Разработка схемы главных электрических соединений. Расчет токов короткого замыкания. Выбор основного оборудования и токоведущих элементов

Схема главных электрических соединений составляется на основании указанных в задании исходных данных и типовых решений, приведенных в учебной и справочной литературе с соблюдением требуемых ГОСТ условных обозначений.

С учетом схемы подключения ТП к питающей ЛЭП принимаем узловую ТП.

РУ 110 кВ на опорных подстанциях выполняются с одной секционированной системой шин и обходной шиной, обходным и секционным выключателем. При числе питающих ЛЭП более пяти рекомендуется применение схем с двумя рабочими системами шин и обходной шиной.

РУ 35 кВ выполняются с одиночной, секционированной выключателем системой шин. При этом возможно присоединение линейных регулировочных трансформаторов в цепях ввода в РУ 35 кВ.

РУ 10 кВ выполняются с одиночной, секционированной выключателем системой шин или двумя секционированными выключателями системами шин. Включение в цепь секционирования двух выключателей последовательно применяют при недостаточной их паспортной отключающей способности.

Для ОРУ 110 кВ принимаем схему 110-12.  Одна рабочая, секционированная выключателем и обходная система шин.

Однолинейная схема главных электрических соединений подстанции приводится в Приложении 1.

2. Расчет токов короткого замыкания.

Согласно Правил устройств электроустановок (ПУЭ), выбор и проверка электрических аппаратов и токоведущих элементов по электродинамической и термической устойчивости производится по току трехфазного короткого замыкания I_к⁽³⁾, поэтому в проекте необходимо произвести расчет токов короткого замыкания I_к⁽³⁾ для всех РУ и однофазного замыкания на землю  I_к⁽¹⁾ для РУ питающего напряжения. Для чего на основании схемы внешнего электроснабжения, исходных данных и принятой схемы главных электрических соединений подстанции составляется структурная и расчётная схема (рис.2.1), а по ней схема замещения (рис.2.2) проектируемой подстанции.

Рис. 2.1. Структурная схема подстанции.

Рис. 2.2. Расчётная схема с указанием точек короткого замыкания.

Рис.2.3. Схема замещения внешнего электроснабжения.

При преобразовании схемы замещения сопротивления электрических аппаратов и ЛЭП целесообразно учитывать в относительных единицах, приняв одно произвольное значение базисной мощности S_б=100 МВА.

Сопротивление системы бесконечно большой мощности в относительных базисных единицах принимаем равное нулю.

Расчет сопротивлений до точки короткого замыкания производим в относительных базисных единицах. Сопротивление системы ограниченной мощности в относительных базисных единицах определяется по следующей формуле:

,                                                          (1)

где   - мощность короткого замыкания на шинах системы.

Таким образом, получаем следующие значения:

.

.

Сопротивления линий рассчитываются по следующей формуле:

,                                                    (2)

где км - длинна для всех участков ЛЭП;

Ом/км - погонное сопротивление ЛЭП;

кВ - напряжение ступени ЛЭП.

Определим сопротивления схемы замещения внешнего электроснабжения (Рис.2.3.):

.                             (3)

Определим результирующие сопротивления (Рис.2.2.):

;                      (4)

.                       (5)

2.1. Расчёт токов короткого замыкания в точке К1.

Расчет токов короткого замыкания производится с учетом удаленности источников питания по расчетным кривым (для источников ограниченной мощности) или аналитически (для источников неограниченной мощности).

Определение составляющей тока КЗ от первого источника:

Оцениваем удаленность точки КЗ от источника:

;                                        (6)

т.к.  то КЗ удаленное и расчет ведем аналитическим методом:

кА.                                 (7)

Определение составляющей тока КЗ от второго источника:

кА.                               (8)

Ток трехфазного КЗ в точке К1:

кА.                                    (9)

Мощность КЗ:

МВА.                           (10)

Однофазный ток короткого замыкания определяется по формуле:

кА.                                   (11)

Двухфазный ток короткого замыкания определяется по формуле:

кА.                                (12)

Ударный ток рассчитываем по формуле, кА:

,                                                  (13)

где  – ударный коэффициент.

кА.                               (14)

2.2. Расчёт токов короткого замыкания в точке К2.

В соответствии с исходными данными выбираем тип трансформаторов:

ТДТН – 25000/110/35/10.

Параметры трансформатора:

%;

%;

.

Найдём сопротивление обмоток трансформатора:

где МВА – мощность трансформатора.

Результирующее  сопротивление до точки  К2:

.      (15)

Далее расчет ведем аналогично расчету первой точки. Результаты расчета сводим в таблицу 2.1.

2.3. Расчёт токов короткого замыкания в точке К3.

Результирующее сопротивление до точки К3 определяется по формуле:

.     (16)

Расчет ведем аналогично расчету первой точки. Результаты расчета сводим в таблицу 2.1.

2.4. Расчет токов короткого замыкания в точке К4.

Расчет токов короткого замыкания в точке К4 производим используя данные пунктов 3.3. и  3.4.

Активное сопротивление ТСН:

.                                     (17)

Полное сопротивление ТСН:

.                                 (18)

Реактивное сопротивление ТСН:

.                             (19)

Сопротивление кабельной линии длинной l = 40 м:

;                                (20)

.                               (21)

Результирующее сопротивление до точки К4:

;                                    (22)

;                            (23)

.                          (24)

Параметры короткого замыкания:

Ток трехфазного КЗ в точке К4:

кА.                        (25)

Мощность КЗ:

МВА.                            (26)

Однофазный ток короткого замыкания определяется по формуле:

кА.                                  (27)

Двухфазный ток короткого замыкания определяется по формуле:

кА.                             (28)

Ударный ток рассчитываем по формуле, кА:

.                                                       (29)

 ,                                                          (30)

где с – постоянная времени цепи КЗ.

.

кА.

Таблица 2.1.

Расчет токов короткого замыкания.

3. Выбор основного оборудования и токоведущих элементов

подстанции.

3.1. Выбор аккумуляторной батареи.

Для питания оперативных цепей на тяговых и понизительных подстанциях, как правило, применяются свинцово-кислотные аккумуляторные стационарные батареи кратковременного разряда типа СК. В качестве рабочего напряжения оперативных цепей следует принять напряжение U_н = 220 В.

Батарея включается по упрощенной схеме без элементного коммутатора и работает в режиме постоянного подзаряда. У неё имеются отпайки на напряжение 230 и 258 В; которые подключаются к шинам, питающим цепи управления, защиты и сигнализации (230 В) и к шинам цепей включения выключателей (258 В).

Ток аварийного освещения, А:

,                                         (31)

где кВт - мощность аварийного освещения;

В - напряжение аккумуляторной батареи.

Ток цепи управления и защиты, А:

,                                                 (32)

где  кВт - мощность потребляемая цепями управления.

Рассчитываем длительный ток разряда, А:

.                                 (33)

Найдём ток кратковременного разряда в аварийном режиме