Коэффициент загрузки трансформатора

Содержание

Назначение и классификация электроподстанций

Выделяют следующие виды электрических подстанций:

ТП — трансформаторная подстанция. Используется для преобразования электричества одного напряжения в электричество другого напряжения. Главное оборудование такой подстанции – это 2- и 3-обмоточные трансформаторы.

ПП – преобразовательная подстанция. Используется для преобразования электричества переменного тока в электричество постоянного тока. Для этого применяются специальные агрегаты – преобразователи, к примеру, выпрямительные установки.

ГПП — главная понизительная подстанция. Это основная подстанция предприятия, которая получает от районной энергетической системы электроэнергию с напряжением от 35 до 220 кВ и осуществляет ее распределение по подстанциям-потребителям или мощным электрическим приемникам с напряжением от 6 до 35 кВ.

ПГВ — подстанция глубокого ввода. Это подстанция, которая получает от районной энергетической системы электроэнергию с напряжением от 35 до 220 кВ. Ее отличительной особенностью является приближенность к мощным энергопотребителям предприятия.

ПП — потребительская подстанция. Это трансформаторная подстанция, которая получает электричество с напряжением от 6 до 20 кВ и распределяет его по потребителям с напряжением от 0,4 до 1 кВ. Если говорить о промышленных предприятиях, то к такому типу относятся цеховые подстанции.

РУ — распределительное устройство. Это открытая или закрытая электрическая установка, которая принимает и распределяет электроэнергию.

РП — распределительный пункт. Это распределительное устройство, которое принимает электричество от главной понизительной подстанции или районной подстанции с напряжением от 6 до 20 кВ и распределяет ее по мощным приемникам и потребительским подстанциям.

ЦРП — центральный распределительный пункт. Это распределительный пункт, который получает электричество от районной подстанции и распределяет ее по цеховым подстанциям.

Вышеперечисленные электроподстанции выполняют роль источников питания в энергетической системе предприятия. Чтобы обеспечить их бесперебойную работу, а значит не допустить аварий и остановок производственного процесса, нужно регулярно проводить испытания трансформаторов и прочего силового оборудования.

Виды ТП осуществляющие энергоснабжение

Главная / Электроснабжение строительно-монтажных работ / Источники электроснабжения / Виды ТП осуществляющие энергоснабжение

Электроснабжение осуществляется от одного- и двухтрансформаторных ТП, схемы и конструкции которых приведены в гл. VI.

Наиболее энергоемкими приемниками этой группы являются арматурные дворы с многочисленным электросварочным оборудованием и кранами.

Электроснабжение строительной площадки

На рисунке ниже дан генплан строительства корпуса (СК). В данном случае видно, что электроснабжение может вестись по радиальным, магистральным, а внутри строящегося корпуса (СК) и смешанным схемам. По магистральным схемам питаются светильники наружного освещения (НО); по радиальным схемам электроэнергия подается от трансформаторной подстанции (ТП) к отдельным приемникам (например, в бетоносмесительное отделение — БСО, башенному крану — БК).

Генплан строительной площадки

БП — бытовые помещения; БСО — бетоносмесительное отделение;
БК — башенный кран; СК — строящийся корпус;
ВУ — вводное устройство; НО — наружное освещение.

На первом рисунке ниже дана схема электроснабжения строительной площадки, изображенной на генплане (смотрите рисунок выше), а на втором рисунке ниже дана детализация электроприемников временного электроснабжения строительства корпуса (СК).

Схема электроснабжения строительной площадки

ТП — трансформаторная подстанция; РВ — разъединитель на 6, 10 кВ;
В — выключатель на б, 10 кВ; Р — рубильник;
КУ — компенсационное устройство; А — автоматический выключатель.

Схема электроснабжения строительства корпуса (СК)

1 — питающий кабель; 2 — вводный ящик; 3 — горизонтальная магистраль с осветительными ящиками; 4 — вертикальная магистраль (стояк); 5 — напольный светильник; 6 — штепсельный блок; 7 — ящик с понизительным трансформатором; 8 — многоламповый подвесной светильник; 9 — переносный светильник на 36 В.

Питание трансформаторной подстанции (ТП) от источника (ИП) осуществляется, как правило, по трехпроводной кабельной линии. Защита трансформатора (Т) от токов к. з. и перегрузок осуществляется выключателем (В) — как правило, выключателем нагрузки ВНП-16 в комплекте с плавкими предохранителями ПК, разъединитель (РВ) служит для отключения трансформатора (Т) без нагрузки для производства ремонтных операций на трансформаторной подстанции (ТП).

Защита магистралей, питающих приемники, осуществляется плавкими предохранителями (ПП), а сами магистрали выполняются кабельными линиями или воздушными четырехпроводными для питания, например, наружного освещения (НО).

Подключение приемников осуществляется при помощи вводных устройств (ВУ), которые представляют собой распределительные щиты с защитой отходящих сетей с помощью плавких предохранителей (ПП) или автоматических выключателей (А).

