Введение

Открытие электроэнергии стало новой, глобальной ступенью в развитии человеческого общества. Трудно представить жизнь современного общества без электроэнергии, экономическое, техническое и культурное развитие которого во многом обусловлено её широким применением.

Широкое применение электроэнергии во всех областях человеческой деятельности объясняется рядом преимуществ перед другими видами энергии:

• Возможность экономичной передачи на значительные расстояния.

• Простота преобразования в другие виды энергии (механическую с помощью электродвигателей. Тепловую с помощью электронагревательных приборов. световую с помощью электроламп и т.д.).

• Возможность получения из других видов энергии (тепловой, гидравлической, атомной, энергии ветра и солнца).

• Простота распределения между любым числом потребителей любой мощности.

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях, а затем, часть электрической энергии передаётся потребителям по ЛЭП на генераторном напряжении, другая часть поступает на расположенную рядом повышающую трансформаторную подстанцию, где напряжение повышается до десятков и сотен киловольт. Такой способ передачи электроэнергии обоснован экономической целесообразностью, так как при высоком напряжении снижаются потери электроэнергии в проводах ЛЭП. Экономически выгодное напряжение для передачи электроэнергии в каждом отдельном случае определяется путем проведения технико-экономических расчётов. Для того. Чтобы подать питание потребителям, необходимо понизить высокое напряжения до нужной величины. Для этого применяются понижающие трансформаторные подстанции, которые в зависимости от того как они присоединены к питающей сети бывают узловыми, проходными, ответвительными и концевыми.

В силу развития во всех отраслях человеческой деятельности информационных технологий, наблюдается их применение и на электрических подстанциях. Современные электрические подстанции оснащаются автоматизированными рабочими местами, оператор которого может в любой момент времени узнать полную информацию о любом объекте на экране монитора. Постоянно следить за происходящими изменениями состояния объектов и своевременно реагировать на них. Не отходя от экрана монитора оператор может выполнять абсолютно любые переключения оборудования.

В моём курсовом проекте будет представлена рядовая понижающая районная концевая электрическая подстанция, так как она будет установлена в районе потребления электроэнергии, понижать первичное напряжение с 110 кВ до 35 кВ и распределять питание непосредственно потребителям электроэнергии.

При проектировании трансформаторной подстанции я должен выдержать следующие условия:

• обеспечивать надежность электроснабжения потребителей;

• осуществлять эксплуатацию с минимальными затратами средств и расходом материалов;

• обеспечивать безопасность и удобство обслуживания;

• исключать возможность ошибочных операций персоналом в процессе срочных переключений.

Кроме того исходя из Правил устройства электроустановок, а также из того, что к проектируемой подстанции будут подключены потребители первой и второй категорий, необходимо выдержать следующие условия для этих потребителей:

• Перерыв в электроснабжении потребителей первой категории не должен превышать 1,3 с, так как это может повлечь за собой тяжёлые последствия: опасность для жизни людей; значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования; массовый брак продукции; расстройство сложного технологического процесса; нарушение особо важных элементов коммунального хозяйства.

• Перерыв в электроснабжение потребителей второй категории не должен превышать время, необходимого на переход к резервному питанию дежурным персоналом. Последствия в результате перерыва в электроснабжении этого типа потребителей влечёт за собой менее тяжкие последствия, но и они могут привести к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества людей.

Помимо этого потребители как первой так и второй категории получают питание не менее чем от двух источников.

Исходя из вышесказанного на проектируемой подстанции будут установлены два силовых понижающих трансформатора. Но кроме силовых понижающих трансформаторов на подстанции устанавливается ещё много оборудования, такое как трансформаторы тока, напряжения, силовые высоковольтные выключатели, реле напряжения и тока, счётчики активной и реактивной энергии. Всё это оборудование в совокупности обеспечивает надёжное и бесперебойное питание потребителей.

1. Расчёт полной мощности проектируемой подстанции и выбор главных понижающих трансформаторов.

1. Расчёт активных максимальных мощностей каждого потребителя.

