4 Компоновка подстанции

В состав комплектной трансформаторной подстанции 110кВ входят следующие основные элементы:

• силовые трансформаторы;

• ОРУ на 110 кВ;

• КРУН на 10 кВ;

• жесткая и гибкая ошиновки;

• кабельные конструкции;

• общеподстанционное устройство (ОПУ);

• осветительные устройства;

• фундамент;

• молниезащита и заземление;

• ограда.

Компоновку КРУН 10 кВ выполним по данным каталогов ЗАО "Группа Компаний "ЭлектрощитТМ Самара" (СЭЩ).

Наименьшие расстояния в свету между неизолированными токоведущими частями разных фаз, от неизолированных токоведущих частей до заземленных конструкций и ограждений, пола и земли, а также между не огражденными токоведущими частями разных цепей должны быть не менее значений, приведенных в ПУЭ[1, таблица 4.2.7].

5 Выбор и проверка электрооборудования подстанции

Выбор и проверка выключателей.

Произведен расчет наибольших рабочих токов для выключателей исходной расчетной схемы представленной на рисунке 1.1. Результаты вычислений занесены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 Наибольшие рабочие токи для выключателей

Позиция выключателя	Q1,Q2	Q3.1, Q3.2, Q4.1, Q4.2	Q5,Q6	Q7	QK1,QK2
Ток IРАБ,НАИБ, А	103	1122	128	237	561

Q5 – выключатель ячейки асинхронного двигателя.

Q6 – выключатель ячейки синхронного двигателя.

Q7 – выключатель ячейки кабельной линии.

I_{РАБ,НАИБ}- наибольший рабочий ток в режиме максимальной нагрузки, А.

Условия выбора выключателя [4], [15, c. 27], [17,c. 111]:

U_HOM≥U_{СЕТИ,НОМ};

I_HOM≥I_{ПРОД,РАСЧ} =I_{РАБ,НАИБ};

На основании найденных значений I_{РАБ,НАИБ}выберем выключатели:

Q1,Q2 – элегазовый баковый выключатель 110 кВ серии ВЭБ – 110 – 2500 УХЛ1.

Для выключателей Q3.1,Q3.2,Q4.1,Q4.2 - вакуумный выключатель ВВУ-СЭЩ-П-10-31,5/1600.

Для выключателей электродвигателей (Q5,Q6), кабельных линий (Q7) и межсекционных выключателей (QK1,QK2) выбираем - вакуумный выключатель ВВУ-СЭЩ-П-10-20/1000.

Приведем условия проверки выключателей:

I_{ВКЛ,НОРМ}≥I_П0;

i_{ВКЛ,НОРМ}≥i_УД;

I_ПР,СКВ≥I_П0;

i_ПР,СКВ=i_ДИН≥i_УД;

при t_К=t_ОТКЛ≥t_{ТЕР,НОРМ};

при t_K<t_{ТЕР,НОРМ};

I_ОТКЛ,HOM≥I_П;

Для установки, у которой допускается выполнение условия

(5.12)

u_В,НОРМ≥u_B,

где U_HOMноминальное напряжение аппарата, кВ;

U_{СЕТИ,НОМ}номинальное напряжение сети, кВ;

I_HOMноминальный ток аппарата, А;

I_{ПРОД,РАСЧ} расчетный ток продолжительного режима, равный большему из расчетных токов, нормального, послеаварийного или ремонтного режимов;

I_{РАБ,НАИБ}наибольший рабочий ток цепи, равный расчетному току продолжительного режима, А;

I_ПГ,ДОПдопустимый ток перегрузки аппарата, А;

I_{ПГ,РАСЧ} расчетный ток перегрузки аппарата, А;

I_{ВКЛ,НОРМ}нормированное действующее значение периодической составляющей тока включения выключателя, кА;

I_П0начальное значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

i_{ВКЛ,НОРМ}нормированное мгновенное значение полного тока включения выключателя, кА;

i_УДударный ток КЗ, кА;

I_ПР,СКВдействующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока аппарата, допустимого при КЗ, кА;

i_ПР,СКВпредельный сквозной ток аппарата, допустимый при КЗ, кА;

i_ДИНнормированный ток электродинамической стойкости аппарата, кА;

I_{ТЕР,НОРМ}нормированный ток термической стойкости аппарата, А;

t_{ТЕР,НОРМ}нормированное допустимое время протеканияI_{ТЕР,НОРМ}, с;

B_Kинтеграл Джоуля для условий КЗ (тепловой импульс тока КЗ), А²с;

t_Квремя КЗ, с;

t_ОТКЛвремя отключения КЗ в цепи, с;

