9 Расчет показателей качества напряжения в узлах сэс

Согласно исходным данным, высоковольтными электроприемниками машиностроительного завода являются синхронные и асинхронные двигатели, установленные в компрессорной станции и кислородной станции соответственно. Поэтому можно считать, что данные электроприемники работают в длительном режиме и не создают колебаний напряжения на шинах ГПП. Следовательно, можно считать, что на машиностроительном заводе отсутствуют специфические электроприемники, оказывающие влияние на качество напряжения в узлах СЭС, поэтому в расчете показателей качества нет необходимости.

10 РАСЧЕТ И ВЫБОР УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Расчет устройств компенсации реактивной мощности будем производить на методе, основанном на методе Лагранжа [56; 38, р.4, 11]. В соответствие с ним вначале составляется схема электроснабжения, на которой показаны возможные источники и потребители реактивной мощности. Данная схема представлена на рисунке 9.1. Поскольку разработанная выше схема электроснабжения является симметричной относительно секционных выключателей, на ней показаны источники и потребители реактивной мощности, подключенные к одной СШ ГПП.

Рисунок 9.1

1. Параметры схемы рассчитываются по формулам (3.9), а также [56, р.9]:

	(10.1)
	(10.2)
	(10.3)

По формулам (3.9), (10.1) и (10.2) для ТП1:

При этом считаем, что на стороне НН ТП установлена основная группа БК, мощность которой рассчитана в разделе 3. Поэтому считаем, что со стороны НН потребляется реактивная мощность . Для ТП1:

Для остальных ТП результаты расчета параметров схемы приведены в таблице 10.1

Таблица 10.1

Трансформаторная подстанция	Sн.т., кВА	Q1,i, квар	ΔQтi, квар	Rтрi, Ом	Rлi, Ом
ТП1	400	159,74	17,22	3,44	0,036
ТП2	1250	116,84	44,4	0,69	0,020
ТП3	400	113,27	17,22	3,44	0,069
ТП4	2500	932,65	93,5	0,384	0,014
ТП5	2000	723,66	67,04	0,4125	0,025
ТП6	2500	1030,37	93,5	0,384	0,026

По формуле (10.1):

Располагаемую реактивная мощность синхронных двигателей можно найти по формуле:

(10.4)

где - коэффициент допустимой перегрузки СД по реактивной мощности. Примем, что коэффициент загрузки по активной мощности . Тогда по [56, табл.3] при относительном напряжении на двигателях

- количество двигателей. N=2.

- номинальная активная мощность СД.

- номинальная реактивная мощность СД. Согласно [1987, П.1]

.

По формуле (10.4):

Экономически целесообразная реактивная мощность, передаваемая энергосистемой предприятию в расчете на один трансформатор по формуле (10.3):

Потери реактивной мощности в трансформаторе ГПП по формуле (3.9):

2. Определим удельную стоимость потерь активной мощности. Анализируя [1985, ф.4.61] и [1987,4] можно прийти к тому, что удельная стоимость потерь активной мощности равна:

(10.5)

где - удельная стоимость потерь одного кВт∙ч электроэнергии. Из подраздела 5.2 .

По (10.5):

3. Определим затраты на генерацию реактивной мощности отдельными источниками:

- для низковольтных БК (0,4 кВ):

Согласно [56, ф.7]:

	(10.6)
	(10.7)

где - нормативный коэффициент отчислений. Из согласно [56, табл.10] для силового оборудования напряжением до 20 кВ:

– удельная стоимость батарей конденсаторов. Используя формулу (5.26) и данные [56, 2.1.3; 19], получим для низковольтных БК: Для высоковольтных БК:

- отношение номинального напряжения конденсаторов к номинальному напряжению сети. Для низковольтных БК ; для высоковольтных . [56, 2.1.3]

- удельные потери в конденсаторах. Для низковольтных БК для высоковольтных – [56, 2.1.3]

По формуле (10.6) для низковольтных БК:

• для высоковольтных БК (10 кВ) по формуле (10.6):

• для СД:

Согласно [56, ф.5, 6] при отсутствии прочих потребителей реактивной мощности:

	(10.8)
	(10.9)

