Материал: Электроснабжение подстанции

Электроснабжение подстанции

Введение

Сегодня нам сложно представить себе, как могли обходиться без электричества наши предки каких-нибудь лет сто назад. Если речь идет о системах коммуникаций жизнеобеспечения загородного дома: водопровод, отопление, канализация - то даже небольшие перебои в электроснабжении приводят к неприятным последствиям, в конечном итоге - к выходу из строя оборудования. Спасают в случае неожиданного отключения электричества и в удаленности от электромагистральных путей бытовые электростанции (чаще всего, это дизельные электростанции, т.е. дизель генераторы, или бензогенераторы), водоснабжение или полив в этом случае осуществят мотопомпы. Электрогенератор (дизельный генератор, бензиновый генератор, газовый генератор) - отличное решение проблемы электрообеспечения для небольшой мастерской или ремонтной службы. Дизель электростанции (дизель генераторы) и бензогенераторы - надежные помощники на стройплощадках. Современные автономные электростанции имеют широкий диапазон мощностей. Дизельгенераторы и бензогенераторы небольшой мощности удобны для постоянного или аварийного электроснабжения коттеджа, мощные дизельные электростанции в состоянии обеспечить работу промышленного предприятия. Резервные электростанции необходимы на производствах с непрерывным циклом работы. А для определенной категории потребителей электроэнергии недопустим даже кратковременный перерыв электроснабжения, поэтому для них предусмотрено питание от трех независимых источников. Сфера использования независимых электростанций для обеспечения гарантированного электропитания объектов чрезвычайно широка: промышленность и сельское хозяйство, банки и операторы сотовой связи, информационно-вычислительные центры и телекоммуникационные системы, спортивные сооружения и больницы и др. Обычно бензиновые, газовые и дизельные электростанции приобретаются в комплекте с соответствующим оборудованием. Трудно переоценить значение дизель генераторов, бензогенераторов и т.п. в современном мире. В Европе или США дизель генераторы или бензогенераторы имеются практически в каждом доме. В некоторых случаях, когда дизельные электростанции или бензогенераторы нужны на короткий срок или для работ недостаточно мощности основного источника электроснабжения, удобна аренда электростанций(аренда генераторов). Современные электростанции, например, дизельгенераторы, имеют множество модификаций: стационарный или передвижной вариант исполнения, различная степень автоматизации, могут комплектоваться шумоизолирующим кожухом и т.п. Любой электрогенератор состоит из двигателя и собственно генератора. В зависимости от используемого вида двигателя различают бензиновый генератор, дизельный генератор и газовый генератор. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки, поэтому, выбирая электрогенератор, следует учесть условия, в которых он будет эксплуатироваться. Важно знать, насколько технические характеристики конкретного электрогенератора отвечают вашим потребностям. Бензогенераторы удобнее для кратковременного использования, дизельные электростанции - в качестве основного источника электроснабжения, для работы газовых генераторов требуется магистральное газоснабжение или баллоны со сжиженным газом. Дизельгенераторы (дизель электростанции) стоят дороже бензиновых, но у них существенно ниже затраты на топливо и техобслуживание. При частом использовании дизельного генератора разница в цене быстро окупится. Дизельный генератор соответствующей мощности способен обеспечить электроэнергией целый коттеджный поселок. Дизельгенераторы экономичны и надежны в использовании. Еще один плюс дизель генераторов - нетребовательность к качеству топлива. Основными достоинствами бензогенераторов служат их невысокая стоимость, компактные размеры, низкий уровень шума и легкий запуск в условиях пониженной температуры. Газовые генераторы экономичны и экологически безопасны. Но, выбирая электростанцию, следует помнить о том, что суммарная потребляемая мощность должна составлять не менее 25 % от номинальной мощности генератора, важно также правильно рассчитать и максимально потребляемую мощность. В каждом конкретном случае ответ на вопрос, что выбрать: дизельный генератор, бензиновый или газовый, зависит от многих факторов - наличия подходящего топлива, времени работы электростанции, требуемой мощности и др.

1. Выбор схемы электроснабжения подстанции и распределение потребителей по секциям шин

Схемы электрических сетей могут быть радиальными, магистральными и смешанными.

При составлении схемы необходимо учитывать надежность электроснабжения, минимум затрат цветных металлов.

