Расчет установленной мощности понизительной трансформаторной подстанции (ПТП) и исследование технико-экономических показателей ее транс

Министерство образования  Российской Федерации

 

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального образования

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра электротехники

 

 

 

 

Курсовая  работа

 

 

Расчет установленной  мощности понизительной трансформаторной подстанции (ПТП) и исследование технико-экономических  показателей ее трансформаторов  в естественных и искусственных  условиях

 

Вариант 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка группы

 

 

Преподаватель

 Бондаренко А.В.

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

Цель работы –расчет установленной мощности ПТП строительного объекта с потребителями второй категории с номинальным напряжением U_вн=U_2н=0,525 кВ по исходным данным проектирования технологического производства с учетом коэффициента спроса К_с , принятие решения по искусственному улучшению коэффициента мощности cosφ_св и выбора основного электрооборудования ПТП с учетом собственных нужд и возможного развития строительного объекта, исследование влияния нагрузки на технико–экономические показатели ПТП.

 

Последовательность расчета  параметров ПТП:

 

1.Нагрузка на шины ПТП с  учетом коэффициентов спроса  К_с и мощности cosφ.

 

№п/п	Виды электропотребителей 2-ой категории	Рн, кВт	Кс	Рmax, кВт	cosφ	Smax, кВА	tgφ	Qmax, кВАр
1	Электромеханизмы непрерывного транспорта	30	0,5	15	0,65	23,08	1,169	17,535
2	Электрические краны	100	0,35	35	0,5	70	1,732	60,62
3	Электроустановки технологического оборудования	750	0,7	525	0,8	656,25	0,75	393,75
4	Электропривод металлообрабатывающих  станков	150	0,3	45	0,65	69,23	1,169	52,605
5	Электроустановки вентиляторов, насосов  и дымососов	250	0,7	175	0,8	218,8	0,75	131,25
6	Электропечи, сушильные шкафы, электропрогрев	150	0,8	120	0,95	126,3	0,329	39,48
7	Электроприводы экскаваторов	300	0,5	150	0,55	272,7	1,518	227,7
8	Электросварочные аппараты и агрегаты	75	0,35	26,25	0,5	52,5	1,732	45,465
9	Электрическое освещение	15	0,5	7,5	0,85	8,82	0,619	4,6425
	Суммарные нагрузки	1820		1098,75		1497,7		973,047

 

Расчет максимальных полных Smax(кВА), активных Pmax(КВт) и реактивных (кВАр) нагрузок на шины РУ-НН со стороны электроустановок производится по соотношениям

P_maxi=K_ci∙P_нi;

S_maxi=P_maxi/cosφ_i

Q_maxi=P_maxi∙tgφ_i

 

2.Средневзвешенный коэффициент  мощности строительного объекта

Cosφ_св=∑P_max /∑S_max=0,7336

 

3.Мощность компенсатора при  рациональном значении коэффициента  мощности cos φрац=0,95 определяется соотношением

Q_к=∑P_max(tgφ_св-tgφ_рац)=1098,75(0,9264-0,3287)=656,7228 кВАр

 

4.Выбираем для компенсатора  конденсаторы типа КМ-0,25-45-3 на  номинальную мощность Q_н=45кВАр (прил.5).

Тогда количество статических конденсаторов  в батареях должно быть не менее 

N= Q_к/ Q_н=14,59=15

 

5.Коэффициент мощности строительного  объекта в искусственных условиях  компенсации реактивной энергии 

Cosφ_к= = = =0,9651

6. Расчетная мощность электрической  ПТП с учетом коэффициента  собственных нужд   Кс.н.=1,035 и  коэффициента расширения объекта  Кр=1,3 определяется по формуле 

S _ТПр ⁼К_с.н К_р∑P_max/ Cosφ_к=1,035∙1,3∙1098,75/0,9651=1531,83 кВА.

 

 

7. Номинальная мощность трансформаторов  ,работающих в течение шести  часов с перегрузкой в 30% :

 

S_т.н.=0,769∙ S _ТПр=0,769∙1531,83=1177,9773 кВА.

Тогда число перегруженных трансформаторов  типа  ТМ-1600/10 при номинальной  мощности 1600 кВА (прил.6)

N= S_т.н/s_н=1

8. Установленная мощность ПТП  с учетом выведенного на ремонт  или аварийного трансформатора  ТМ-1600/10 и одного, работающего с  перегрузкой 

 

Sт=2∙ s_н=3200 кВА.

