Надежность Кременсков
.pdf
АННОТАЦИЯ
Кременсков А.А. – Надежность электрических систем.
Челябинск: ЮУрГУ, Э-584, 2013, 36 с., 13 ил., 14 таблиц,
библиогр. список – 10 наим., 1 лист чертежа формата А2
В данной курсовой работе производится выбор схемы РУ ВН для электрической станции. Расчёт для разных вариантов схем по показателям надёжности производится таблично-логическим методом, а также методом пространства состояний. На основании расчетов выбирается оптимальная схема.
Также производиться разработка главной схемы РУ ВН, включающая в себя выбор силовых выключателей, разъединителей, выбор типа исполнения необходимых измерительных приборов и измерительных устройств.
|
Э-584.02.00.00.00 |
|
Изм. Лист № докум. |
Подпись Дата |
|
Разраб. А.А. |
Лит. Лист |
Листов |
Провер. Ю.В. Коровин |
3 |
36 |
Реценз. |
|
|
Н. Контр. |
ЮУрГУ |
|
Утверд. |
|
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. |
5 |
|
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ....................................................................................... |
6 |
|
2 ВЫБОР ГЕНЕРАТОРА, ТРАНСФОРМАТОРА И ЛИНИЙ............................ |
6 |
|
2.1 |
Выбор генератора...................................................................................... |
6 |
2.2 |
Выбор блочного трансформатора ........................................................... |
6 |
2.3 |
Выбор числа отходящих ЛЭП и марки их проводов............................. |
7 |
3 ВЫБОР СХЕМЫ РУ ВН НАПРЯЖЕНИЕМ 500 КВ........................................ |
8 |
|
3.1 |
Полуторная схема ..................................................................................... |
8 |
3.2 |
Схема с двумя системами шин и с четырьмя выключателями на три |
|
цепи................................................................................................................... |
9 |
|
3.3 |
Пятиугольник .......................................................................................... |
10 |
4 РАСЧЁТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ................................................... |
11 |
|
4.1 |
Расчёт с использованием таблично-логического метода.................... |
12 |
|
4.1.1 Полуторная схема ........................................................................ |
14 |
|
4.1.2 Схема с двумя системами шин и с четырьмя выключателями |
|
|
на три цепи............................................................................................. |
18 |
|
4.1.3 Пятиугольник ............................................................................... |
22 |
4.2 |
Расчет методом пространства состояний ............................................. |
25 |
5 ВЫБОР АППАРАТУРЫ ДЛЯ СТОРОНЫ ВН ............................................... |
32 |
|
5.1 |
Расчёт токов короткого замыкания ....................................................... |
32 |
5.2 |
Выключатели ОРУ 500 кВ ..................................................................... |
33 |
5.3 |
Разъединители 500 кВ ............................................................................ |
33 |
5.4 |
Шины РУ 500 кВ ..................................................................................... |
33 |
5.5 |
Измерительные трансформаторы тока ................................................. |
34 |
5.6 |
Измерительные трансформаторы напряжения .................................... |
34 |
5.7 |
Измерительные приборы........................................................................ |
34 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... |
35 |
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................................................. |
36 |
|
ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ А. Чертёж главной схемы электрических соединений подстанции
|
Лист |
Э-584.02.00.00.00 КП |
4 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
ВВЕДЕНИЕ
Каждый объект электроэнергетики перед этапом строительства должен быть однозначно спроектирован. Основной критерий выбора схемы РУ ВН в рамках проектирования электрической станции – расчет возможных вариантов схем с учетом показателей надежности составных элементов. Для проведения таких расчетов необходимо владеть известными проверенными методиками. С этой целью в курсовой работе произведены расчеты таблично-логическим методом и расчет методом пространства состояний.
|
Лист |
Э-584.02.00.00.00 КП |
5 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исходные данные для курсового проекта:
1)Ток КЗ от системы на шинах РУ ВН – 25 кА;
2)Установленная мощность – 2x800 МВт;
3)Класс РУ ВН – 500 кВ.
2 ВЫБОР ГЕНЕРАТОРА, ТРАНСФОРМАТОРА И ЛИНИЙ
2.1Выбор генератора
Всоответствии с заданием на проект и справочными данными примем к
установке генераторы типа ТВВ-800-2УЗ.
Каталожные данные сведем в таблицу 1.
