Проектирование районной ГПП 220/35/10 кВ презентация

Цель:
Проектирование районной понизительной подстанции 220/35/10 кВ
Актуальность:
Проектирование современной подстанции, с учетом технических и экономических требований, обеспечивающий множество критериев: экономичность, в том числе и энергосбережение, надежность, качество электроэнергии, электробезопасность и ряда других. является важной задачей, так как для вышеперечисленных критериев все время задаются новые стандарты, их несоблюдение недопустимо. По истечению сроков эксплуатации системы СЭС нуждаются в техническом перевооружении, при этом необходимо учитывать современные реалии.

Постановка задачи
Рассмотрим подстанцию со следующими данными
Данные по потребителям

Обработка графиков нагрузок
Типовые суточные графики для РУ ВН, РУ СН, РУ НН по исходным данным:
Суточный типовой график активной нагрузки потребителей, подключенных к РУ ВН
Суточный типовой график активной нагрузки потребителей, подключенных к РУ CН
Суточный типовой график активной нагрузки потребителей, подключенных к РУ НН

Годовые графики продолжительности нагрузок для каждой обмотки трансформатора:
Годовой график продолжительности нагрузок, потребителей, подключенных к РУ ВН
Годовой график продолжительности нагрузок, потребителей, подключенных к РУ СН
Годовой график продолжительности нагрузок, потребителей, подключенных к РУ НН

Результаты расчетов обработки графиков нагрузок

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на проектируемой подстанции
Для проектируемой подстанции целесообразна установка двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Ставится требование, что при выходе из строя или при выводе в ремонт одного трансформатора, оставшийся должен полностью обеспечивать бесперебойное питание ответственных потребителей. Исходя из этих требований обеспечения надёжности, на районных подстанциях, имеющих потребителей I и II категорий, как правило, предусматривается установка двух трансформаторов с возможностью дальнейшего расширения. Мощность трансформаторов такой подстанции определяют на основе технико-экономического сравнения двух вариантов.
При числе трансформаторов n > 1 мощность каждого из них выбирается по формуле [1]:

Берется стандартное значение, приведенное в ГОСТ 9680-77Е [2], максимально близкий к полученному результату со стороны увеличения. Ближайшее значение номинальной мощности: 25 МВА.
Методом подбора и сравнения для дальнейших технико-экономических расчетов берем 2 трансформатора: ТДТН-25000/220 и ТДТН-40000/220, основные каталожные параметры которых приведены в [3].

Технико-экономические расчеты по выбору мощности силовых трансформаторов

Проведем технико-экономические расчеты для подбора экономически выгодного варианта.

Показатели экономической эффективности [4]

Технико-экономические показатели для первого варианта

Технико-экономические показатели для второго варианта

Графическое определение дисконтированного срока окупаемости инвестиционного проекта
Срок окупаемости для варианта Т1: 3 года;
Срок окупаемости для варианта Т2: 4 года;

Сравнение полученных результатов
Из технико-экономического расчета делаем вывод, что первый вариант экономически выгоден. Поэтому для дальнейших расчетов выбираем трансформаторы ТДТН 25000/220.
Установим значение мощности в экономически целесообразном режиме работы двух параллельно работающих трансформаторов:

Выбор главной схемы электрических соединений
Так как доля потребителей I и II категорий в проектируемой подстанции занимает в сумме 80%, то на стороне РУ ВН 220 кВ выбираем схему «мостиковая с выключателем в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов». В таких схемах транзит мощности осуществляется через рабочую перемычку с выключателем. Ремонтная перемычка служит для сохранения транзита при выводе в ремонт выключателя рабочей перемычки. На стороне РУ СН 35 кВ и на РУ НН выбираем схему “одна рабочая, секционированная выключателем система шин. В нормальном режиме выключатели QВ1 и QВ2 отключены.
Главная схема электрических соединений энергообъекта – это совокупность основного электротехнического оборудования, коммутационной аппаратуры и токоведущих частей, отражающая порядок их соединения между собой

Расчет токов короткого замыкания
Расчет токов короткого замыкания производится для того, чтобы по ним выбрать выключатели, токопроводы и шины. Расчет производится в относительных единицах. В начале составляется схема замещения на основе каждого схем каждого элемента. При составлении схем замещения в начале выбирается базисное напряжение и осуществляется перевод в относительные единицы.
Требуется выбрать расчетное время трехфазного короткого замыкания, необходимое для проверки электрооборудования на электродинамическую и термическую стойкость, на ударный ток, а также на отключающую способность.

