2.Определение мощности и типа трансформаторов

2.2. Выбор трансформатора цепи собственных нужд

По мощности и напряжению выбран трансформатор: ТС-250/10.

Параметры трансформатора:

 номинальная мощность S_н=250 кВА;

 номинальное напряжение U_н=10 кВ;

 напряжение короткого замыкания u_к=4 %;

 потери холостого хода ΔР_х=1,15 кВт.

 потери короткого замыкания ΔР_х=3,7 кВт

2.3. Выбор понижающего трансформатора

Необходимая мощность понижающего трансформатора:

,

где S_T –мощность тяговой нагрузки, кВА;

S_P –мощность районной и не тяговой нагрузки, кВА;

S_сн – мощность трансформатора собственных нужд, кВА;

к_р - коэффициент, учитывающий разновременность наступления

максимумов тяговой и не тяговой нагрузок, принимаем К_р=0,97.

S_P= кВА ;

мВА.

Мощность потенциального тягового трансформатора определяется исходя из условий аварийного режима:

S_н.тр.≥

где k_ab – коэффициент допустимой перегрузки трансформатора по отношению к его нормальной мощности в аварийном режиме, k_ab=1,4;

n – качество трансформаторов, n=2.

S_н.тр.≥ мВА

По мощности и напряжению выбран трансформатор типа:ТДТНЭ-25000/110-69.

Параметры трансформатора:

 номинальная мощность S_н=25 кВА;

 номинальное напряжение ВН U_н=110 кВ;

 номинальное напряжение СН U_н=38,5 кВ;

 номинальное напряжение НН U_н=27,5 кВ;

 напряжение короткого замыкания ВН-СН u_к=17 %;

 напряжение короткого замыкания ВН-НН u_к=10,5 %;

 напряжение короткого замыкания СН-НН u_к=6 %;

 потери холостого хода ΔР_х=45 кВт;

 потери короткого замыкания ΔР_к=145 кВт.

3. Расчет токов короткого замыкания

3.1. Составление схемы замещения внешнего электроснабжения и

подстанции. Выбор точек короткого замыкания.

Однолинейная расчетная схема представлена на рис.3.1.1

Токи короткого замыкания определены в точках:

 ввод подстанции;

 шины районной нагрузки;

 цепи собственных нужд;

 шины РУ-27,5 кВ.

Рис.3.1.1 Однолинейная расчетная схема

3.2. Расчет токов короткого замыкания на вводах подстанции

Для расчета токов короткого замыкания заданы базисные условия:

 базисное напряжение U_б=U_ср=115 кВ;

 базисная мощность S_б=100мВА.

Базисные величины связаны условием:

Следовательно:

где I_б - базисный ток, кА.

Активное сопротивление в расчетах не учитываем, так как .

Схема замещения внешнего электроснабжения представлена на рис.3.2.1

Определение результирующего сопротивления:

где l – длинна участка, км;

X_уд – удельное сопротивление одного километра, Ом/км.

Рис.3.2.1

Мощность второй энергосистемы S_c2=3*30 мВА;

где U_k – напряжение короткого замыкания тягового трансформатора, U_k=10,5%

S_нт – номинальная мощность трансформатора, S_нт=40 мВА

Относительное сопротивление второй энергосистемы:

Производим последовательные преобразования исходной схемы (рис.3.2.1) в упрощенную схему (рис.3.2.2):

Рис.3.2.2

Находим сопротивления элементов схемы:

Преобразовав “треугольник” сопротивлений 4, 5-7,6, в эквивалентную “звезду” получим схему (рис.3.2.3):

Рис.3.2.3

Просуммировав сопротивления 11 и 15, а также 14 и 16, получим трехлучевую звезду с сопротивлениями (рис.3.2.4):

Рис.3.2.4

Заменив трехлучевую звезду двухлучевой, получим (рис.3.2.5):

Рис.3.2.5

Данная точка является электрически удаленной, так как отношение (*) выполняется

(*)

Так как точка электрически удалена от всех источников питания, то схема замещения приводится к виду, изображенному на рис.3.2.6:

Рис.3.2.6

Для определения начального тока к.з. найдем результирующее сопротивление (рис.3.2.6):

Начальный ток (действующее значение периодической составляющей) трехфазного к.з.:

Ударный ток:

Мощность короткого замыкания:

Двухфазное короткое замыкание:

где Х_рез – результирующее сопротивление для трехфазного короткого

замыкания:

Однофазное короткое замыкание:

Для расчета однофазного короткого замыкания сопротивления схемы замещения (рис. ) пересчитываются. Принимается Х_тр(0)=0, Х_с(0)=0, Х_(0)лэп=5,5*Х₍₁₎

Рис.