B_TEPнормированное значение теплового импульса, А²с;

I_ОТКЛ,HOMноминальный ток отключения выключателя (действующее значение периодической составляющей тока), кА;

I_Пдействующее значение периодической составляющей тока КЗ в цепи в моментначала расхождения дугогасительных контактов выключателя, кА;

i_a,нормнормированное значение апериодической составляющей тока отключения, кА;

_НОРМнормированное содержание апериодической составляющей в токе отключения (определяется по рисунку 5.1), %;

i_a,расчетное значение апериодической составляющей тока КЗ в цепи в момент, кА;

i_к,расчетное мгновенное значение тока КЗ в момент начала расхождения дугогасительных контактов выключателя, кА;

u_В,НОРМнормированное значение собственного восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя при отключении КЗ в цепи, кВ;

u_Bсобственное восстанавливающееся напряжение на контактах выключателя при отключении расчетного КЗ в цепи, кВ.

t_ОТКЛ=t_РЗ,ОСН+t_В,ОТКЛ;

 = t_РЗ,ОСН+t_{СВ,ОТКЛ},

где t_РЗ,ОСНвремя действия основной защиты, с;

t_В,ОТКЛполное время отключения выключателя, с;

t_{СВ,ОТКЛ}собственное время включения выключателя, с.

Проверим выполнение приведенных выше условий для выключателей Q1,Q2 (ВЭБ – 110 – 2500-УХЛ1). Параметры сравнения занесем в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 – проверка выключателя ВЭБ – 110 – 2500-УХЛ1

Условие выбора	Параметры выключателя	Расчетные параметры
IВКЛ,НОРМ≥IП0	40 кА	1,238 кА
iВКЛ,НОРМ≥iУД	102 кА	2,09 кА
IПР,СКВ≥IП0	40 кА	1,238 кА
iПР,СКВ=iДИН≥iУД	102 кА	2,09 кА
при
IОТКЛ,HOM≥IП	40 кА	1,177 кА
	22,627 кА	0,185 кА

_{В учебных расчетах тепловой импульс тока КЗ рекомендуется определить упрощенно по формуле удаленного КЗ.}

где

Все условия проверки выключателя выполняются.

Проверим выполнение приведенных выше условий для выключателей Q3.1,Q3.2,Q4.1,Q4.2 (ВВУ-СЭЩ-П-10-20/1600). Параметры сравнения занесем в таблицу 5.1.1.

Таблица 5.3 – проверка выключателя ВВУ-СЭЩ-П-10-20/1600

Условие выбора	Параметры выключателя	Расчетные параметры
IВКЛ,НОРМ≥IП0	20 кА	3,46 кА
iВКЛ,НОРМ≥iУД	50 кА	7,57 кА
IПР,СКВ≥IП0	20 кА	3,46 кА
iПР,СКВ=iДИН≥iУД	50 кА	7,57 кА
при
IОТКЛ,HOM≥IП	20 кА	3,46 кА
	11,3 кА	0,033 кА

_{В учебных расчетах тепловой импульс тока КЗ рекомендуется определить упрощенно по формуле удаленного КЗ.}

где

Все условия проверки выключателя выполняются.

Проверим выполнение приведенных выше условий для выключателей Q5,Q6,Q7,QK1,QK2, (ВВУ-СЭЩ-П-10-20/1000). Параметры сравнения занесем в таблицу 5.1.1.

Таблица 5.4 – проверка выключателя ВВУ-СЭЩ-П-10-20/1000

Условие выбора	Параметры выключателя	Расчетные параметры
IВКЛ,НОРМ≥IП0	20 кА	3,46 кА
iВКЛ,НОРМ≥iУД	50 кА	7,57 кА
IПР,СКВ≥IП0	20 кА	3,46 кА
iПР,СКВ=iДИН≥iУД	50 кА	7,57 кА
при
IОТКЛ,HOM≥IП	20 кА	3,46 кА
	11,3 кА	0,033 кА

_{В учебных расчетах тепловой импульс тока КЗ рекомендуется определить упрощенно по формуле удаленного КЗ.}

где

Все условия проверки выключателя выполняются.

Выбор и проверка разъединителей 10-110 кВ

Условия выбора разъединителей [4], [15, c. 27], [17, c. 111-112]:

U_HOM≥U_{СЕТИ,НОМ};

I_HOM≥I_{ПРОД,РАСЧ} =I_{РАБ,НАИБ}.

Исходя из приведенных условий, выберем разъединители 110 кВ наружной установки РГ – 110/1000 УХЛ1 производства ЗАО "Завод электротехнического оборудования" г. Великие Луки с техническими данными, приведенными в таблице 5.5.