«Электроснабжение строительно-монтажных работ», Г.Н. Глушков

Подвесные изоляторы предназначаются для крепления проводов воздушных линий (BЛ). Для BЛ применяются следующие типы изоляторов: при напряжении 6—10 кВ — штыревые фарфоровые и стеклянные ШФ 6-А и ШФ НО-А, ШФ 10-5, ШСС-10 и ШССЛ-10; при напряжении 20—35 кВ — штыревые фарфоровые ШФ 20-А, ШФ 20-Б, ШФ 35-А, ШФ 25-Б, ШФ 35-В, СШ-35; при напряжении от…

Для защиты электрических устройств от перенапряжения применяются молниеотводы и разрядники. При грозовом разряде вблизи воздушной линии электропередачи в проводах линии индуктируется напряжение, измеряемое десятками тысяч и даже миллионами вольт. Волны перенапряжений, распространяясь по проводам линии, могут причинить большой ущерб электроустановкам, с которыми связана ЛЭП. В зависимости от необходимых мер противогрозовой защиты все сооружения разделяются на…

При возникновении на токоведущих частях установки перенапряжения искровые промежутки пробиваются, и перенапряжение оказывается приложенным к вилитовым дискам. При этом сопротивление вилита резко уменьшается, и волна перенапряжения отводится в землю. При восстановлении нормального напряжения восстанавливается диэлектрическая прочность вилита, и ток на землю прекращается. Шины В распределительных устройствах применяются медные, алюминиевые и стальные шины. Медь отличается относительно…

Трансформаторы напряжения рассчитываются на номинальное напряжение вторичной обмотки 100 В (при номинальном напряжении, приложенном к первичной обмотке). На рисунке ниже – а показаны внешний вид одной из конструкций трансформатора напряжения и схема включения (на рисунке ниже б, в). Трехфазный трансформатор напряжения а — общий вид; б и в — схемы включения измерительных приборов. Включение измерительных…

Выключатели бакового типа в последнее время все больше вытесняются масляными выключателями горшкового типа с малым объемом масла (смотрите рисунок ниже), которые значительно компактнее и безопаснее в отношении взрыва. Каждая фаза трехфазного выключателя расположена в отдельном стальном цилиндре (горшке) 3, закрепленном на опорных изоляторах 2, установленных на общей заземленной стальной раме 1. Когда выключатель включен, ток…

2 Определение коэффициентов загрузки трансформаторов

Степень загрузки трансформатора при нормальной работе схемы определяется по выражению:

, (25)

В послеаварийном режиме работы:

, (26)

где — паспортное значение мощности трансформатора, МВА;

— расчетное значение мощности для наиболее загруженной обмотки, МВА;

— количество трансформаторов.

На электрической станции выбираем не менее двух трансформаторов.

Выбираем мощность трансформатора электрической станции А.

Рассматриваем наиболее нагруженную обмотку.

Выбираем трансформатор ТДТН – 25000/220.

Число трансформаторов равно 3.

Проверяем по коэффициенту загрузки:

В послеаварийном режиме остается число трансформаторов на один меньше:

Проверка показывает, что данный трансформатор удовлетворяет условию коэффициента загрузки.

Выбираем трансформатор для подстанции а.

Рассматриваем наиболее нагруженную обмотку.

Выбираем трансформатор ТДТН – 40000/220.

Число трансформаторов равно 1, так как для II-III категории потребителей (как в данном случае) предусматривается 1 трансформатор.

Проверяем по коэффициенту загрузки:

Проверка показывает, что данный трансформатор удовлетворяет условию коэффициента загрузки.

Выбираем трансформатор для тяговой подстанции в.

Рассматриваем наиболее нагруженную обмотку.

Выбираем трансформатор ТДТН-25000/220.

Число трансформаторов равно 2.

Проверяем по коэффициенту загрузки:

В послеаварийном режиме остается число трансформаторов на один меньше:

Проверка показывает, что данный трансформатор удовлетворяет условию коэффициента загрузки.

Выбираем трансформатор для тяговой подстанции с.

Выбираем трансформатор ТДТН– 25000/220

Число трансформаторов равно 2.

Проверяем по коэффициенту загрузки:

Сводим паспортные характеристики для выбранных типов трансформаторов в таблицу 3.

Таблица 3 — Паспортные характеристики трансформаторов

п/с

Тип тр-ра

Sн.тр

МВА

Напр-я обм-к

uк , %

Потери в тр-ре

Iх,%

Предел

регули-

рования

UВН

кВ

UСН

кВ

UНН

кВ

uвс

uвн

uсн

МВт

МВт

А

ТДТН-25000/220

38,5

6,6;11

6,5

0,13

0,045

0,9

а

ТДТН-40000/220

38,5

6,6;11

9,5

0,22

0,054

0,55

в

ТДТН-25000/220

38,5

6,6;11

6,5

0,13

0,045

0,9

с

ТДТН-25000/220

38,5

6,6;11

6,5

0,13

0,045

0,9

3. Определение приведенных нагрузок подстанций

Определяем параметры схемы замещения.

Рис.1. Т – образная схема замещения трансформатора.

Параметры схемы замещения трансформатора приведены к стороне высокого напряжения 220кВ.

Рассчитаем параметры для станции А.

Активное сопротивление определим по формуле:

Определим напряжения короткого замыкания каждой обмотки по формулам:

Определим реактивные сопротивления обмоток

Определим активную проводимость

Параметры схем замещения для трансформаторов подстанции а и тяговых подстанции b и с определим выше приведенными формулами.

Результаты расчетов приведены в таблице 3.

