Помощь студентам в учебе
Анализ режимов электрической сети с учетом реконструкции электрической части ПС 110 кВ «Матюшкино»
|
Введение 3
Глава 1 Анализ технического состояния электрооборудования ПС 110 кВ «Матюшкино» 5
1.1 Общие данные 5
1.2 Обзор установленного электрооборудования 7
1.3 Определение электрических нагрузок 8
1.4 Расчет токов КЗ 14
1.5 Выбор конструктивных решений 21
1.6 Выбор оборудования ПС «Матюшкино» 21
1.7 Релейная защита подстанции 36
1.8 Освещение подстанции 39
1.9 Оперативный ток подстанции 42
1.10 Собственные нужды подстанции 44
1.11 Заземление подстанции 45
1.12 Молниезащита подстанции 48
Глава 2 Режимы работы сети 51
2.1 Обоснование конфигурации сети 51
2.2 Моделирование электрической сети 52
2.3 Энергосбережение и энергоэффективность подстанции 61
2.4 Оценка негативного воздействия на окружающую среду 67
Глава 3 Обоснование мероприятий при реконструкции подстанции 74
Заключение 84
Список используемых источников 87
Глава 1 Анализ технического состояния электрооборудования ПС 110 кВ «Матюшкино» 5
1.1 Общие данные 5
1.2 Обзор установленного электрооборудования 7
1.3 Определение электрических нагрузок 8
1.4 Расчет токов КЗ 14
1.5 Выбор конструктивных решений 21
1.6 Выбор оборудования ПС «Матюшкино» 21
1.7 Релейная защита подстанции 36
1.8 Освещение подстанции 39
1.9 Оперативный ток подстанции 42
1.10 Собственные нужды подстанции 44
1.11 Заземление подстанции 45
1.12 Молниезащита подстанции 48
Глава 2 Режимы работы сети 51
2.1 Обоснование конфигурации сети 51
2.2 Моделирование электрической сети 52
2.3 Энергосбережение и энергоэффективность подстанции 61
2.4 Оценка негативного воздействия на окружающую среду 67
Глава 3 Обоснование мероприятий при реконструкции подстанции 74
Заключение 84
Список используемых источников 87
Одной из ведущих отраслей России и мира является электроэнергетика. Её значение трудно переоценить - она определяет технологическое развитие человечества и затрагивает все сферы жизни: промышленность, здравоохранение, быт и так далее.
Энергосистема РФ представляет собой единую энергетическую систему (ЕЭС России), включающую 7 объединенных энергосистем (ОЭС): «ОЭС Центра, Средней Волги, Урала, Северо-Запада, Юга и Сибири) и территориально изолированных энергосистем (Чукотский автономный округ, Камчатский край, Сахалинская и Магаданская область, Норильско- Таймырский и Николаевский энергорайоны, энергосистемы северной части Республики Саха (Якутия))» [14].
По данным Министерства Энергетики РФ, «Фактическое потребление электроэнергии в Российской Федерации в 2020 г. составило 1,05 трлн кВт-ч» [14]. Повышению этого показателя способствуют реконструкции объектов электроэнергетики, направленные на:
- повышение вырабатываемой мощности (замена или модернизация генерирующего оборудования);
- снижение экономических потерь (замена морально устаревшего, не энергоэффективного оборудования распределительных объектов);
- подключение новых потребителей.
Огромное значение для энергосистемы имеют электрические подстанции - «электроустановки, предназначенные для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящие из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств» [10].
Строительство большинства подстанций пришлось на вторую половину XX-го века, а значит, что установленные сроки эксплуатации электрооборудования (20-25 лет) подходят к концу, но реконструкции их редкие и частичные, а зачастую и вовсе не предусмотрены на ближайшие годы. На многих подстанциях в эксплуатации остается пожаро- и взрывоопасное масляное оборудование, морально устаревшие системы типа «отделитель-короткозамыкатель» и другие устаревшие технические решения.
Сегодня проблема обеспечения надежного и бесперебойного электропитания выходит на первое место, но оборудование, ресурс которого подходит к концу, имеет большое количество ложных срабатываний или же наоборот не срабатывает в должный момент, а значит, не может обеспечивать требуемого качества получаемой потребителями электроэнергии. Особенно остро эта проблема проявляется на подстанциях напряжением 110/10(6) и 110/35/10(6), обеспечивающих питание промышленных предприятий и жилых кварталов.