Однолинейная схема замещения для схемы сетевого района, в которую входят все источники питания, участвующие в питании места КЗ, и все элементы электроснабжения (трансформаторы, воздушные линии), расположенные между источниками и местом КЗ. В схему не войдут нагрузки, так как они удалены от места КЗ и практически не влияют в «подпитки» КЗ. Все полученные значения сопротивлений даются в относительных единицах и приведены к базовым условиям. Для удобства восприятия индексы * опущены:

Результаты расчетов токов короткого замыкания
Выбор основного электрооборудования и токоведущих частей
Расчет токов продолжительного режима
Продолжительный режим работы электротехнического устройства – это режим, продолжающийся без перерыва, с рабочим периодом, равным времени достижения установившейся температуры устройства при постоянной температуре охлаждающей среды.
Цепь трехобмоточного трансформатора на подстанции. На стороне ВН, СН, НН токи нагрузки находят по следующим формулам:

Выбор шин распределительных устройств и силовых кабелей

Выбор изоляторов
В РУ используются следующие виды изоляторов: опорные, проходные, подвесные.

ИОС-10-8-УХЛ1
ПС-11
С6-950-II-М УХЛ1
ИП-10/1600-7,5 УХЛ2
Выбранные изоляторы

Выбор выключателей
Выключатели предназначены для отключения и включения цепей в нормальных и аварийных режимах. Они должны обеспечить отключение токов КЗ и включение на существующие КЗ. Выключатель должен обладать достаточной отключающей способностью, малым временем отключения, допускать операции АПВ, допускать возможно большее число отключений без ревизии и ремонта. Кроме того, выключатели характеризуются динамической и термической стойкостью при протекании токов КЗ [1].
Выбор высоковольтных выключателей на стороне ВН. Из [5] берем выключатель элегазовый ВГТ-220-40/3150 ХЛ1

Выбор высоковольтных выключателей на стороне СН. Из [9] берем выключатель элегазовый ВГТ-35II-50/3150 ХЛ1
Выбор высоковольтных выключателей на фидерах СН. Из [9] берем выключатель элегазовый ВБЭТ-35III-25/630 УХЛ1

Выбор высоковольтных выключателей на стороне НН. Из [6] берем выключатель элегазовый ВБЭ-10-31,5/1600 УХЛ2
Выбор высоковольтных выключателей на фидерах НН. Из [10] берем выключатель элегазовый ВБ-10-20/630 У2

Выбор разъединителей
Разъединитель — это коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации цепи без тока. Основное назначение разъединителя — создание надежного видимого разрыва цепи для обеспечения безопасного проведения ремонтных работ на оборудовании и токоведущих частях электроустановки [4].
Выбор разъединителей наружной установки на стороне ВН. Из [6] берем разъединитель РДЗ-1-220/1000 УХЛ1
Выбор разъединителей наружной установки на стороне СН. Из [7] берем разъединитель РДЗ-35Б/1000 НУХЛ1

Выбор трансформаторов тока
Трансформатор тока (ТТ) предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины 1А или 5А и для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения [8].
Выбор измерительных ТТ наружной установки на стороне ВН. Берем трансформатор тока ТФЗМ-220Б-III-У1
Выбор измерительных ТТ наружной установки на стороне СН. Берем трансформатор тока ТФЗМ-35Б-II-У1

Выбор измерительных ТТ наружной установки на фидерах СН. Из [9, табл. 5.9] берем трансформатор тока ТФЗМ-35Б-I-У1
Выбор измерительных ТТ наружной установки на стороне НН. Из [9, табл. 5.9] берем трансформатор тока ТЛ-10-2-II-2

Выбор измерительных ТТ наружной установки на фидерах НН. Из [9, табл. 5.9] берем трансформатор тока ТОЛ-10-I-1

Выбор трансформаторов напряжения
Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартной величины 100 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения [8].
Выбор измерительных ТН на стороне СН. Из [10] берем трансформатор тока НОЛ-СЭЩ-35.
Выбор измерительных ТН на стороне НН. Из [10] берем трансформатор тока НОЛ-СЭЩ-6.

