Единая Энергетическая Система России - ЕЭС России, включает в себя объекты генерации электрической энергии, ее передачи и распределения. К объектам генерации относятся электрические станции, различных типов - атомные, тепловые, гидроэлектростанции и другие. К объектам, участвующим в процессе передачи электрической энергии относятся линии электропередачи, их основная задача состоит в обеспечении связи между объектами генерации, распределения и потребления электрической энергии. К объектам распределения электрической энергии относятся электрические подстанции.
Линии электропередачи классифицируются по нескольким признакам: во-первых, по классу напряжения, а во-вторых по способу прокладки. По классам напряжения линии могут быть: низкого напряжения (6, 10, 20 кВ), среднего напряжения (35, 110 кВ), высокого напряжения (220-330 кВ), сверхвысокого напряжения (500-750 кВ) и ультравысокого напряжения (1150 кВ). По способу прокладки линии могут быть воздушными или кабельными.
В ЕЭС России, линии среднего, высокого, сверхвысокого и ультравысокого классов напряжения выполнены преимущественно воздушными. Отдельные подстанции, расположенные в густонаселенных районах, могут быть подключены по кабельным линиям, однако подобная практика достаточно редка. Максимальный класс напряжения воздушных линий электропередачи функционирующих в ЕЭС России являются линии 750 кВ. Строительство воздушных линий напряжением 1150 кВ было приостановлено в конце 80-х, начале 90-х годов 20 века в связи с распадом СССР. Кроме строительства воздушных линий ультравысоких классов напряжения во времена существования СССР, на территории России было построено основное большинство подстанций и электрических станций. В настоящее время, большинство этих подстанций находятся в эксплуатации на пределе установленных сроков. Поэтому вопрос обновления подстанций, т.е. их реконструкция и модернизация остается актуальным до сих пор.
Большая часть подстанций, нуждающихся в реконструкции, это подстанции среднего класса напряжений. Учитывая их огромное количество, модернизация всех подстанций требует огромных вложений и времени. Поэтому при реконструкции подстанций необходимо руководствоваться:
1. Текущей загрузкой подстанции;
2. Сроком эксплуатации подстанции;
3. Возможным ростом числа и мощности потребителей в питаемом районе;
4. Количеством аварийных ситуаций на подстанции за последнее время.
При выполнении проекта реконструкции подстанции, необходимо максимально точно оценить перспективы роста нагрузок в питаемом районе и выбрать наиболее оптимальный вариант установки оборудования, так как срок службы подстанции должен составлять не менее 30 лет.
Выпускная квалификационная работа направлена на выполнение варианта проекта реконструкции понизительной подстанции среднего класса напряжения с целью повышения ее установленной мощности.
Несмотря на то, что в последние десятилетия очень широко обсуждается тема энергосбережения и энергетической эффективности, в энергосистеме наблюдается рост потребления и как следствие рост выработки электрической энергии. Поэтому при разработке проекта реконструкции электрической части понизительных подстанций необходимо не просто выполнить замену оборудования на аналогичное, а выполнить замену оборудования с установкой более мощного.
Исходя из представленной актуальности тематики выпускной квалификационной работы целю является: повышение установленной мощности понизительной подстанции «Бирюковка» для повышения надежности электроснабжения новых и существующих потребителей [10].
Исходя их подставленной цели, объект выпускной квалификационной работы - подстанция 35/10 кВ «Бирюковка».
Предметом выпускной квалификационной работы является электрическая часть подстанции 35/10 кВ «Бирюковка» со всем установленным электротехническим оборудованием.
Для выполнения поставленной в рамках выпускной квалификационной работы цели предлагается решить следующие задачи:
1. Проанализировать состояние подстанции и оборудования подстанции «Бирюковка» с составлением плана питаемого района и определением связей объекта ВКР с соседними подстанциями;
2. Провести выбор основного и вспомогательного высоковольтного оборудования подстанции «Бирюковка»;
3. Выполнить расчет и проектирование системы защиты подстанции «Бирюковка» от грозовых перенапряжений и аварийных ситуаций.