где и - постоянные величины, зависящие от технических параметров двигателя. Согласно [38, П.1] для двигателей СТД-1000-2 ;

По формулам (10.8) и (10.9):

4. Определим реактивную мощность источников, подключенных к ГПП. Оптимальные реактивные мощности низковольтных БК, подключенных к ТП, определим в предположении, что к шинам ГПП подключена высоковольтная БК. [38, 4]. Тогда определим оптимальную мощность дополнительной группы БК для ТП1 по формуле [38, ф.4.1]:

(10.10)

где – удельные затраты на генерацию реактивной мощности высоковольтной БК, подключенной к секции шин ГПП: =

- эквивалентное активное сопротивление ответвления с i-й ТП, подключенного к СШ ГПП. Поскольку все ТП питаются радиально, то Для ТП1

По формуле (10.10) для ТП1:

Поскольку мы получили, что , то установка дополнительной группы БК на ТП1 нецелесообразна, поэтому принимаем . В разделе 3 было определено, что мощность основной группы БК на ТП1 . Поэтому на ТП1 низковольтные БК не устанавливаются.

Результаты расчетов оптимальной реактивной мощности и выбора стандартных низковольтных БК остальных ТП приведены в таблице 10.2. Стандартные БК выбираются по [56, табл.9]. Мощность основной группы БК определяется по формуле:

(10.11)

Величина взята из раздела 3.

Таблица 10.2

Место установ-ки БК	Rэi, Ом	Qci, Мвар		Qкi, квар	Qкi+ Qсi, квар	Тип принятой стандартной БК	Qстi, квар
		расчетное	принятое
ТП1	3,476	-0,215	0	0	0	-	-
ТП2	0,71	-1,755	0	753,28	753,28	УКЛН-0,38-600-150 У3, УКБН-0,38-200-50 У3	800
ТП3	3,509	-0,257	0	168,85	168,85	УКБН-0,38-200-50 У3	200
ТП4	0,398	-2,393	0	774,87	774,87	УКЛН-0,38-600-150 У3, УКБН-0,38-200-50 У3	800
ТП5	0,438	-2,316	0	841,15	841,15	УКЛН-0,38-300-150 У3, УКЛН-0,38-600-150 У3	900
ТП6	0,41	-2,195	0	582,08	582,08	УКЛН-0,38-600-150 У3	600

5. Определим оптимальную реактивную мощность, генерируемую источниками реактивной мощности, подключенными к секции шин РП1. Поскольку к секции шин РП1 подключены синхронные двигатели и отсутствуют потребители реактивной мощности, то можно сказать о нецелесообразности высоковольтной БК на секциях шин РП1. [56, ф.23]. Тогда оптимальную реактивную мощность, генерируемую СД, можно найти по формуле [38, ф.4.2]:

(10.12)

где – эквивалентное сопротивление СД;

.

По формуле (10.12)

Как видим, оптимальная реактивная мощность, генерируемая синхронными двигателями, не превышает располагаемую реактивную мощность СД .

6. Определим оптимальную реактивную мощность, генерируемую источниками реактивной мощности, подключенными к секциям шин РП2. Поскольку к секциям шин РП2 подключены асинхронные двигатели и отсутствуют другие источники реактивной мощности (низковольтные БК ТП, СД), то, учитывая установку на шинах ГПП высоковольтной БК по [56, ф.23], получим:

(10.13)

где - реактивная мощность, потребляемая АД, подключенными к секции шин РП2. Из раздела 2:

Тогда по формуле (10.13): В качестве высоковольтных БК, установленных на секциях шин РП2, устанавливаем [56, табл.9] УК-10,5-900 ЛУЗ.

7. Определим оптимальную мощность высоковольтных БК, установленных на секциях шин ГПП по формуле [56, ф. 26]:

(10.13)

По формуле (10.13):

.

Суммарная мощность источников реактивной мощности, установленных на предприятии:

(10.14)

По формуле (10.14):

Процентное соотношение оптимальной реактивной мощности БК по отношению к суммарной мощности ИРМ, установленных на предприятии:

(10.15)

По формуле (10.15):

Поскольку реактивная мощность, генерируемая высоковольтной БК, подключенной к секции шин ГПП составляет меньше 5 % от суммарной мощности ИРМ предприятия, то можно считать, что и не уточнять оптимальные значения ИРМ с помощью коэффициента Лагранжа λ. [56, 11.]

8. Для проверки правильности расчетов составим баланс реактивной мощности [38, 4]:

Потребляемая реактивная мощность от одной секции шин ГПП:

(10.16)

По формуле (10.16):

Генерируемая реактивная мощность на одну секцию шин ГПП:

(10.17)

По формуле (10.17):

Процентное соотношение генерируемой реактивной мощности к потребляемой:

(10.18)

По формуле (10.18):

Таким образом, баланс реактивной мощности на секции шин ГПП сходится с допустимой погрешностью (5%).

9. Определим резерв реактивной мощности в расчете на секцию шин ГПП по формуле [56, ф.28]:

(10.19)

где - стандартная мощность выбранной низковольтной i-1 БК;

– стандартная мощность выбранной высоковольтной БК подключенной к с.ш. РП2;

- стандартная мощность выбранной высоковольтной БК подключенной к с.ш. ГПП;

- суммарная реактивная мощность, потребляемая электроприемниками предприятия от одной секции шин ГПП с учетом потерь реактивной мощности в трансформаторах цеховых ТП и без учета части реактивной мощности с помощью основных групп низковольтных БК.

По формуле (10.19):

Таким образом, можно утверждать, что резерв реактивной мощности достаточен [56, 8].

Расчетный коэффициент реактивной мощности на вводе ГПП можно найти по формуле:

(10.20)

По формуле (10.20):

11 ВЫБОР И ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ

Согласно [38, р. 5] необходимо рассмотреть релейную защиту крупного элемента СЭС. Согласно исходным данным, рассмотрим релейную защиту синхронного двигателя. Релейная защита будет реализована с помощью микропроцессорных блоков Sepam M81 [43, табл. 27.3].

На синхронных двигателях напряжением выше 1000 В и номинальной мощностью 1000 кВт должны быть предусмотрены следующие виды защиты:

1. Защита от перегрузки. Поскольку синхронные двигатели установлены в компрессорной станции, то имеют значительную нагрузку на валу. Поэтому возможна их технологическая перегрузка.

Защита от перегрузки будет реализована с помощью функции ANSI 49RMS. [57, 22.4] .

2. Защита от многофазных замыканий. Защита от многофазных замыканий реализуется с помощью токовой отсечки с уставкой по току срабатывания [57, 22.3.2]:

(11.1)

где – коэффициент отстройки;

- кратность пускового тока;

- номинальный ток двигателя.

Чувствительность отсечки при двухфазных КЗ на выводах двигателя при минимальном режиме работы электрической сети должна удовлетворять условию[57, 22.3.2]:

(11.2)

где – ток двухфазного КЗ на выводах двигателя при минимальном режиме работы сети.

Защита реализуется с помощью функции ANSI 51 [57, 22.4].

3. Защита от однофазных замыканий на землю. Уставка по току срабатывания защиты определяется по формуле [57, 22.3.3]:

(11.3)

где - коэффициент надежности срабатывания;

– коэффициент, учитывающий броски тока при перемежающихся дуговых замыканиях.

– собственный емкостной тока защищаемого присоединения, равный либо только емкостному току двигателя, либо сумме ескостных токов двигатели и питающей его кабельной линии.

Данный вид защиты реализуется с помощью функции ANSI 67N [57, 22.4] .

4. Защита минимального напряжения. Рассматриваемые синхронные двигатели приводят в действие ответственные механизмы. Поэтому будем считать, что защита минимального напряжения осуществляется второй ступенью. [57, 22.2.1, 22.3.4]. Уставка по напряжению срабатывания рассчитывается по выражению:

(11.4)

где

и – соответственно коэффициенты отстройки и возврата.

Уставка по времени принимается

Данный вид защиты реализуется с помощью функции ANSI 27D [57, 22.4].

5. Защита от асинхронного хода. Данная защита реализуется с помощью функций ANSI 12, 40DC, 78PS.