Выбор предохранителей
Предохранители предназначены для защиты установки от перегрузки и КЗ. Плавкие предохранители являются аппаратами одноразового действия с пофазным отключением защищаемой цепи. Основным элементом является плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, сгорание которой приводит к отключению элемента [13].
Выбор предохранителей наружной установки на стороне СН. По [11] выбираем плавкие предохранители для защиты трансформаторов напряжения ПКН 001-35 ХЛ1.

Выбор ограничителей перенапряжений
Ограничители перенапряжений предназначены для защиты изоляции электрооборудования переменного тока частотой 50 Гц электрических сетей напряжением от 0,5 до 500 кВ от атмосферных и коммутационных перенапряжений [13].
Выбор ОПН на стороне НН производился из [12].

Выбор ОПН на стороне СН производился из [12]. Выбор ОПН на стороне ВН производился из [13].
ОПН РК 35/42
ОПНп 220/550/152

Выбор релейной защиты
Выбор релейной защиты ПС
Защита силовых трансформаторов
Газовая защита. От витковых замыканий и других повреждений внутри кожуха трансформатора, связанных с выделением газа и понижением уровня масла.
Дифференциальная токовая защита. От многофазных КЗ в обмотках трансформатора и на его выводах.
Максимальная токовая защита. От внешних токов симметричных и несимметричных КЗ.
Максимальная токовая защита с одним реле в одной фазе. От перегрузок.
Защита шин 220 кВ
Поперечная направленная дифференциальная защита. От междуфазных замыканий.
Защита нулевой последовательности. От токов однофазных и многофазных КЗ.
Защита шин 35 и 10 кВ
Максимальная токовая защита. От междуфазных замыканий.
Балансная защита. От двойных замыканий на землю и двухфазных замыканий на землю в одной точке.
Защита нулевой последовательности. От замыканий на землю.
Защита кабельных линий 10 кВ и 35 кВ
Продольная дифференциальная защита. От многофазных замыканий.
Токовая защита нулевой последовательности. От однофазных замыканий с действием на сигнал.

Выбор автоматики ПС
АВР
Назначение АВР состоит в том, чтобы при авариях, когда по тем или иным причинам исчезает напряжение на одной системе (секции) сборных шин, опознать сложившуюся аварийную ситуацию и без вмешательства персонала автоматически восстановить электроснабжение потребителей от резервного источника питания. Рассмотрим схему и принцип действия АВР выключателя (рис.8.2.1) [18].
Пусковой орган УАВР содержит минимальные реле напряжения KV1, KV3 и максимальное реле напряжения KV2. Выдержку времени создаёт реле времени КТ. Однократность действия обеспечивается промежуточным реле KLT, имеющим при возврате выдержку времени. В нормальном режиме выключатель Q4 включён, а выключатель QB1 отключён. На шинах и на вводах от Т1 к секции шин А1 имеется напряжение. Контакты минимальных реле напряжения KV1 и KV3 разомкнуты, а контакт максимального реле напряжения KV2 замкнут. Вспомогательные контакты Q4.1 и Q4.2 выключателя Q4 замкнуты, а вспомогательный контакт Q4.3 разомкнут. При этом реле KLT находится в возбуждённом состоянии и его контакты KLT.1 и KLT.2 замкнуты. Вспомогательный контакт QB1.1 выключателя QB1 замкнут; цепь электромагнита включения УАС2 подготовлена.

АПВ
Рассмотрим принцип работы и схему двукратного АПВ линий, оборудованных выключателями с электромагнитными приводами, с применением реле типа РПВ-258 (рис.8.2.2). данное устройство применяют для линий с одно/двухсторонним питанием на подстанциях, работающих на оперативном постоянном токе. В схеме АПВ двукратного действия для осуществления первого цикла используют проскальзывающий контакт реле времени 1В, а второго поперечный контакт 1В. После срабатывания реле 1В замыкается его проскальзывающий контакт 1В и конденсатор 1С разряжается на параллельную обмотку реле 1П и обмотку вспомогательного реле 1У, вызывая их кратковременное срабатывание. При неуспешном АПВ в первом цикле защита вновь срабатывает, и на реле времени 1В подаётся напряжение. проскальзывающий контакт 1В замыкается, но реле 1П не срабатывает, т.к. конденсатор 1С не успевает разрядиться. При замыкании замыкающего контакта 1В, имеющего выдержку времени при замыкании, конденсатор 2С разряжается, срабатывают реле 1П и 2У и выключается выключатель так же, как и в первом цикле.

Заключение
В результате дипломного проектирования спроектирована районная гпп для электроснабжения потребителей электрической энергией напряжением 220/35/10 кВ. Подстанция питается от энергосистемы по ВЛ – 220 кВ. На подстанции устанавливаются два трансформатора одинаковой мощности типа ТДТН, с мощностью 25 МВА каждый.
Главная схема электрических соединений подобрана так, чтобы максимально снизить вероятность отказов и перебоев в электроснабжении. При этом достигается необходимая и достаточная надежность работы СЭС на подстанции. Проектирование включает технико-экономические расчеты с целью подборки оптимальной системы электроснабжения. Качество электроэнергии на подстанции обеспечивается: устройствами автоматического регулирования напряжения (РПН), установленными в силовых трансформаторах, что позволяет без отключения трансформаторов изменить напряжение в заданных пределам. На подстанции установлены необходимые устройства релейной защиты и автоматики для бесперебойного и надежного снабжения электроэнергией ответственных потребителей.
В силу сжатых сроков на проектирование, в данной работе не освещены следующие пункты: измерение и учет электроэнергии, выбор оперативного тока и источников питания, собственные нужды подстанции, РПН, выбор конструкции распределительных устройств, заземление и молниезащита подстанции. Проектирование производилось с учетом технических и экономических требований [15]. Выбор современного оборудования позволил повысить надёжность и актуальность объекта проектирования.
Итогом проделанной работы стало приобретение навыков по проектированию электрической части электростанций и подстанций, также навыков рационального использования теоретических сведений и справочных материалов при решении вопросов проектирования как отдельных узлов электроустановки, так и подстанции в целом, получения навыков решения ряда задач, возникающих при проектировании электроустановок: выбора основного оборудования электрических станций и подстанций, разработки схем их первичных цепей, компоновке оборудования на территории распределительного устройства и т. д.
Таким образом был осуществлён проект районной понизительной подстанции.

Список литературы:
1. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. 3-е изд. испр. и доп. М.: Энергоиздат, 1987.
2. ГОСТ 9680-77Е. Трансформаторы силовые мощностью 0,01 кВА и более. Ряд номинальных мощностей. М.: Государственный комитет стандартов совета министров СССР, 1977.
3. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов/под ред. В.М. Блока. 2-е изд. испр. и доп. М.: Высшая школа, 1990.
4. Каталог ЗАО «Энергомаш», 2011.
5. Каталог АО «НПП Контакт», 2006.
6. Каталог ООО «АВМ Ампер», 2010.
7. Каталог ЗАО «Завод электротехнического оборудования», 2009.
8. Коломиец Н.В, Пономарчук Н.Р., Шестакова В.В. Электрическая часть электростанций и подстанций: учебное пособие. Томск. Изд-во Томск. политех. ун-та, 2007.
9. Неклепаев Б. И. Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учебное пособие/4-е изд. испр. и доп.. М.: Энергоатомиздат, 1989.
10. Каталог ОАО «Электрощит», 2016.
11. Каталог ООО «КАЭЗ», 2015.
12. Каталог ЗАО «ГК «Таврида Электрик», 2016.
13. Каталог НПО ЗАО «Полимер-Аппарат», 2013.
14. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Высшая школа, 1991.
15. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ. М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2009.
16. Правила устройства электроустановок. Минэнерго. М.: Главгосэнергонадзор, 2005.