Таблица 1 ‒ Каталожные данные генератора
|
, |
Ном. мощность |
Uном, |
|
Iном, |
|
|
|
|
|
|||
Тип |
ном |
|
|
сos ном |
||
об/мин |
S, |
P, |
кВ |
кА |
||
|
|
|
|
|||
|
|
МВА |
МВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТВВ-800-2УЗ |
3000 |
889 |
800 |
24 |
0,9 |
21,4 |
|
|
|
|
|
|
|
2.2 Выбор блочного трансформатора
Рассчитаем мощность блочного трансформатора (предполагаем, что энергоносителем является газ, поэтому на собственные нужды расходуется 5% от выдаваемой мощности генератора):
S |
т |
S |
ном |
S |
с.н. |
889 889 0, 05 844,5 МВА. |
|
|
|
|
(1)
Примем к установке трансформаторы ТЦ-1000000/525/24. Каталожные данные трансформаторов сведем в таблицу 2.
Таблица 2 ‒ Каталожные данные трансформатора
Тип |
Sн, МВА |
Uвн, кВ |
Uнн, кВ |
PК , кВт |
Uк, % |
|
|
|
|
|
|
ТЦ |
1000 |
525 |
24 |
2000 |
14,5 |
|
|
|
|
|
|
|
Лист |
Э-584.02.00.00.00 КП |
6 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
2.3 Выбор числа отходящих ЛЭП и марки их проводов
Согласно выражению (1) определим выдаваемую в систему мощность при работе генераторов в номинальном режиме:
S |
2 S |
т |
2 844, |
5 1689 МВА. |
выд |
|
|
|
Согласно руководящим указаниям для связи электростанции с системой используется не менее трёх ЛЭП, для того, чтобы при плановом ремонте одного выключателя и при отказе второго вся выдаваемая мощность будет передаваться по, оставшейся, третьей линии.
Максимальный ток, протекающий по проводу ЛЭП в нормальном режиме
(учитываем, что каждая фаза расщеплена на три провода):
I |
|
|
|
S |
выд |
|
|
|
1689 |
0, 217 кА. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
пр |
n |
|
|
3 U |
|
3 3 |
3 500 |
||||
|
n |
|
|
|
|
||||||
|
|
л |
ном |
|
|
||||||
|
|
пров |
|
|
|
|
|
|
|
||
Выбираем сечение проводов по экономической плотности тока для Тmax = 5000
ч. Принимаем экономически целесообразную плотность тока
сечение провода определим как:
j 1 |
А |
|
|
мм |
2 |
||
|
|||
|
|
. Тогда
F |
I |
пр |
|
217 |
2 |
. |
|
|
|
217 мм |
|||
э |
|
j |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Выбираем минимальный диаметр провода по условиям короны и радиопомех марки АС-300/39.
Определим величину тока проводов оставшихся в работе линий при отключении ВЛ (еще одна ВЛ выведена в ремонт):
Iправ |
|
|
Sвыд |
|
|
|
|
|
1689 |
|
|
0, 650 кА. |
(2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
nпр |
(nл |
2) |
3 Uном |
(3 |
2) |
|
|||||||
|
3 |
3 500 |
|
||||||||||
Длительно допустимый ток для провода ВЛЭП марки АС-300/39 не должен превышать 710 А при нормальной температуре воздуха. Значит, полученное значение длительного тока допустимо.
|
Лист |
Э-584.02.00.00.00 КП |
7 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
3 ВЫБОР СХЕМЫ РУ ВН НАПРЯЖЕНИЕМ 500 КВ
3.1 Полуторная схема
Достоинством схемы является то, что при ревизии любого выключателя все присоединения остаются в работе. Другим достоинством полуторной схемы является её высокая надёжность. Схема позволяет в рабочем режиме без операций разъединителями производить опробование выключателей.
Недостатком данной схемы является отключение КЗ на линии двумя выключателями, что увеличивает общее количество ревизий выключателей.
Усложнение цепей релейной защиты. Увеличение количества выключателей в схеме, на каждое присоединение приходится 1,5 выключателя, что приводит к удорожанию схемы. Удорожание конструкции РУ при нечетном числе присоединений, так как одна цепь должна присоединяться через два выключателя.
W 1 |
W 2 |
W 3 |
9
1 |
4 |
7 |
2 |
5 |
8 |
3 |
6 |
10
Бл.1 |
Бл.2 |
Рисунок 1 – Схема РУ ВН
|
Лист |
Э-584.02.00.00.00 КП |
8 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
3.2 Схема с двумя системами шин и с четырьмя выключателями на
три цепи
Схема с 4/3 выключателя на присоединение имеет все достоинства полуторной схемы, а кроме того схема более экономична; секционирование сборных шин требуется только при 15 присоединениях и более; надёжность схемы практически не снижается, если в одной цепочке будут присоединены две линии и один трансформатор вместо двух трансформаторов и одной линии.
