов проекта

Перед началом работы студент должен ознакомиться с заданием на курсовой проект. Выполнять проект рекомендуется в строгом соответствии с бланком задания. Все разделы расчетно-пояснительной записки и графическая часть должны соответствовать указаниям бланка задания.

Содержание пояснительной записки включает следующие разделы:

Введение

1 Выбор генераторов

2 Выбор и обоснование вариантов структурной схемы станции

2.1 Расчет мощности нагрузки на шинах станции

2.2 Расчет отбора мощности на собственные нужды

2.3 Обоснование выбора вариантов структурной схемы станции

2.4 Выбор блочных трансформаторов и трансформаторов связи (АТ) 2.5 Выбор токоограничивающих реакторов (для варианта ТЭЦ) З Разработка упрощенной схемы станции

3.1 Выбор и описание схем РУ

4 Технико-экономическое сравнение вариантов схемы станции

5 Разработка схемы собственных нужд станции

5.1 Выбор рабочих ТСН

5.2 Выбор резервных ТСН

5.3 Выбр и описание схемы собственных нужд

б Расчет тока трехфазного короткого замыкания в заданной точке

7 Выбор электрических аппаратов, токоведущих частей, измерительных трансформаторов

7.1 Расчет токов длительных режимов работы Iнорм, Imax для основных цепей станции

7.2 Выбор коммутационных аппаратов в основных цепях по номинальным параметрам

7.3 Ячейка схемы РУ с указанием оборудования и измерительных приборов ( в

соответствии с заданием)

7.4 Проверка коммутационных аппаратов в заданной цепи

7.5 Выбор и проверка измерительных трансформаторов

7.6 Выбор токоведущих частей и сборных шин

8 Описание конструкции распределитедьного устройства (в соответствии с заданием)

Введение

В данном разделе необходимо отразить современное состояние, динамику развития, основные проблемы энергетики. Показать актуальность проекта с точки зрения развития науки, технологии. для этого можно использовать различные информационные источники: специальные журналы, глобальную сеть Интернет.

1 Выбор генераторов

В соответствии с бланком задания выбираются генераторы единой унифицированной серии количеством и мощностью в соответствии с указанными значениями мощности в задании. Технические параметры (Л2 стр.IбО табл.2.1) выбранных генераторов сводятся в таблицу 1.

Таблица 1

После таблицы необходимо дать расшифровку типов генераторов, подробную характеристику систем возбуждения и охлаждения.

Расчет реактивной мощности генератора.

Q_ном = √S²_ном-P²_ном

2 Выбор и обоснование вариантов структурной схемы станции

2.1 Расчет мощности нагрузки на шинах станции

Работают с таблицей бланка задания «Характеристика нагрузок потребителей, питающихся с шин проектируемой станции»

Производится расчет полной мощности нагрузок, потребляемой с шин РУ СН (12) и РУ ВН (1) (если есть по заданию) для двух режимов: максимального и минимального.

где: n - количество линий, отходящих от шин среднего (высшего) напряжения

P_max- мощн6сть одной линии в максимальном режиме (аналогично для минимального режима)

К_одн- коэффициент одновременности

2.2 Расчет отбора мощности на собственные нужды

где: а%=               - норма максимального расхода на собственные нужды в зависимости от типа

станции и вида топлива определяется по таблице 5.1 стр.369 Л1

2.3       Обоснование выбора вариантов структурной схемы станции

Блочные станции (КЭС, АЭС, ГЭС)

В основу построения схем положен блочный принцип. Генераторы соединяются с повышающими трансформаторами и образуют простой блок. Согласно НТП наличие генераторного выключателя между генератором и трансформатором характерно для ГЭС И АЭС (дубль-блоки). Электрическая энергия выдается с шин повышенного напряжения 110 кВ и выше. Блоки работают на шины

повышенных напряжений параллельно. Количество блоков, подключенных к шинам среднего напряжения (РУ СН), определяется по формуле:

Все остальные блоки подключаются к шинам более высокого напряжения (РУ ВН).

Связь между  распределительными устройствами РУ ВН и РУ СН осуществляется двумя автотрансформаторами связи АТС.

Если мощность генераторов не превышает 200 МВт, то возможна установка блока из двух автотрансформаторов и генератора при наличии генераторных выключателеи.

ТЭЦ

ТЭЦ с поперечной связью (ГРУ 6-10 кВ)

Если мощность генератора не превышает 63 МВт, то целесообразно подключить их на шины генераторного напряжения, откуда электроэнергия по кабельным линиям передается к потребителям без предварительной трансформации на генераторном напряжении 6 или 10 кВ.

Избыток мощности передается в энергосистему по линиям высокого напряжения с шин РУ ВН (110-220 кВ). Связь между ГРУ и РУ ВН осуществляется двумя трансформаторами связи. В цепи надежности их устанавливают два.

ТЭЦ смешенного типа

Вид станции когда часть генераторов присоединены к шинам ГРУ, а остальные соединены в блоки с повышающими трансформаторами и работают на шины РУ ВН.

ГРУ организуют в том случае, если нагрузка 6-10 кВ составляет более 50% вырабатываемой мощности генераторами станции. На шинах ГРУ работают генераторы мощностью до 60 МВт, генераторы мощностью свыше 60 МВт работают в блоках.

К шинам ГРУ подключают столько генераторов сколько необходимо для обеспечения нагрузки в максимальном режиме.