Параметры

подстанция

А

а

с

Rт1=Rт2= Rт3=Rт, (Ом)

1,68

3,3275

2,5168

2,5168

UК1, %

14,25

11,75

14,25

14,25

UК2, %

0,75

-0,75

0,75

0,75

UК3, %

5,75

10,25

5,75

5,75

ХТ1, (Ом)

91,96

142,175

137,94

137,94

ХТ2, (Ом)

4,84

-9,075

7,26

7,26

ХТ3, (Ом)

37,1

124,025

55,66

55,66

GТ, (См)

27,9*10-7

11,16*10-7

1,8595*10-6

1,8595*10-6

ВТ, (См)

14*10-6

4,55*10-6

9,3*10-6

9,3*10-6

Определим все мощности и потери мощностей в схеме замещения трансформаторов подстанций.

Рис. 2. Схема распределения мощностей в схеме замещения.

Приведем пример расчета мощностей для станции А при режиме максимальных нагрузок.

Определим мощность в конце обмотки низшего напряжения:

Определим потери мощности в обмотке низкого напряжения.

RТ – активное сопротивление трансформатора.

В численном виде потери мощности:

Определим мощности в начале обмотки низшего напряжения:

Определим мощность в конце обмотки среднего напряжения:

Определим потери мощности в обмотке среднего напряжения:

Определим мощности в начале обмотки среднего напряжения

Определим мощности в конце обмотки высокого напряжения

Определим потери мощности в обмотке высокого напряжения:

Определим мощности в начале обмотки высшего напряжения

Определим постоянные потери в трансформаторе

Приведенная мощность трансформатора

Тяговые подстанции “в”, “с” и подстанцию “а”, рассчитываем аналогично по формулам (27) — (46) в режимах максимума и минимума нагрузок. Результаты расчетов представлены в таблице 5.

Таблица 5 — Приведенные нагрузки подстанций

При расчете приведенных нагрузок подстанций активное сопротивление трансформаторов намного меньше реактивного обмоток ВН и НН, обмотка СН является источником реактивной мощности. В минимальном режиме работы нагрузок, мощность отдаваемая электростанцией достаточна для питания всех потребителей, а оставшаяся энергия отдается энергосистеме.

  1. Нахождение предварительного распределения мощностей в сети для

режима наибольших нагрузок.

Условно разрежем схему, изображенную на рис.1 по источнику питания.

Рис. 5 Расчетная схема.

км.

где — суммарная длина всей сети, км;

Рассчитаем мощности протекающим по плечам между нагрузками.

(47)

(48)

где- Sпр i-приведенные мощности соответствующих электрических станций и тяговых подстанций (МВА),

L i –длины соответствующих участков,(км).

Расчеты для остальных режимов приведены в таблице 5

Мощности участков линии.

Таблица 5

Участок ЛЭП

Полная мощность в расчетном режиме, МВА

наибольших нагрузок

Наименьших нагрузок

40.3402+j26.4424

24.9078+j15.1276

28.5722+j16.0394

16.3508+j8.0206

Аа

19.8303+j13.274

Режим максимальных нагрузок

Режим минимальных нагрузок

Определяем токи, протекающие по участкам цепи.

Выбор силового трансформатора по расчетной мощности

Раз уж Вы читаете данную статью, значит, конец света все-таки не наступил Итак, вернемся к теме, стоит задача запроектировать трансформаторную подстанцию. Есть какая-то расчетная нагрузка, согласно которой требуется подобрать трансформатор нужной мощности.

Существуют разные методики выбора силового трансформатора, но для проектировщика, на мой взгляд, они не годятся.

Я буду опираться лишь на требования нормативных документов.

По своему опыту могу сказать, что в основном применяют масляные трансформаторы, т.к. они дешевле. Применение сухого трансформатора должно быть обосновано.

Количество применяемых трансформаторов зависит от категории электроснабежения. Как правило, однотрансформаторные подстанции проектируют на объектах третей категории электроснабжения, двухтрансформаторые подстанции – второй и первой категории натежности.

Мощность двухтрансформаторных подстанций должна выбираться с учетом перегрузочной способности трансформатора в аварийном режиме.

Соотношения между коэффициентами допустимой перегрузки масляных трансформаторов в послеаварийном режиме и коэффициентами загрузки трансформаторов в нормальном режиме приведены в таблице.

Коэффициент допустимой перегрузкимасляного трансформатора, определенныйсогласно ГОСТ 14209-85 Коэффициент загрузки масляного,трансформатора в нормальном режиме
двухтрансформат. подстанция трехтрансформат. подстанция
1,0 0,5 0,666
1,1 0,55 0,735
1,2 0,6 0,8
1,3 0,65 0,86
1,4 0,7 0,93

Для сухих трансформаторов максимальное значение коэффициента допустимой перегрузки трансформатора следует принимать не более 1,2.

При заказе трансформатора лучше запросить у производителя соответствующие графики допустимых перегрузок. У разных производителей они могут отличаться.

Согласно СН 174-75 следует принимать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:

  • для цехов с преобладающей нагрузкой I категории при двухтрансформаторных подстанциях — 0,65-0,7;
  • для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при однотрансформаторных подстанциях с взаимным резервированием трансформаторов — 0,7-0,8;
  • для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при возможности использования централизованного резерва трансформаторов и для цехов с нагрузками III категории — 0,9-0,95.

Отсюда можно заметить, что в нормальном режиме трансформатор должен быть загружен не более чем на 90-95%.

А сейчас я хочу остановиться на методических указаниях по выбору силового трансформатора.

По данной методичке выбор мощности трансформаторов должен выполняться с учетом их перегрузочной способности в нормальном и послеаварийном режимах работы.