Таблица 5.5 – Технические данные разъединителей РГ – 110/1000 УХЛ1

Наименование	Значение
Номинальное рабочее напряжение, кВ	110
Номинальный ток, А	1000
Номинальный кратковременно выдерживаемый ток (термической стойкости), кА	31,5
Наибольший пик кратковременного выдерживаемого тока (динамической стойкости), кА	80

Условия проверки:

i_ПР,СКВ=i_ДИН=80кА ≥i_УД=2,09 кА;

Также выбираем разъединители 10 кВ РВР-III-10/2000 МУЗ с техническими данными, приведенными в таблице 6.4.

Таблица 5.6 – Технические данные разъединителей РВР-III-10/2000 МУЗ

Наименование	Значение
Номинальное рабочее напряжение, кВ	10
Номинальный ток, А	2000
Номинальный кратковременно выдерживаемый ток (термической стойкости), кА	31,5
Наибольший пик кратковременного выдерживаемого тока (динамической стойкости), кА	80

Условия проверки:

i_ПР,СКВ=i_ДИН=80кА ≥i_УД=7,57 кА; (5.19)

Выбор и проверка трансформаторов тока 10-110 кВ

Условия выбора трансформаторов тока [15, c. 28], [17, c. 113]:

а) по напряжению установки

U_HOM≥U_{СЕТИ,НОМ};

б) по току установки

I_1HOM≥I_{ПРОД,РАСЧ},

гд I_1HOMноминальный первичный ток трансформатора тока, А;

На основании приведенных условий , выберем трансформаторы тока производства ООО НПП "ИТРАН", г. Екатеринбург.

Для уровня напряжения 110 кВ – трансформаторы тока ТВ-110 2000/5 со следующими каталожными данными:

Таблица 5.7 – Технические данные ТТ ТВ-110 2000/5

Наименование	Значение
Номинальное рабочее напряжение, кВ	110
Номинальный первичный ток, А	2000
Номинальный вторичный ток, А	5
Кратность трехсекундного тока термической стойкости	52
Ток динамической стойкости, кА	100
Класс точности	0,5 S

Для уровня напряжения 10 кВ выбираем трансформаторы тока:

• на ввод ТОЛ-10 -2000/5 производства ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока»;

• на межсекционную перемычку ТОЛ-10 1000/5 производства ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока;

• на присоединения (Электродвигатели и кабельные линии) ТОЛ-10-500/5 производства ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока;

• трансформатор тока нулевой последовательности ТЗЛМ-1-25/1

Таблица 5.8 – Технические данные ТТ

Наименование	ТОЛ-10-2000/5	ТОЛ-10-1000/5	ТОЛ-10-500/5	ТЗЛМ-1-25/1
Номинальное рабочее напряжение, кВ	10	10	10	0,66
Номинальный первичный ток, А	2000	1000	500	25
Номинальный вторичный ток, А	5	5	5	1
односекундный ток термической стойкости, кА	31,5	31,5	40	0,14
Ток динамической стойкости, кА	100	100	100	-
Класс точности	0,5 S	0,5 S	0,5 S	10Р

Условия проверки трансформаторов тока:

а) по электродинамической стойкости :

Для трансформаторов тока 110 кВ:

Для трансформаторов тока 10 кВ:

Условие выполняется для всех трансформаторов тока.

б) по термической стойкости

где k_ТЕРкратность термической стойкости по каталогу;

Для трансформаторов тока 110 кВ:

Для трансформаторов тока 10 кВ:

Условие выполняется для всех трансформаторов тока.

в) по вторичной нагрузке

Z₂Z_2HOM, (5.25)

где Z₂вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом;

Z_2H0Mноминальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности, Ом.

В данном курсовом проекте проверка трансформаторов тока по расчетной нагрузке не выполняется.

Выбор и проверка трансформаторов напряжения 10-110 кВ

Условия выбора трансформаторов напряжения:

а) по напряжению установки

U_НОMU_CЕТИ,HОM;

б) по конструкции и схеме соединения обмоток;

в) по классу точности;

г) по вторичной нагрузке (в заданном классе точности):

S_НОМS_2РАСЧ,

где S_HОMноминальная мощность в выбранном классе точности;

S_2РАСЧнагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, ВА.

В данном курсовом проекте проверка трансформаторов напряжения по расчетной нагрузке не выполняется.

