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 ответвительной подстанции 110/10 кВ применяется схема 110-4Н (два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий).
Блочные схемы применяются на стороне ВН тупиковых, в основном потребительских ПС или ответвительных ПС до 500 кВ включительно. Это упрощенные, экономичные схемы ПС территориально недалеко расположенных от питающих ПС или проходящих ВЛ.
Рисунок 1 – Структурная схема ответвительной подстанций.
Схема 110-4Нс выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий применяется на напряжении 35-220 кВ для тупиковых или ответвительныхдвухтрансформаторных подстанций. В зависимости от схем сети начальным этапом развития данной схемы возможна схема укрупненного блока (линия + 2 трансформатора).
Рисунок 2 – Принципиальная схема ОРУ 110кВ (два блока линия – трансформатор с выключателем и неавтоматической перемычкой со стороны линии).
Рисунок 3 – Принципиальная схема РУ 10кВ (одна одиночная, секционированная выключателем система шин).
4 Расчет токов короткого замыкания
Данный раздел имеет следующие составляющие:
1. Для определения условий работы потребителей в аварийных режимах.
2. Для выбора аппаратов и проводников, а также для их проверки по условиям электродинамической стойкости и термостойкости.
3. Для проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики.
4. Для составления оценки и выбора схем электрических соединений.
5. Для определения числа заземленных нейтралей и их размещения в системе.
6. Для выбора разрядников или ОПН.
7. Для проведения анализа аварийных режимов.
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.
Sc=2500МВА
L = 26км
X*C= 2,7о.е.
SТР = 10 МВА
UКЗ = 10,5
Рисунок 4 – Расчетная схема электроустановки.
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 110 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. Если в схеме присутствуют ЛЭП напряжением 220кВ и выше и длиною более100 км, то в схему замещения необходимо вводить емкостные проводимости линии. Для электроустановок с напряжением свыше 1000В расчеты токов К.З. удобнее проводить в относительных единицах. При этом необходимо привести сопротивление к базисным условиям.
Рисунок 5 – Эквивалентная схема замещения.
В качестве базисных условий удобно задавать Sб (равное 100; 1000 МВА) и Uб (равно среднему эксплуатационному напряжению той ступени, на которой предполагается КЗ: 37, 115, 10,5 кВ).В качестве базисных условий принимаем: SБ=100 МВА; UБ1=115 кВ; UБ2=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 Xуд – удельное сопротивление ЛЭП, в учебных расчетах на напряжение от 6 до 220 кВXуд=0,4 Ом/км.
(4.4)
где Х1, Х2, Х3 соответственно сопротивления системы, питающей линии и трансформатора в относительных единицах соответственно,Xуд – удельное сопротивление ЛЭП, в учебных расчетах на напряжение от 6 до 220 кВXуд=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 токовКЗ в начальный момент времени ведется по формулам (4.9), (4.10), где Ес – мощность энергосистемы в относительных единицах, принимаем равной единице, Iп.0.1 и Iп.0.2– периодические составляющие тока короткого замыкания.
(4.7)
(4.8)
Определяем ударный ток по формуле:
(4.9)
где Kу – ударный коэффициент, Kу=1,608÷1,72 – для 110÷150 кВ, принимаем Kу=1,7; Kу=1,6÷1,82-для 10 кВ[5], принимаем Kу=1,65.
(4.10)
(4.11)
Рассчитаем интеграл Джоуля, для определения количества энергии, выделившегося на РУ 110кВ и РУ 10кВ за время действия короткого замыкания, для дальнейшей проверки термической стойкости аппаратовпо формуле:
(4.12)
гдеТа – постоянная времени затухания апериодической составляющей, Та=0,02÷0,03 – для напряжения 110÷150 кВ, принимаем Та=0,02; Та=0,045÷0,07 – для напряжения 10 кВ, принимаем Та=0,05, tоткл – время отключения тока КЗ. В учебном проектировании tоткл принимаем для точки К1: tоткл=0,16÷0,2, с; для точки К2: tоткл=0,2÷0,3, с.