9. сечение жил кабеля , соединяющего  трансформатор с распределительным  устройством низкого напряжения (РУ-НН) 0,525 кВ, определяется по рабочему  току вторичной обмотки перегруженного  трансформатора ТМ-1600/10

 

Iр=1,3∙ s_н/1,73∙Uл=2290,12 А

По справочным данным (прил.2) допустимых расчетных нагрузок Iдоп cиловых кабелей , из условия Iр< Iдоп, сечение одножильного кабеля 1кВ при рабочем  токе 2290, 12 А должно быть более 1150 мм², тогда как сечение жил высоковольтного кабеля ,подходящего к трансформатору от РУ-ВН 10кВ ,при рабочем токе

 

Iр=1,3∙ s_н/1,73∙10=120,2 А

Не более 50 мм²

10. Выбранное электрооборудование  можно представить принципиальной  электрической схемой в однолинейном  исполнении 

 

Рис.1

 

Электроэнергия от высоковольтных линий электропередачи (рис.1)напряжением 10 кВ подается на распределительное  устройство высокого напряжения РУ-ВВ, состоящего из двух секций,соединенных  автоматическим выключателем нагрузки Q1. От РУ-ВВ через высоковольтные разъединители Qs1-Qs4 и выключатели нагрузок Q2,Q3 напряжение 10кВ подводится к первичным обмоткам трансформаторов Т1,Т2 типа ТМ-1600/10.

Напряжение 0,525 В вторичных обмоток  трансформаторов Т1,Т2 через автоматические выключатели нагрузок QF1,QF2 передается на секции шин распределительного устройства низкого напряжения РУ-НН, соединенных разъединителем Qs5.От РУ-НН электроэнергия распределяется по потребителям: через плавкие вставки F3,F5,F6 и магнитные пускатели КМ1, КМ2,КМ3 к электродвигателям М1,М2, М3, через плавкие вставки F1,F11 к шкафам из нескольких панелей AQF1, AQF2 электроосветительных установок и отдельных потребителей малой мощности,через плавкую вставку F10и рубильник S к электронагревательной печи сопротивлением ЕК, через плавкие вставки F2, F4, F7, F8, F9 –

к остальным потребителям. Компенсаторы реактивной мощности, выполненные в  виде двух батарей СВ1 и СВ2 по 5 и 6 конденсаторов типа КМ-0,525-45-3, подключены к секциям РУ-НН через автоматические выключатели QF4 и QF5 . Вывод любого трансформатора на плановый ремонт или его замена не приведет к перерыву электроснабжения строительного объекта, так как один оставшийся в рабочем состоянии позволит иметь нагрузку на секции РУ-НН (к) SТПр в течение 6 ч с перегрузкой в 30 %.

Выбор типа плавкой вставки производится по справочным данным с учетом номинального напряжения, номинального тока плавкой  вставки и номинального тока патрона  для конкретного электропотребителя, выбор магнитного пускателя электродвигателя – с учетом номинального напряжения, типа магнитного пускателя – реверсивного или нереверсивного, с тепловой или  без тепловой защиты, для открытого  или защищенного исполнения.

 

 

 

 

 

Анализ результатов  расчета нагрузок на трансформатор

 

1.Основное электрооборудование  понизительной подстанции будет  работать при различных нагрузках  в процессе технической эксплуатации. В табл. приведены результаты  нагрузки на один трансформатор  для различных условий.Из табл. следует, что токовая нагрузка  на трансформатор со стороны  потребителей строительного объекта  может изменяться в зависимости  от условий работы и вынужденных  ситуаций от 588,98 до 2041,6  кВА, что  соответствует загрузке трансформатора  от 0,37 до 1,276 номинальной мощности, Sн =1600 кВА. Поэтому целесообразно исследовать внешние и рабочие характеристики трансформатора в пределах коэффициента нагрузки от  β= 0,37 до 1,276 для естественных и искусственных условий функционирования трансформатора без перегрузки и с перегрузкой на 30 % в течение 6 ч работы. 

 

Результаты расчета нагрузок на трансформатор ТМ-1600/10

 

 

Условия работы	Нагрузка на трансформатор и  его коэффициент  β =S/Sн
	Без развития объекта			При 30%-ном развитии объекта
	Нормальная работа  двух  трансформаторов		Аварийная работа одного трансформатора	Нормальная работа  двух  трансформаторов	Аварийная работа одного трансформатора
Естественные  cos φсв=0,7336	S	748,85	1497,7	1020,8		2041,6
	β	0,468	0,936	0,638		1,28
Искусственные cos φк=0,9651	S	656,723	1313,45	588,98		1177,96
	β	0,41	0,82	0,368		0,736

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Построение  внешней и рабочей  характеристик трасформатора ТМ-1600/10 в виде зависимостей U2(β)  и                                                                    ŋ(β) (табл).

