Технические решения по строительству ПС 110 кВ «Южная» и питающих ВЛ 110 кВ

• электроснабжение осуществляется от двух независимых взаимно резервируемых источников питания;
• питание потребителей должно производиться от двухтрансформаторной подстанции;
• перерыв в электроснабжении потребителей при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

К установки принята комплектная трансформаторная блочная подстанция типа КТПБ – 110 – 4Н – 1/10 – 2 на 16000 – 63 – А – 2 – 85 У1 изготовленное ОАО «Самарским заводом Электрощит».

ОРУ 110 кВ предусмотрено по схеме 110 – 4Н с элегазовыми выключателями 1ТВ – 14501/В с приводом В1К – 222, разъединителями 8СР 123п с приводами на 31-80 на главных и замещающих ножах, трансформаторами напряжения СРВ – 123, трансформаторами тока ТС – 145 и ограничителями напряжения ЕХМ.

На стороне 10 кВ предусмотрено комплектное распределительное устройство внутренней установки, состоящее из шкафов типа К – 63 УЗ в количестве 26    шт. , в том числе 18 отходящих линий. Шкафы приняты с вакуумными выключателями типа ВВ/ТЕ 0 – 20/630 (100, 1600) УХЛ1.

Шкафы К – 63 УЗ размещаются в модульном здании, состоящие из 9 транспортных блоков климатического исполнения УХЛ1. В пределах каждого транспортного блока полностью осуществлен монтаж оборудования ( шкафов КРУ, шинных перемычек, шинопроводов, панелей, лотков).

Питание собственных нужд подстанции предусмотрено от  трансформаторов ТМ – 110/10 У1, напряжением 10/0.4 кВ, установленных в шкафах типа К – 59 УХЛ1 (ТСН №1рабочий, ТСН №2 резервный). Трансформаторы подключены до ввода 10 кВ.

Оперативный ток на подстанции постоянный, напряжением 220В.

Источником постоянного тока является аппарат управлением оперативным током со шкафом аккумуляторным типа АУОТ-16/20-110/220-УХЛỈ, установленном в модульном здании.

Согласно проведенным расчетом, оборудование подстанции устойчиво к действию токов короткого замыкания.

Для предотвращения ошибочных действий при оперативном переключение предусматривается электромагнитная и механические блокировки заводской поставки.

Защита оборудования подстанции от перенапряжений, набегающих с линий, выполняются с помощью ограничителей перенапряжения, присоединяемых к шинам 110 и 10 кВ.

 

2.4 Технические решения по строительству ВЛ 110 кВ

 

Проектируемую ПС «Южная» запитать в продление ВЛ-110 кВ Тобольская-Волгинская 1-ая и 2-ая цепи с сооружением двух цепей ВЛ-110 кВ длиной около 10км.

Выполнить разрыв  цепи ВЛ-10 кВ Тобольская-Волгинская в районе опоры №17 и выполнить заход на ПС 500/220/1 10/1О кВ «Иртыш» длиной около 4.3км. предназначаются для присоединения к энергосистеме ПС 110/10 кВ «Южная».

В соответствии с ПУЭ, по условиям обеспечения требуемой надежности электроснабжения потребителей, проектируемые ответвления должны быть выполнены на одноцепных опорах. Проектируемые одноцепные ответвления от существующих ВЛ 110 кВ присоединяются в собственные ячейки 110 кВ с выключателями на ПС 110/10 кВ «Южная», сооружение которых предусматривается в составе настоящего проекта.

Начальной точкой трасс проектируемых ВЛ 110 кВ являются места их примыкания к ВЛ 110 кВ Тобольская-Волгинская 1-ая и 2-ая, конечной точкой  - приемные устройства на ПС 110/10 кВ «Южная». Специальных мероприятий по защите от электромагнитных помех не требуется.

 

2. Выбор сечения проводов

 

Сечение проводов и кабелей выбирают по техническим и экономическим соображениям. Выбор сечения по нагреву производят по расчетному току. За расчётные токи (Iр) принимаются значения, определяемые по формуле:

                                                              (2.4)

Выбор сечения проводов воздушных линий напряжением 110 кВ по экономической плотности тока производится следующим образом. Экономически целесообразное сечение (Fэк):

                                                   (2.5)

где jэк – нормированное значение экономической плотности тока, для заданных условий работы.