ТЭЦ блочного типа

Если мощность генераторов 100 МВт и выше, то все машины соединяют в блоки, работающие на шинах РУ ВН. нагрузка генераторного напряжения питается отпайками от блока через токоограничивающие реакторы.

ТЭЦ с наличием местной и районной нагрузки

Характерно для электростанции, питающих местную (6-10 кВ) и районную (35-110 кВ) нагрузку. Возможны два варианта структурных схем – с установкой трехобмоточных трансформаторов и двух групп двухобмоточных трансформаторов.

2.4 Выбор блочных трансформаторов и трансформаторов связи (АТ)

КЭС

1. Выбор блочных трансформаторов

Мощность блочного трансформатора выбирается по максимальному перетоку мощности при условии что ТСН включен (генераторный выкдючатель отсутствует)

Проезвисти выбор трансформаторов по табл 2.5-2.8 стр 166 Л2

Технические параметры трансформаторов оформляют в таблицу согласно справочным материалам. После таблицы необходимо дать расшифровку типа трансформаторов и подробную характеристику системы охлаждения.

2. Выбор автотрансформаторов

Автотрансформатор связи

В соответствии с НТП на блочных станциях устанавливаются 2 трехфазных автотрансформатора связи. Допускается установка группы однофазных автотрансформаторов связи при наличии резерной фазы.

Мощность АТС выбирается по максимальному перетоку между РУ СН и РУ ВН в одном из режимов:

1 режим – максимальный: в работе все генераторы РУ СН и нагрузка на шинах РУ СН максимальная.

2 режим – минимальный: в работе находятся все генераторы и нагрузка на шинах РУ СН минимальная.

3 режим – ремонтный: один блок, работающий на шины РУ СН выведен в ремонт при максимальной нагрузке. Собственные нужды также выведены в ремонт.

Формула соответствует режиму 1, но мощности генераторов и собственных нужд блоков РУ СН уменьшают на один.

4 режим – аварийный: отключился один из автотрансформаторов связи при наибольшем перетоке в предыдущих режимах.

Выбирается АТС по условию

Технические параметры АТС указаны в табл 2.10 стр. 172 Л2. Их оформляют в табличной форме.

Автотрансформаторы блока

Выбор мощности АТБ производится по условию

где:

Технические параметры АТБ сводятся в таблицу.

ТЭЦ

1. Выбор блочных трансформаторов (для варианта смешанной ТЭЦ)

Мощность блочного трансформатора выбирается по максимальному перетоку мощности при условии что ТСН включен (генераторный выключатель отсуствует)

Произвести выбор трансформаторов по табл 2.5 – 2.8 стр166 Л2

Технические параметры выбранных трансформаторов оформляют в таблицу согласно справочным материалам . После таблицы необходимо дать расшифровку типа трансформаторов и подробную характеристику системы охлаждения.

2. Выбор трансформаторов связи (для варианта с ГРУ и смешанной ТЭЦ)

Мощность трансформаторов связи на ТЭЦ выбирается по наибольшему перетоку в одном из следующих режимов.

1режим-максимальный: в работе все генераторы, работающие на шины ГРУ, нагрузка на шинах ГРУ максимальная.

2режим-минимальный: все генераторы ГРУ в работе, нагрузка на ш8инах ГРУ минимальная.

3режим-ремонтный, один генератор ГРУ выведен в ремонт, нагрузка на шинах ГРУ максимальная. Собственные нужды остаются в работе.

Расчётная формула аналогична 1 режиму, но суммарную мощность генераторов ГРУ необходимо уменьшить на величину одной машины.

4режим-аварийный: аварийно отключен один из трансформаторов связи при наибольшем перетоке в предыдущих режимах.

Выбирается АТС по условию

Технические параметры трансформаторов сводятся в таблицу

3. Выбор трансформаторов связи для варианта с местной и районной нагрузкой

 Трёхобмоточные трансформаторы.

Выбор производится путем составления баланса мощностей в нормальном минимальном и аварийном максимальном режимах.

Минимальный режим.

3.1 Рассчитывается мощность, протекающая по обмоткам НН трансформаторов связи в минимальном режиме

3.2 Выбирается номинальная мощность трансформатора связи

 По условию загрузки обмотки НН

 По условию загрузки обмотки СН

 По условию загрузки обмотки ВН

Аварийный максимальный режим

3.3 Рассчитывается мощность, протекающая по обмоткам НН трансформаторов связи в аварийном максимальном режиме. За аварийный режим принимают отключение одного генератора, работающего на шины ГРУ при максимальной местной нагрузке.

В аварийном режиме загрузка обмотки СН не изменится.

3.4 Рассчитывается мощность, протекающая по обмотке ВН, в аварийном режиме

3.5 Рассчитывается номинальная мощность трансформатора связи

 По условию загрузки обмотки НН

 По условию загрузки обмотки ВН

3.6 Сравнивая вычисленные значения  в минимальном и аварийном режимах выбираются два трехобмоточный трансформатора связи

Две группы двухобмоточных трансформаторов

Трансформаторы связи между РУ ВН и ГРУ Т1, Т2 выбираются аналогично п.6

Трансформаторы связи между РУ СН и ГРУ Т3, Т4 выбираются по условию

2.5 Выбор токоограничивающих реакторов ( для варианта ТЭЦ)

Секционные реакторы

Выбор производится по условиям:

Групповые реакторы

 Рассчитать максимальный ток нагрузки, проходящий через реактор:

В генераторном распределительном устройстве ТЭЦ применяют реакторы тольео для внутренней установки.