 

Зависимости внешних и рабочих  характеристик от β
β	U2(е),В	U2(и),В	η(е)	η(и)
0	525	525	0	0
0,1	504,7695	516,801	0,971205	0,97796
0,2	484,539	508,602	0,983164	0,98715
0,3	464,3084	500,4029	0,98622	0,989491
0,4	444,0779	492,2039	0,987008	0,990094
0,5	423,8474	484,0049	0,986884	0,989998
0,6	403,6169	475,8059	0,986303	0,989554
0,7	383,3864	467,6069	0,985463	0,988912
0,8	363,1558	459,4078	0,984463	0,988145
0,9	342,9253	451,2088	0,983356	0,987298
1	322,6948	443,0098	0,982177	0,986394
1,1	302,4643	434,8108	0,980945	0,98545
1,2	282,2338	426,6118	0,979676	0,984476
1,3	262,0032	418,4127	0,978379	0,98348
1,4	241,7727	410,2137	0,977061	0,982467
1,5	221,5422	402,0147	0,975727	0,981441

 

Аналитические выражения для характеристик:

U₂^(е)={1 к cos[аrc cos(cos cв ) аrc cos(Р к /( U к Sн ))]} U 2н ;

U₂^(и)={1 к cos[аrc cos(cos к ) аrc cos(Р к /(U к   Sн ))]}U 2н ;

ŋ ^(e) =β∙S_нcosφ_св(β∙ S_нcosφ_св+ β²P_к+Р_о)^-1

ŋ ^(e) =β∙S_нcosφ_к(β∙ S_нcosφ_к+ β²P_к+Р_о)^-1

 

где U2н = 525 В – номинальное напряжение вторичной обмотки;

Uк = 0,555 В – относительное напряжение короткого замыкания;

Sн =1600 кВт – полная номинальная мощность трансформатора;

Рк =18кВт – мощность потерь короткого замыкания;

Р0= 3,3 кВт – мощность потерь холостого хода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При выборе другого типа трансформатора, например, менее мощного ТМ-400/10, и  возможном преимуществе ПТП представляется необходимым провести исследование его характеристик при тех  же условиях, что и для типа ТМ-1600/10. В этом случае число трансформаторов  в ТП с учетом вывода из эксплуатации одного трансформатора составит

N=   =1531,83/400=4

 

 

 

Результаты расчета нагрузок на трансформатор ТМ-400/10

 

Условия работы	Нагрузка на трансформатор и  его коэффициент  β =S/Sн
	Без развития объекта					При 30%-ном развитии объекта
	Нормальная работа четырех транс-форматоров		Аварийная  Работа трех  трансформа-торов	Аварийная работа двух  трансфор- маторов	Нормальная  работа  четырех  трансфор- маторов		Аварийная  Работа трех  трансфор- маторов		Аварийная работа двух  трансфор- маторов
Естественные  cosφсв=0,7336	S	374,425	499,23	748,85	510,39		680,5		1020,8
	β	0,936	1,248	1,87	1,28		1,7		2,552
Искусственные cos φк=0,9651	S	328,4	437,82	656,72	294,5		392,66		588,98
	β	0,821	1,09	1,64	0,736			0,982	1,473

 

 

Построение внешней и рабочей  характеристик трансформатора ТМ-400/10 в виде
зависимостей U2(β) и η(β)
Зависимости внешних и рабочих  характеристик от β
β	U2(е),В	U2(и),В	η(е)	η(и)
0	525	525	0	0
0,1	522,9417	523,7142	0,96371	0,972173
0,2	520,8834	522,4284	0,978819	0,983817
0,3	518,8251	521,1426	0,982752	0,986835
0,4	516,7668	519,8569	0,983823	0,987656
0,5	514,7085	518,5711	0,983741	0,987592
0,6	512,6502	517,2853	0,983082	0,987087
0,7	510,5919	515,9995	0,982094	0,986331
0,8	508,5336	514,7137	0,980904	0,985418
0,9	506,4754	513,4279	0,979581	0,984402
1	504,4171	512,1421	0,978166	0,983316
1,1	502,3588	510,8563	0,976686	0,982179
1,2	500,3005	509,5706	0,975159	0,981005
1,3	498,2422	508,2848	0,973597	0,979803
1,4	496,1839	506,999	0,97201	0,97858
1,5	494,1256	505,7132	0,970402	0,977341
1,6	492,0673	504,4274	0,968781	0,97609
1,7	490,009	503,1416	0,967148	0,97483
1,8	487,9507	501,8558	0,965507	0,973562
1,9	485,8924	500,57	0,96386	0,972289
2	483,8341	499,2843	0,962209	0,971011
2,1	481,7758	497,9985	0,960555	0,96973
2,2	479,7175	496,7127	0,9589	0,968448
2,3	477,6592	495,4269	0,957245	0,967164