Выберем трансформаторы напряжения:

Для уровня напряжения 110 кВ – трансформаторы напряжения НАМИ-110-УХЛ1 производства ОАО «Раменский электротехнический завод «ЭНЕРГИЯ»

Таблица 5.9 – Технические данные НАМИ-110-УХЛ1

Наименование	Значение
Номинальное напряжение первичной обмотки, В
Номинальное напряжение основной вторичной обмотки, В
Номинальное напряжение дополнительной вторичной обмотки, В
Класс точности	0,5

Для уровня напряжения 10 кВ – трансформаторы напряжения ЗНОЛ.06-10 производства ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока».

Таблица 5.10 – Технические данные ЗНОЛ.06-10

Наименование	Значение
Номинальное напряжение первичной обмотки, В
Номинальное напряжение основной вторичной обмотки, В
Номинальное напряжение дополнительной вторичной обмотки, В
Класс точности	0,5

Выбор и проверка ограничителей перенапряжения 10-110 кВ

К выбираемым параметрам ОПН в электрических сетях 10-110 кВ относятся:

1) наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение U_НР:

Выбирается равным наибольшему рабочему напряжению электрооборудования для данного класса напряжения по ГОСТ 1516.3. Их значения приведены в таблице 5.11.

Таблица 5.11– Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования

Класс напряжения электрооборудования, кВ	10	110
Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования, кВ	12	78

2) номинальный разрядный ток:

Для уровня напряжение 10 кВ номинальный разрядный ток принимают 5 кА.

Для уровня напряжение 110 кВ выбор номинального разрядного тока в данном курсовом проекте не производится.

3) энергоемкость:

Выбор энергоемкости ОПН в курсовом проекте не производится.

4) уровни остающегося напряжения при коммутационном и грозовом импульсе тока;

Уровни остающегося напряжения на стороне 10 кВ:

при грозовом импульсе – 45 кВ;

при коммутационном импульсе – не рассматривается в данном курсовом проекте.

Уровни остающегося напряжения на стороне 110 кВ:

При грозовом и коммутационном импульсах не рассматриваются в данном курсовом проекте.

5) величина тока срабатывания противовзрывного устройства;

Для уровня напряжение 10 кВ

Для уровня напряжение 110 кВ

6) длина пути тока утечки внешней изоляции.

В курсовом проекте не выполняется.

Выбираем ОПН производства ЗАО «Завод электротехнического оборудования (ЗЭТО)» - Вуликие Луки:

Для 10 кВ – ОПН -1-10/12IIIУХЛ1

Для 110 кВ – ОПН -П1-110/78/10/2УХЛ1

Выбор и проверка шин 110 кВ

В ОРУ 110 кВ портального типа для соединения электрических аппаратов в цепях силовых трансформаторов применяются гибкие шины, выполненные проводами марки АС.

Для ОРУ 110 кВ экономически целесообразное сечение шин F, мм², определяется из соотношения:

где расчетный ток силового трансформатора в часы максимума нагрузки подстанции без учета увеличения тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети, А;

нормированное значение экономической плотности тока для неизолированных алюминиевых проводов.

Выбираем стандартное сечение провода F= 95 мм².

Выбранное сечение проверяют по допустимому длительному току I_ДОП, с учетом увеличения тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети:

Условие выполняется.

Проверку гибких шин на электродинамическое действие тока КЗ производить только при .В нашем случае её проводить не требуется

Сечение шин проверяется на термическую стойкость в соответствии с условием:

_К_К,ДОП,

где _Ктемпература нагрева проводника к моменту отключения КЗ,⁰С;

_К,ДОПпредельно допустимая температура нагрева проводника при КЗ, ⁰С.

а) по данным кривой 3 [4, с. 133, рисунок 8.9] для начальной температуры проводника найдем значение величины

б) найдем значение величины А, соответствующее конечной температуре нагрева проводника:

в) по найденному значению определяют

Сравниваем полученное значение конечной температуры нагрева проводников с допустимой температурой:

.

Для жестких шин:

Ошиновка ОРУ 110 кВ выполняется алюминиевыми жесткими шинами прямоугольного сечения.

Для ОРУ 110 кВ, экономически целесообразное сечение шин F, мм², определяется из соотношения:

где расчетный ток силового трансформатора в часы максимума нагрузки подстанции без учета увеличения тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети, А;

нормированное значение экономической плотности тока для меди.

Выбираем на полюс однополосные шины, состоящие из 1 полосы прямоугольного сечения F= 119 мм²,H=30 мм, В= 4 мм.

Выбранное сечение проверяют по допустимому длительному току I_ДОП, с учетом увеличения тока в послеаварийных и ремонтных (утяжеленных) режимах сети):

Условие выполняется.