Исходные данные для разработки проекта реконструкции подстанции взяты из открытых источников [6], [7], [5]. При разработке ВКР используются только действующие нормативные документы и правила, а также методические рекомендации и справочники для выполнения дипломного и курсового проектирования.
В выпускной квалификационной работе выполнен проект реконструкции электрической части понизительной подстанции «Бирюковка» 35/10 кВ. На первом этапе выполнения выпускной квалификационной работы определено расположение и компоновка подстанции 35/10 кВ «Бирюковка». Определена текущая загрузка подстанции 104,38 % и максимальная расчетная мощность 6,812 МВА. Определены максимальные значения расчетной активной мощности на подстанции «Бирюковка» равное 5,8 МВт, максимальные значения расчетной реактивной мощности 3,57 Мвар. Выполнен анализ потребителей подстанции по результатам которого определены типовые графики нагрузок. Используя значения максимальных расчетных полной, активной и реактивной мощностей построены действительные графики нагрузок подстанции «Бирюковка». Расчетным путем получено значение потребляемой электрической энергии на подстанции для каждой ступени годового графика активной мощности и найдено суммарное значение годового потребления электрической энергии, которое составило 23791,68489 МВт∙ч. Далее были определены показатели годовых графиков нагрузок. Определено значение продолжительности использования максимальной мощности равное 4102 ч, коэффициент заполнения графика равный 0,47, значение среднегодовой активной мощности равное 2,716 МВт и среднегодовое значение полной мощности равное 3,195 МВА.
Следующим этапом выполнен анализ карты центров питания ПАО «Россети» и установлены связи подстанции «Бирюковка» 35/10 кВ с внешней энергосистемой. Питание подстанции осуществляется по двум воздушным линиям напряжения 35 кВ с подстанций 110/35/10 кВ «Володаровка» и 110/35/6 кВ «Евпраксино». Для подстанции «Бирюковка» 35/10 кВ принята схема 35-4Н по методическим рекомендациям ПАО «Россети». Для ЗРУ 10 кВ принята схема, также по методическим рекомендациям ПАО «Россети», одна секционированная выключателем система шин.
На основании значения расчетной мощности подстанции «Бирюковка» 35/10 кВ полученном в разделе 1 ВКР и равном 6,812 МВА определена расчетная мощность двух трансформаторов равная 4,138 МВА. Согласно стандартной шкале мощностей представленной в [3] определены две подходящих мощности силовых трансформаторов: 6300 кВА и 10000 кВА.
По каталогам производителей силовых трансформаторов: ООО «Тольяттинский Трансформатор» [20] и Группы компаний «СВЭЛ» [4] выбраны две подходящих марки силовых трансформаторов ТМН 6300/35/10 кВ и ТД 10000/35/10 кВ.
Выполнен расчет технико-экономических показателей для двух вариантов установки силовых трансформаторов на подстанции «Бирюковка» 35/10 кВ. Технико-экономический расчет выполнен относительно графиков нагрузки подстанции построенных в разделе 2 ВКР. Сравнение технико-экономических показателей, а именно годовых потерь электрической энергии и величины приведённых затрат позволило определить, что вариант с двумя трансформаторами марки ТМН 6300/35/10 является более выгодным по сравнению с вариантом установки двух трансформаторов марки ТД 10000/35/10 кВ.
В итоге к установке на подстанции «Бирюковка» 35/10 кВ в связи с возросшей нагрузкой и необходимостью проведения реконструкции принято установить два силовых трансформатора ТМН 6300/35/10 производства Группа компаний «СВЭЛ» г. Екатеринбург.
На основании разработанных в разделе 3 ВКР, а также результатов выбора силовых трансформаторов в разделе 4 ВКР составлена расчетная схема и схема замещения с указанием на ней расчетных точек в которых необходимо определить значения трехфазного и двухфазного токов короткого замыкания.
