Проектирование понижающей подстанции

Назначение и виды понижающих подстанций

Различают следующие виды понижающих подстанций:

1. Главные понижающие подстанции. Данный вид понижающих подстанций представляет собой пункт приема электрической энергии от линий электропередач или электростанций, преобразующий ее в энергию более низкого напряжения для распределения между потребителями. На высшей стороне главные понижающие подстанции могут иметь напряжение 750, 500, 220-110-(150), 35 кВ, а на низшей стороне 6-10 кВ, иногда 35 кВ.
2. Трансформаторные подстанции, где электрическая энергия, которая поступает от главных понижающих подстанций, преобразуется с высшего напряжения на низшее и затем распределяется.

По конструктивному исполнению различают закрытые, открытые и передвижные подстанции. В открытых подстанциях всё необходимое оборудование устанавливается на открытом воздухе. К данному виду подстанций относятся мачтовые подстанции, трансформаторы которых устанавливаются на железобетонных или деревянных опорах. Пример мачтовой понижающей подстанции изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Мачтовая понижающая подстанция. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: 1 - трансформатор; 2 - разъединитель; 3 - предохранитель; 4 - шкаф.

Процесс проектирования понижающих подстанций

В зависимости от поставленных задач, требований технического задания, условий работы и имеющихся ресурсов процесс проектирования понижающей подстанции может состоять из следующих этапов:

1. Построение графиков нагрузки подстанции. В состав данного этапа входят построение суточных, суммарного графиков нагрузок потребителей, годового графика продолжительности нагрузок, а также определение технико-экономических показателей из графиков нагрузки.
2. Выбор мощности и числа трансформаторов, расчет на перегрузочную способность. В состав данного этапа входят подбор трансформаторов собственных нужд и построение эквивалентного двухступенчатого графика нагрузки понижающей подстанции.
3. Выбор и обоснование электрической схемы понижающей подстанции.
4. Выбор сечений и марки проводов линий низкого и высокого напряжений.
5. Расчет токов аварийных режимов. В состав данного этапа входят расчет токов трехфазного короткого замыкания, ударного тока трехфазного короткого замыкания, а также расчет сопротивлений схем замещения трансформаторов, линий высокого напряжения и системы.
6. Подбор электрического оборудования и токоведущих частей понижающей подстанции. В состав данного этапа входят выбор и проверка ошиновки распределительных устройств высокого и низкого напряжения; выбор и проверка электрических аппаратов (разъединители, ограничители перенапряжения, выключатели); выбор трансформаторов тока и напряжения.

Графики нагрузки подстанции

Электрическая нагрузка потребителей определяет режим работы понижающей подстанции и непрерывно изменяется. Как правило, в графиках нагрузки отражается изменение нагрузки за определенный период времени.

Формула для расчета нагрузки каждой ступени, при построении суточного графика нагрузки, выглядит следующим образом:

$Рi = ni * Ррасч / 100$

где: Pрасч - расчетная мощность потребителей; ni - ордината соответствующей ступени типового графика.

После расчета всех ступеней нагрузки строится суточный график, пример которого изображен на рисунке ниже.

Рисунок 2. Суточный график. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Совмещенный график нагрузки определяется с учетом потерь мощности. В данном случае потерями мощности выступают потери на собственные нужды, зависящие от параметров и характеристик трансформаторов, а также вида подстанции; протекания токов по обмоткам трансформатора, которые являются переменными величинами и зависят от нагрузки; постоянной части потери мощности, которая определяется потерями холостого хода трансформатора.

Если сложить значения мощностей на всех ступенях графика нагрузки потребителей и потери мощности подстанции на каждой ступени, получится совмещенный график нагрузки. Таким образом выражение выглядит следующим образом:

$Робщ = Рi + Pпост + Pпер + Рсн$

где: Рi - суммарная мощность всех ступеней; Рпост - постоянные потери (около 1 % от максимальных); Рпер - потери от протекания электрического тока по обмоткам трансформатора; Рсн - потери на собственные нужды подстанции.

Потери на собственные нужды рассчитываются по следующей формуле:

$Рсн = 0,05 * Рмакс$

где: Рмакс - максимальное значение активной мощности ступени суммарного графика.

Постоянные потери рассчитываются следующим образом:

$Рпост = 0,01 * Рмакс$

Переменные потери, которые зависят от мощности каждой ступени, рассчитывается по формуле:

Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

По конечным результатам Робщ строятся суммарные графики нагрузки потребителей.