3 Разработка упрощенной схемы станции

   3.1 Выбор и описание схем РУ

Для выбора типовых схем распределительных устройств воспользоватся табл.5.1 стр 142 Л2

Вычертить упрощенную схему станции. За основу берется структурная схема станции, вместо прямоугольников, которыми были обозначены РУ, вычерчивают типовые схемы, выбранные с учетом количества ЛЭП, соответствующих заданию.

4 Технико-экономическое сравнение вариантов схемы станции

Экономическая целесообразность схемы определяется минимальными приведенными затратами:

З = рК + И + У

Где:

К- капиталовложение в сооружение электроустановки, тыс.руб;

Р- нормативный коэффициент экономической эффективности, равный 0.125;

И- годовые эксплуатационные издержки, тыс.руб/год

У- ущерб от недоотпуска электроэнергии, тыс.руб/год

Капиталовлажения при выборе оптимального варианта схемы определяются по укрупненным показателям стоимости элементов схемы.

При подсчете капиталовложений учитываются только те элементы, которые не повторяются в сравниваемых вариантах. При подсчете учитывается стоимость силовых трансформаторов и автотрансформаторов, ячеек генераторных и трансформаторных выключателей, а также ячейки секционного реактора с выключателем, линейных групповых реакторов. Значения даны в приложении П5 стр. 636-638 Л3.

Вторая составляющая затрат - годовые эксплуатационные издержки определяется по формуле:

Где:

-издержки на амортизацию и обслуживании, тыс.руб

-норма отчислений на амортизацию.

-норма отчислений на обслуживание.

Всего издержки на амортизацию и обслуживание для силового оборудования и распределительных устройств электростанций следует принять:

110кВ-9,4%

220кВ и выше-8,4%

Где -стоимость 1кВт ч потерь электроэнергии, принять 6 коп/кВт ч

- потери электроэнергии в трансформаторах, кВтч

Предварительно следует рассчитать потери электроэнергии в трансформаторах.

Для двухобмоточных трансформаторов

Для трёхобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов.

Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов.

где 

-время максимальных потерь, ч определяется на основании заданного

Ущерб от недоотпуска электроэнергии определяется только в том случае, если сравниваемые варианты имеют существенное различите по надежности питания. Для учёта этой величины необходимо знать вероятность и длительность аварийных отключений, характер производства и ряд других факторов. В учебном проектировании расчёт производится без учета ущерба от недоотпуска электроэнергии. Считают что варианты равнонадежны.

Расчет следует оформлять в табличной форме.

Вывод: К дальнейшему рассмотрению предлагается вариант с минимальными затратами. Если затраты различаются на 5% или меньше, то варианты считаются равноэкономичными.

3% = (31-32)/31*100. В этом случае выбор производится по техническим качествам (перспективность, удобство эксплуатации).

5Разработка схемы собственных нужд станции

Собственные нужды

На ТЭЦ энергия расходуется на приготовление и транспортировку топлива, подачу питательной воды и воздуха в паровые котлы и удаление дымовых газов.

На АЭС энергия расходуется на принудительную циркуляцию теплоносителя через активную зону, расход энергии на перегрузку горючего незначителен. Общим для ТЭС и АЭС является расход энергии на подачу питательной воды в парогенераторы, поддержание вакуума в конденсаторах турбин, техническое водоснабжение станции, вентиляцию помещений, освещение.

На ГЭС энергия расходуется на управление гидротехническим и электротехническим оборудованием, охлаждение генераторов и трансформаторов, обогрев гидротехнического оборудования в зимнее время, вентиляцию и освещение.

Наибольший расход энергии на собственные нужды имеют ТЭЦ, что связано с меньшей единичной мощностью агрегатов по сравнению с КЭС и большей общестанционной нагрузкой.

Основными источниками питания собственных нужд являются понижающие трансформаторы или реактированные линии, подключенные непосредственно к выводам генераторов или к распределительным устройствам станции. Пускорезервные источники питания собственных нужд тоже связаны с общей электрической сетью, т.к. обычно присоединяются к РУ станций, третичным обмоткам автотрансформаторов связи.

Кроме этого на электростанциях всех типов предусматривают независимые от энергосистемы источники энергии, обеспечивающие остановку и расхолаживание станции без повреждений оборудования и вредных влияний на окружающую среду при потере основных и резервных источников. На ТЭС и ГЭС для этой цели достаточно применения аккумуляторных батарей. На мощных КЭС и АЭС требуется установка дизель-генераторов небольшой мощности              (200-500кВт),обеспечивающих длительное сохранение остановленного оборудования в состоянии готовности к немедленному пуску после восстановления питания от энергосистемы.

Механизмы собственных нужд тепловых станций

В состав механизмов собственных нужд ТЭС входят рабочие машины обслуживающие машинное и котельное отделения, а так же общестанционные нагрузки. Потребители собственных нужд относятся к 1 категории по надежности питания и требуют электроснабжения от двух независимых источников. В пределах 1 категории потребители делятся на ответственные и менее ответственные.

В котельном отделении ответственными являются дымососы,

дутьевые вентиляторы, питатели пыли. К неответственным относятся смывные и багерные насосы системы гидрозолоудаления, а так же электрофильтры.

В машинном отделении ответственными являются питательные, циркуляционные и конденсатные насосы, маслонасосы турбин и генераторов, подъемные насосы газоохладителей генераторов и маслонасосы системы уплотнения вала генератора, к неответственным относятся сливные насосы регенеративных подогревателей, дренажные насосы,  энжекторные насосы, на ТЭЦ так же сетевые насосы, конденсаторные насосы бойлеров и насосы подпитки теплосети.

