Электроэнергетика — отрасль энергетики, включающая в себя производство, передачу и сбыт электроэнергии. Электроэнергетика является наиболее важной отраслью энергетики, что 1 страница

Введение

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

Электроэнергетика — отрасль энергетики, включающая в себя производство, передачу и сбыт электроэнергии. Электроэнергетика является наиболее важной отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Отличительной чертой электрической энергии является практическая одновременность её генерирования и потребления, так как электрический ток распространяется по сетям со скоростью, близкой к скорости света.

Электроэнергетическая отрасль Псковской области представлена крупным генерирующим объектом (ОАО "ОГК-2" - Псковская ГРЭС мощностью 430 МВт), двумя небольшими ГЭС общей мощностью 3 МВт и высокоавтоматизированным комплексом объектов электросетевого хозяйства, объединенных единым технологическим циклом и централизованным оперативно-диспетчерским управлением.
Электроснабжение Псковской области осуществляется от сетей и подстанций филиала ОАО "МРСК Северо-запада" "Псковэнерго". Основными центрами питания сети 110 кВ являются опорные ПС 330/110 кВ N 53 "Псков", N 102 "Великорецкая", N 131 "Новосокольники", принадлежащие филиалу ОАО "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" Новгородского предприятия магистральных и электрических сетей".
Условия работы ВЛ 330 кВ характеризуются достаточной пропускной способностью и надежностью.
На территории области в р.п. Дедовичи находится Псковская ГРЭС (установленная мощность 430 МВт, генераторное напряжение 15 кВ, ОРУ 330/110 кВ), объект федерального уровня, которая осуществляет производство и выдачу электроэнергии в ОЭС Северо-запада. На реках области имеются малые гидроэлектростанции (ГЭС) Шильская, Максютинская мощностью по 1,52 МВт и несколько ГЭС до 1 МВт: Порховская, Поддубская, Рубиловская и Копылковская с разной формой собственности.
Филиал ОАО "МРСК Северо-Запада" "Псковэнерго" на напряжении 110 кВ связано ЛЭП по линиям Сланцевская-5, Плюсская-2 с ОАО "Ленэнерго", Светлая-2 и Холмская-1 - с филиалом ОАО "МРСК Северо-Запада" "Новгородэнерго", по линиям Нелидовская-2 - с филиалом ОАО "МРСК Центра" "Тверьэнерго", на напряжении 35 кВ - по линии Заплюсская-1 - с ОАО "Ленэнерго".
На территории области расположены 170 подстанций напряжением 35-110 кВ. Установленная мощность трансформаторов на подстанциях 110-35 кВ составляет 1983,4 МВА.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

Протяженность воздушных линий 110 кВ составляет 2160,8 км, 35 кВ - 1664,0 км, воздушных и кабельных линий 10(6) кВ - 23111,1 км, 0,4 кВ - 16426,7 км.
Полезный отпуск электроэнергии потребителям Псковской области в 2010 г. составил 1674240 тыс. кВтч, максимум потребления Псковской энергосистемы-429МВт.
В настоящее время в сетях филиала "Псковэнерго" эксплуатируется свыше нормативного срока:
82% ПС 35-110 кВ;
25% ВЛ 35-110 кВ;
56 % ТП10(6)/0,4 кВ;
59% ВЛ 10-0,4 кВ;
60% КЛ 10-0,4 кВ.
Общий физический износ электросетевого оборудования "Псковэнерго" составляет 62%.
Прогнозируемый износ электросетевого оборудования на период реализации Схемы и программы ориентировочно составит 47%.

Схемой и программой развития электроэнергетики Псковский области на 2012-2016 годы определены следующие основные целевые ориентиры долгосрочной политики в электроэнергетике:
- надежное снабжение объектов экономики и населения области электрической энергией;
- повышение эффективности функционирования и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики;
- повышение энергетической безопасности Псковской области;
- обеспечение технической и экономической доступности энергоресурсов для устойчивого экономического роста;
- нейтрализация инфляционных последствий повышения тарифов на энергоносители;
- снижение вредного воздействия на окружающую среду;
- повышение конкурентоспособности Псковской области.
Учитывая длительность реализации инвестиционных проектов в электроэнергетике, динамично развивающийся спрос на электрическую энергию необходимо конкретизировать приоритеты и параметры развития электроэнергетической отрасли, обосновав на долгосрочный период рациональную, экономически эффективную структуру размещения объектов электроэнергетики.
Целью Схемы и программы является обеспечение надежного и эффективного энергоснабжения потребителей и полноценного удовлетворения потребностей экономики области в электрической энергии.
Главной задачей Схемы и программы является формирование на основе существующего потенциала и установленных приоритетов развития отрасли надежной, экономически эффективной и рациональной структуры генерирующих мощностей и электросетевых объектов и создание условий для предотвращения наиболее эффективным способом прогнозируемых

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

дефицитов электрической энергии и мощности.
В Схеме и программе по объектно представлены электрические подстанции и линии только уровня 110 кВ и выше.
Схема и программа будет ориентировать компании разных форм собственности и органы исполнительной власти области на создание таких условий, которые обеспечивали бы рациональное использование всех энергетических ресурсов области.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

1 Материалы исходных данных

Модернизируемая подстанция № 286 «Недомерки» напряжением110/10 кВ расположена в Псковской области. Относится к Восточным электрическим сетям. Район по гололеду третий, толщина стенки гололеда 20 мм.

Относится к третьему району по скоростному напору ветра. Подстанция №286 – проходная, с двумя трансформаторами типа ТМН – 6,3 мощностью 6,3 МВ∙А. Энергия к подстанции подается по ЛЭП 110 кВ от ПС – 110 кВ №173 Насва. ЛЭП выполнена проводом АС – 120 длиной 13,1 км. Подстанция предназначена для сельскохозяйственных и промышленных потребителей смешанного типа.

Трансформаторная подстанция состоит из следующих основных частей: ОРУ 110 кВ; силовых трансформаторов; РУ 10кВ, состоящих из шкафов наружной установки КРН – Н – 10, а также комплекта устройств высокочастотной связи и телемеханики.

Источником энергоснабжения является государственная энергосистема. Мощность короткого замыкания на шинах 110 кВ составляет 350 МВ∙А. РУ 10 кВ выполнено с одинарной секционной системой сборных шин. РУ 10 кВ состоит из: 16 шкафов, двух трансформаторов напряжения, двух трансформаторов собственных нужд. ОРУ 110 кВ укомплектована разъединителями, отделителями. Ошиновка ОРУ выполнена таким же проводом, как и линия (АС – 120).
Для подключения КИП и релейной защиты предусмотрены трансформаторы напряжения. Измерительные трансформаторы тока встроены в силовые вводы.

Молниезащита подстанции совмещается с приемным порталом. Для высокочастотной связи предусмотрены конденсаторы связи и заградители.

Для защиты подстанции от набегающих волн перенапряжения предусмотрены вентильные разрядники.

В задачу модернизации входит замена масляных выключателей старого поколения на элегазовые.

Техническая характеристика силового трансформатора приведена в таблице 1.1

Таблица 1.1

Тип трансформатора	Номинальное напряжение, кВ	Потери, кВт	Напряжение короткого замыкания, %	Ток холостого хода,%
ТМН – 6300/110	ВН	НН	Холостого хода	Короткого замыкания	10,5
	11;16,5

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

РУ-10 комплектная, типа КРУМ-10 серии KPH-III-10 Характеристика шкафа приведена в таблице 1.2

Таблица 1.2

Наименование показателя	Значение показателя
Номинальный ток первичных цепей, А
Номинальный ток сборных шин, А
Номинальный ток отключения выключателя
Номинальный ток динамической стойкости первичных цепей, кА
Тип масляного выключателя и привода	ВМГ-10 с приводом ПП-67К
Наличие выкатных элементов	Без выкатных элементов
Исполнение линейных выводов 10 кВ	Шкафы имеют воздушные и
	кабельные выводы
Условия обслуживания	Двустороннее обслуживание
Способ защиты от воздействия окружающей среды	Использование КРУН брызгозащищенное
Габаритные размеры шкафа, мм:
высота
глубина
ширина
Масса шкафов, кг: отходящей линии
ввода
трансформатора напряжения
трансформатора собственных нужд
секционного разъединителя
секционного выключателя
Допустимое тяжение проводов, подключаемых к шкафам, Н	Не более 1000 на фазу

Схема электрических соединений ОРУ-110кВ приведена на рисунке 1.1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

Рисунок 1.1 Схема электрических соединений ОРУ-110кВ

В задачу модернизации входит замена масляных выключателей старого поколения на элегазовые.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

2 Выбор мощности силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы, установленные на подстанциях, предназначены для преобразования электроэнергии с одного на другое напряжение. Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12 – 15% ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20 – 25% меньше, чем в группах из трех однофазных трансформаторов такой же мощности.

Определение мощности силового трансформатора:

S_p.max=√3 ∙ I_{p. max}·U_2н (2.1)

где S_p.max - расчетная максимальная мощность; кВ∙А

I_p.max - расчетный максимальный ток; А

U_2н - вторичное номинальное напряжение

Существенная замеренная нагрузка на подстанции составляет 8598,1кВ А в том числе по ВЛ-10кВ. Измерим ток на линии:

Л1-85А S_р.mах(Л 1)=85∙1,73 ∙ 10=1470,5 кВ∙А

Л2-81А S_р.mах (Л2)=81∙1,73∙10=1401,3 кВ∙А

ЛЗ-89А S_р.mах (ЛЗ)=89∙1,73∙10=1539,7 кВ∙А

Л4-88А S_р.mах х(Л4)=88∙1,73∙10=1522,4 кВ∙А

Л5-81А S_р.mах (Л5)=81∙1,73∙10=1401,3 кВ∙А

Л6-73А S_р.mах (Л6)=73∙1,73∙10=1262,9 кВ∙А

Σ1(Л 1... Л6)=497А Σ S_р.mах (Л 1... Л6)=8598,1 кВ∙А

S_р.mах =1,73-503-10=8701,9 кВ∙А

По рассчитанной нагрузке выбираем два силовых трансформатора по условию нормального режима работы. Замеренная нагрузка на подстанции составляет 8598,1 кВ∙А в том числе по ВЛ-10 кВ.

На подстанции установлено два трансформатора одинаковой мощности

6,3 MB∙А каждый.

Проверяем трансформаторы на перегрузочную способность, т.е. на совокупную допустимую нагрузку и аварийную перегрузку.

≤ К_с (2.2)

где S_р.mах - расчет максимальной нагрузки на подстанцию;

n - число трансформаторов;

S_h - номинальная мощность трансформатора;

К_с - коэффициент дополнительного источника нагрузок трансформатора Кс =1,57

= 0,68≤1,57

Условие выполняется

При отключении одного из трансформаторов второй подлежит проверке на перегрузку:

≤ К_ав (2.3)

где К_ав - коэффициент аварийной перегрузки трансформатора = 1,68

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

= 1,36 ≤ 1,68

Условие выполняется

Таким образом в аварийном в аварийных ситуациях, когда один из трансформаторов в данной подстанции отключается, аварийная перегрузка не превысит допустимых значений.

Проверим режим работы трансформатора с учетом резервирования. Зарезервируем линию 3 и 5 с соседней подстанции.

S'_p = 2000 кВ∙А – отдаём; S"_p= 1500 кВ∙А – принимаем

S_н ≥ (2.4)

= 3927,4 кВ∙А ≤ 6300 кВ∙А

Условие выполняется

S_н ≥ (2.5)

= 3005,4 кВ∙А ≤6300 кВ∙А

Условие выполняется

Вывод: В любом случае перегрузки трансформатора не наблюдается.

3 Расчет токов короткого замыкания

Коротким замыканием (КЗ) называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное замыканием фаз между собой, а также замыканием фаз на землю в сетях с глухозаземленными нейтралями.

Причинами короткого замыкания обычно являются нарушения изоляции, вызванные ее механическими повреждениями, старением, набросами посторонних тел на провода линий электропередачи, проход под линиями негабаритных механизмов (кранов с поднятой стрелой и т.п.), прямыми ударами молнии, перенапряжениями, неудовлетворительным уходом за оборудованием. Часто причиной повреждений в электроустановках, сопровождающихся короткими замыканиями, являются неправильные действия обслуживающего персонала. Примерами таких действий являются ошибочные отключения разъединителем цепи с током, включения разъединителей на закоротку, ошибочные действия при переключениях в главных схемах и в схемах релейной защиты и автоматики.

Расчёты токов короткого замыкания необходимы:

•Для сопоставления, оценки и выбора главных схем электрических станций, сетей и подстанций;

•Выбора и проверки электрических аппаратов и проводников;

•Проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;

•Определения влияния токов нулево

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

й последовательности линий электропередачи на линии связи;

•Проектирования заземляющих устройств;

•Анализа аварий в электроустановках и электрических системах;

•Оценки допустимости и разработки методики проведения различных испытаний в электрических системах;

•Анализа устойчивости работы энергосистем.

Для расчётов токов короткого замыкания составляем расчетную схему. Расчётная схема представлена на рисунке 3.1

ВЛ-110

ТП- 110/10

S_K3C = 350 МВ∙A; S_H = 6,3 MB∙А

где S_K3C - мощность короткого замыкания системы;

l = 13,1 км -длина линии;

S_H - номинальная мощность трансформатора;

АС - марка провода;

К₁ и К₂ - точки короткого замыкания

Рисунок 3.1 Расчетная схема

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

Составляем сему замещения, схема замещения приведена на рисунке 3.2

где Х_с - индуктивное сопротивление системы;

Х_л — индуктивное сопротивление линии;

r_л - активное сопротивление линии;

Х_т - индуктивное сопротивление трансформатора;

К₁ и К₂ - точки короткого замыкания

Рисунок 3.2 Схема замещения

Определить сопротивление каждого элемента схемы от источника короткого замыкания до точки короткого замыкания. Расчет ведем в относительных единицах.

Определяем индуктивное сопротивление системы

Х_с=S_б/S_кзс (3.1)

где Х_с - индуктивное сопротивление системы;

S_б- базисная мощность = 100 MB∙A;

S_кзc - мощность короткого замыкания системы

Х_с = 100/350 = 0,28

Определяем индуктивное сопротивление линии

Х_л = Х₀∙l∙(S_б/U_ср²) (3.2)

где Х_л - индуктивное сопротивление линии;

Х₀ - индуктивное удельное сопротивление = 0,4;

U_cp - среднее высшее напряжение - 115 кВ

Х_л= 0,4∙13,1∙(100/115²) = 0,04

Определяем активное сопротивление линии

r_л = r₀∙ l∙(S_б/U_ср²) (3.3)

где r₀ - удельное сопротивление линии = 0,245;

r_л - активное сопротивление линии;

r_л= 0,245∙13,1∙ (100/115²) = 0,02

Определяем сумму индуктивных сопротивлений (ΣX) до точки К₁

ΣX = Х_с + Х_л(3.4)

ΣX = 0,28 + 0,04 = 0,32

Определяем сумму активных сопротивлений (Σr)

Σr = r_л (3.5)

Σr = 0,03

Находим полное сопротивление (Z)

Zк₁ = √ΣX² + Σr² (3.6)

Zк₁ = √0,322 + 0,022 = 0,32

Расчет токов короткого замыкания до точки к₁

Находим базисный ток (I_б)

I_б = S_б / (√3∙U_ср) (3.7)

I_б = 100000 / (1,73∙115) = 502

Находим ток трехфазного короткого замыкания в точке (К₁).

I⁽³⁾_к.з.= I_б / Z_К1 (3.8)

I⁽³⁾_к.з.= 502 / 0,32 = 1568 А = 1,6 кА

Находим ток двухфазного короткого замыкания в точке (К₁)

I⁽²⁾_к.з.= 0,87 ∙ I⁽³⁾_к.з (3.9)

I⁽²⁾_к.з.= 0,87 ∙ 1568 = 1364,2А = 1,4 кА

Определяем ударный ток

i⁽³⁾_у = К_уд. ∙ √ 2 ∙ I⁽³⁾_к.з. (3.10)

где: i⁽³⁾_у – ударный ток; А

I⁽³⁾_к.з. – ток короткого замыкания; А

К_уд. – ударный коэффициент (К_уд= 1,8)

i⁽³⁾_у = 1,8 ∙ 1,41 ∙ 1568 = 4064А = 4,1 кА

Рассчитываем индуктивное сопротивление трансформатора

Х_т = (U_к % / 100) ∙ (S_б / 2S_н) (3.11)

где: Х_т – индуктивное сопротивление трансформатора

U_к % - напряжение к.з; % (U_к % = 10,5)

S_б – заданная мощность (S_б = 100 мВ∙А)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

S_н – номинальная мощность трансформатора МВ∙А, (S_н = 6,3 МВ∙А)

Х_т = (10,5 / 100) ∙ (100 / 2∙ 6,3) = 0,83

Определяем сумму индуктивных сопротивлений до точки К₂ по формуле:

ΣХ_К2= Х_с + Х_л + Х_т (3.12)

ΣХ _К2 = 0,28 + 0,04 + 0,83 = 1,15

Определяем сумму активных сопротивлений до точки К₂ по формуле:

Σr = r_л (3.13)

Σr = 0,02

Определяем полное сопротивление до точки (К₂) по формуле:

Z _К2 = √ ΣХ² + Σr² (3.14)

Z_К2 = √ 1,15² + 0,02² = 1,15

Рассчитываем ток короткого замыкания до точки (К₂) по формуле:

I_б = S_б / (√3 U_{ср.2 н}) (3.15)

где: I_б – базисный ток; А

S_б – заданная мощность (S_б = 100 МВ∙А)

U_{ср. 2 н} – среднее вторичное напряжение; кВ (U_ср = 10,5 кВ)

I_б = 100000 / (1,73 ∙ 10,5) = 5505,9 А

Находим ток трехфазного короткого замыкания в точке (К₂).

I⁽³⁾_к.з.= I_б / Z_К2 (3.16)

I⁽³⁾_к.з.= 5505,9 / 1,15 = 4787,7 А = 4,8 кА

Находим ток двухфазного короткого замыкания в точке (К₂)

I⁽²⁾_к.з.= 0,87 ∙ I⁽³⁾_к.з (3.17)

I⁽²⁾_к.з.= 0,87 ∙ 4787,7 = 4165,3А = 4,2 кА

Определяем ударный ток точки (К₂)

i⁽³⁾_у = К_уд. ∙ √ 2 ∙ I⁽³⁾_к.з. (3.18)

где: i⁽³⁾_у – ударный ток; А

I⁽³⁾_к.з. – ток короткого замыкания; А

К_уд. – ударный коэффициент (К_уд= 1,4)

i⁽³⁾_у = 1,4 ∙ 1,41 ∙ 4787,7 = 9652А = 9,7 кА

Находим мощность короткого замыкания по формуле:

S_к.з. = √ 3 ∙ I⁽³⁾_{к.з (К2)} ∙ U_{ср. 2 н} (3.19)

где: S_к.з – мощность короткого замыкания; (МВ∙А)

I⁽³⁾_{к.з (К2)} – ток короткого замыкания в точке К₂; А

U_{ср. 2 н} – среднее вторичное напряжение; кВ (U_ср = 10,5 кВ)

S_к.з. = 1,73 ∙ 4787,7 ∙ 10,5 = 86968 кВ∙А ≈ 87 МВ∙А

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140 409.278.14

Все расчеты сводим в таблицу 3.1

Дата добавления: 2015-08-29