Помимо проблемы технического оснащения, во многих районах изменилась величина электрических нагрузок и существующее оборудование не обеспечивает потребности питаемых районов.
Цель магистерской диссертации - выбор оптимальной конфигурации сети, удовлетворяющей всем современным требованиям, для обеспечения надежного и бесперебойного питания потребителей.
Задачи:
- произвести анализ технического состояния электрооборудования подстанции и обосновать его замену;
- выполнить расчет режимов электрической сети и выбрать оптимальный режим (с учетом реконструкции);
- выполнить технико-экономическое обоснование выбранной схемы.
Решение этих задач позволит получить один из вариантов конфигурации схемы подстанции «Матюшкино», удовлетворяющей всем современным требованиям, для обеспечения надежного и бесперебойного питания потребителей, а значит, ведет к достижению цели магистерской диссертации.
Энергосистема РФ представляет собой единую энергетическую систему (ЕЭС России), включающую 7 объединенных энергосистем (ОЭС): «ОЭС Центра, Средней Волги, Урала, Северо-Запада, Юга и Сибири) и территориально изолированных энергосистем (Чукотский автономный округ, Камчатский край, Сахалинская и Магаданская область, Норильско- Таймырский и Николаевский энергорайоны, энергосистемы северной части Республики Саха (Якутия))» [14].
По данным Министерства Энергетики РФ, «Фактическое потребление электроэнергии в Российской Федерации в 2020 г. составило 1,05 трлн кВт-ч» [14]. Повышению этого показателя способствуют реконструкции объектов электроэнергетики, направленные на:
- повышение вырабатываемой мощности (замена или модернизация генерирующего оборудования);
- снижение экономических потерь (замена морально устаревшего, не энергоэффективного оборудования распределительных объектов);
- подключение новых потребителей.
Огромное значение для энергосистемы имеют электрические подстанции - «электроустановки, предназначенные для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящие из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств» [10].
Строительство большинства подстанций пришлось на вторую половину XX-го века, а значит, что установленные сроки эксплуатации электрооборудования (20-25 лет) подходят к концу, но реконструкции их редкие и частичные, а зачастую и вовсе не предусмотрены на ближайшие годы. На многих подстанциях в эксплуатации остается пожаро- и взрывоопасное масляное оборудование, морально устаревшие системы типа «отделитель-короткозамыкатель» и другие устаревшие технические решения.
Сегодня проблема обеспечения надежного и бесперебойного электропитания выходит на первое место, но оборудование, ресурс которого подходит к концу, имеет большое количество ложных срабатываний или же наоборот не срабатывает в должный момент, а значит, не может обеспечивать требуемого качества получаемой потребителями электроэнергии. Особенно остро эта проблема проявляется на подстанциях напряжением 110/10(6) и 110/35/10(6), обеспечивающих питание промышленных предприятий и жилых кварталов.
Помимо проблемы технического оснащения, во многих районах изменилась величина электрических нагрузок и существующее оборудование не обеспечивает потребности питаемых районов.
Цель магистерской диссертации - выбор оптимальной конфигурации сети, удовлетворяющей всем современным требованиям, для обеспечения надежного и бесперебойного питания потребителей.
Задачи:
- произвести анализ технического состояния электрооборудования подстанции и обосновать его замену;
- выполнить расчет режимов электрической сети и выбрать оптимальный режим (с учетом реконструкции);
- выполнить технико-экономическое обоснование выбранной схемы.
Решение этих задач позволит получить один из вариантов конфигурации схемы подстанции «Матюшкино», удовлетворяющей всем современным требованиям, для обеспечения надежного и бесперебойного питания потребителей, а значит, ведет к достижению цели магистерской диссертации.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы определена оптимальная конфигурация сети, удовлетворяющая всем современным требованиям, для обеспечения надежного и бесперебойного питания потребителей.
При проведении предпроектного обследования выбранного объекта - электрической подстанции 110/35/10 «Матюшкино», расположенной в Комсомольском районе города Тольятти, определены основные проблемы, препятствующие дальнейшему уверенному развитию района. К таким проблемам относятся:
- существенный недогруз трансформаторов, вызванный ликвидацией крупного потребителя - ЗАО «Поволжский свинокомплекс»;
- применение физически и морально устаревшего оборудования: большинство аппаратов находятся в работе со дня ввода объекта в эксплуатацию, а это 1978 год;
- несоответствие схемных решений назначению подстанции.