Прекращение электроснабжения дымососов, дутьевых вентиляторов и питателей пыли приводит к погасанию и остановке парового котла. Важное место в технологическом процессе занимают питательные насосы, подающие питательную воду в паровые котлы. Мощность электродвигателей ПЭНов составляет до 40% общей мощности потребителей собственных нужд.

Отключение конденсатных и циркуляционных насосов приводит к срыву вакуума турбин и к аварийной остановке.

К числу наиболее ответственных потребителей следует отнести и маслонасосы системы смазки турбогенераторов и уплотнения вала генератора. Отказ во включении резервных масляных насосов во время аварии может привести к срыву маслоснабжения подшипников турбины и генератора и выплавлению вкладышей. Поэтому питание маслонасосов турбин и уплотнений вала генератора резервируется аккумуляторными батареями.

На ТЭС имеются многочисленные механизмы общестанционного назначения. Сюда относятся потребители топливоприготовления и топливоподачи: дробилки, мельницы для размола угля, мельничные вентиляторы, конвейеры и транспортеры топливоподачи и бункеров пылезавода, краны-перегружатели на складе угля, вагоноопрокидыватели. К общестационарным механизмам относятся насосы химводоочистки и хозяйственного водоснабжения. Большинство из них можно отнести к неответственным  потребителям. Исключением являются насосы подачи химически очищенной воды и турбинное отделение.

К этой группе так же относятся резервные возбудители, насосы кислотной промывки, противопожарные насосы, вентиляционные устройства, компрессоры воздушных магистралей, крановое хозяйство, электрическое освещение, мастерские, зарядные устройства аккумуляторных батарей, потребители ОРУ. Ответственными из них принято считать дизель-генераторы питателей пыли, двигатели охлаждения мощных трансформаторов, осуществляющих обдув маслоохладителей и принудительную циркуляцию масла.

Механизмы собственных нужд ГЭС

Механизмы собственных нужд ГЭС по назначению делятся на агрегатные и общестанционные.

Агрегатные обеспечивают пуск, остановку и нормальную работу гидроагрегатов и связанных с ними при блочных схемах повышающих силовых трансформаторов. К ним относятся масляные насосы системы регулирования гидротурбины, компрессоры маслонапорных установок, насосы и вентиляторы охлаждения трансформаторов, масляные и водяные насосы системы смазки агрегата, насосы непосредственного водяного охлаждения генераторов, компрессоры торможения агрегата, насосы откачки воды с крышки турбины, вспомогательные устройства системы ионного независимого возбуждения генератора, возбудители.

К общестанционным относятся: насосы технического водоснабжения, насосы откачки воды из спиральных камер и отсасывающих труб, насосы хозяйственного водоснабжения, дренажные насосы, пожарные насосы, устройства заряда, обогрева и вентиляции аккумуляторных батарей, краны, подъемные механизмы затворов плотины, щитов, шандоров отсасывающих труб, сороудерживающих решеток, компрессоры ОРУ, отопление, освещение и вентиляция помещений, устройства обогрева затворов, решеток и пазов..

На ГЭС лишь малая доля механизмов работает непрерывно в продолжительном режиме. Сюда относятся: насосы и вентиляторы охлаждения генераторов и трансформаторов, вспомогательные устройства системы возбуждения, насосы водяной и масляной смазки подшипников. Эти механизмы принадлежат к числу ответственных. Остальные приемники работают повторнократковременно, кратковременно или эпизодически. Их можно отнести к неотвественным.

5.1 Выбор рабочих ТСН

5.2 Выбор резервных ТСН

ТЭЦ

Основным напряжением в схеме собственных нужд (с.н.)ТЭЦ является напряжение б кВ. Если генераторы имеют напряжение 6,3 кВ, то трансформаторы собственных нужд ТСН не нужны и питание схемы С.Н. осуществляется по реактированным линиям.

В системе собственных нужд на всех напряжениях применяется одиночная секционированная система сборных шин, имеющая рабочее и резервное питание.

На ТЭЦ число секций С.Н. в неблочной части равно числу котлов, а в блочной части составляет одну-две секции на блок. Рабочее питание С.Н. неблочной части осуществляется от сборных шин ГРУ, а блочной - через ответвления от блоков. Обычно одну секцию питает один рабочий ТСН или линия С.Н. Резервное питание производится от шин ГРУ. Число резервных ТСН или линий С.Н. принимается:

Один - при числе рабочих ТСН или линий С.Н. до б включительно;

Два - при большем числе ТСН или линий С.Н.

Число источников рабочего питания, присоединяемых к одной секции ГРУ, не должно быть более двух.

Рабочие ТСН и линии С.Н. должны обеспечивать без перегрузки питание потребителей соответствующих секций. Мощность резервных источников должна быть не менее мощности наиболее крупного рабочего источника. Если к секции ГРУ подключены два рабочих источника, то мощность резервного источника должна быть в 1,5 раза выше мощности наиболее крупного рабочего источника.

При питании рабочих источников через ответвления от блоков мощность резервного источника должна быть достаточной для замены наиболее крупного рабочего источника и одновременно пуска одного котла или турбины.

Выбор схемы С.Н. производится без детального учета нагрузок.

Мощность рабочего ТСН выбирается по условию:

- коэффицент спроса, для КЭС принимается 0,85-0,9; для ТЭЦ – 0,8.