Электрическая схема цепей релейной защиты представлена на рисунке 11.1

Рисунок 11.1

В системе электроснабжения предприятия работают устройства АВР, установленные на секционных выключателях ГПП и РП.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте были проведены расчеты электрических однофазных и трехфазных нагрузок по ремонтно-механическому цеху, низковольтной силовой нагрузки по предприятию в целом, расчет осветительной и силовой высоковольтной нагрузки, а также расчет картограммы электрических нагрузок предприятия. По результатам расчетов были выбраны трансформаторы цеховых ТП, а также произведен выбор трансформаторов ГПП.

На основе технико-экономического сравнения вариантов схемы внешнего электроснабжения была выбрана схема с напряжением 35 кВ, а также произведен выбор её электрооборудования.

Было выбрано рационально напряжения схемы внутреннего электроснабжения, произведена её конструктивная проработка и были рассчитаны кабельные линии.

Для выбора электрооборудования схемы внутреннего электроснабжения был произведем расчет токов КЗ с учетом подпитки места КЗ высоковольтными электродвигателями (расчет методом типовых кривых). На основании расчета токов КЗ было выбрано электрооборудования схемы внутреннего электроснабжения и уточнены сечения кабельных линий по условию термической стойкости к току КЗ.

Методом Лагранжа были выбраны оптимальные с точки зрения их экономичности источники реактивной мощности, а также места их установки.

В завершение курсового проекта была рассмотрена релейная защита синхронного двигатели и частично рассмотрены используемые в системе электроснабжения устройства автоматики.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Системы электроснабжения. задания у курсовому проекту. Часть 5/ составители Г.С. Валеев, М.А. Дзюба, Н.Ю. Башмакова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. – 97 с.

2 Электроснабжение промышленных предприятий: задание к курсовому проекту/ Составители: Р.Г. Валеев и О.А. Петров. – Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2011. – Ч.4 – 52 с.

3 Правила устройства электроустановок. 7-е издание. Стереотипное.- СПб.: Издательство ДЕАН, 2008. – 704 с.

4 http://www.ngpedia.ru/id478066p1.html

5 РТМ 36.18.32.4-92. Указания по расчету электрических нагрузок.

6 Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. 2-е изд., перераб. и доп./ Под общ. ред. А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. – М.: Энергия, 1980. – 576 с.

7 Ершов А.М. Электрические нагрузки. 2007

8 А.М. Ершов. Электроснабжение промышленных предприятий. расчет электрических нагрузок: Учебное пособие. – Челябинск: ЧПИ, 1985. – 63 с.

9 Справочник по проектированию электроснабжения/ Под. ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М. Энергоатомиздат, 1990. – 576 с. – (Электроустановки промышленных предприятий/ Под общ. ред. Ю.Н. Тищенко и др.)

10 Ершов А.М. и др. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебное пособие к курсовому проекту/ А.М. Ершов, О.А. Петров, Ю.В. Ситчихин. Ч.1. - Челябинск: ЧПИ, 1985. – 57 с.

11 НТП ЭПП-94. Проектирование электроснабжения промышленных предприятий. Нормы технологического проектирования. 1-я редакция.

12 ГОСТ 16555-75. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ ТРЕХФАЗНЫЕ ГЕРМЕТИЧНЫЕ МАСЛЯНЫЕ. Технические условия.

13 ПУЭ. 6-е издание.

14 Неклепаев Б.Н., Крючков И.П., Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. Энергоатомиздат. 1989. – 608 с.

15 Комплектные трансформаторные подстанции блочные модернизированные 35-220 кВ. Комплектные трансформаторные подстанции универсальные 35/0,4 кВ/ Каталог КТП-СЭЩ- Б 35-220 кВ, КТП-СЭЩ- У 35/0,4 кВ. – Выпуск 18. Группа компаний «Электрощит».

16 Выключатели элегазовые серии ВГТ на 35, 110 и 220 кВ/ Энергомаш (Екатеринбург) – Уралэлектротяжмаш

17 ТИ – 154 – 2009. Разъединитель переменного тока на напряжение 110 кВ серии РН СЭЩ. Техническая информация. Версия 1.0.