В расчетной точке на стороне 35 кВ перед трансформатором значение периодической составляющей трехфазного тока короткого замыкания равно 1240 А, а ударный ток трехфазного короткого замыкания 3156 А. Значение периодической составляющей двухфазного тока короткого замыкания равно 1010 А, а ударный ток трехфазного короткого замыкания 2570 А.
В расчетной точке на стороне 10 кВ за трансформатором значение периодической составляющей трехфазного тока короткого замыкания равно 2380 А, а ударный ток трехфазного короткого замыкания 6530 А. Значение периодической составляющей двухфазного тока короткого замыкания равно 2060 А, а ударный ток трехфазного короткого замыкания 5650 А.
Выполнен расчет параметров необходимых для оптимального выбора высоковольтного оборудования подстанции после реконструкции. Определены значения номинальных токов для стороны 35 кВ на уровне 145,5 А, а для стороны 10 кВ 509,2 А. Определены значения апериодической составляющей тока короткого замыкания с учетом ее затухания для стороны 35 кВ 1810 А, а для стороны 10 кВ 1240 А. Определены значения интеграла Джоуля (теплового импульса) для стороны 35 кВ 0,2 кА2∙с, а для стороны 10 кВ 0,238 кА2∙с.
Согласно полученным расчетным значениям выбрано оборудование для стороны 35 кВ и для стороны 10 кВ. Для стороны 35 кВ выбраны разъединители горизонтально-поворотные с одним заземляющим ножом марки РГ-35-1000, с двумя заземляющими ножами марки РГ-2-35-1000, высоковольтные элегазовые колонковые выключатели марки ВГТ-35-1000, комбинированные цифровые трансформаторы тока марки ЦТТ-35. На стороне 10 кВ подстанции предлагается использовать шкафы комплектных распределительных устройств для внутренней установки, так как РУ-10 кВ расположено в здании. Предлагаются шкафы КРУ производства ОАО «Электрощит» г. Самара марки СЭЩ-80-10Н. Данные шкафы предлагается укомплектовать выключателями марки ВВЕ-СЭЩ-10, трансформаторами тока марки ЦТТ-10 и трансформаторами напряжения марки ЦТН-10(6). Все выбранное оборудование удовлетворяет условиям выбора и может быть установлено на объекте.
Для установки на подстанции, для защиты силовых трансформаторов принято установить цифровые терминалы релейной защиты марки БМРЗ-153-УЗТ производство ООО «НТЦ «Механотроника» г. Санкт-Петербург. Данный терминал является самым современным из линейки продукции ООО «НТЦ «Механотроника» и имеет возможность подключения измерительных трансформаторов тока и напряжения по цифровым протоколам.
Используя методику представленную производителем терминалов защиты был выполнен расчет уставок дифференциальной защиты силового трансформатора марки ТМН 6300/35/10.
Выполнен расчет коэффициента чувствительности релейной защиты при двухфазном коротком замыкании в зоне защиты на стороне 10 кВ. Полученное значение коэффициента чувствительности выше 2 и равно 19,82, поэтому защита чувствительна и может использоваться на подстанции.
Выполнен расчет системы заземления подстанции. К установке принято три вертикальных заземлителя выполненных стальным уголком 50×50×4 мм, которые соединены стальной полосой с площадью сечения 40×4 мм2.
Выполнен расчет зон действия молниезащиты подстанции «Бирюковка» 35/10 кВ после реконструкции.
Для системы молниезащиты принято установить четыре стальных молниеотвода марки СМ-20 и высотой 20 м.
В графической части выпускной квалификационной работы построен план молниезащиты подстанции и указаны зоны ее действия. Все оборудование на подстанции защищено от прямых ударов молнии с коэффициентом защиты 0,99.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы цель достигнута, все задачи поставленные во введении выполнены.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