 - норма расходи на С.Н. для станций в зависимости от типа станции и вида топлива.

Номинальный ток реактора        

                                                        I_норм    

Р_уст – установленная  мощность всех генераторов, работающих на шины ГРУ

cos  - коэффициент мощности генератора

 - число линий С.Н.

КЭС

Питание С.Н. производится подключением рабочих ТСН на ответвления от блоков. При наличии выключателя между генератором и блочным трансформатором ответвление присоединяется между выключателем и трансформатором.

Мощность рабочего ТСН рассчитывается

S_{ном тсн}  К_{с  ном}

Количество резервных ТСН на КЭС с блоками 160 МВт и выше выбирается :

• При количестве блоков 1-2 – один
• При количестве блоков от 3 до 6 включительно – два
• При количестве блоков 7 и более – два резервных ТСН, присоеденительных к источнику питания и третий не присоединенный, но установленный на фундаменте и готовый к перекатке.

Мощность каждого резервного ТСН должна обеспечивать замену рабочего ТСН одного блока и одновременный пуск или останов другого блока.

   S_РТСН = 1.5

Количество трансформаторов собственных нужд 6/0.4 кВ выбирают, из условия, что их мощность не превышает 1000кВА.

   S_{ТСН 6/ 0.4} = 0.1 _СН

5.3 Выбор и описание схемы собственных нужд

 Распределительное устройство собсвенных нужд выполняется с одной секционированной системой шин.

Количество секций 6 кВ для блочных ТЭС принимается две на каждый энергоблок. Каждая секция или секции попарно присоединяются к рабочему ТСН.

Резервное питание секций собственных нужд осуществляется от резервных магистралей, связанных с пускорезервными трансформаторами собственных нужд ПРТСН. Резервные магистрали для увеличения гибкости и надежности секционируются выключателями через каждые 2-3 энергоблока.

Все ТСН должны иметь регулирование напряжения под нагрузкой.(РПН)

При выборе схемы питания собсвенных нужд ТЭЦ следует учесть:

           на стороне 6 кВ всех ТСН устанавливаются выключатели;

           каждая секция 6 кВ должна иметь рабочий и резервный ввод; 

           резервирование осуществляется от резервной магистрали, присоединенной в РТСН;

           резервная магистраль секционируется на две части при наличии двух резервных ТСН.

Рабочие ТСН не блочной части ТЭЦ присоединяются к шинам ГРУ. Число секций собсвенных нужд 6 кВ выбирает равным числу котлов. Рабочие ТСН питпют секции 1ВА и 2ВА, к которым ктоме основной нагрузки присоеденены потребители общестанционных собсвенных нужд.Возможно выделение специальных секций для общестанционной нагрузки.РТСН присоединяются отпайкой к трансформатору связи или к шинам РУВН.

Схема С.Н. ТЭЦ

6 Расчет тока трехфазного короткого замыкания

Расчет производится с целью проверки оборудования по воздействию токов КЗ.

Порядок расчета:

       1. Составляется расчетная схема установки, в которую включают все элементы, оказывающие влияние на ток КЗ – энергосистема, генераторы, трансформаторы или автотрансформаторы, линии электропередач, связывающие шины ВН подстанции и систему, реакторы. На расчетную схему рядом с каждым элементом необходимо нанести исходные данные (взять из справочной литературы для выбранного оборудования или в таблицах технических параметров разделов проекта) требуемые для расчета. На шинах указывают средние напряжения в соответствии со шкалой напряжений по действующим значениям проекта (6.3; 10,5; 15,75; 18; 20; 24; 37; 115; 230; 340; 515). Указываются точки КЗ.

       2. Расчет производится в относительных базисных единицах. За базисные условия принимают:

-базисная мощность, если источников несколько, то принимается число кратное 10 (100,1000 МВА), МВА.

-базисное напряжение, принимается среднее напряжение той ступени, где находится точка КЗ, кВ.

-базисный ток, кА рассчитывается на основании значений мощности и напряжения (расчет производится в таблице).

- баз0исные сопротивления, расчет включен в формулы каждого элемента схемы замещения.

     3.Составляется схема замещения.

На основании расчетной схемы составляется схема замещения, в которой каждый элемент замещается соотвествующим образом. Производится расчет индуктивных сопротивлений схемы замещения (табл 3.3-3.4 стр 100, 104 Л1), значения указываются с индексом, соотвествующим порядковому номеру.

Образец записи:

Значения ЭДС источников зависят от вида источника и его мощности. (Л1 стр.99 табл 3.2)

       4. Схема замещения упрощается путем поэтапного преобразования на основании известных приемов преобразования: последовательного, параллельного соединения,

преобразования треугольника в звезду и наоборот, методом связанных цепей, методом эквивалентирования нескольких параллельных источников. Расчетные формулы даны (Л1 ТАБЛ 3,5 СТР 106). Этапы преобразования должны быть представлены промежуточными схемами и расчетами сопротивалений , индексы которых проставляются в соотвествии с последующими порядковыми номерами. При преобразовании схемы двигаются от источников к точке КЗ.

      5. Схема замещения преобразуется к результирующему виду и может включать один эквивалентный источник или несколько параллельных источников.

      6. Расчет токов КЗ сводится в таблицу.

                       Таблица Расчет токов трехфазного короткого замыкания.

7. Выбор электрических аппаратов, токоведущих частей, измерительных трансформаторов.

7.1. Расчёт токов длительных режимов работы I_норм, I_max для основных цепей подстанции.

