1.6 Собственные нужды электрических подстанций

Для нормальной работы подстанций предусмотрен ряд электроприемников, обеспечивающих комфортные условия работы рабочих и оборудования. Совокупность этих приемников составляет систему собственных нужд (далее с.н.).

Состав потребителей с.н. зависит от типа подстанции, мощности трансформаторов, наличия синхронных компенсаторов, типа электрооборудования. Наименьшее количество потребителей с.н. на подстанциях, выполненных по упрощенным схемам, без синхронного компенсатора и дежурного персонала. Это электродвигатели обдува трансформаторов, обогрев приводов, а также освещение подстанции.

На подстанциях с вакуумными выключателями ВН дополнительными потребителями являются компрессорные установки, а при оперативном постоянном токе – зарядные и подзарядные агрегаты. Наиболее ответственными потребителями с.н. подстанций являются оперативные цепи, система связи, телемеханики, система охлаждения трансформаторов, аварийное освещение, система пожаротушения.

2 Расчетная часть

2.1 Выбор типа и расчет мощностей

трансформаторов

Определяем мощность трансформатора S_тр., кВА, по формуле:

S_тр. (1)

где Sp – расчётная мощность трансформатора;

β – коэффициент загрузки трансформатора;

N – число трансформаторов.

Так как потребители проектируемой подстанции относятся к первой, второй и третьей категориям, то выбираем β=0,7, а N=2, [1].

S_тр. ≥ =28286 кВ*А

По [3] принимаем трансформатор с масляным охлаждением с дутьем и естественной циркуляцией масла с регулированием первичного напряжения под нагрузкой (далее РПН). ТДН – 31500/110 с U_к = 11,6%. Данный тип трансформатора применяется, так как трансформаторов с естественным воздушным или с естественным масляным охлаждением и с такой мощностью не существует, а трансформаторы с масло-водяным охлаждением применяются на большие мощности.

β = (2)

где Sн – номинальная мощность трансформатора

β = =0,63

Проверяем его на возможность работы при аварийном режиме по формуле:

(3) где I и II – категории электроприёмников;

1,4 – коэффициент перегрузки.

1,4·31500 ≥ 0,9·39600

44100 ≥ 35640

Определяем расчетную мощность для трансформатора собственных нужд:

S ^* = = = 2376кВА

Определяем мощность трансформатора собственных нужд:

S_тр. = = 1697кВА

Выбираем трансформатор ТM-1600/10.

2.2 Расчет токов короткого замыкания для выбора аппаратов и токоведущих частей

По расчетной схеме составляем схему замещения в виде активных и индуктивных сопротивлений. С учетом того, что активное сопротивление мало относительно индуктивного, то в установках напряжением выше 1000В его не учитывают.

Схема замещения, путем постепенного преобразования приводится к одному эквивалентному сопротивлению, а затем определяем ток короткого замыкания в начальный период и ударный ток.

Токи короткого замыкания в установках выше 1000В рассчитывается методом относительных единиц. Этот метод дает более простую структуру расчетных выражений. Относительные величины при расчете короткого замыкания приводятся к базисному напряжению и их базисной мощности.

Сопротивление системы определяется:

Х_с = (4)

где Sб – базисная мощность, МВА

Sc – мощность системы, МВА

Относительное сопротивление источника определяется через сверхпереход­-

ное сопротивление генератора, базисную мощность и номинальную мощность:

(5) S_ном = (6)

где Р — мощность источника, МВт.

cosφ — коэффициент мощности.

Сопротивление трансформатора в относительных единицах определяется по

ф ормуле:

X_тр = (7)

где Uк.з. – напряжение короткого замыкания трансформатора, кВ.

Индуктивное сопротивление воздушной и кабельной линии определяется:

X_л = (8)

где L — длина линии, км.

U_ср —среднее номинальное значение напряжения, кВ.

Базисный ток определяется по формуле:

I_б = (9)

Периодическая составляющая тока КЗ в начальный период времени определяется по формуле:

(10)

где Iб – базисный ток, кА

Xрез – результирующее сопротивление.

Ударный ток короткого замыкания:

i_у = (11)

где Ку – ударный коэффициент, принимаемый по таб­лице в зависимости от

места короткого замыкания [1].

Расчёт токов короткого замыкания для выбора электрических аппаратов

Исходные данные: Хс=0,4; Sc=1500 MB*A; L1=40км; L2=65км; L3=30км; L4=20МВт; Sp=39600кВА; S*=0,06Sp; Тмах=6350 час; Р1=Р2=300МВт;

На рисунке 3 изображена расчетная схема подстанции:

Рисунок 3 Расчетная схема подстанции.

Составляем схему замещения (рисунок 4):

Рисунок 4 Схема замещения.

Производим расчёт тока короткого замыкания для первой точки:

Принимаем Sб =1000МВА

Определяем сопротивление системы ограниченной мощности по формуле (4):

X₁ =0,4* =0,27

Определяем сопротивление линии L1 по формуле (8):

X₂ =

О пределяем сопротивление линии L2 по формуле (8):

X₃ =

Определяем сопротивление трансформатора по формуле (7):

X₄ = X₆ = 0,875

Определяем мощность источника по формуле (6):

Sном = МВ*А

Определяем сопротивление источника по формуле (5):

X₅ = X₇ =

Определяем сопротивление линии L3 по формуле (8):

X₈ =

Определяем сопротивление линии L4 по формуле (8):

X₉ =

Определяем сопротивление трансформатора по формуле (7):

X₁₀ = X₁₁= 3,68

Преобразуем схему замещения (рисунок 5-11):

X₁₂ = X₁ + X₂ =0,27+1,21=1,48

Рисунок 5 Схема замещения.

X₁₃ = X₁₄ = X4 + X5 =0,875+0,6=1,475

Рисунок 6 Схема замещения.

X₁₅ = = =0,738

Рисунок 7 Схема замещения.

Преобразуем схему замещения из треугольника в звезду:

X₁₆ = = = 0,49

X₁₇ = = =0,41

X₁₈ = = =0,19

Рисунок 8 Схема замещения.

X₁₉ = X₁₆ + X₁₂ = 1,48 + 0,49 = 1,97

X₂₀ = X₁₇ + X₁₅ = 0,738 + 0,41 = 1,148

Получаем упрощённую схему замещения в виде звезды:

Рисунок 9 Схема замещения Ү.

X₂₁ = = = 0,73

Рисунок 10 Схема замещения.

X₂₂ = X₂₁ + X₁₈ = 0,73+0,16=0,89

Рисунок 11 Схема замещения.

X₂₃ = X₁₀ + X₂₂ = 3,68+0,89 = 4,57

Определяем базисный ток по формуле:

I_б = = 5,02 кА

Определяем эквивалентное сверхпереходное ЭДС:

E_экв = = = 1,08

Определяем начальный периодический ток и ударный ток для точки КЗ1:

I_п.о. = = = 6,09 кА

I_у = = 13,85 кА

Аналогично определяем начальный периодический и ударный ток для точки КЗ2:

I_б = = 54,9 кА

I_п.о. = = = 13 кА

I_у = = 33,1 кА

Результаты расчетов токов КЗ сводим в таблицу №2.

Таблица №2 «Результаты расчетов токов КЗ»:

Точка КЗ	Iп.о., кА	Iу, кА
КЗ1	6,09	13,85
КЗ2	13	33,1