Сечение жестких шин проверяется на электродинамическую стойкость:

где максимальное механическое напряжение в материале шин, МПа;

предельно допустимое напряжение в материале шин, МПа.

Максимальное механическое напряжение в материале шин:

где l=10 – длина пролета шин, м;

λ = 8 – коэффициент зависящий от условия закрепления шин и числа пролетов;

–момент сопротивления поперечного сечения шины, м³;

a= 1– расстояние между осями проводников, м;

=2090- ударный ток трехфазного КЗ, А;

К_ф=1 – коэффициент формы, для проводников прямоугольного сечения по кривым [4, с. 104, рисунок 7.3];

К_РАСП= 1 – коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников по [4, с. 105, таблица 7.3];

Сечение шин проверяется на термическую стойкость в соответствии с условием:

_К_К,ДОП,

где _Ктемпература нагрева проводника к моменту отключения КЗ,⁰С;

_К,ДОПпредельно допустимая температура нагрева проводника при КЗ, ⁰С.

а) по данным кривой 1 [4, с. 133, рисунок 8.8] для начальной температуры проводника найдем значение величины

б) найдем значение величины А, соответствующее конечной температуре нагрева проводника:

в) по найденному значению определяют

Сравниваем полученное значение конечной температуры нагрева проводников с допустимой температурой:

.

Изоляторы выбираются по условию :

Изоляторы проверяются на электродинамическую стойкость по условию:

где - максимальная нагрузка на изоляторы, Н;

где l=7,5 – длина пролета шин, м;

λ = 8 – коэффициент зависящий от условия закрепления шин и числа пролетов;

a= 1– расстояние между осями проводников, м;

=2090- ударный ток трехфазного КЗ, А;

К_ф=1 – коэффициент формы, для проводников круглого сечения;

К_РАСП= 1 – коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников по [4, с. 105, таблица 7.3];

Выбираем С4-450 IУХЛ1

- допустимая механическая на нагрузка на изоляторы, Н;

Выбор и проверка шин 10 кВ

Ошиновка РУ 10 кВ выполняется медными жесткими шинами прямоугольного сечения.

Для РУ 10 кВ, экономически целесообразное сечение шин F, мм², определяется из соотношения:

где расчетный ток силового трансформатора в часы максимума нагрузки подстанции без учета увеличения тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети, А;

нормированное значение экономической плотности тока для меди.

Выбираем на полюс трех полосные шины, состоящие из 3 полос прямоугольного сечения F= 597 мм²,H=100 мм, В= 6 мм.

Рисунок 6.1 – Шина РУ 10 кВ

Выбранное сечение проверяют по допустимому длительному току I_ДОП, с учетом увеличения тока в послеаварийных и ремонтных (утяжеленных) режимах сети):

Условие выполняется.

Сечение жестких шин проверяется на электродинамическую стойкость:

где максимальное механическое напряжение в материале шин, МПа;

предельно допустимое напряжение в материале шин, МПа.

Максимальное механическое напряжение в материале шин:

где l=7,5 – длина пролета шин, м;

λ = 8 – коэффициент зависящий от условия закрепления шин и числа пролетов;

–момент сопротивления поперечного сечения шины, м³;

a= 0,13– расстояние между осями проводников, м;

=7570- ударный ток трехфазного КЗ, А;

К_ф=0,9 – коэффициент формы, для проводников прямоугольного сечения по кривым [4, с. 104, рисунок 7.3];

К_РАСП= 1 – коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников по [4, с. 105, таблица 7.3];

Сечение шин проверяется на термическую стойкость в соответствии с условием:

_К_К,ДОП,

где _Ктемпература нагрева проводника к моменту отключения КЗ,⁰С;

_К,ДОПпредельно допустимая температура нагрева проводника при КЗ, ⁰С.

а) по данным кривой 1 [4, с. 133, рисунок 8.8] для начальной температуры проводника найдем значение величины

б) найдем значение величины А, соответствующее конечной температуре нагрева проводника:

в) по найденному значению определяют

Сравниваем полученное значение конечной температуры нагрева проводников с допустимой температурой:

.

Изоляторы выбираются по условию:

Изоляторы проверяются на электродинамическую стойкость по условию:

где - максимальная нагрузка на изоляторы, Н;

Выбираем С6-80 IУХЛ1

- допустимая механическая на нагрузка на изоляторы, Н;

Выбор трансформаторов собственных нужд 10 кВ

Нагрузка собственных нужд в задании на курсовое проектирование не предусмотрена.

Выбираем трансформатор собственных нужд, встраиваемый в ячейку КРУ К-63:

ТЛС-СЭЩ-40/10/0,4 УХЛ2.