Суть выбора трансформатора заключается в том, что нужно сравнить нашу полную мощность проектируемого объекта (кВА) с интервалами допустимой нагрузки трансформаторов для различных видов потребитилей в нормальном и аварийном режимах. В общем нужно проверить 3 условия.

В методических указаниях все очень подробно расписано, а также приведены 2 примера по выбору однотрансформаторной и двухтрансформаторной подстанций.

Но самое удивительное в том, что по данному методическому указанию наш трансформатор будет практически всегда работать с перегрузкой или будет загружен практически на 100%. Например, 135 кВА соответствует трансформатору 100 кВА.

Нормативные документы по выбору силовых трансформаторов:

  1. НТП ЭПП-94. Проектирование электроснабжения промышленных предприятий. Нормы технологического проектирования (РФ, вместо СН 174-75).
  2. СН 174-75. Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий (вроде как не действует в РБ).
  3. ГОСТ 14209-97. Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов.

Рекомендуемые коэффициенты загрузки трансформаторов 6-10/0,4 кВ

  • Коэффициент загрузки трансформаторов.

    Для подстанции с двумя трансформаторами одинаковой мощности, когда работает один трансформатор, коэффициент загрузки равен: а когда работают оба трансформаторов, коэффициент загрузки каждого из трансформаторов определяется как: Оптимальным коэффициентом загрузки при эксплуатации считают такой, который…
    (Электрооборудование электрических станций, сетей и систем)

  • Расчетное число трансформаторов 6-10/0,4 кВ в подразделениях предприятия при нормируемом значении tgcpiHopM

    Расчетная нагрузка 0,4 кВ трансформаторов в «-ном подразделении при условии соблюдения нормируемого значения tg(prHopM: где Рцп — расчетная активная мощность нагрузки и-го подразделения (§ 0). Расчетное число трансформаторов ЛТ„расч., необходимое для питания каждого подразделения промышленного…
    (Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий)

  • Определение мощности ККУ- 0,4 кВ. Уточнение фактической загрузки трансформаторов после установки ККУ-0,4 кВ

    В табл. 7.10. приведены значения коэффициента реактивной мощности потребителей трансформаторов: где реактивная и активная мощности определены без учета потерь мощности в сети и конденсаторах до 1 кВ, то есть активная нагрузка на низком напряжении зажимов трансформатора Ртн/= Рт»/• Значения коэффициента…
    (Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий)

  • Суммарное число трансформаторов и ТП 6-10/0,4 кВ в СЭСПП при нормируемом коэффициенте реактивной мощности нагрузки трансформатора tg(pTHopM

    Суммарная расчетная нагрузка всех трансформаторов ТП на стороне 0,4 кВ без компенсации реактивной мощности на стороне вторичного напряжения трансформатора: Суммарная расчетная нагрузка всех трансформаторов ТП на стороне 0,4 кВ при установке батарей конденсаторов на стороне вторичного напряжения трансформатора…
    (Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий)

  • Виды ТП, исполнение и число трансформаторов в ТП 6-10/0,4 кВ

    ТП 6-10/0,4 кВ, питающие силовые и, как правило, осветительные электроприемники промышленных предприятий, являются основными электроустановками систем распределения электроэнергии напряжением до 1 кВ . ТП 6-10/0,4 кВ подразделяются по способу охлаждения трансформаторов, числу, единичной мощности,…
    (Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий)

  • Понятие о коэффициентах мощности и полезного действия

    В энергетике широко распространено понятие о коэффициенте мощности цепи, под которым понимают отношение ее активной мощности к полной: Этот коэффициент показывает, какая доля полной мощности преобразуется в тепло и другие виды энергии. Энергетики стремятся эту долю свести к единице, т.е. иметь Р =…
    (Электротехника)

  • Трансформаторы

    Назначение, конструкция, принцип действия трансформатора Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, преобразующее электрическую энергию (ЭЭ) переменного тока с одним уровнем (действующим значением) напряжения в ЭЭ переменного тока с другим уровнем напряжения при неизменной…
    (Электротехника)

  • Назначение, конструкция, принцип действия трансформатора

    Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, преобразующее электрическую энергию (ЭЭ) переменного тока с одним уровнем (действующим значением) напряжения в ЭЭ переменного тока с другим уровнем напряжения при неизменной частоте напряжения. Внешний вид силового трансформатора представлен…
    (Электротехника)

  • Математическое описание реального однофазного трансформатора

    Практическое использование трансформаторов во многих случаях требует учета имеющих место потерь энергии, а также рассеяния МП вне основного магнитопровода, на котором расположены обмотки. Потери энергии AEJ и АР2 в обмотках м и vr, определяются их активными сопротивлениями г, и г,: МП рассеяния…
    (Электротехника)

Проектирование подстанций

Строительство трансформаторной подстанции (ТП) предусматривает предварительное проектирование объекта и схемы подключения ТП исходя из заданных условий и параметров эксплуатации.

Компания ООО «ЗАО «Юрэнерго» выполняет проектирование подстанций, в точном соответствии с нормативными предписаниями, требованиями Технических Условий (ТУ) и Технического Задания (ТЗ) заказчика.