Расчёт производится в табличной форме для основных цепей станции. Формулы для расчётов токов в цепях подстанции приведены в (Л2, табл. стр.98)

    7.2. Выбор коммутационных аппаратов в основных цепях подстанции по номинальным параметрам.

Выбор производится по номинпальным параметрам по условиям:

 Справочные данные выключателей приведены в Л2 табл 4.1 стр190, разъединителей в Л2 табл 4.4 стр 204. Следует учесть, что для цепей 6-10кВ выключатель устанавливается в шкафу КРУ (КРУН), поэтому необходимо выбрать серию шкафа с указанием типа выключателя. (Л2 табл 4.7 стр 214)

Результаты расчетов п.7.1 и выбора оборудования п.7.2 заносятся в таблицу.

Таблица Выбор коммутационных аппаратов в основных цепях подстанции.

7.3 Ячейка схемы подстанции с указанием оборудования и измерительных приборов (в соотвествии с заданием)

Самоделировать полную принципиальную схему электрических соединений станции. Схемы РУ использовать из Л4, Л6.

Вычертить ячейку схемы подстанции с указанием всех установленных аппаратов.

7.4 Проверка коммутационных аппаратов в заданной цепи.

Выбор коммутационных аппаратов производится в табличной форме.

7.5 Выбор и проверка измерительных трансформаторов.

7.5.1 выбор измерительных трансформаторов тока.

На ричунке ячейки схемы схемы станции (п.7.3) изобразить КИП. Образец рис.4.7 стр.125 Л2.

Рассчитывается вторичная нагрузка трансформаторов тока. Для подсчёта нагрузки использовать данные таблицы 4.8, стр.218 Л2 значения мощности берётся из столба токовой нагрузки. Для счётсчиков, ваттметора и варметра значения указывается в фазах А и С (одинаковые).

Расчет производится в табличной форме.

Таблица: вторичная нагрузка трансформаторов тока

Выбор и проверка трансформаторов тока производится в таблиной форме.

Таблица: Выбор трансформаторов тока.

Производится выбор контрольно-измерительного кабеля для подключения трансформатора тока и приборов.

1. Рассчитывается допустимое сопротивление кабеля:

где: -сопротивление контактов,

принять равное:

• 0,1 Ом, если количество приборов, подключенных в одну фазу более 3 шт;
• 0,05 Ом, если количество приборов в одной фазе до 3 шт;

 - расчётное сопротивление приборов, Ом

2.Расчитывается допустимое сечение кабеля:

,

Где - удельное сопротивление материала кабеля

На ТЭЦ и ГЭС с генераторами 100 МВт и более применяют только контрольные кабели с медными жилами.

• для алюминия 0,0283 Ом
• для меди  0,0175 Ом

- расчётная длина кабеля, зависящая от схемы соединения ТА и вторичной нагрузки

• - для схемы полная звезда
• - для схемы неполная звезда
• - при подключении в одну фазу

в расчётах ориентировочно принимается:, - длина кабеля, м;

• все цепи ГРУ – 40-60м
• цепи блоков – 20-40м
• линии 6-10 кВ – 4-6м
• РУ 35кВ – 60-75м
• РУ 110кВ – 75-100м
• РУ 220кВ – 100-150м
• РУ 330кВ - 500кВ – 150-175м

1.             Выбирается марка каблея и его стандартное сечение. Выбор кабеля производится по Л2 табл.4.5, стр.116.

По условию механической прочности жилы конрольного кабеля для токовых цепей должны иметь стандартное ( ) сечение не менее 2,5 мм² для меди и 4мм² для алюминия.

Согласно ПУЭ допускается в одном контрольном кабеле объединение цепей управления, защиты, измерения, сигнализации постоянного и переменного тока, а также цепей, питающих элетроприёмники небольшой ёмкости.

Определяется действительная нагрузка на ТА

 2. Проверяем выполнение условия

Z₂ ≤ Z_ном

Данные занести в таблицу трансформатора тока.

7.5.2 Выбор измерительных трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения выбираются Л2 табл. 4.6 стр. 211

Условия выбора:

По напряжению установки:

U_уст ≤ U_ном

По конструкции и схеме соединения обмоток;

В установках 6-10 и 35 кВ трансформаторы напряжения используются для включения КИП, для включения устройств сигнализации и защиты от замыканий на землю. Этим условиям отвечают измерительные трансформаторы типа ЗНОМ, ЗНОЛ, НТМИ, НКФ, имеющие две вторичные обмотки. В установках 110-330 кВ применяются аппараты типа НКФ. При более высоких напряжениях используются трансформаторы напряжения, присоединенные к емкостным делителям напряжения НДЕ - 500, 750 кВ.

По классу точности

По вторичной нагрузке:

Выбранные трансформаторы напряжения проверяют по вторичной нагрузке. При этом надо учесть нагрузку параллельных обмоток приборов, установленных на всех присоединениях данного РУ и на его сборных шинах. Приборы контроля и приборы синхронизации включают кратковремённо, поэтому в подсчет нагрузки их не включают.

S_2∑  ≤ S_{2 ном}

Где S_2∑ нагрузка всех измерительных приборов и реле, подключенных к трансформатору напряжения, ВА

S_{2 ном} - номинальная мощность в выбранном классе точности, ВА

При применении однофазных трансформаторов напряжения, соединенных в звезду, следует принимать суммарную мощность всех трех фаз, а при соединении по схеме открытого треугольника - удвоенную мощность одного тра нсформатора напряжения.