Затем необходимо выполнить проверку по допустимой токовой нагрузке по нагреву:

                                                (2.6)

где Iдоп – допустимый длительный ток для проводов по ПУЭ.

В соответствии с формулами (2.4 – 2.6) находится сечение проводов ответвлений от ВЛ 110 кВ Тобольская-Волгинская 1-ая и 2-ая:

Число часов использования максимального перетока мощности по ВЛ составит 5500 часов. При этом экономическая плотность тока по ПУЭ составит  jэк =1 А/мм2.

(на две цепи)

Ближайшее нормируемое сечение для одного провода ВЛмм2.

Ввиду прохождения проектируемых ответвлений ВЛ 110 кВ по территории городской застройки, учитывая возможность в дальнейшем присоединения новых потребителей, а также в соответствии с рекомендациями по проектированию городских электрических сетей для проектируемых ответвлений от ВЛ 110 кВ принимается провод АС – 150 / 24. Данное сечение достаточно по условиям короны.

Проверяем выбранное сечение по допустимой токовой нагрузке по нагреву:

163 < 450 А.

Защита линии от прямых ударов молнии осуществляется подвеской одного грозозащитного троса – провода АЖС 70 – 39 по всей длине ВЛ. Сечение троса удовлетворяет условиям термической стойкости при однофазных коротких замыканиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3  РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

 

Коротким замыканием (КЗ) является всякое не предусмотренное нормальными условиями работы соединение двух точек электрической цепи (непосредственно или через пренебрежительно малое сопротивление). Причинами КЗ являются механические повреждения изоляции, её пробой из-за перенапряжения и старения, обрывы, набросы и схлёстывания проводов воздушных линий (ВЛ), ошибочные действия персонала и тому подобное. В следствии КЗ в цепях возникают опасные для элементов сети токи, которые могут вывести их из строя. Поэтому для обеспечения надёжной работы электрооборудования, устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), электрической сети в целом производится расчёт токов КЗ.

В трёхфазных сетях и устройствах различают трёхфазные (симметричные), двухфазные и однофазные (не симметричные) КЗ. Могут иметь место также двухфазные КЗ на землю, КЗ с одновременным обрывом фаз. Наиболее частыми являются однофазные КЗ на землю (до 65% от общего числа КЗ), значительно реже случаются двухфазные КЗ на землю (до 20% от общего количества КЗ), двухфазные КЗ (до 10% от общего количества КЗ) и трёхфазные КЗ (до 5% от общего количества КЗ) [2].

При расчетах токов КЗ для облегчения вычисления принимаются следующие допущения:

• все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки КЗ, работают одновременно и с номинальной нагрузкой;
• ЭДС все источников считаются совпадающими по фазе;
• напряжение источников питания при коротком замыкании остаются неизменными;
• расчетное напряжение каждой ступени схемы электроснабжения принимается на 5 % выше номинального значения;
• короткое замыкание наступает в тот момент времени, при котором ударный ток КЗ будет иметь наибольшее значение;
• сопротивление места КЗ считается равным нулю;
• не учитываются емкости, а, следовательно, и емкостные токи в воздушных и кабельных сетях;
• не учитываются токи намагничивания трансформаторов;
• не учитываются активные сопротивления элементов цепи, если их суммарное сопротивление до точки КЗ не превышают 1 / 3 суммарного индуктивного сопротивления [1].

 

1. Выбор и составление расчётной схемы электрической сети и схемы замещения

 

Расчётная схема является изображением первичной схемы сети в однолинейном исполнении, на которой указывают паспортные данные всех входящих в неё элементов, имеющих электрическое сопротивление – генераторов, трансформаторов, ЛЭП, реакторов, электродвигателей.

На основании электрической схемы Тобольских электрических сетей составляется расчётная схема электрической сети (рис. 3.1.).

 

Рисунок 3.1. Принципиальна расчетная схема электрической сети

 

Источниками для питания подстанции 110/10 кВ «Южная» являются шины высокого напряжения подстанции «Тобольская» 110/35/10 кВ. Электроэнергия от источников питания к подстанции передаётся по двум одноцепным воздушным линиям электропередачи. На подстанции установлены два трансформатора ТДН – 16000 /110.