Р асчёт максимальных активных мощностей Р_макс каждого потребителя проектируемой подстанции производится исходя из установленной мощности потребителя Р_уст и его коэффициента спроса К _с. Максимальная активная мощность определяется формулой (1.11):

(1.1.1)

Суммарная активная мощность потребителей находится по формуле (1.12):

Исходя из полученных значений максимальных активных мощностей, а также из процентных значений суточных графиков активных нагрузок, рассчитываются активные мощности каждого потребителя за каждый час работы, а также суммарная мощность каждого часа работы всех потребителей. Результаты расчётов сводятся в таблицу 1, в которой приведены процентные значения активных мощностей за каждый час работы потребителей. Расчёт активной мощности каждого часа производится по формуле (1.13):

(1.13)

где Р_{t n} (вторая) – процентное значение активной мощности потребителя.

Результаты расчётов сведены в таблице 1. Исходя из полученных расчётных данных выбирается час, в котором суммарная мощность всех потребителей была максимальна¹.

Таблица 1

Потребитель 1			Потребитель 2			Потребитель 3			Потребитель 4				Потребитель 5						Сум. мощ-ть 35 кВ	Сумм мощ-ть 10 кВ
Часы	Р, %	Р, кВт	Часы	Р, %	Р, кВт	Часы	Р, %	Р, кВт	Часы	Р, %		Р, кВт		Часы		Р, %		Р, кВт	кВ	кВ
0-1	51	1683	0-1	80	3680	0-1	49	1778,7	0-1	42	1291,5		0-1		29		231,42		5363	3301,62
1-2	53	1749	1-2	80	3680	1-2	24	871,2	1-2	33	1014,75		1-2		58		462,84		5429	2348,79
2-3	49	1617	2-3	80	3680	2-3	24	871,2	2-3	31	953,25		2-3		42		335,16		5297	2159,61
3-4	47	1551	3-4	80	3680	3-4	24	871,2	3-4	38	1168,5		3-4		9		71,82		5231	2111,52
4-5	49	1617	4-5	80	3680	4-5	24	871,2	4-5	33	1014,75		4-5		29		231,42		5297	2117,37
5-6	51	1683	5-6	74	3404	5-6	24	871,2	5-6	36	1107		5-6		38		303,24		5087	2281,44
6-7	53	1749	6-7	74	3404	6-7	40	1452	6-7	33	1014,75		6-7		27		215,46		5153	2682,21
7-8	69	2277	7-8	74	3404	7-8	53	1923,9	7-8	38	1168,5		7-8		62		494,76		5681	3587,16
8-9	93	3069	8-9	74	3404	8-9	53	1923,9	8-9	64	1968		8-9		18		143,64		6473	4035,54
9-10	100	3300	9-10	74	3404	9-10	44	1597,2	9-10	71	2183,25		9-10		53		422,94		6704	4203,39
10-11	96	3168	10-11	74	3404	10-11	44	1597,2	10-11	100	3075		10-11		84		670,32		6572	5342,52
11-12	82	2706	11-12	89	4094	11-12	36	1306,8	11-12	60	1845		11-12		93		742,14		6800	3893,94
12-13	87	2871	12-13	89	4094	12-13	36	1306,8	12-13	64	1968		12-13		51		406,98		6965	3681,78
13-14	93	3069	13-14	89	4094	13-14	36	1306,8	13-14	76	2337		13-14		89		710,22		7163	4354,02
14-15	91	3003	14-15	89	4094	14-15	44	1597,2	14-15	69	2121,75		14-15		80		638,4		7097	4357,35
15-16	84	2772	15-16	74	3404	15-16	49	1778,7	15-16	38	1168,5		15-16		53		422,94		6176	3370,14
16-17	87	2871	16-17	74	3404	16-17	93	3375,9	16-17	76	2337		16-17		40		319,2		6275	6032,1
17-18	89	2937	17-18	74	3404	17-18	100	3630	17-18	87	2675,25		17-18		69		550,62		6341	6855,87
18-19	82	2706	18-19	100	4600	18-19	100	3630	18-19	73	2244,75		18-19		100		798		7306	6672,75
19-20	76	2508	19-20	100	4600	19-20	100	3630	19-20	47	1445,25		19-20		24		191,52		7108	5266,77
20-21	78	2574	20-21	100	4600	20-21	100	3630	20-21	64	1968		20-21		64		510,72		7174	6108,72
21-22	73	2409	21-22	84	3680	21-22	93	3375,9	21-22	69	2121,75		21-22		73		582,54		6089	6080,19
22-23	64	2112	22-23	84	3864	22-23	80	2904	22-23	73	2244,75		22-23		51		406,98		5976	5555,73
23-24	53	1749	23-24	80	3680	23-24	51	1851,3	23-24	62	1906,5		23-24		49		391,02		5429	4148,82

