Анализ работы подстанции Южная с исследованием надежности (diplom)

Посмотреть архив целиком


МИНИСТЕРСТВООБЩЕГО И ПРОФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электрооборудования




ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


к дипломному проекту по специальности 18.13.00. – «Внутризаводское электрооборудование» на тему:

Анализ работы электрооборудования подстанции «Правобережная» с оценкой


_

эффективности устройств релейной защиты и автоматики

___________________________________________________________________

____________________________________________________________________

_


___________________________________________________________________

Студент ____________________________________________________________

(

ЭО – 95

фамилия, имя, отчество полностью)

группа ______________________________________________________________

(

доцент, кандидат технических наук

подпись студента)

Р

Шпиганович Алла Александровна

уководитель дипломного проекта _____________________________________

____________________________________________________________________

(ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)

К

экономике и организации производства — доцент, кандидат

онсультанты:

по _______________________________________________________________

(

технических наук Шпиганович Алла Александровна

наименование раздела, ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)

_

по охране труда —

___________________________________________________________________

по _________________________________________________________________

(наименование раздела, ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)

_

по нормоконтролю —

___________________________________________________________________

по _________________________________________________________________

(наименование раздела, ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)

____________________________________________________________________

Рецензент ___________________________________________________________

(ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)

____________________________________________________________________

Дипломный проект рассмотрен на кафедре и допущен к защите в ГАК ___

_

профессор, доктор технических наук

___________________________________________________________________

З

Шпиганович Александр Николаевич

аведующий кафедрой _______________________________________________

____________________________________________________________________

(ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)


ЗАДАНИЕ


РЕФЕРАТ


В работе рассмотрены вопросы проверочного расчета объекта электроснабжения и сравнения полученных результатов с реально существующей подстанцией «Правобережная». В специальной части рассмотрены вопросы эффективности применения устройств релейной защиты и автоматики.


ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ


В настоящее время электрическая энергия является наиболее широко используемой формой энергии. Это обусловлено относительной легкостью ее получения, преобразования, передачи на большое расстояние и распределения между приемниками. Огромную роль в системах электроснабжения играют электрические подстанции — электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электрической энергии. В России, как и в других западных странах, для производства и распределения электрической энергии используют трехфазный переменный ток частотой 50 Гц. Применение трехфазного тока частотой 50 Гц обусловлено большей экономичностью сетей и установок трехфазного тока по сравнению с сетями однофазного переменного тока, а также возможностью применения в качестве электропривода наиболее надежных, простых и дешевых асинхронных электродвигателей.

В качестве объекта исследования выбрана подстанция «Правобережная». Данная подстанция входит в состав ОАО «Липецкэнерго – ЛЭС» и расположена в юго-западной части города Липецка. Подстанция, как объект электроснабжения, была спроектирована и построена для снабжения электрической энергией определенного количества приемников. За прошедшее время произошло изменение количества приемников, а, следовательно, и уровня нагрузок. Поэтому оборудование устарело морально и технически. На ОАО «Липецкэнерго – ЛЭС» рассматривается вопрос модернизации данной подстанции путем замены устаревшего оборудования на более новое и совершенное, а также установки новой автоматизированной системы релейной защиты, автоматизации и управления. Для этого необходим повторный расчет подстанции с учетом всех произошедших за последнее время изменений.

Для обеспечения надежной и бесперебойной работы, как подстанции, так и энергосистемы, большое значение имеют устройства релейной защиты и автоматики. Поэтому при проектировании, изготовлении и эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики уделяется большое внимание обеспечение надежной работы данных устройств. Высокая надежность системы релейной защиты и автоматики достигается при сочетании высокой надежности отдельных элементов с надлежащим техническим обслуживанием. Основную часть устройств релейной защиты и автоматики в России составляют аналоговые электромеханические устройства. При этом надежность систем релейной защиты и автоматики достигает 99,5%. Это достигается за счет оптимальной структуры систем релейной защиты и автоматики и высоких трудозатрат персонала на техническое обслуживание. Согласно «Сводному годовому отчету о работе устройств релейной защиты и автоматики» ОАО «Липецкэнерго» количество устройств релейной защиты и автоматики, проработавших 25 лет и более, составляет около 29% от общего количества устройств релейной защиты и автоматики. Вследствие морального и физического износа устройств релейной защиты и автоматики увеличились трудозатраты персонала, которые направлены на поддержание надежности этих устройств на должном уровне.