На основании расчётной схемы составляется схема замещения, в которой все перечисленные элементы заменяются своими электрическими сопротивлениями. Общая схема замещения приведена на рисунке 1.3.       

Места расположения точек КЗ выбираются таким образом, чтобы проверяемое электрооборудование в момент КЗ находилось в наиболее неблагоприятных условиях. Следовательно, точки КЗ располагаются на шинах 110 и 10 кВ.

Рисунок 3.2 Схема замещения

 

На схеме замещения приняты следующие обозначения: ХС1, ХС2 – реактивные сопротивления системы; RЛ1, RЛ2 – активные сопротивления ВЛ; ХЛ1, ХЛ2 – индуктивные сопротивления ВЛ; RTP B, RTP H – активные сопротивления трансформатора высокой, низкой обмотки; ХТР В, ХТР Н – реактивное сопротивление трансформатора высокой, низкой обмотки.

 

3.2 Расчет параметров элементов схемы замещения

 

Параметры, входящие в расчётную схему элементов, в справочной литературе указывают в различных единицах, отнесённых к номинальным условиям работы. Расчёт сопротивлений элементов схемы замещения производится в именованных единицах.

Сопротивление системы определяется исходя из заданных токов короткого замыкания системы в минимальном и максимальном режимах работы электрической сети. При заданном токе КЗ системы I″кс сопротивление системы определяется по формуле:

                                                     (3.1)

По данной формуле ниже произведен расчет сопротивлений системы со стороны линии «Тобольская  – Волгинская-1»:

Аналогично рассчитываются сопротивления системы со стороны линии «Тобольская  – Волгинская-1». Результаты расчёта сопротивлений Системы представлены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1 - Сопротивления системы в максимальном и минимальном режимах работы системы

Режим работы	Хс1 , Ом	Хс2, Ом
Максимальный режим работы системы	3,422	3,689
Минимальный режим работы системы	11,066	11,253

 

Электроэнергия поступает от источников питания к подстанции по двум одноцепным ответвлениям от ВЛ: «Тобольская  – Волгинская-1»» и «Тобольская  – Волгинская-2».

Исходные параметры ВЛ представлены в таблице 3.2. Удельные сопротивления взяты из характеристик существующих ВЛ.

Таблица 3.2 -Исходные параметры ответвлений от ВЛ

Название линии	Марка провода	Протяжённость ВЛ, км	Удельные сопротивления, Ом/км
			r0	х0
«Тобольская  – Волгинская-1»	АС-150	0,17	0,21	0,458
«Тобольская  – Волгинская-2»	АС-150	0,18	0,21	0,458

 

Сопротивление ВЛ рассчитываются по следующим формулам:

                                               (3.2)

где Rл – активное сопротивление ВЛ, Ом;

      r0 – удельное активное сопротивление ВЛ, Ом/км;     

      l – длина участка ВЛ, км;

                                             (3.3)

где Хл – реактивное сопротивление ВЛ, Ом;

      х0 – удельное реактивное сопротивление ВЛ, Ом/км;

По вышеприведённым формулам производится расчёт активных и реактивных сопротивлений ответвления от ВЛ «Тобольская  – Волгинская-1»:

Rл1 = 0,21 * 0,17 = 0,036 Ом

Хл1 = 0,458 * 0,17 = 0,078 Ом

Аналогично рассчитываются параметры ответвления от второй ВЛ «Тобольская  – Волгинская-2». Результаты расчёта сопротивлений ВЛ представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Расчётные параметры ВЛ

Название линии	Rлi, Ом	Хлi, Ом
«Тобольская  – Волгинская-1»	0,036	0,078
«Тобольская  – Волгинская-2»	0,038	0,082

 

Преобразование электроэнергии напряжением 110 кВ в электроэнергию напряжения – 10 кВ производится силовыми трансформаторами.

Расчётными параметрами трансформаторов являются реактивные сопротивления обмоток. Известно, что современные трансформаторы распределительных сетей напряжением 35 кВ и выше имеют автоматические регуляторы напряжения (РПН), цель которых поддерживать на шинах низшего напряжения трансформатора номинальное значение напряжения при эксплутационных изменениях значения напряжения на стороне высшего напряжения. Для таких трансформаторов дополнительно необходимо иметь значение диапазона регулирования напряжения соответствующее крайним положениям РПН. Эти данные для трансформатора ТДН – 16000 / 110 равны: