Расчёт понижающей подстанции

Введение
Трансформаторные подстанции относятся к категории электрических установок и являются главнейшими элементами систем распределения электроэнергии, в том числе линий электропередач. Они преобразуют напряжение сети переменного тока с целью наиболее экономичной и удобной доставки электроэнергии потребителю. Без подстанций становится просто невозможным применение таких электрических приборов, как компьютеры, бытовая электротехника, освещение и т.д.
Существуют понижающие и повышающие подстанции. Повышающие предназначены для повышения напряжения генераторов, находящихся на электростанциях. Повышение напряжения в свою очередь необходимо для передачи электроэнергии на большое расстояние с наименьшими потерями. Однако использовать электроэнергию с таким высоким напряжением нецелесообразно – бытовые и промышленные потребители малой и средней мощности делать с высоким входным напряжением крайне нецелесообразно по причине опасности поражения электрическим током и больших расходов на изоляцию. Таким образом, появляется необходимость в понижающих подстанциях, которые делают обратную операцию – преобразуют высокое напряжение в низкое. Такие подстанции называются понижающими. В зависимости от величины напряжений на первичной и вторичной сторонах, а также от местоположения подстанции делятся на районные, главные понижающие и местные подстанции. Обычно подстанции состоят из силовых трансформаторов; распределительного устройства; устройств защиты, блокировки и сигнализации, а также некоторых других вспомогательных элементов.
Расчет подстанции.
Pзимн max = 100 кВт, cosφ = 0,84
Uвн = 115 кВ; Uнн = 10,5 кВ
tср. зимняя = -5°С; tср. летняя = 0°С
Распределение потребителей по категориям:
I – 10% ; II – 60% ; III – 30%
Линий, резервирующих потребителей по низкому напряжению, нет.
А) График нагрузки
Час Sзимн, % Sлетн, %
1 40 20
2 30 20
3 30 20
4 30 40
5 50 50
6 70 50
7 90 80
8 100 80
9 100 80
10 100 90
11 100 70
12 80 70
13 80 50
14 60 50
15 60 50
16 90 70
17 90 90
18 90 90
19 70 60
20 50 60
21 50 60
22 40 40
23 40 40
24 40 40


I . Выбор силовых трансформаторов подстанции.
Sзимн max= Pмакс_зимн /cosφ = 100/0,84 = 120 кВА

Поскольку на проектируемой подстанции имеются потребители I категории, а резерва нет, необходимо установить n T ≥2. Выбрали вариант с двумя трансформаторами.
ST = Sзимн max ∙(1 - kоткл)/(( n T -1)∙1,4),
Где ST – мощность трансформатора, кВА; kоткл – доля допустимых отключений потребителей (kоткл≤ kIII ); 1,4 – допустимая перегрузка трансформатора (40%).
Для kоткл = 0 ST max = Sзимн max/1,4 = 85,7 кВА
Для kоткл = kIII = 0,4 ST min = Sзимн max ∙(1-0,4)/1,4 = 51,4 кВА
В результате получаем интервал (51 кВА – 86 кВА). По справочнику выбираем силовые трансформаторы. На мощность, близкую к 100 кВА, трансформаторов с входным напряжением 115 кВ, не имеется, поэтому выбираем трансформатор ТМН-2500/110-У1 - силовой масляный трехфазный двухобмоточный трансформатор общего назначения с регулированием напряжения под нагрузкой, с системой охлаждения вида «М» – естественной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла, предназначен для работы в умеренном климате в условиях наружной установки. Климатическое исполнение У1, категория размещения 1 по ГОСТ 15150. Трансформатор выпускается Белоозерским электромеханическим заводом.
Несмотря на большой запас по мощности, полагается разместить на подстанции 2 вышеуказанных трансформатора.
Тепловой расчёт трансформатора. 2х2,5 МВА.
Зима. Номинальный режим.
Sзимн max = 120 кВА
S∑ тр = 2∙2,5 МВА = 5 МВА
S∑ тр % = (120/5000) ∙100 = 2,4%.
Данный показатель говорит о слабой загрузке трансформатора, однако трансформаторы с напряжением 115 кВ меньшей мощности не производятся промышленностью.
Зимние сутки
S,%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
часы
Рис.1. График изменения мощности в течение суток в зимнее время

Видим, что наибольшая мощность потребляется на 8-м, 9-м, 10-м, и 11-м часу. Рассчитаем тепловой импульс Bi = ∑Si 2 ti , где i - ступень постоянной нагрузки периода перегрузки, Si - мощность ступени, ti - продолжительность ступени, ч.
B1 = 1202 = 14400 кВА2·ч
Данные цифры далеки от максимальных перегрузок данных трансформаторов, поэтому далее расчёт перегрузок не имеет смысла.
Зима. Аварийный режим.
Аварийный режим обусловлен отключением одного из трансформаторов. Расчет теплового импульса производится аналогично.
S∑ тр = 1∙2,5 МВА = 2,5 МВА
S∑ тр % = (120/2500) ∙100 = 4,8%.
Как видим, мощности даже одного трансформатора хватает для удовлетворения требованиям Технического Задания. Отключения потребителей не требуется ни в какое время и ни при какой нагрузке.
Лето. Нормальный режим.
Поскольку cosφ = 0,84 и летом, и зимой согласно техническому заданию, а также равны потребляемые активные мощности, полная мощность считается так же, как и при подсчёте полной мощности в зимнее время.