Результаты подсчета S_{2 ∑} сводятся в табличную форму.

Таблица Вторичная нагрузка трансформатора напряжения

S_{2 ∑} = , BA

Расчетные и справочные величины сводятся в таблицу

Таблица Выбор трансформатора напряжения

Выполнить схему подключения КИП к измерительным трансформаторам тока и напряжения. (Образец схемы стр.123 рис 4.6 Л2)

7.6 Выбор токоведущих частей и сборных шин ТЭЦ

В установках напряжением до 20 кВ применяются жесткие алюминиевые шины с сечением различной формы (в основном прямоугольной): однополосные, многополосные, а также коробчатого сечения. Сборные шины и ошиновка в пределах закрытых устройств выбираются по длительному допустимому току.

Выбор сборных шин 10 кВ (ГРУ)

1. Определение сечения шин

Производится по условиям нагрева в нормальном режиме, т.е. по рабочему максимальному то ку:

I_{работаmax} ≤ I_длдоп

Где I_{работаmax} - наибольший ток цепи сборных шин. Расчетные значения токов для цепей приведены в таблице п.7.2

I_длдоп - длительно допустимый ток ДЛЯ ШИНЫ выбранного сечения, А

Выбор сечения шин производится по табл 3,6 стр 182 Л2.

2. Проверка шин на термическую стойкость

·         Рассчитывается минимальное сечение по условию термической стойкости

Q_min =

Где В_к - тепловой импульс, Вк = I²_по ∙ (t_отк + Т_а), для цепи генераторов 60 МВт и выше с, Та =0,185с. I - взять значение из данных таблицы по расчету токов Ю для всех источников на сборных шинах

С - коэффициент, зависящий от материала проводника шин, для АДЗIТ принять равным

82

·         Шины термически стойкие если выполняется условие:

q_min ≤ q_{выбранное}

3. Проверка шин на электро динамическую стойкость

Сборные шины выполняются так, что швеллеры шин соединены жестко по всей длине сварным швом.

Проверка на электродинамическую устойчивость сводится к механическому расчету жестких шин.

Шина динамически устойчива, если:

σ_расч ≤ σ_доп

Где σ_расч , σ_доп – расчетное и допустимое напряжение в материале шин, МПа

·         Принять в расчете

σ_доп = 89 МПа

При механическом расчете шина каждой фазы рассматривается как многопролетная балка, свободно лежащая на опорах (изоляторах), с равномерно распределенной нагрузкой.

Напряжение в материале коробчатой шины, возникающее при воздействии изгибающего момента М и момента солротивления шины W рассчитывается по формуле:

σ_расч=

Где W_y0-y0 - момент сопротивления шины определяется по табл 3,6 стр 182 Л2 для выбранного сечения шины

l - длина пролета между опорными изоляторами шинной конструкции, м. Принять в расчете равной 2м.

a - расстояние между фазами, при нять в расчетах равной 0,8м.

i²_уд - взять значение из данных таблицы по расчету токов К3 для всех источников на сборных шинах.

 4.Выбор изоляторов

Опорные изоляторы выбираются (по табл.5.7 ЛЗ). Например, ИО-10-20УЗ

·         по номинальному напряжению:                            U_уст ≤ U_ном

·         _{по допустимой} механической нагрузке                     F_расч ≤ F_доп

Где F_расч – сила, действующая на изолятор;

F_доп - допустимая нагрузка на головку изолятора;

Величина допустимой нагрузки, H:

Где F_разр – разрушающая нагрузка при действии на изгиб,H (дается в справочнике)

Расчетная нагрузка, Н

     5.F_расч = F_и =

Где k_п – поправочный коэффициэнт на высоту шины, если она расположена «на ребро»

Где H_из – высота изолятора, мм (из справочных данных изолятора)

H = H_из + b +

Где h – высота шины,установленной <<на ребро>>, мм

b – ширина шины, мм

Проходные изоляторы выбираются (по табл. 5.8 ЛЗ). Напиример, ИП-10/5000-42,5 по тем же условиям.

Проверка производится по условию:

                                                    F_расч = 0,5 _разр

Выбор шин в цепи генератора (ошиновка от генераторов в сторону трансформаторов в пределах закрытого РУ)

       Рассчитываются номинальный и максимальный токи генераторов. Расчетные формулы приведены в таблице 4.1 стр 95 Л2.

Ошиновка выбирается по длительному допустимому току аналогично п.1.

Проверка ошиновки на термическую стойкость не производится т.к. расчетный ток К3 в цепи от источников меньше чем на сборных шин 10 кВ в целом.

Швеллеры шин соединены жестко только в местах крепления шин на изоляторах. В расчетах принять l = 2м,a = 0.6м

В данном случае _расч = _{ф + п}

Где:

_ф- напряжение, возникающее из-за взаимодействия токов фаз

_ф =

Принять в расчете

W_{ф =}W_y0-y0

 Взять значение их исходных данных для цепи для источников

σ_п- напряжение ,возникающее из-за взаимодействия токов в каждой отдельной полосе одной фазы.

_ф =

Где f_п- сила взаимодействия между полосами (для двухполосных шин)

_п=..

Где k_ф- Коэффициент формы определяется по Л1 рис.4.4 стр. 181

h- высота полосы, м.

