Введение 4
1 Анализ главной электрической схемы подстанции и основного
электрооборудования 7
1.1 Краткая характеристика объекта реконструкции 7
1.2 Анализ существующей схемы распределительного устройства
высокого напряжения ОРУ-110 кВ подстанции «Центральная» 9
1.3 Анализ существующей схемы распределительного устройства низкого
напряжения 6 кВ подстанции «Центральная» 11
1.4 Анализ существующего оборудования ОРУ-110 кВ подстанции
«Центральная» 12
1.5 Анализ существующего оборудования распределительного устройства
низкого напряжения 6 кВ подстанции «Центральная» 21
1.6 Выводы по первой главе 22
2 Разработка и научное обоснование мер, принятых для реконструкции
электрической части подстанции «Центральная» 23
2.1 Выбор силовых трансформаторов подстанции
«Центральная» 27
2.2 Расчет токов короткого замыкания на подстанции
«Центральная» 40
2.3 Выбор и обоснование электрической схемы подстанции
«Центральная» 47
2.4 Выбор основного оборудования подстанции «Центральная» 49
2.5 Система оперативного тока подстанции «Центральная» 86
2.6 Собственные нужды подстанции «Центральная» 86
2.7 Выводы по второй главе 87
3 Расчет показателей структурной надежности подстанции
«Центральная» до и после реконструкции 89
3.1 Основные понятия теории надежности 89
3.2 Анализ существующих методов расчета показателей структурной
надежности систем электроснабжения 95
3.3 Описание метода пространства состояний с использованием модели
Маркова 97
3.4 Расчет показателей структурной надежности системы
электроснабжения подстанции «Центральная» 98
3.5 Выводы по третьей главе 113
Заключение 114
Список используемых источников 116
Основой надежного функционирования экономики Российской Федерации и гарантом обеспечения нормальной жизни людей является электроэнергетика. Для поддержания сбалансированности экономики страны и удовлетворения постоянно растущего спроса на электрическую энергию - необходимо форсированное развитие электроэнергетической отрасли страны. В силу масштабности электроэнергетики в Российской Федерации, не всегда удается поддерживать необходимые темпы ее развития.
Число понизительных подстанций 35-220 кВ, находящихся на балансе ПАО «МРСК Волги» по состоянию на 01.01.2018 г. - 1695 шт. 47,79%, или 810 шт. подстанций из обозначенного числа - подстанции напряжением 110 кВ, суммарная номинальная мощность которых составляет 22,7353 ГВА. Подавляющее число подстанций 110 кВ были введены в эксплуатацию в 60-х, 80-х годах прошлого века.
Согласно данным ПАО «МРСК Волги» [61], 63 % электрооборудования подстанций напряжением 35-220 кВ работает сверх номинального срока службы, установленного заводами-изготовителями (в среднем 25-30 лет). 75 % от электрооборудования, работающего сверх номинального срока службы, относится к подстанциям только 110 кВ.
Электрооборудование, находящееся в эксплуатации на подстанциях, по техническому уровню соответствует электрооборудованию, которое эксплуатировалось развитыми странами более 25 лет назад.
Оснащенность релейной защиты и автоматики подстанций на микропроцессорной и микроэлектронной базе составляет всего лишь 21%, т.е. 79% подстанций до сих пор работают на электромеханических реле [61].
Одной из главных причин роста числа электрооборудования со сверхнормативным сроком службы стало значительное сокращение, вследствие объективных экономических условий в 1990 годы, темпов реконструкций и технических перевооружений. В результате данное обстоятельство привело к заметному устареванию парка электрооборудования.
Доля аварий и технологических нарушений, в электроэнергетике, из-за устаревания электрооборудования, на начало 2016 года составляет 24%.
Значительность существующих проблем, обозначенных на примере подстанций ПАО «МРСК Волги», видна невооруженным глазом. В сложившейся ситуации необходимо осуществлять непрерывный контроль над состоянием электрооборудования и над его работоспособностью. В параллель с непрерывным мониторингом ситуации, также необходимо наращивать объемы технических перевооружений и реконструкций.
Технические перевооружения и реконструкции в условиях усложнения нагрузки и увеличения числа ответственных потребителей, требуют принятия адекватных схемных решений и адекватных решений по выбору электрооборудования подстанции.