2. Расчёт реактивных максимальных мощностей каждого потребителя.

Д ля расчёта реактивных максимальных мощностей каждого потребителя необходимо определить tg φ каждого потребителя, он вычисляется по формуле (1.2.1):

(1.2.1)

где cos φ_n – коэффициент мощности потребителя

Исходя из полученных значений tg φ рассчитываем максимальные реактивные мощности Q_макс для каждого потребителя по формуле (1.2.2), в которой

Р_{макс n} – максимальная активная мощность потребителя:

( 1.2.2)

Суммарная реактивная мощность потребителей вычисляется по формуле (1.2.3):

(1.2.3)

Расчёт полной мощности потребителей

Следующим шагом в проектировании подстанции является расчёт её полной максимальной мощности потребителей S_макс.

Расчёт максимальной полной мощности производится согласно формуле (1.3.1):

(1.3.1)

где Р_пост – постоянные потери, 1-2%;

Р_пер – переменные потери, 6-10%;

– суммарная активная мощность потребителей, кВт;

– суммарная реактивная мощность потребителей, квар;

S_ТСН – мощность трансформатора собственных нужд, кВА.

Для расчёта максимальной полной мощности принимаются постоянные и переменные потери, соответственно 2% и 8%

+

Выбор понижающих трансформаторов.

Исходя из того, что в нормальном режиме работают одновременно два трансформатора, то мощность каждого из них целесообразно принять такой, чтобы при выходе из строя одного трансформатора, второй мог полностью взять на себя нагрузку первого.

С ледствием вышесказанного является то, что мощность главных понижающих трансформаторов следует определять исходя из условий аварийного режима. Для этого рассчитывается мощность одного трансформатора по следующей формуле (1.4.1):

(1.4.1)

Д ля расчёта этой формулы необходимы следующие данные: – полная мощность (см. пункт 1.3); – коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатора по отношению к его номинальной мощности, ; – количество понижающих трансформаторов, принятое к установке на подстанции, ;

Исходя из значения расчётной мощности выбирается тип главного понижающего трансформатора по приведённым ниже условиям.

Условия выбора трансформатора:

• номинальная мощность выбираемого трансформатора должна быть больше или равна расчётной мощности (S_н.тр. ≥ S_{тр.расч.});

• номинальное напряжение обмоток высшего и низшего напряжения должно быть больше или равно соответствующим рабочим напряжениям (U_1н ≥ U_1раб; U_2н ≥ U_2раб)

Тип главных понижающих трансформаторов выбирается из таблицы 2.6 [2, стр. 42].

Исходя из условий выбирается трансформатор типа ТДТН-16000/110 (Т – трёхфазный; Д – с дутьевым охлаждением масла трансформатор; Н – с регулировкой напряжения под нагрузкой; 16000 кВА – номинальная мощность; 115 кВ – номинальное напряжение первичной обмотки, кВ; 38,5 – номинальное напряжение обмотки среднего напряжения, кВ; 11 – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, кВ).

Выбранный трансформатор подходит для проектируемой подстанции, так как удовлетворяет вышеприведённым условиям:

16000 >13088,7 кВА

115 > 110 кВ

38,5 > 35 кВ