Поскольку КТП поставляются на место строительства в собранном виде или в виде модулей (комплектная трансформаторная подстанция, КТП), в задачи разработки проекта входит определение:

  • типа и вида подстанции;

  • места установки (строительства) подстанции;

  • электросхемы и структурной схемы объекта;

  • исполнения вводов – воздушный или кабельный;

  • особенностей строительства и присоединения ТП, кабельных линий (КЛ) и линий электропередачи (ЛЭП), их протяженности;

  • предложений по учету электроэнергии;

  • мощности и других параметров трансформаторов, их количества;

  • показателей эффективности ТП;

  • других решений в соответствии с требованиями технического задания.

Проектирование подстанций 110 кВ

Проекты подстанций 110 кВ рассчитаны на внедрение в электросистему сравнительно крупных объектов, например, жилых кварталов или промышленных зон. Поэтому проектирование, как правило, дополняется процедурой технико-экономического обоснования. При расчетах учитывается наличие в заданном районе строительства ТП распределительных подстанций, их рабочих уровней напряжения, степени загруженности и других параметров. В ряде случаев проектирование электрической части станций и подстанций потребует внесения изменений в уже созданные объекты инфраструктуры.

Подготовка проектов ТП, особенно при их многочисленности в определенном районе, предусматривает проектирование систем телемеханики на подстанциях–аппаратного комплекса для сбора и передачи сведений о состоянии объектов электросети и обратной передачи команд от оперативного персонала либо системы автоматического управления на объекты. Спроектированная система телемеханики включает устройства мониторинга (опроса) объектов, аналитического сравнения измеряемых параметров с заданными, контроля за работоспособностью и другое оборудование в соответствии с потребностями заказчика.

Проектирование трансформаторных подстанций

В комплекс работ по проектированию трансформаторных подстанций входит:

  1. Анализ ТЗ и ТУ. Технические условия определят тип и мощность подстанции, уровень напряжения, точку присоединения и другие исходные параметры. Требования к подстанции и проекту детализируются в ТЗ.

  2. Определение размещения ТП в соответствии с планом района, расположением коммуникаций и объектов инфраструктуры. Подстанцию рекомендуется размещать в центре нагрузок. Учитываются условия строительства в заданном месте, эксплуатации и обслуживания подстанции.

  3. Разработка электросхемы подстанции и структурной схемы. Определение количества, мощности силовых трансформаторов. Расчёт присоединения, выбор схем РУ.

  4. Расчёт токов короткого замыкания.

  5. Определение оборудования РУ: выбор выключателей, разъединителей, определителей, короткозамыкателей, шин, изоляторов, измерительных трансформаторов, КИПов, релейной защиты, расчёт заземления.

  6. Проектирование телемеханики.

  7. Определение параметров техники безопасности, энергоэффективности.

  8. Оформление проекта в соответствии с нормативными требованиями, включая рабочую документацию (АС, ЭС), пояснительную записку, спецификации.

Назначение электрических подстанций

Их устанавливают в целях приема и перераспределения электроэнергии от основной станции, ее производящей, к конечным потребителям, находящимся в других районах. Было выявлено, что наиболее экономичным способом передачи данного ресурса является отправка по линиям высокого напряжения. Однако конечные потребители работают при гораздо более низких характеристиках тока. Поэтому при прохождении через подстанции они снижаются для непосредственной подачи электричества к объектам энергопотребления.

Трансформаторные подстанции также служат цели упрощения системы управления и обслуживания энергосистемой. Электросети делят по территориальному признаку на сетевые районы. К каждому из действующих ПЭС (предприятий электросети) прикрепляется диспетчерская и ремонтная служба, которая обслуживает данный объект.

Проектирование подстанций предполагает не только рациональное размещение ПЭС в энергосистеме, но расчет необходимых электротехнических показателей. В процессе создания проекта определяется схема, по которой будет эксплуатироваться объект, высчитываются мощность и другие показатели.

Классификация электрических подстанций

Разделение данных электроустановок на разновидности возможно по нескольким признакам:

  • По номинальному наивысшему напряжению сети. От него зависит мощность, размеры и стоимость подстанции;
  • По числу ступеней пониженного напряжения;
  • По количеству трансформаторов и их индивидуальной мощности;
  • По положению подстанции в общей сети;
  • По категории потребителей;
  • По способам присоединения трансформаторных подстанций к линиям электропередачи их делят на:
    • Ответвительные. В этом случае объект подключен к одному и отведенных участков линии.
    • Проходные. Включаются в рассечку к главной магистрали.
    • Тупиковые. Устанавливаются на конце отдельно выведенной линии.
  • По своей конструкции трансформаторные подстанции могут быть:
    • Закрытыми (когда оборудование установлено в специальных строениях);
    • Открытыми (в этом случае трансформаторы размещены прямо на улице).

Все электрические подстанции делятся на 4 основных типа:

  1. Узловые распределительные (УРП). Это центральный узел, получающий от электростанции энергию с напряжением от 110 до 220 кВ. Далее проводится частичное понижение (или не проводится) показателей тока и он передается на подстанции глубокого ввода. Таким образом, данная разновидность служит промежуточным пунктом между электростанцией и территорией промышленного предприятия, микрорайона, района и т.п.
  2. Главная понизительная подстанция (ГПП). Рассчитана на получение тока с показателями от 35 до 220 кВ. От ГПП электричество распределяется уже при значительно пониженных характеристиках напряжения.
  3. Подстанция глубокого ввода (ПГВ). Как правило, размещают на производственных предприятиях вблизи наиболее энергоемких цехов: сталепрокатных, обогатительные, крепежно-калибровочные и т.д. ПГВ необходимы для подключения к ним группы каких-либо установок на конкретном объекте. На нее подается напряжение 35-220 кВ либо напрямую от электростанции, либо от промежуточного узла.
  4. Трансформаторный пункт (ТП). Этот тип подстанций имеет наиболее низкие показатели напряжения: они поставляют конечным потребителям ток с показателями 230 и 400 В. Принимают они ток от 6 до 35 кВ. Трансформаторные пункты бывают:
    1. Сборные. Состоят из отдельных элементов, которые доставляются в разобранном виде до местоположения будущей подстанции. Там они собираются и монтируются.
    2. Комплектные (КТП). Изготавливаются в укомплектованном виде на заводах и в такой форме доставляются до мест установки.

Проектирование электрической подстанции: общие принципы

Любое строительство и сооружение каких-либо электроустановок должно осуществляться в рамках проектной документации. В этом случае объекты будут соответствовать заявленным требованиям и нести необходимую нагрузку. Процесс проектирования подстанций, электросетей предполагает составление максимально подробных описаний еще не существующих, но запланированных объектов. Данные предоставляются в графической и текстовой формах.

Проектирование объектов энергосистемы может также иметь аналитически-прогнозирующую цель. Выделяют 3 этапа составления проекта:

  1. Рассматривается перспектива развития на 15-20 лет вперед;
  2. Во внимание берется интервал до 10 лет;
  3. Изложенные материалы уточняются для срока до 5 лет.

Электрические подстанции могут проектироваться как один из элементов единой энергетической системы (ЕЭС), объединенной энергосистемы (ОЭС) и районной электроэнергетической системы (ЭЭС).

Принципы и цели, на которых базируется и строится работа по подготовке проектной документации:

  1. Передача и распределение заданного количества электроэнергии (рассчитывается по графику потребления);
  2. Надежная работа электроустановок и системы в целом;
  3. Стабильные качественные характеристики электроэнергии (заданные);
  4. Сокращение затрат на сооружение подстанций;
  5. Снижение ежегодных издержек на содержание и обслуживание объектов энергосистемы.

Надежность и стабильность тока определяются принятыми нормативами, задается количество электроэнергии же в техническом задании, которое заказчик предоставляет исполнителю перед началом проектирования. В задачи специалистов входит поиск оптимального решения, которое обеспечит достижения необходимых показателей мощности, отпускаемой энергии, качества при минимальных возможных затратах финансовых, временных и трудовых ресурсов.

Основные этапы проектирования подстанции:

  1. Разработка технического задания (ТЗ);
  2. Аналитика работы существующей подстанции и сбор всех данных о ней (если таковая имеется);
  3. Собственно разработка проекта и рабочей документации;
  4. Согласование;
  5. Экспертиза проекта и составление исполнительной документации;
  6. Передача проектных материалов заказчику.

По окончании работы специалистов он получает следующие бумаги:

  • Пояснительная записка к проекту электрической подстанции;
  • Генеральный план-схема с указанием места сооружения объекта и экспликации помещений, в которых предполагается установка трансформаторов;
  • Описание технологий строительства и технологических решений;
  • Описание сетей системы и инженерного оборудования;
  • Перечень мероприятий по гражданской обороне;
  • Подробная смета на реализацию проекта;
  • Список мероприятий по охране окружающей среды.

Техническая документация является результатом проектирования электрической подстанции. По ней осуществляются дальнейшие действия: составляется план строительства, подготавливается участок, проводятся работы по монтажу оборудования и т.д.

Определение основных параметров подстанции при проектировании

Поскольку данная электроустановка функционирует не отдельно, а в рамках единой системы, то на нее оказывают влияние характер и нагрузка подключенных потребителей электроэнергии. Поэтому мощность, уровень напряжения и назначение подстанции определяются конфигурацией электросети.

Например, мощность трансформаторов выбирается с учетом сразу нескольких факторов:

  • Плотность расчетной нагрузки (удельной и суммарной) с учетом коэффициента загрузки и перезагрузки станции;
  • Возможность питания потребителей в летний период, когда отключают отопительную систему;
  • Необходимость в резервировании питания в период максимума при выходе из строя одного из генераторов, присоединенных ГРУ;
  • Собственные нужды подстанции и т.д.

На первых этапах для удобства готовят 2 типа схематичных графических документов.

Сначала разрабатывают общую структурную схему всей электроустановки. На ней отмечаются основные элементы: распределительные устройства (РУ), трансформаторы, генераторы. В дальнейшем такой общий план будет служить для проработки более детальной схемы, а также помогают ознакомиться с принципами работы данной подстанции. На данном документе все детали отражаются символично в виде графических фигур.

Затем переходят к разработке главного плана подстанции. Он должен согласовываться с проектами развития сетей района или населенного пункта. Предъявляются следующие требования к главной схеме:

  • Надежная, стабильная подача электроэнергии потребителям разных категорий в нормальном и послеаварийном режимах функционирования подстанции.
  • Обеспечение транзита мощности через РУ повышенного напряжение подстанции по магистральным линиям;
  • Рациональное, с точки зрения экономики, значение тока короткого замыкания для среднего и низшего напряжения;
  • Возможность в будущем достройки и расширения электрической подстанции;
  • Противоаварийная автоматика должна соответствовать нормативам.