В настоящее время в западных странах широкое распространение получили микропроцессорные системы защиты, контроля и управления, которые имеют равные или лучшие показатели надежности и меньшие трудозатраты на техническое обслуживание по сравнению с системами на аналоговых устройствах. Поэтому необходимо внедрение микропроцессорных систем релейной защиты и автоматики.

Целью данной работы является проверочный расчет объекта электроснабжения и сравнение полученных результатов с реально существующей подстанцией, рассмотрение существующей системы релейной защиты и автоматики и определение ее эффективности.


1. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ОБЪЕКТА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ


1.1. Влияние окружающей среды на работу подстанции «Правобережная»


В данном проекте в качестве объекта электроснабжения рассматриваем подстанцию «Правобережная». Она работает в системе совместно с другими подстанциями этого же класса. Работа в таком режиме позволяет осуществлять дополнительное резервирование потребителей и значительно повышает надежность их электроснабжения. Подстанция «Правобережная» получает энергию в виде трехфазного тока частотой 50 Гц по линии напряжением 220 кВ длиной 11,9 км от подстанции «Борино – 500». Затем энергия преобразуется на напряжения 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ и распределяется соответствующим электроприемникам.

Подстанция «Правобережная» находится в юго-западной части города Липецка. Липецкая область располагается в средней полосе с умерено – континентальным климатом. Колебание температуры в течение года не очень значительны и составляют 20 – 300С. При этом среднегодовой уровень осадков в области составляет 550 – 600 мм, а количество грозовых дней в году — 40 – 60. Давление ветра в среднем не превышает 35 Н/м. Толщина ледяного покрова при обледенении проводов и других открытых конструкций составляет 3 мм. Надежность работы основного электрооборудования зависит от условий внешней среды. На работу различных электротехнических устройств оказывают влияние различные факторы: удары, вибрация, перегрузки, перепады температуры, электрические и магнитные поля, влажность, песок, вызывающие коррозию жидкости и газы, солнечная радиация. В городе расположен крупный металлургический комбинат АО «НЛМК». Работа комбината сопровождается повышенным содержанием пыли, взвешенных твердых частиц и химических примесей. Из химических примесей наибольшую концентрацию имеют окислы серы и азота. Это приводит к необходимости использования двойной изоляции и других мер по обеспечению необходимого уровня изоляции. Обслуживающему персоналу необходимо принимать ряд мер по обеспечению нормальной работы оборудования. К ним относятся: протирка керамических изоляторов, профилактика и другие операции. Поэтому при выборе основного электрооборудования необходимо принять во внимание то, что подстанция работает в непосредственной близости от крупного металлургического комбината.



1.2. Выбор месторасположения


Подстанция «Правобережная», как и любая другая подстанция, является важным звеном системы электроснабжения. Таким образом, выбор оптимального месторасположения подстанции является одним из важных этапов проектирования любой системы электроснабжения. В самом начале расчета составляется список всех объектов, которые получают энергию от данной подстанции, а затем наносится на план их расположение. Кроме того, необходимо знать графики активной и реактивной нагрузок всех приемников электрической энергии. При рациональном размещении подстанции на местности технико-экономические показатели системы электроснабжения близки к оптимальным. Это позволяет снизить затраты при эксплуатации, так как при передачи потери электрической энергии минимальны. Для определения месторасположения подстанции при проектировании системы электроснабжения строится картограмма нагрузок.