Радиальная схема. При радиальной схеме энергия от одного узла питания поступает к одному или группе электроприемников. Эти схемы применяются в случае, когда группы электродвигателей, сконцентрированных в одном месте, т.е. применяются при крупном сосредоточении нагрузок.

Достоинства: высокая надежность электроснабжения; схемы более гибкие в отношении включения и отключения отдельных электрических приемников; отсутствие влияния повреждения в одном токоприемнике на все остальные; схемы хорошо приспособлены к автоматизации.

Недостатки: большая стоимость из-за большого использования пусковой и защитной аппаратуры и проводникового материала.

Магистральные схемы. Применяются при равномерном распределении потребителей по территории цеха и при питании электроприемников одной технологической линии.

Достоинства: возможность снизить капитальные затраты за счет уменьшения длины питающих линий; возможность снизить количество коммутирующих аппаратов; упрощенность строительной части подстанции.

Недостатки: малая надежность электроснабжения; повреждение магистрали ведет к отключению всех потребителей, запитанных от нее.

В данном курсовом проекте по электроснабжению подстанции предусматривают выбор наиболее целесообразного в технико-экономическом отношении типа подстанции, ее электроснабжение. Выбираем радиальную схему электроснабжения подстанции, т. к. эта схема обеспечивает по сравнению с магистральной, большую надежность, хотя требует больших затрат на сооружение. Выбор этой схемы обусловлен и тем, что при прекращении подачи электроэнергии потребителей 1-й и 2-й категорий, имеющихся в схеме, потери из-за простоя будут стоить больше, по сравнению с затратами на ее сооружение.

Распределяем равномерно нагрузку по секциям шин. От каждой секции шин напряжением 0,4 кВ запитаны три потребителя второй категории и три потребителя первой категории и батарея конденсаторов мощностью 150 кВар. Для большей надежности питания двух секций шин установлен межсекционный выключатель.

2. Расчет электрических нагрузок методом коэффициента максимума

Составляем ведомость потребителей, данные сводим в таблицу 1.

Таблица 1- Ведомость потребителей

При наличии нагрузок 1, 2 и 3 категории необходимо питание подстанции от 2-х и более источников, поэтому осуществление питания производится не менее, чем от двух секций подстанций.

Т.к. секции шин симметричны, расчет нагрузок ведем по 1 с. ш.

Определяем общую установленную мощность Р_ном, кВт, по формуле

P_ном = Σ n_пр × P_пр; (1)

где n_пр - число присоединений;

Р_пр - номинальная мощность присоединения, кВт

Р_ном = 3× 115 + 2 × 60 = 465 кВт;

Определяем среднюю активную мощность за смену Р_см, кВт, по формуле

Р_см=Σ n_пр × Р_пр × К_и; (2)

где К_и - коэффициент использования

Р_см = 3 × 115 × 0,5 + 2 × 60 × 0,8 = 268,5 кВт;

Определяем средний коэффициент использования К_{и ср,} по формуле

К_{и ср} = ; (3)

К_и ср ==0,58;

Определяем коэффициент силовой сборки, по формуле

m =; (4)

где Р_{н max}, Р_{н min} - соответственно, мощность максимального и минимального электроприемника группы, кВт.

m == 3

Согласно [6, с. 56] при n5, Ки0,2, m>3, Pconst эффективное число электроприемников определяется, по формуле

n_э =; (5)

n_э == 77,5

По найденным величинам n_э и К_{и ср} определяем коэффициент максимума согласно [ 6 , с.55, таблица 2.13 или рисунок 2.15 ].

Кmax=1,09;

Определяем максимальную активную мощность нагрузки Р_max, кВт, по формуле

Р_max=К_max × Р_см; (6)

Р_max=1,09 × 268,5 = 292,66 кВт

Определяем среднюю реактивную мощность нагрузки за смену до компенсации Q_см, кВар, по формуле

Q’_см =Σn_пр ×Р_пр × К_и × tgφ; (7)

где tgφ - тангенс каждого присоединения, определяемый по

соответствующему cosφ

Q’_см = 3 × 115 × 0,5× 0,75 + 2× 60 × 0,8 × 0,62 = 188,19 кВар

Определяем реактивную максимальную мощность нагрузки Q_max, кВар, по формуле

Q_max = 1,1×Q_см при n_э  10 (9)

Q_max = Q_см при n_э  10 (10)

Q_max = 38,9 кВар

Определяем максимальную полную мощность S_max, кВА, по формуле

S_max = ; (11)

S_max =  кВА

Определяем максимальный ток I_max, А, по формуле

I_max =; (12)

I_max = А

Расчет для второй секции шин и в целом для подстанции ведется аналогично.