18 СТО 56947007-29.240.124-2012. Сборник «Укрупненные стоимостные показатели линий электропередачи и подстанций напряжением 35-1150 кВ». 324 тм – т1 для электросетевых объектов ОПО «ФСК ЕЭС»., 2012.

19 Письмо МинРегразв 01.02.2012 № 19839-ИП/08

20 ГОСТ 11920-85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения напряжением до 35 кВ включительно. Технические условия. М. 1985.

21 Каталог «Высоковольтная вакуумная коммутационная аппаратура». Саратов, 2006.

22 ТИ – 092 – 2009. Разъединители переменного тока на напряжение 35 кВ серии РГП СЭЩ. техническая информация. Версия 1.6.

23 Ограничители перенапряжения нелинейные в фарфоровой изоляции на классы напряжения 6-35 кВ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, Сп-б, 2003.

34 ОРТ.135.016 ТИ. Трансформаторы тока ТОЛ-СЭЩ-35. Техническая информация (справочная), Самара, 2009.

35 ОРТ. 135.005 ТИ. Трансформаторы напряжения ЗНОЛ-СЭЩ-6; 10; 20; 35. НОЛ-СЭЩ-6; 10; 20; 35. Техническая информация (справочная). Самара, 2009

36 Электрические кабели, провода, шнуры: Справочник/ Н.И. Белоруссов., А.Е. Саакян., А.И. Яковлева.; Под ред. Н.И. Белоруссова. – 5 изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 536 с.

37 Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Т.1. Электроснабжение/ Под общ. ред. А.А. Федорова. – М. Энергоатомиздат. 1986. – 568 с.

38 Ершов А.М., Петров О.А. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебное пособие к курсовому проекту. – Челябинск: ЧПИ, 1987. – Ч.2. – 44 с.

39http://www.oilgassystems.com/products/catalog_drive/electric_motors/two_pole_synchronous_motors_fast_running/std_motors_special_version?PHPSESSID=fhistzrx&by=PROPERTY_power&order=asc&PHPSESSID=fhistzrx

40 http://el-dvigatel.ru/product/15014

41 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 1: Токи короткого замыкания: учебное пособие/ А.М. Ершов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. – 157 с.

42 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 2: Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ: учебное пособие/ А.М. Ершов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. – 157 с.

43 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 3: Защита электрических сетей напряжением 6-10 кВ: учебное пособие/ А.М. Ершов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. – 186 с.

44 Токопроводы комплектные закрытые напряжением 6 и 10 кВ серии ТЗК, ТЗКР, ТЗМПЭ. Каталог

45 Каталог КРУ СЭЩ-59. ЗАО «Группа компаний «Электрощит»- ТМ Самара»

46 ОРТ.135.001 ТИ. Трансформаторы тока ТОЛ-СЭЩ-10. Техническая информация (справочная). Самара. 2008

47 Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.

48 Каталог цифровых приборов. ОАО «Электроприбор». 2011

49 ДЯИМ.411152.003 ПС. Инструкция по монтажу и паспорт. Эльстер Метроника

50 Гайсаров Р.В., Лисовская И.Т. Выбор электрической аппаратуры, токоведущих частей и изоляторов: Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию.  Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002.  61 с.

51 ИРФУ.671241.015РЭ. Трансформатор напряжения антирезонансный трехфазный НАМИ-10-95 УХЛ2. Руководство по эксплуатации и паспорт.

52 Комплектные трансформаторные подстанции КТП 400-2500 кВА напряжением 6(10) кВ/Контактор

53 Автоматические выключатели и выключатели нагрузки низкого напряжение на большие тока Masterpact NT и NW. Каталог, 2006

54 Оборудование для распределительных сетей низкого напряжения на токи от 0,5 до 125 А. Multi 9.

55 Автоматические выключатели и выключатели-разъединители низкого напряжения Compact NS 80-1600 А. Каталог, 2006.

56 Петров О.А. Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий: Учебное пособие для студентов-заочников. – Челябинск: ЧПИ, 1986. – 49 с.

57 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 4: Защита силовых трансформаторов напряжением 35-110-220/6-10 кВ, конденсаторных батарей, электродвигателей и электротехнологических установок: учебное пособие/ А.М. Ершов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. – 85 с.