1.3. Картограмма нагрузок


Картограмма нагрузок представляет собой размещенные на плане местности окружности, причем площади, ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам объектов электроснабжения. Для каждого приемника электрической энергии строится своя окружность, центр которой совпадает с центром объекта. Каждый круг может быть разделен на секторы, соответствующие осветительной, силовой, низковольтной, высоковольтной нагрузкам. В этом случае картограмма нагрузок дает представление не только о величине нагрузок, но и их структуре. Центр нагрузки объекта электроснабжения является символическим центром потребления электрической энергии. Картограмма нагрузок позволяет достаточно наглядно представить распределение нагрузок по территории. Тогда, согласно [1]:


, (1.1)


где Pi – нагрузка объекта электроснабжения, кВт;

ri – радиус окружности, км;

т – масштаб для определения площади круга, кВт/км2.

Из формулы (1.1) можно легко определить радиус окружности:


. (1.2)


Подстанция «Правобережная» получает питание по двухцепной линии 220 кВ «Правобережная» длиной 11,9 км. На линии 220 кВ «Правобережная» используются провода марки АСО – 300. Провод выбран по условию обеспечения механической прочности, а также наличием в атмосфере вредных веществ. На подстанции осуществляется преобразование электрической энергии с напряжения 220 кВ до напряжений 110, 35 и 10 кВ. Преобразованная электрическая энергия передается соответствующим приемникам по воздушным и кабельным линиям. Мощность, передаваемая по воздушным и кабельным линиям, а также расстояния до приемников приведены в табл. 1.1.


Таблица 1.1

Мощность приемников электрической энергии и расстояния до них

Напряжение, кВ

Приемник

Мощность, кВА

Расстояние, км

110

Дон

1898 + j339

70,2

Лебедянь

156 + j220

72,0

Сухая Лубна

613 + j284

30,0

Центролит

55 + j18

6,9

Московская

92 + j37

9,7

Бугор

339 + j119

5,0

Вербилово

587 + j0

32,5

35

Кирпичный завод

5 + j4

1,0

ЛОЭЗ

88 + j80

5,2

Борино

202 + j94

15,3

Мясокомбинат

202 + j133

3,0

10

КТП – 307

275 + j222

0,8

МСУ – 14

100 + j88

1,4

РП – 17

530 + j327

1,9

Брикетная

47 + j45

1,0

База ПСМК

204 + j170

1,1

Телецентр

33 + j5

0,5

Сырское

15 + j15

1,2

ГРС

86 + j17

0,9

Подгорное

16 + j15

1,6

Совхоз 50 лет Октября

28 + j29

1,2


Данные по мощности приемников электрической энергии взяты на АО «Липецкэнерго – ЛЭС» по результатам контрольных замеров от 16 июня 1999 года. Определим радиус окружностей, характеризующих мощность приемников электрической энергии, по формуле (1.2):


, км;

, км.


Для остальных приемников расчет проводится аналогично. Результаты расчета сведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Радиусы окружностей, характеризующих активные и реактивные мощности приемников

Приемник

rа, км.

rр, км.

Лебедянь

3,151

3,742

Сухая Лубна

6,247

4,252

Центролит

1,871

1,070

Московская

2,420

1,535

Бугор

4,646

2,752

Вербилово

6,113

0

Кирпичный завод

0,101

0,505

ЛОЭЗ

2,367

2,257

Борино

3,586

2,446

Мясокомбинат

3,586

2,910

КТП – 307

4,184

3,759

МСУ – 14

2,523

2,367

РП – 17

5,809

4,563

Брикетная

1,730

1,693

База ПСМК

3,604

3,290

Телецентр

1,449

0,564

Сырское

0,997

0,997

ГРС

2,340

1,040

Подгорное

1,009

0,977

Совхоз 50 лет Октября

1,335

1,359


Теперь определим условный центр электрических нагрузок. Он необходим для выбора наиболее оптимального месторасположения объекта электроснабжения. При проведении расчета будем считать, что электрические нагрузки распределены равномерно по всей площади приемника, тогда центр электрических нагрузок совпадает с центром тяжести данной системы масс. Координаты условного центра активных и реактивных нагрузок, согласно [1], определяются по следующим общим формулам:


; (1.3)

. (1.4)


Определяем условный центр активных электрических нагрузок:


;

.


