Введение. Открытие электроэнергии стало новой, глобальной ступенью в развитии человеческого общества

 

Открытие электроэнергии стало новой, глобальной ступенью в развитии человеческого общества. Трудно представить жизнь современного общества без электроэнергии, экономическое, техническое и культурное развитие которого во многом обусловлено её широким применением.

Широкое применение электроэнергии во всех областях человеческой деятельности объясняется рядом преимуществ перед другими видами энергии:

~Возможность экономичной передачи на значительные расстояния.

~Простота преобразования в другие виды энергии (механическую с помощью электродвигателей. Тепловую с помощью электронагревательных приборов. световую с помощью электроламп и т.д.).

~Возможность получения из других видов энергии (тепловой, гидравлической, атомной, энергии ветра и солнца).

~Простота распределения между любым числом потребителей любой мощности.

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях, а затем, часть электрической энергии передаётся потребителям по ЛЭП на генераторном напряжении, другая часть поступает на расположенную рядом повышающую трансформаторную подстанцию, где напряжение повышается до десятков и сотен киловольт. Такой способ передачи электроэнергии обоснован экономической целесообразностью, так как при высоком напряжении снижаются потери электроэнергии в проводах ЛЭП. Экономически выгодное напряжение для передачи электроэнергии в каждом отдельном случае определяется путем проведения технико-экономических расчётов. Для того. Чтобы подать питание потребителям, необходимо понизить высокое напряжения до нужной величины. Для этого применяются понижающие трансформаторные подстанции, которые в зависимости от того как они присоединены к питающей сети бывают узловыми, проходными, ответвительными и концевыми.

В силу развития во всех отраслях человеческой деятельности информационных технологий, наблюдается их применение и на электрических подстанциях. Современные электрические подстанции оснащаются автоматизированными рабочими местами, оператор которого может в любой момент времени узнать полную информацию о любом объекте на экране монитора. Постоянно следить за происходящими изменениями состояния объектов и своевременно реагировать на них. Не отходя от экрана монитора оператор может выполнять абсолютно любые переключения оборудования.

В моём курсовом проекте будет представлена рядовая понижающая районная концевая электрическая подстанция, так как она будет установлена в районе потребления электроэнергии, понижать первичное напряжение с 110 кВ до 35 кВ и распределять питание непосредственно потребителям электроэнергии.

При проектировании трансформаторной подстанции я должен выдержать следующие условия:

~обеспечивать надежность электроснабжения потребителей;

~осуществлять эксплуатацию с минимальными затратами средств и расходом материалов;

~обеспечивать безопасность и удобство обслуживания;

~исключать возможность ошибочных операций персоналом в процессе срочных переключений.

Кроме того исходя из Правил устройства электроустановок, а также из того, что к проектируемой подстанции будут подключены потребители первой и второй категорий, необходимо выдержать следующие условия для этих потребителей:

~Перерыв в электроснабжении потребителей первой категории не должен превышать 1,3 с, так как это может повлечь за собой тяжёлые последствия: опасность для жизни людей; значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования; массовый брак продукции; расстройство сложного технологического процесса; нарушение особо важных элементов коммунального хозяйства.

~Перерыв в электроснабжение потребителей второй категории не должен превышать время, необходимого на переход к резервному питанию дежурным персоналом. Последствия в результате перерыва в электроснабжении этого типа потребителей влечёт за собой менее тяжкие последствия, но и они могут привести к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества людей.

Помимо этого потребители как первой так и второй категории получают питание не менее чем от двух источников.

Исходя из вышесказанного на проектируемой подстанции будут установлены два силовых понижающих трансформатора. Но кроме силовых понижающих трансформаторов на подстанции устанавливается ещё много оборудования, такое как трансформаторы тока, напряжения, силовые высоковольтные выключатели, реле напряжения и тока, счётчики активной и реактивной энергии. Всё это оборудование в совокупности обеспечивает надёжное и бесперебойное питание потребителей.

1. Расчёт полной мощности проектируемой подстанции
и выбор главных понижающих трансформаторов.

 

1.1. Расчёт активных максимальных мощностей каждого потребителя.

 

Расчёт максимальных активных мощностей Р_макс каждого потребителя проектируемой подстанции производится исходя из установленной мощности потребителя Р_уст и его коэффициента спроса К _с. Максимальная активная мощность определяется формулой (1.11):

(1.1.1)

 

 

Суммарная активная мощность потребителей находится по формуле (1.12):

 

 

 

Исходя из полученных значений максимальных активных мощностей, а также из процентных значений суточных графиков активных нагрузок, рассчитываются активные мощности каждого потребителя за каждый час работы, а также суммарная мощность каждого часа работы всех потребителей. Результаты расчётов сводятся в таблицу 1, в которой приведены процентные значения активных мощностей за каждый час работы потребителей. Расчёт активной мощности каждого часа производится по формуле (1.13):

(1.13)

 

где Р_{t n} (вторая) – процентное значение активной мощности потребителя.

 

Результаты расчётов сведены в таблице 1. Исходя из полученных расчётных данных выбирается час, в котором суммарная мощность всех потребителей была максимальна[*].