Результаты расчета сводим в таблицу 2.

3. Компенсация реактивной мощности

Определяем тангенс по секции до компенсации, по формуле

tgφ1=; (13)

tgφ1= = 0,7;

Определяем расчетную мощность компенсирующего устройства Q_к, кВар, по формуле

Q_к = Р_см × (tgφ₁-tg φ₂); (14)

где tg φ₂ -тангенс по секции после компенсации, определяемый по cos φ₂=0,98;

tg φ₂=0,2

Q_к = 268,5(0,7-0,2) = 134,25 кВар;

Выбираем стандартную мощность компенсирующего устройства Q_ст согласно [7 с. 306, таблица. 5.1] и [3 с. 382, таблица 6.21] из условия

Q_к ≤ Q_ст; (15)

Выбираем батарею типа УКБ - 0,38 - 150 -У3 , Q_ст = 150 кВар;

Определяем величину разрядного сопротивления r_разр, Ом, по формуле

r_разр= ; (16)

где U_ф - фазное напряжение, кВ; U_ф=0,22 кВ

r_разр1=  = 4,84 кОм;

Расчет по подстанции

P_ном/ст=2P_ном

P_{ном п/ст}=2465= 930

P_{см п/ст}=2P_см

P_{см п/ст}=2268,5= 537

K_{u ср п/пс}=

K_{u ср п/пс}=

m=

_{эф п/ст}=

где P_{н п/ст}=12_{эф п/ст}=

K_{max п/ст}=1.05

P_{max п/ст} = K_{max п/ст} P_{см п/ст}

P_{max п/ст} =1,05537=563,85

Q_{см п/с} =2Q_см

Q_{см п/ст}=

Q_{max п/ст}= Q_{см п/ст}=77,8

S_{max п/ст}=

S_{max п/ст}= кВт

I_max=

I_max= А

=

=

4. Выбор типа, числа и мощности силовых трансформаторов на подстанции

При наличии электроприемников I категории в любом случае должно быть не менее двух трансформаторов.

Определяем расчетную мощность наиболее загруженной секции S_см , кВА, по формуле

S_см =  кВА;   (17)

_см =  кВА

Определяем расчетную мощность силового трансформатора при коэффициенте загрузки 70 ¸ 80 % S_р , кВА, по формуле

_р =  = 387,5 кВА

Определяем мощность силового трансформатора S_нт по [ 3, с.41, таблица 27.6] из условия

_нт = S_р,        (19)

Выбираем трансформатор типа ТМ - 400/10, S_нт = 400 кВА.

387,5 кВА < 400 кВА

Определяем активные потери мощности в трансформаторе D Р, кВт, по формуле

D Р = ΔР_хх + ΔР_кз× К_з²  (20)

D Р = 1,2 + 5,5 × 0,7² = 3,9 кВт

Определяем реактивные потери мощности в трансформаторе D Q, квар, по формуле

D Q = (I_хх + U_кз) × S_нт × 10^-2,  (21)

D Q = (2,1 + 6,5) × 400 × 10^-2 = 34,4 квар

Определяем полную расчетную мощность трансформатора с учетом потерь S_рп , кВА, по формуле

           (22)

S_рп = кВА

Определяем коэффициент загрузки трансформатора в номинальном режиме К_з , о.ед., по формуле

К_з = S_рп / S_нт               (23)

К_з = 282/ 400 = 0,7

Определяем расчетную мощность по подстанции с учетом потерь S_{р п\ст} кВА, по формуле

_{р п\ст} =     (24)

_{р п\ст} =  кВА

Определяем аварийный коэффициент загрузки трансформатора для случая выхода из строя одного из них К_за, о.ед., по формуле

К_за =294,6/400 = 0,7 < 1,4

Технические данные трансформатора приводим в таблице 3.

Таблица 3 - Технические данные трансформатора