Расчет условного центра реактивных нагрузок проводится аналогично. Тогда условный центр реактивных нагрузок находится в точке с координатами х0,р. 8,3 и у0,р. 15. Как видно из расчета центр электрических нагрузок на картограмме представлен в виде стабильной точки. В реальности приемники работают с нагрузкой, которая изменяется с течением времени. Поэтому нельзя говорить о центре электрических нагрузок, как о некоторой стабильной точки на генеральном плане. В действительности можно говорить о зоне рассеяния центра электрических нагрузок, как о зоне, в которой с некоторой вероятностью должен находится объект электроснабжения.

Определим удельную (взвешенную) активную и реактивную мощность каждого приемника:


;

.


Для остальных приемников расчет проводится аналогично. Результаты расчета представлены в табл. 1.3.


Таблица 1.3

Удельная (взвешенная) активная и реактивная мощность каждого приемника

Приемник

Р

Q’

1

2

3

Лебедянь

0,028

0,097

Сухая Лубна

0,110

0,126

Центролит

0,010

0,008

Московская

0,017

0,016

Бугор

0,061

0,053

Вербилово

0,105

0

Кирпичный завод

0,001

0,002

ЛОЭЗ

0,016

0,035

Борино

0,036

0,042

Окончание табл. 1.3

1

2

3

Мясокомбинат

0,036

0,059

КТП – 307

0,049

0,098

МСУ – 14

0,018

0,039

РП – 17

0,095

0,145

Брикетная

0,008

0,020

База ПСМК

0,037

0,075

Телецентр

0,006

0,002

Сырское

0,003

0,007

ГРС

0,015

0,008

Подгорное

0,003

0,007

Совхоз 50 лет Октября

0,005

0,013


Теперь определим параметры нормального закона распределения координат центра активных электрических нагрузок:


;

;

;

.


После нахождения закона распределения координат центра активных электрических нагрузок определим зону рассеяния. Для этого необходимо определить радиусы эллипса зоны рассеяния. При этом примем, что точка с координатами х и у попадет в этот эллипс с вероятностью Р() = 0,95. Тогда:


;

.


Зона рассеяния центра активных электрических нагрузок представляет собой эллипс. Картограмма активных нагрузок представлена на рис. 1.1. Расчет зоны рассеяния центра реактивных электрических нагрузок проводится аналогично. Результаты расчета сведены в табл. 1.4.




Таблица 1.4

Параметры нормального закона распределения координат центра реактивных электрических нагрузок

5,185

32,119

0,311

0,125

5,569

13,856


Зона рассеяния центра реактивных электрических нагрузок, также как и зона рассеяния центра активных электрических нагрузок, представляет собой эллипс. Картограмма реактивных нагрузок представлена на рис. 1.2.



1.4. Выбор типа, числа и мощности трансформаторов


Силовые трансформаторы, которые устанавливаются на подстанциях, предназначены для преобразования электрической энергии с одного напряжения на другое. Наиболее широкое распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12 – 15% ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20 – 25% меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности [3]. При расчетах рекомендуется выбирать трехфазные трансформаторы. В тех случаях, когда это невозможно, то есть нельзя изготовить трехфазный трансформатор очень большой мощности или существуют ограничения при транспортировке, допускается применение групп из двух трехфазных или трех однофазных трансформаторов. Выбор трансформаторов заключается в определении их числа, типа и мощности. К основным параметрам трансформатора относятся номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение короткого замыкания; ток холостого хода; потери холостого хода и короткого замыкания.

Определение типа и мощности трансформаторов необходимо провести на основе технико-экономических расчетов. Выбор трансформаторов на