Таблица 1

Потребитель 1	Потребитель 2	Потребитель 3	Потребитель 4	Потребитель 5	Сум. мощ-ть 35 кВ	Сумм мощ-ть 10 кВ
Часы	Р, %	Р, кВт	Часы	Р, %	Р, кВт	Часы	Р, %	Р, кВт	Часы	Р, %	Р, кВт	Часы	Р, %	Р, кВт	кВ	кВ
0-1			0-1			0-1		1778,7	0-1		1291,5	0-1		231,42		3301,62
1-2			1-2			1-2		871,2	1-2		1014,75	1-2		462,84		2348,79
2-3			2-3			2-3		871,2	2-3		953,25	2-3		335,16		2159,61
3-4			3-4			3-4		871,2	3-4		1168,5	3-4		71,82		2111,52
4-5			4-5			4-5		871,2	4-5		1014,75	4-5		231,42		2117,37
5-6			5-6			5-6		871,2	5-6			5-6		303,24		2281,44
6-7			6-7			6-7			6-7		1014,75	6-7		215,46		2682,21
7-8			7-8			7-8		1923,9	7-8		1168,5	7-8		494,76		3587,16
8-9			8-9			8-9		1923,9	8-9			8-9		143,64		4035,54
9-10			9-10			9-10		1597,2	9-10		2183,25	9-10		422,94		4203,39
10-11			10-11			10-11		1597,2	10-11			10-11		670,32		5342,52
11-12			11-12			11-12		1306,8	11-12			11-12		742,14		3893,94
12-13			12-13			12-13		1306,8	12-13			12-13		406,98		3681,78
13-14			13-14			13-14		1306,8	13-14			13-14		710,22		4354,02
14-15			14-15			14-15		1597,2	14-15		2121,75	14-15		638,4		4357,35
15-16			15-16			15-16		1778,7	15-16		1168,5	15-16		422,94		3370,14
16-17			16-17			16-17		3375,9	16-17			16-17		319,2		6032,1
17-18			17-18			17-18			17-18		2675,25	17-18		550,62		6855,87
18-19			18-19			18-19			18-19		2244,75	18-19				6672,75
19-20			19-20			19-20			19-20		1445,25	19-20		191,52		5266,77
20-21			20-21			20-21			20-21			20-21		510,72		6108,72
21-22			21-22			21-22		3375,9	21-22		2121,75	21-22		582,54		6080,19
22-23			22-23			22-23			22-23		2244,75	22-23		406,98		5555,73
23-24			23-24			23-24		1851,3	23-24		1906,5	23-24		391,02		4148,82

 

1.2. Расчёт реактивных максимальных мощностей каждого потребителя.

 

Для расчёта реактивных максимальных мощностей каждого потребителя необходимо определить tg φ; каждого потребителя, он вычисляется по формуле (1.2.1):

 

(1.2.1)

где cos φn – коэффициент мощности потребителя

Исходя из полученных значений tg φ; рассчитываем максимальные реактивные мощности Q_макс для каждого потребителя по формуле (1.2.2), в которой

Р_{макс n} – максимальная активная мощность потребителя:

(1.2.2)

Суммарная реактивная мощность потребителей вычисляется по формуле (1.2.3):

(1.2.3)

 

Расчёт полной мощности потребителей

 

Следующим шагом в проектировании подстанции является расчёт её полной максимальной мощности потребителей S_макс.

Расчёт максимальной полной мощности производится согласно формуле (1.3.1):

(1.3.1)

 

 

где Р_пост – постоянные потери, 1-2%;

Р_пер – переменные потери, 6-10%;

– суммарная активная мощность потребителей, кВт;

– суммарная реактивная мощность потребителей, квар;

 

S_ТСН – мощность трансформатора собственных нужд, кВА.

 

Для расчёта максимальной полной мощности принимаются постоянные и переменные потери, соответственно 2% и 8%

 

+
Выбор понижающих трансформаторов.

 

Исходя из того, что в нормальном режиме работают одновременно два трансформатора, то мощность каждого из них целесообразно принять такой, чтобы при выходе из строя одного трансформатора, второй мог полностью взять на себя нагрузку первого.

Следствием вышесказанного является то, что мощность главных понижающих трансформаторов следует определять исходя из условий аварийного режима. Для этого рассчитывается мощность одного трансформатора по следующей формуле (1.4.1):

 

(1.4.1)

 

Для расчёта этой формулы необходимы следующие данные:
– полная мощность (см. пункт 1.3);
– коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатора по отношению к его номинальной мощности, ;
– количество понижающих трансформаторов, принятое к установке на подстанции, ;

 

Исходя из значения расчётной мощности выбирается тип главного понижающего трансформатора по приведённым ниже условиям.

 

Условия выбора трансформатора:

~номинальная мощность выбираемого трансформатора должна быть больше или равна расчётной мощности (S_н.тр. ≥ S_{тр.расч .});

~номинальное напряжение обмоток высшего и низшего напряжения должно быть больше или равно соответствующим рабочим напряжениям (U_1н ≥ U_1раб; U_2н ≥ U_2раб)

 

Тип главных понижающих трансформаторов выбирается из таблицы 2.6 [2, стр. 42].

Исходя из условий выбирается трансформатор типа ТДТН-16000/110 (Т – трёхфазный; Д – с дутьевым охлаждением масла трансформатор; Н – с регулировкой напряжения под нагрузкой; 16000 кВА – номинальная мощность; 115 кВ – номинальное напряжение первичной обмотки, кВ; 38,5 – номинальное напряжение обмотки среднего напряжения, кВ; 11 – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, кВ).

Выбранный трансформатор подходит для проектируемой подстанции, так как удовлетворяет вышеприведённым условиям:

16000 >13088,7 кВА

115 > 110 кВ

38,5 > 35 кВ