Электрооборудование, в условиях быстроразвивающихся технологий, необходимо выбирать с учетом перспективных концепций построения подстанций будущего - «цифровых подстанций». Проводимые, на данный момент, пилотные тестирования «цифровых подстанций», в будущем дадут импульс массовому внедрению цифровых технологий на подстанциях. Своевременно подготовленная элементная база (технологичное электрооборудование) позволит сооружать «цифровые подстанции» ускоренными темпами без потери качества.
Адекватно оценить принятые решения можно с помощью проведения оценки структурной надежности схем подстанций, которая учитывает показатели надежности каждого электрооборудования и их взаимное схемное соединение.
Соответственно, объектом выпускной квалификационной работы, в рамках которой будут решаться вопросы по техническому перевооружению и реконструкции, с учетом перспективы развития цифровых технологий на объектах электроэнергетики, является подстанция «Центральная» 110/6 кВ, филиала ПАО «МРСК Волги» - Мордовэнерго.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение надежности электроснабжения и увеличение пропускной способности подстанции.
В соответствие со сформулированной целью выпускной квалификационной работы к решению поставлены следующие задачи:
- анализ главной электрической схемы подстанции и основного электрооборудования;
- разработка и научное обоснование мер, принятых для реконструкции электрической части подстанции «Центральная»;
- расчет показателей структурной надежности подстанции «Центральная» до и после реконструкции.
1. Произведен анализ существующей схемы РУ-110 кВ и РУ-6 кВ подстанции «Центральная», первичного электрооборудования. Выяснено, что существующие схемы РУ-110 кВ и РУ-6 кВ требуют модернизации, а основное электрооборудование 110 кВ и 6 кВ требует замены в силу устаревания, значительного увеличения нагрузок подстанции и необходимости повышения надежности электроснабжения. На основании анализа сделан вывод о необходимости реконструкции подстанции «Центральная».
2. Анализ существующей ситуации в области электроэнергетики республики Мордовия выявил, что темпы роста потребления электроэнергии продолжают расти, регион развивается и нуждается в значительном увеличении мощностей. Росту способствует увеличение объемов промышленного производства по различным причинам, в том числе по причине проведения Чемпионата Мира по футболу в 2018 году (Футбольный стадион - «Мордовия Арена» и соответствующая инфраструктура).
Для удовлетворения планируемых уровней потребления электроэнергии, произведен выбор основного электрооборудования на основании данных о перспективной нагрузке подстанции «Центральная» к 2020 г.
Для выяснения существующего состояния силовых трансформаторов проведен расчет допустимых нагрузок и износа, в результате которого выявлено удовлетворительное состояние трансформаторов. Однако, вне зависимости от существующего состояния трансформаторов принято решение об их замене, в связи с расширением сети и значительным увеличением нагрузок подстанции.
Электрическая схема выбрана в соответствии с типом подстанции, планируемым после реконструкции сетей 110 кВ «Мордовэнерго» - проходная.
Оборудование проверено по техническим параметрам и выбрано в соответствии с реестром инновационных решений ПАО «Россети». Следует отметить направленность в выборе оборудования в сторону концепции «цифровой подстанции» - подстанции будущего.
3. Рассмотрены основные методики расчета показателей надежности. Расчетным методом выбран метод пространства состояний. Преимущество метода - описание переходов между состояниями в соответствии с моделью Маркова, которая позволяет оценить надежность объекта, произвести сравнение различных вариантов схемы и найти оптимальное решение по вопросам обеспечения надежности на раннем этапе проектирования. Расчет выполнен в программном комплексе. Результаты расчета являются показателем корректности принятых для реконструкции решений:
- в нормальном режиме функционирования, суммарная вероятность отказа подстанции снижается в 1,46 раза; время простоя уменьшается в 1,13 раза; суммарная интенсивность аварийных отказов и преднамеренных отключений снижается в 1,3 раза;
- в послеаварийном режиме, при отключении одной из питающей воздушной линии, суммарная вероятность отказа снижается в 2,66 раза; время простоя уменьшается в 1,44 раза; суммарная интенсивность аварийных отказов и преднамеренных отключений снижается в 1,85 раза.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