W 1 |
W 2 W 3 |
8
1 
2 |
5 |
3 |
6 |
4 |
7 |
9
Бл.1 |
Бл.2 |
Рисунок 2 – Схема РУ ВН
|
Лист |
Э-584.02.00.00.00 КП |
9 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
3.3 Пятиугольник
Ревизия любого выключателя производится без перерыва работы какого-
либо элемента. Однако схема становится менее надёжной при разрыве кольца. В
кольцевых схемах надёжность работы выключателей выше, чем в других схемах,
так как имеется возможность опробования любого выключателя в период нормальной работы схемы. Опробование выключателя путём его отключения не нарушает работу присоединённых элементов и не требует никаких переключений в схеме. Достоинством всех кольцевых схем является использование разъединителей только для ремонтных работ. Количество операций разъединителями в таких схемах невелико. К недостаткам кольцевых схем следует отнести более сложный выбор трансформаторов тока, установленных в кольце, так как в зависимости от режима работы схемы ток, протекающий по аппаратам, меняется. Например при ревизии Q1 ток в цепи Q6 возрастает в двое.
Релейная защита также должна быть выбрана с учётом всех возможных режимов при выводе в ревизию выключателей кольца.
W 1 |
2 |
W 2 |
|
|
|
1 |
|
3 |
|
4 |
5 |
W 3 |
|
Бл.1 |
Бл.2 |
Рисунок 3 – Схема РУ ВН
Лист
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Э-584.02.00.00.00 КП |
10 |
4 РАСЧЁТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ
Все высоковольтные выключатели на подстанции установлены элегазовые.
Выбранные линии позволяют передавать электроэнергию при двух отключенных линиях.
Ниже приведены надёжностная характеристика оборудования, используемого при дальнейшем расчёте:
Таблица 3 – Надёжностная характеристика оборудования
|
|
|
Объект |
, 1/год |
|
|
ТВ, ч |
пл , 1/год |
Тпл, ч |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Выключатели |
0,01 |
|
|
|
|
38,5 |
0,05 |
300 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Шины (на 1 присоединение) |
0,013 |
|
|
|
|
5 |
0,166 |
5 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Далее рассматривается режим m номером j: |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
t |
j |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плановый ремонт k го элемента |
пл.k |
T |
|
|
|||||
t |
|
|
|
|
|
|
пл.k |
|
|
||
j |
Аварийный ремонт k го элемента |
T |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
.k |
B.k |
|
|
|
где:
t j |
– продолжительность в часах для режима с номером j; |
|
Т пл.k |
– средняя продолжительность планового ремонта, ч; |
|
пл.k |
|
– частота планового отключения, 1/год; |
Т пл.k |
– средняя продолжительность аварийного ремонта, ч; |
|
.k |
– частота отказа, 1/год; |
|
j |
– вероятность застать объект в состоянии с режимом номера j; |
|
t p 8760 ч – расчётное время.
m
0 1 j
j 1
В качестве исходных режимов рассматриваем нормальный режим (все элементы исправны) и режимы с выведенным в плановый ремонт одним элементом. Аварийный ремонт элементов в исходных режимах рассматривать не будем, так как точность расчета при этом мало изменится.
|
Лист |
Э-584.02.00.00.00 КП |
11 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
Определяем приведенные затраты в сооружение РУ на 1 год:
|
|
З E |
K n n И M У |
||||
|
|
н |
|
|
|
|
|
где: |
Eн |
– нормативный коэффициент эффективности капитальных, назначение |
|||||
которого – приведение капитальных затрат к уровню ежегодных издержек: |
|||||||
|
|
E |
1 |
|
1 |
0, 2 ; |
|
|
|
|
|
||||
|
|
н |
TОК |
5 |
|
||
|
|
|
|
||||
где: |
TОК |
– срок окупаемости, равный 5 лет. |
|||||
|
K |
– денежные вложения по |
укрупненным показателям, показывающий |
||||
стоимость одной ячейки комплекта элегазового выключателя в ОРУ – 500 кВ,
равный 23,400 млн. руб;
n |
– количество ячеек; |
|
|
|
|
И |
– эксплуатационные издержки, определяемые выражением: |
||||
|
И И |
' |
И |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
ф |
|
где: Иt' – общие годовые эксплуатационные расходы по электросетевому объекту без учёта затрат на амортизацию, то есть в частности – это затраты на обслуживание и ремонт электрооборудования и РУ 500 кВ, в итоге общие отчисления равны 4,9 % капитальных затрат;
Иф – финансовые издержки, равные выплатам процентов по кредитам, равный
15 % от капитальных затрат;
M У – ожидание ущерба из-за недоотпуска электроэнергии
4.1 Расчёт с использованием таблично-логического метода
Для каждой из расчётных видов аварии определим коэффициент вынужденного простоя:
|
|
1 |
n |
||
kвl |
|
|
m i Tlim |
||
tp |
|||||
|
|
|
i 1 |
||
x
l im
|
Лист |
Э-584.02.00.00.00 КП |
12 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|