Выбор площадки при проектировании электрической подстанции

Следует брать во внимание земельное и водное законодательство РФ, а также руководствоваться актами по охране природы и землепользованию. Основанием для определением участка служат:

  • Схемы развития электросетей микрорайона или иного рассматриваемого объекта;
  • Материалы с указанием районной и городской планировки;
  • Методические указания по выбору и согласованию площадок ПС 35 кВ и выше;
  • Способ технико-экономического сравнения вариантов.

Одним из критериев выбора является близость к:

  • Центру электрических нагрузок;
  • Автомобильным дорогам;
  • Железнодорожным станциям или подъездным путям, на которых можно произвести разгрузку тяжелого оборудования и строительных конструкций;
  • Существующим инженерным сетям или проектируемым (при условии их скорого ввода): имеются в виду водопровод, канализация, отопление, газоснабжение, линии связи;
  • Населенных пунктов (где может проживать персонал электрической подстанции) – здесь необходимо соблюдение минимально допустимых расстояний в соответствии с санитарными нормами.

Участок следует выбирать, исходя из рациональных принципов использования земель с учетом прогнозируемого в будущем расширения подстанции. При расположении объекта на территории надо учитывать обеспечение необходимой ширины коридоров для прокладки воздушных линий различного типа напряжений. Если речь идет не о проектировании новой, а о реконструкции устаревшей подстанции, то всегда следует рассмотреть вариант размещения оборудования на территории существующей ПС.

Обычно, если имеется такая возможность, рассматривают участок под сооружение, который:

  • Расположен на территории непригодных для сельского хозяйства земель. Проектирование подстанций допускает в редких случаях использование под участок орошаемых, осушенных и пахотных земель по согласованию с органами администрации.
  • Является частью незаселенных земель с малоценными насаждениями.
  • Находится вне зоны природных и атмосферных загрязнений. Проектирование электрической подстанции в загрязненных районах допускается только с приведением достаточного технико-экономического обоснования.
  • Является частью территорий с благоприятными геологическими и геофизическими характеристиками. Не рассматриваются зоны с активным карстом, оползнями, оседаниями или обрушением поверхностей, селевыми потоками и снежными лавинами, радиационно-зараженные или подлежащие промышленной разработке места.
  • Располагаются на незатопляемых землях. Учитывается уровень залегания грунтовых вод: он должен быть ниже заложения основания подстанции и прокладки инженерных коммуникаций.
  • Имеет грунт, не требующий обустройства дорогостоящего фундамента. Также следует учитывать рельеф местности: он не должен стать причиной значительных затрат. Местность должна позволять провести любые типы воздушных линий электропередач.
  • Относится к территориям, которые не подвержены размывам от русловых процессов рек и водоемов, дождевых потоков. При невозможности соблюдения данного условия следует разместить рядом с подстанцией защитные сооружения.
  • Находится в районе с грунтами I и II категории сейсмических свойств. Должна также отсутствовать вероятность обледенения оборудования и ошиновки.
  • Удален от аэродромов и посадочных площадок авиации, мест хранения горючих и взрывчатых веществ, нефте- и газопроводов, радиостанций и телевышек, а также зон влияния разрабатываемых взрывами карьеров на предписанные нормами расстояния.
  • Предоставляет возможность сооружения подстанции безе сноса или переноса других строений и коммуникаций.

Проектирование электрических ПС должно быть рациональным. Поэтому следует всегда рассматривать возможность кооперирования с другими предприятиями и населенными пунктами для более целесообразного строительства дорог, прокладки коммуникаций и т.д. Необходимо учитывать расположение вблизи источников воды: естественных водоемов или рек, артезианских скважин, возможность присоединения к имеющейся сети.

Составление схемы распределительных устройств при проектировании подстанций

Данный процесс может осуществляться по типовым работам, отраженным в документации «Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций напряжением 35 — 750 кВ. Типовые решения» с учетом «Общих технических требований к подстанциям 330 — 750 кВ нового поколения». Отступления от отраженных там стандартов допустимы только при достаточном технико-экономическом обоснования.

Для распределительных устройств с повышенными показателями напряжения (110-220 кВ) следует руководствоваться другими принципами. В зависимости от сложности и надежности можно применять схемы с одинарной или двойными системами шин. Решение в пользу выбора обходного типа принимается только в редких случаях при наличии специального обоснования. Исключается применение отделителей и короткозамыкателей.

Как правило, проектирование подстанций предполагает установку двух трансформаторов во время эксплуатации и одного на период пускового режима. Иногда, оставляют один преобразователь, если он справляется с нагрузкой и обеспечивает надежное электроснабжение. Исключениями становятся ситуации, когда требуется обеспечить ПС двумя средними напряжениями (тогда ставят 3 или более). При этом необходимо обосновать с технической и экономической точки зрения такой подход. Для коммерческого учета электроэнергии трансформаторы могут устанавливаться в цепи воздушных линий.

Выбор, как правило, принимается в пользу трехфазных преобразователей. Если таковые отсутствуют с требуемой мощностью, то можно заменить на группу однофазных или 2 двухфазных с одинаковыми характеристиками.

Что следует также учитывать и предусматривать при проектировании подстанций:

Если на ПС устанавливают одну группу однофазных автотрансформаторов или шунтирующих реакторов, то следует выделить резервную фазу на данном объекте или же в центральном общем резерве для группы ПС. Переключение с поврежденной фазы на новую осуществляют с помощью перемычек при отсутствии напряжения.