В соответствии со схемой, изображенной на рис. , находятся:

В соответствии со схемой, изображенной на рис. , находятся:

В соответствии со схемой, изображенной на рис. , находятся:

В соответствии со схемой, изображенной на рис. , находятся:

Расчетная схема для определения однофазного короткого замыкания приводится на рис.

Рис.

Для расчета однофазного короткого замыкания;

3.3. Расчет токов короткого замыкания на шинах РУ-35 кВ

Для расчета короткого замыкания в точках к-2, к-3 используется схема;

Рис.

Для расчета значений короткого замыкания трансформаторов ТР1 и ТР2 используются выражения:

U_к.в.=0,5(U_к.в-с+U_к.в-н-U_к.с-н);

U_к.с.=0,5(U_к.в-с+U_к.с-н-U_к.в-н);

U_к.н.=0,5(U_к.в-н+U_к.с-н-U_к.в-с);

U_к.в.=0,5(17+10,5-6)=10,75%;

U_к.с.=0,5(17+6-10,5)=6,25%;

U_к.н.=0,5(10,5+6-17)=-0,25%.

Относительные сопротивления обмоток трансформаторов вычисляются так:

Расчет короткого замыкания в точке К-2 производится по следующим схемам:

Рис.

Х_Д=Х_В1+Х_Н1;

Х_Д=0,43-0,01=0,42;

Х_Е= Х_Д/2;

Х_Е=0,42/2=0,21.

Рис.

Результирующее сопротивление в точке К-2:

Рис.

где I_БК-2 – базисный ток в точке К-2, кА;

Двухфазное короткое замыкание:

3.4. Расчет короткого замыкания на шинах РУ-27,5 кВ

Расчет точки короткого замыкания К-3 производится по следующим схемам замещения (рис. )

Х_s=Х_s^/=Х_В1+Х_С1,

Х_s=0,43+0,25=0,68;

Х_v= Х_s//2,

Х_v=0,68/2=0,34;

Рис.

Результирующее сопротивление в точке К-3:

где I_БК-3 – базисный ток в точке К-3, кА;

Двухфазное короткое замыкание:

3.5. Расчет тока короткого замыкания на шинах собственных нужд.

Расчет токов короткого замыкания на шинах собственных нужд в точке К-4 выполняется в именованных единицах с учетом активных и индуктивных сопротивлений цепи.

Трансформатор собственных нужд ТС 250/10.

Ток короткого замыкания в цепи собственных нужд:

где U_б – базисное напряжение, В;

Z_рез – результирующее сопротивление цепи собственных нужд, Ом.

Схема замещения цепи собственных нужд представлена на рис.3.6.1

Номинальный ток трансформатора собственных нужд:

где S_Н – номинальная мощность трансформатора, кВА;

U_Н – номинальное напряжение трансформатора, кВ.

Активное сопротивление обмоток трансформатора:

где Р_к – потери короткого замыкания ТСН, кВт;

U_осн – напряжение основной ступени, В;

S_{тсн ном} – номинальная мощность ТСН, кВА.

;

Полное сопротивление обмоток ТСН:

Индуктивное сопротивление обмоток трансформатора:

Сопротивления других элементов цепи ориентировочно можно оценить по данным справочников.

Рис.3.6.1 Схема замещения

Сопротивления трансформатора тока:

r_та=0,05 мОм; Х_та=0,07 мОм.

Сопротивление катушки автомата:

r_ка=0,12 мОм; Х_ка =0,094 мОм..

Сопротивление контактов:

r_конт=0,15 мОм.

Сопротивление разъединителя:

r_р=0,15 мОм.

Сопротивление кабеля:

r_каб=0,169 Ом/км; Х_каб=0,06 Ом/км.

Длина кабеля принята l_каб=10м.

Сопротивление шин:

r_ш=0,173 Ом/км; Х_ш=0,145 Ом/км.

Длина шин принята l_ш=10м.

Суммарное активное сопротивление цепи:

r_рез= r_тсн+r_конт+r_та+r_кат+r_р+r_каб+r_ш;

r_рез=3,1+0,05+0,15+0,12+0,15+1,69+1,73=7 мОм.

Суммарное индуктивное сопротивление цепи:

Х_рез=Х_тсн+Х_кат+Х_та+Х_каб+Х_ш;

Х_рез=7,9+ 0,094+0,07+0,6+1,45=10,1 мОм.

Суммарное полное сопротивление:

Ток короткого замыкания:

Ударный ток:

где К_у – ударный коэффициент; К_у=1,2;

Мощность короткого замыкания:

где U_ср =230 В.

Двухфазное короткое замыкание в цепи собственных нужд:

Мощность двухфазного короткого замыкания:

Результаты расчетов токов короткого замыкания представлены в табл.3.1.

Точка к.з	Трехфазное к.з.				Двухфазное к.з.		Однофазное к.з.
	Iпоmax, кА	Inomin, кА	iу, кА	Sk, МВА	Imax, кА	Imin, кА	Iпо, кА	iу, кА
К-1 ввод подстанции	4,31	4,31	10,99	862	3,73	3,73	1,3	3,34
К-2 Шины РУ-35кВ	4,78	2,91	12,18	306,7	4,13	2,52	-	-
K-3 Шины РУ-27,5кВ	4,6	2,63	11,73	219,29	3,98	2,27	-	-
К-4 собственные нужды	10,8	-	18,3	4,3	9,4	-	-	-

Таблица 3.1

Результаты расчета токов короткого замыкания

4. ВЫБОР, РАСЧЕТ И ПРОВЕРКА ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ

4.1. Выбор и проверка шин РУ-110 кВ

Шины открытых РУ выполняются гибкими проводами АС, АСУ, АСО, сечением не менее 95 мм² .

Сечение сборных шин q выбраны по условию:

где I_доп – дополнительно допустимый ток для шин данного сечения и

материала, А;

I_рабмах – максимально длительный ток нагрузки, А.

где К- коэффициент перегрузки трансформатора, К=1.3.

Для РУ-110 выбраны шины марки АС-150, длительно допустимый ток

I_доп= 445 А.

Проверка гибких шин на термическую устойчивость воздействию тока к.з. осуществляется путем нахождения минимального термически стойкого сечения:

где В_к – тепловой импульс тока короткого замыкания,

С – функция, зависящая от перегрева, принято С=60.

t_отк =(t_рз + t_ов);

где t_рз=0,12 с;

t_ов=0,05 с.

Т_а – постоянная времени отключения цепи, Т_а=0,05 с.

t_отк =0,12+0,05=0,17 с.

В_к=4,31² (0,17+0,05)=4,08

Термическая устойчивость выполняется, так как выполнено условие:

5.1.1. Выбор шин ОРУ - 35 кВ

Шины РУ – 35 кВ выполняются гибкими проводами АС,АСУ,АСО. Кроме того , для РУ – 35 кВ сейчас применяются и жесткие шины трубчатого сечения марки АТ. Сечение сборных шин выбирается по условию

,

где дополнительно допускаемый ток для шин данного сечения и материала, А;

где К_пер – коэффициент перегрузки, К_пер=1,3;

К_рн – коэффициент распределения нагрузки на шинах, К_рн=0,7.

По току нагрузки выбираем шину марки АС-120/19 ( =380А), что удовлетворяет условию

Выбранные шины проверяются на термическую устойчивость воздействию тока короткого замыкания, а также определяется минимальное термически стойкое сечение

Минимальное термически стойкое сечение определяется по формуле

, (5.2)

где тепловой импульс короткого замыкания;

функция, зависящая от перегрева; для алюминиевых и стальных компонентов шин численно изменяется в пределах 90  60.

Тепловой импульс короткого замыкания определяется по формуле

, (5.3)

где начальный ток короткого замыкания в точке К-1;

полное время отключения высоковольтного выключателя;

постоянная времени отключения цепи – для тяговых подстанций постоянного тока можно принимается равной 0,05 с.

Время отключения высоковольтного выключателя определяется по формуле

, (5.4)

где время отключения выключателя;

время действия релейной защиты.

с;

;

.

Термическая устойчивость обеспечивается, если выполняется условие

,

4.2. Выбор и проверка шин РУ-27,5 кВ.

Шины РУ выполняются из алюминия жесткими, прямоугольного сечения.

Максимальный ток рабочего режима:

где К_пер – коэффициент перегрузки, К_пер=1,3;

К_рн – коэффициент распределения нагрузки на шинах, К_рн=0,5.

Выбираются провода типа 2АС-150 ( =330А),

с;

Выбранные шины термически устойчивы, так как .