На основании вышеуказанных проблем и их анализа поставлены задачи магистерской диссертации.
Для подстанции определены фактическая величина мощности и выполнен расчет перспективных нагрузок, в них были учтены строительство и ввод в эксплуатацию новых объектов малой и сельскохозяйственной промышленности, жилых и дачных домов, объектов ЖКХ и тому подобное По величине полученной мощности выбраны новые силовые трансформаторы - ТДН-16000/110/10. Как видно, изменился класс
напряжения подстанции. Это позволит снизить величину потерь в сетях, а значит несколько улучшить качество электроэнергии.
Из-за смены схемы подстанции выбрано новое оборудование для стороны ВН и НН. Например, устаревшая система «отделитель- короткозамыкатель» заменена на современные и безопасные элегазовые выключатели, масляные трансформаторы тока - на оборудование с элегазовой изоляцией, а разъединители, выработавшие установленный срок эксплуатации - на новые, отвечающие всем современным требованиям аппараты. ОРУ-35 кВ полностью демонтировано, что позволит снизить отчуждаемые площади.
ЗРУ-10 кВ укомплектовано новыми ячейками КРУ-СЭЩ-63 производства «Электрощит-Самара», что позволило разместить трансформаторы собственных нужд в здании ЗРУ за счет снижения габаритов ячеек. Кроме того, согласно нормативно-технической документации, изменена система оперативного тока на постоянный, и к установке приняты 2 шкафа оперативного тока ШОТ серии ELT.
Кроме того, смоделировано освещение подстанции с помощью программного комплекса DIALux. Выбранный сценарий освещения позволяет достигнуть уровней освещения, установленных нормативно-технической документацией.
Выбранная схема подстанции смоделирована в программном комплексе PSCAD для снятия основных режимных характеристик. Кроме того, принятая схема сравнивалась с исходной для обоснования необходимости реконструкции. В ходе компьютерного моделирования выявлено, что применяемые при реконструкции решения относительно состава оборудования и выбора схемы подстанции позволяют снизить потери мощности, отклонения напряжения и токи трехфазных коротких замыканий.
Далее, рассмотрены энергосбережение и энергоэффективность подстанции. При рассмотрении критериев выявлено, что на сегодняшний день оценка мер, направленных на снижение затрат на техническое обслуживание и ремонт, а так же на снижение потерь, низкая. Предлагаемая реконструкция позволит повысить ее за счет замены морально и физически изношенного оборудования, оптимизации схемы сети и применения интеллектуальных систем контроля и учета электроэнергии.
Также проведена оценка негативного воздействия на окружающую среду при эксплуатации подстанции «Матюшкино». Рассматривались такие критерии как уровень шума, уровень электромагнитного излучения, загрязнение почв и грунтовых вод трансформаторным маслом. По результатам оценки выявлено, что уровень шума от работы электрооборудования не превышает нормируемых значений. Напряженность электромагнитного поля на ближайших к подстанции участках так же не представляет опасность для населения. Касаемо загрязнения трансформаторным маслом - на подстанции существует система, представленная в виде специальной маслосборной ямы, заполненной щебнем, а учитывая, что при реконструкции количество маслонаполненного оборудования существенно снизится, пересмотр системы предотвращения загрязнения почвы трансформаторным маслом не требуется.
На заключительном этапе проведено обоснование принятых мер и оценка капитальных затрат на реконструкцию подстанции «Матюшкино». Суммарные капиталовложения, включающие в себя закупку, транспортировку, установку, пуско-наладку электрооборудования, перевооружение существующих ВЛ, благоустройство территории и зданий подстанции обойдется в 48 595 761 руб. Величина издержек на обслуживание, ремонт, а также учитывающая недоотпуск электроэнергии равна 1 504 708 руб.
Таким образом, получена оптимальная конфигурация сети, удовлетворяющая всем современным требованиям, для обеспечения надежного и бесперебойного питания потребителей, а значит и благополучного развития района в будущем.
При проведении предпроектного обследования выбранного объекта - электрической подстанции 110/35/10 «Матюшкино», расположенной в Комсомольском районе города Тольятти, определены основные проблемы, препятствующие дальнейшему уверенному развитию района. К таким проблемам относятся:
- существенный недогруз трансформаторов, вызванный ликвидацией крупного потребителя - ЗАО «Поволжский свинокомплекс»;
- применение физически и морально устаревшего оборудования: большинство аппаратов находятся в работе со дня ввода объекта в эксплуатацию, а это 1978 год;
- несоответствие схемных решений назначению подстанции.
На основании вышеуказанных проблем и их анализа поставлены задачи магистерской диссертации.
Для подстанции определены фактическая величина мощности и выполнен расчет перспективных нагрузок, в них были учтены строительство и ввод в эксплуатацию новых объектов малой и сельскохозяйственной промышленности, жилых и дачных домов, объектов ЖКХ и тому подобное По величине полученной мощности выбраны новые силовые трансформаторы - ТДН-16000/110/10. Как видно, изменился класс
напряжения подстанции. Это позволит снизить величину потерь в сетях, а значит несколько улучшить качество электроэнергии.
Из-за смены схемы подстанции выбрано новое оборудование для стороны ВН и НН. Например, устаревшая система «отделитель- короткозамыкатель» заменена на современные и безопасные элегазовые выключатели, масляные трансформаторы тока - на оборудование с элегазовой изоляцией, а разъединители, выработавшие установленный срок эксплуатации - на новые, отвечающие всем современным требованиям аппараты. ОРУ-35 кВ полностью демонтировано, что позволит снизить отчуждаемые площади.
ЗРУ-10 кВ укомплектовано новыми ячейками КРУ-СЭЩ-63 производства «Электрощит-Самара», что позволило разместить трансформаторы собственных нужд в здании ЗРУ за счет снижения габаритов ячеек. Кроме того, согласно нормативно-технической документации, изменена система оперативного тока на постоянный, и к установке приняты 2 шкафа оперативного тока ШОТ серии ELT.
Кроме того, смоделировано освещение подстанции с помощью программного комплекса DIALux. Выбранный сценарий освещения позволяет достигнуть уровней освещения, установленных нормативно-технической документацией.
Выбранная схема подстанции смоделирована в программном комплексе PSCAD для снятия основных режимных характеристик. Кроме того, принятая схема сравнивалась с исходной для обоснования необходимости реконструкции. В ходе компьютерного моделирования выявлено, что применяемые при реконструкции решения относительно состава оборудования и выбора схемы подстанции позволяют снизить потери мощности, отклонения напряжения и токи трехфазных коротких замыканий.
Далее, рассмотрены энергосбережение и энергоэффективность подстанции. При рассмотрении критериев выявлено, что на сегодняшний день оценка мер, направленных на снижение затрат на техническое обслуживание и ремонт, а так же на снижение потерь, низкая. Предлагаемая реконструкция позволит повысить ее за счет замены морально и физически изношенного оборудования, оптимизации схемы сети и применения интеллектуальных систем контроля и учета электроэнергии.
Также проведена оценка негативного воздействия на окружающую среду при эксплуатации подстанции «Матюшкино». Рассматривались такие критерии как уровень шума, уровень электромагнитного излучения, загрязнение почв и грунтовых вод трансформаторным маслом. По результатам оценки выявлено, что уровень шума от работы электрооборудования не превышает нормируемых значений. Напряженность электромагнитного поля на ближайших к подстанции участках так же не представляет опасность для населения. Касаемо загрязнения трансформаторным маслом - на подстанции существует система, представленная в виде специальной маслосборной ямы, заполненной щебнем, а учитывая, что при реконструкции количество маслонаполненного оборудования существенно снизится, пересмотр системы предотвращения загрязнения почвы трансформаторным маслом не требуется.
На заключительном этапе проведено обоснование принятых мер и оценка капитальных затрат на реконструкцию подстанции «Матюшкино». Суммарные капиталовложения, включающие в себя закупку, транспортировку, установку, пуско-наладку электрооборудования, перевооружение существующих ВЛ, благоустройство территории и зданий подстанции обойдется в 48 595 761 руб. Величина издержек на обслуживание, ремонт, а также учитывающая недоотпуск электроэнергии равна 1 504 708 руб.
Таким образом, получена оптимальная конфигурация сети, удовлетворяющая всем современным требованиям, для обеспечения надежного и бесперебойного питания потребителей, а значит и благополучного развития района в будущем.