W_п- момент сопротивления одной полосы, принять  W_y-y (табл. 3,6 стр 182 Л2 для выбранного сечения шины)

На практике рассчитывается величина l_п, ,при котором σ_п=σ_доп

Прежде всего σ_{п доп=}σ_ф, Тогда

l_пmax=

Число прокладок в пролете n=+1 

Шины механически прочны, если:

σ_расч=σ_ф - σ_п≤ σ_доп

Выбор комплектного токопровода

От выводов генератора до стены главного корпуса и далее, до генераторного распределительного устройства токоведущие части выполняются пофазно-экранированным комплектным токопроводом.

выбор производителя по табл.3.10 стр 185 Л2

Условия выбора:

U _ном ≥ U _{установки}

I _ном. ≥ I _{номгенератора}

Проверка по условиям:

I_max ≤ I_ном

i_уд ≤ i_дин

КЭС

Для РУ 35 кВ и выше используются гибкие шины, выполненные проводами АС и АСО

Выбор токоведущих частей от сборочных шин 110 кВ трансформатора связи

Выбор сечения токоведущих частей производится по условиям нагрева в нормальном режиме, т.е. по рабочему максимальному току присоединения:

1. Рассчитать номинальный и максимальный ток в цепи ввода ВН 110 кВ трансформатора связи I_max,I_норм, в А

Расчетные формулы приведены в таблице 4.1 стр 95 Л2   

2.Расчитать экономическое сечение

q_э=

Где i_эк определить по таблице П3.3стр.179Л2

3.Выбор сечения шин производится по табл 3.4 стр 180Л2.Ошиновка находится вне помещения. Выписать все параметры.

4.Проверить выбранное сечение ошиновки по экономической плотности тока

q_выбор≥q_эк

5.Проверка сборных шин

• I_{рабma x}≤ I_длдоп по нагреву
• Шины, выполненные из голых проводников и расположенные на открытом воздухе, на термическое действие токов К3 не проверяют
• Гибкие шины РУ при I_ПО ≤20 кА не проверяют на электродинамическое действие тока К3.

Проверка по условиям короны выполняется при напряжениях 35 кВ и выше.Причем если шины выполнены из проводов сечением равным или большим чем минимальные сечения для ОРУ 110-500кВ , указанные в Л2 табл.П3.16 стр.189,то проверка по условиям короны не требуется.

Проверка по условиям короны

Условия проверки

1.07

Где

1.E₀- начальная критическая напряженность электрического поля

E₀=30,3

Где m-коэффициент шероховатости провода, принять равным 0,82

r₀- радиус провода ,см (из справочных данных для выбранного провода АС)

2.Е- напряженность электрического поля около поверхности:

• нерасщепленного провода    Е=

• расщепленного провода       Е= k

знания k,r_экв указаны в Л1 в таблице 4.5 стр.192

D_ср- Среднее геометрическое расстояние между проводами фаз,см. При горизонтальном расположении фаз D_ср= 1,26D,при расположении фаз по треугольнику D_ср=D, где D-расстояние между соседними фазами,см

a- расстояние между проводами в расщепленной фазе, принимается в установках до 220 кВ - 20-30 см; в установках 330-750кВ - 40 см.

3.По таблице П3.15 стр.189 Л2 определить тип  и количество подвесных изоляторов в гирлянде для крепления ошиновки.

Выбор сборных шин 110кВ

Сборные шины выбираются по нагрузке наиболее мощного присоединения. В соответствии с расчетной схемой станции, таким присоединением является трансформатор блока ТЗ,Т4

1.Рассчитать ток трансформатора блока в максимальном режиме. Расчетные формулы приведены в таблице 4.1 стр 95 Л2

2.Выбор сечения шин производится по таблице3,4 стр 180 Л2

по условию                   I_рабmax ≤ I_длдоп

8 Описание конструкции распределительного устройства(в соответствии с заданием)

Рассмотрение конструкции РУ предлагается производить в следующей последовательности:

1.выполнение архитектурно-строительной части- фундаментов, стен, перекрытий и кровли, дверных проемов, оконных, лестничных клеток, коридоров и проходов, устройств вентиляции, фасадов; на открытых установках выбор материала порталов и опор, конструкций кабельных и др. каналов, маслоприемников, ливнестоков, колодцев, габаритов проездов и проходов, ограды.

2.установка трансформаторов и электрических аппаратов (опоры-фундаменты, крепления, монтаж включения в схему)

3.выполнение первичной коммутации в соответствии с электрической схемой на плане- по схеме заполнения всего РУ и в пределах каждой ячейки

4. размещение приводов управления шкафов и щитков собственных нужд и вторичных устройств, приборов освещения;

5. выполнение кабельных прокладок различного назначения

6. обеспечение удобства и безопасности эксплуатации(расстояния, ремонтные зоны, ограждения)

Примеры типовых компоновок РУ изложены в Л5.

Список литературы

1. Рожкова Л.Д. Электрооборудование электрических станций и подстанций: учебник для студентов сред.проф.образования.-4-е изд.-М.Академия,2007г.

2.Карнеева Л.К.Электрооборудование электростанций и подстанций. Примеры расчетов, задачи. Справочные материалы.-Иваново:2006г.

3.Неклепаев В.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования.  -Л.:Энергоатомиздат,1989г.

4. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ. 4-е изд., перераб и доп.- М.:ВГПИ и НИИ «Энергосетьпроект»,1991г.

5. Двосхин Л.И. Схемы и конструкции распределительных устройств. –

Л.: Энергоатомиздат,1985г.

6.Ю.Н. Балаков Проектирование схем электроустановок . - М,МЭИ,2006г.