Если же на подстанции присутствуют 2 группы оборудования, необходимость установки определяется по техническим и экономическим расчетам с учетом резерва. Если принято решение о монтаже резервной фазы, в дальнейшем переключение производится путем перекатки или перемычками при отсутствии напряжения.

Работа с зоной низкого напряжения

Для питания потребителей от обмотки НН нужно установить линейные регулировочные трансформаторы. Это необходимо для независимой регулировки напряжения в некоторых случаях. Если трансформатор трехобмоточный, то регулирующие преобразователи могут предусматриваться проектом только на одной из его сторон.

На сторонах НН 6, 10 и 35 кВ работа трансформаторов осуществляется отдельно.

Проектирование токов короткого замыкания

Если присутствует потребность в ограничении токов КЗ на стороне НН (6 и 10 кВ), то проводят ряд мероприятий:

  • Применяют трехобмоточные трансформаторы с максимальным сопротивлением между ВН и НН и двухобмоточные с повышенным сопротивлением.
  • Устанавливают преобразователи с расщепленными обмотками низкого напряжения.
  • Используют ограничители тока реакторов в цепях вводов от трансформаторов, при этом отводящиеся линии выполняются нереактированными.

Способ предотвращения коротких замыканий выбирается, исходя из технико-экономического обоснования с соблюдением принципа высокого качества поставляемой электроэнергии. Степень, с которой следует ограничивать токи КЗ, определяется присутствием более легкого оборудования, кабелей, ошиновки.

Компенсация емкостных токов

Если существует необходимость компенсировать емкостные токи в сетях одного из типов (на 35, 10, 6 кВ), то на ПС устанавливают дугогасящие заземляющие реакторы с функцией регулировки индуктивности. Подключение производится обычно к нулевым выводам обмоток.

Выбор электротехнического оборудования при проектировании подстанций

Как правило, подбор всех необходимых комплектующих элементов производится заказчиком на основании описаний, которые предоставил проектировщик. Он выставляет определенные технические требования к оборудованию. Основанием для них служат расчеты, построенные на данных о примыкающих сетях, условиях окружающей среды, росте нагрузок, передаваемой мощности, развитию электросетей. Учитывается и прогнозируемая перспектива развития на будущий период не менее 5 лет.

Оборудование и материалы для реализации проекта выбираются в соответствии со стандартами, принятыми в Российской Федерации.

Подбор трансформаторов

Расчет мощности производится таким образом, чтобы при выводе из эксплуатации какого-либо одного преобразователя остальные продолжали поддерживать нормальный режим работы и справлялись бы с нагрузкой. К оборудованию, которое имеет повышенные нагрузочные характеристики, предъявляются требования действующих нормативных документов.

Если в процессе функционирования подстанции она перестает отвечать запросам и справляться с растущими нагрузками, то увеличение мощности производится заменой трансформаторов. В любых ПС следует устанавливать современные преобразователи тока, которые оборудованы опцией автоматической регулировки напряжения под нагрузкой. При этом они должны быть динамически стойкими, надежными и снижать потери до минимума.

Принимать решение о замене трансформаторов или об установке дополнительных единиц нужно на основании анализа работы подстанции на текущий момент, количества сбоев за предыдущий период, фактического срока службы, технического уровня, развития электрических сетей, изменения главной схемы соединений ПС.

Рекомендации по выбору трансформаторов для подстанции

  • Для ПС 220 киловольт и более, где не предполагается подача нагрузки на зону НН, желательно применять автотрансформаторы 220 кВ мощностью 63 или 125 МВА.
  • Для ПС на 110 киловольт, которые в перспективе могут испытать рост нагрузки, лучше выбирать агрегаты с ускоренной ступенью охлаждения и способностью к повышенным нагрузкам.
  • Для подстанций на 110 кВ, где нужно установить трехобмоточные трансформаторы, если суммарная нагрузка СН и НН не превышает номинальную мощность модели, рационально сделать выбор в пользу агрегатов с неполной мощностью обмоток среднего и низкого напряжения.

Дальнейшие этапы проектирования электрических подстанций

  • Проводится расчет защитных систем, автоматики от перенапряжений, заземлений, а также электромагнитной совместимости подобранного оборудования.
  • Выделяются ресурсы для обеспечения собственных нужд ПС, проводится расчет кабельного хозяйства, оперативного тока, освещения.
  • Прорабатываются приборы и устройства, необходимые для подключения модуля управления, сигнализации и автоматики.

Особенности проектирования подстанций различной мощности

  • ПС 35 кВ

Могут быть открытого и закрытого типа в зависимости от условий эксплуатации и требований ТЗ. В процессе составления проекта специалистами анализируются данные и выявляется оптимальное количество трансформаторов, которые необходимо установить на ПС.

  • Подстанции 10 кВ

При работе с ПС низкого и среднего напряжения следует исходить из данных о параметрах единовременной нагрузки, регулирования, релейной защиты, телемеханики, антиаварийной автоматики, изоляции и др.

  • Подстанции 110 кВ

Как правило, столь мощные сооружения внедряются в электросети крупных объектов: микрорайонов, жилых кварталов, промышленных зон. В данном случае проектирование предполагает также выполнение процедуры технико-экономического обоснования выбора того или иного способа размещения, оборудования и т.д. Требуется согласованное внедрение новой подстанции в уже существующую инфраструктуру, поэтому, как правило, подобная работа более длительна по срокам. При этом сбор данных осуществляется телемеханическим способом с использованием специальной аппаратуры.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *