3 Выбор и обоснование схем ру подстанции

Понижающие подстанции предназначены для распределения энергии по сети низкого напряжения и создания пунктов соединения сети высокого напряжения. К главным схемам электрических соединений подстанций предъявляют следующие основные требования:

– Схема должна обеспечивать надёжное питание присоединённых потребителей в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с категориями нагрузки и с учётом наличия или отсутствия независимых резервных источников питания.

– Схема должна обеспечивать надёжность транзита мощности через подстанцию в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах.

– Схема должна быть по возможности простой, наглядной, экономичной и обеспечивать средствами автоматики восстановления питания потребителей в послеаварийной ситуации без вмешательства персонала.

– Схема должна допускать поэтапное развитие РУ без значительных работ по реконструкции и перерывов в питании потребителей.

– Главная схема электрических соединений подстанции выбирается с использованием сетки типовых схем РУ 35-750 кВ.

Для проходной подстанции 35/10 кВ применяется схема 35-5АН (мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов).

Схема 35-5АН с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов применяется на напряжении 35-220 кВ для проходных ПС. Суммарная мощность трансформаторов не более 125 МВА.

Схема 35-5АН может быть применена при установке на первом этапе развития ПС одного трансформатора. Количество выключателей при этом определяется технической необходимостью.

Рисунок 1 – Принципиальная схема ОРУ 35кВ (мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов)

Рисунок 2 – Принципиальная схема РУ 10кВ (одна одиночная, секционированная выключателем система шин)

4 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов КЗ производится по следующему алгоритму:

1. Составляется расчетная схема подстанции.

2. Составляется схема замещения.

3. Схема замещения преобразуется к простому виду, чтобы каждый источник питания или группа источников были связаны с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением.

4. Определяется значение в начальный момент времени периодической составляющей тока короткого замыкания. Определяются ударный ток.

5. Расчет интеграла Джоуля.

Составляем расчетную схему электроустановки. Эта схема включает все элементы электроустановки, которые оказывают влияние на ток КЗ (система электроснабжения, ЛЭП, трансформаторы). Также на расчетной схеме намечаем расчетные точки КЗ.

Выбор точек КЗ производится исходя из возможности проверки работоспособности устройств защиты. Для подстанций с двухобмоточными трансформаторами расчетными точками КЗ являются сборные шины или вводы со стороны высокого напряжения и сборные шины низкого напряжения. Согласно рекомендациям по проектированию районных подстанций, ни при каких режимах работы не предусматривается параллельная работа трансформатора на двух трансформаторных подстанциях, т.е. в нормальном режиме секционный выключатель напряжением 10кВ всегда отключен. Это один из способов ограничения токов КЗ на уровне схемного решения.

Рисунок 3 – Расчетная схема электроустановки

Данные расчета: Sc= 960 МВА; L = 9 км; X_*C= 1,8 о.е.; S_ТР = 10 МВА; U_КЗ = 10,5.

Далее согласно алгоритму расчета составим эквивалентную схему замещения, на которой реальные объекты замещаем сопротивлениями, проводимостями и источниками, а электромагнитные связи замещаются электрическими связями. Так как рассматривается подстанция с высшим напряжением 35 кВ, то в схеме замещения присутствуют только индуктивные сопротивления элементов. Если напряжение электроустановки меньше 1кВ, то элементы схемы замещения должны представляться в виде индуктивных и активных сопротивлений.

Рисунок 4– Схема замещения

В качестве базисных условий удобно задавать S_б (равное 100; 1000 МВА) и U_б (равно среднему эксплуатационному напряжению той ступени, на которой предполагается КЗ: 37, 115, 10,5 кВ). В качестве базисных условий принимаем: S_Б=100 МВА; U_Б1=37 кВ; U_Б2=10,5кВ.

Расчет базисных токов ведется по формуле (4.1):

(4.1)

Определим сопротивление всех элементов схемы в относительных единицах:

(4.2)

(4.3)

где X_уд – удельное сопротивление ЛЭП, в учебных расчетах на напряжение от 6 до 220 кВ X_уд=0,4 Ом/км.

(4.4)

где Х₁, Х₂, Х₃ соответственно сопротивления системы, питающей линии и трансформатора в относительных единицах соответственно, X_уд – удельное сопротивление ЛЭП, в учебных расчетах на напряжение от 6 до 220 кВ X_уд=0,4 Ом/км.

Определив, сопротивления схемы замещения, схему упрощают, в результате рассчитываются результирующие сопротивления КЗ для обоих случаев:

(4.5)

(4.6)

Расчет периодической составляющей токов КЗ в начальный момент времени ведется по формулам (4.7), (4.8), где Е_с – мощность энергосистемы в относительных единицах, принимаем равной единице, I_п.0.1 и I_п.0.2– периодические составляющие тока короткого замыкания:

(4.7)

(4.8)

Определяем ударный ток по формуле:

(4.9)

где K_у – ударный коэффициент, K_у=1,61 – для 35 кВ и K_у=1,6÷1,82 - для 10 кВ[5], принимаем K_у=1,65.

(4.10)

(4.11)

Рассчитаем интеграл Джоуля, для определения количества энергии, выделившегося на РУ 35кВ и РУ 10кВ за время действия короткого замыкания, для дальнейшей проверки термической стойкости аппаратов по формуле:

(4.12)

где Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей, Т_а=0,02 – для напряжения 35 кВ; Т_а=0,045÷0,07 – для напряжения 10 кВ, принимаем Т_а=0,05, t_откл – время отключения тока КЗ. В учебном проектировании t_откл принимаем для точки К1: t_откл=0,16÷0,2, с; для точки К2: t_откл=0,2÷0,3, с.