Дипломная работа: Создание электрической подстанции "Шершнёвская" ЗАО "Лукойл-Пермь"

Для обеспечения оборудования месторождения нефти электрической энергией и его бесперебойной работы необходимо создать надежную и экономичную систему электроснабжения.

Широкое распространение получили следующие мероприятия по повышению эффективности использования электрической энергии:- перевод систем электроснабжения на повышенное номинальное напряжение;- приближение источников питания к центрам нагрузок;- выбор рациональной конфигурации электрических сетей;- рациональный выбор и оптимизация режима использования, с учетом фактического графика нагрузки, силовых трансформаторов;- разработка и внедрение мероприятий по оптимальной компенсации реактивной мощности с автоматическим управлением её режимами;- поддержание в узлах нагрузки и у электроприемников рационального уровня напряжения, а также нормируемых показателей качества электроэнергии в соответствии с требованиями ГОСТ13109-87;- выбор типа, мощности и числа электродвигателей основных производственных установок в зависимости от условий их работы и фактической загрузки.

Питание месторождения осуществляется от Уральской энергетической системы Березниковских электрических сетей АО "ПЕРМЭНЕРГО".

Наиболее рациональным местом расположения собственного источника питания месторождения является центр электрических нагрузок (ЦЭН). В случае совпадения ЦЭН с местом расположения технологических объектов или коммуникаций источник питания располагаем с максимально возможным приближением к центру нагрузок.

Для потребителей электроэнергии, относящихся к 1 категории, в соответствии с ПУЭ предусматриваем не менее двух независимых источников питания.

К числу независимых источников питания относят две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении следующих двух условий /3/:

1) каждая секция шин, в свою очередь, имеет питание от независимого источника питания.

2) Секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной секции (системы) шин.

Исходя из этих требований и условий Шершнёвского месторождения, необходимо создать понизительную подстанцию "Шершнёвская" 35/6кВ, которая позволит обеспечить электроэнергией оборудование и технологические установки месторождения. Подстанцию предполагается строить на равномерном расстоянии от потребителей и, в тоже время, рядом с мощными потребителями электроэнергии, расположенными на территории месторождения.

Согласно инженерно-геологическим изысканиям, грунты на площадке строительства следующие: глина светло-бурая, полутвердая до глубины 2м. Грунтовые воды до глубины 7м не обнаружены. Нормативная глубина промерзания грунта 1,5м. Наиболее холодная температура -50°С.

2.4 Обоснование построения воздушной линии электропередач номинальным напряжением 35 кВ

При проектировании системы электроснабжения должны рассматриваться следующие вопросы:

1) перспектива развития энергосистемы и системы электроснабжения с учетом рационального сочетания вновь сооружаемых электрических сетей с действующими и вновь сооружаемыми сетями других классов напряжения;

2) обеспечение комплексного централизованного электроснабжения всех потребителей, расположенных в зоне действия электрических сетей, независимо от их ведомственной принадлежности;

3) ограничение токов короткого замыкания предельными уровнями, определяемыми на перспективу; снижение потерь электрической энергии.

В связи с выше перечисленным, принимаем номинальный уровень напряжения для питания новой подстанции – 35кВ, с последующей трансформацией напряжения на уровень 6кВ и строим двухцепную линию электропередач – "Нефтяная-Шершневская".

2.5 Выбор мощности колличества и типа силовых трансформаторов

Для более точного выбора числа и мощности силовых трансформаторов необходимо определить суммарную мощность на стороне низкого напряжения силовых трансформаторов. Поэтому произведем подсчет потребляемой мощности в узлах системы внутреннего энергоснабжения (см. рис.2.1.). Расчет производится от скважин по ступеням к секциям шин на стороне низкого напряжения ГПП.

Приведем пример расчета, определения расчетной мощности и тока для группы двигателей скважин, эксплуатируемых погружными электрическими центробежными насосами.

Данные расчета: n=3 - число двигателей;

Рном.=32 (кВт) - номинальная мощность;

Ки=0,45 - коэффициент использования;

Cosf ном.=0.85;

К=1,1 - коэффициент максимума для данной группы.

Расчет /4/:

1) Определяем эффективное число приемников в группе

так как мощности двигателей одинаковы, то nэф.=3

2) Средние активные и реактивные нагрузки составят:

Полная мощность узла составит:

Рис.2.1. Обобщённая схемa электроснабжения месторождения

3) Определяем расчетный ток линии питающей группу двигателей:

Аналогичный расчет произведен и по другим линиям, отходящим от фидеров ГПП, результаты расчета сведены в табл. 2.2. При расчете учитывалось, что собственная потребляемая мощность КТП составит(4)

где Spнн - расчетная мощность на стороне низкого напряжения КТП;

На основании данных табл. 2.2. рассчитываем потребляемую мощность на секциях шин ГПП, при этом считаем, что потребление электроэнергии на собственные нужды незначительно.

где Кр.м=0.9 коэффициент разновременности максимума нагрузки.

Таблица 2.2. Результаты расчета мощностей и токов по основным фидерным линиям

Номер фидера и название приемников, подключенных к нему	Sр (квА)	Iр (А)
6 БКНС № 1	1777	171,3
7 БКНС № 2	1777	171,3
8 БКНС № 3	1777	171,3
3 ДНС № 1	445	43
4 ДНС № 2	445	43
12 Скважины 63,64,69,68.	239	23
11 Скважины 65,66,67.	159	15,3
13 Скважины 55,56,60.	159	15,3
14 Скважины 61,62.	80	7,7

Рассчитываем групповой коэффициент использования:

где =4804 (кВт) - суммарная расчетная мощность групп электроприёмников (табл.2.1.);

=7488 (кВт) - суммарная номинальная мощность групп электроприёмников.

Киг.=4804/7488 =0,64

За расчетную нагрузку принимаем:

Sp=Smaxp*Kи.г.=6630*0,64 =4245 (кВА)

Намечаем два варианта мощности силовых трансформаторов, при этом допустимая перегрузка не должна превышать 50% от номинальной, принимаем согласно (5):

Sgn =0.4Sном.

Первый вариант: два трансформатора по 6,3МВА (2Sном=12,6МВА). В нормальном режиме намечается работа одного трансформатора, с коэффициентом загрузки в часы максимума

К3=Smax.p / Sном.=6630/6300=1,05

Трансформатор будет работать с незначительной перегрузкой.

Второй вариант: два трансформатора по 4МВА (2Sном=8МВА).

В нормальном режиме трансформаторы будут работать с коэффициентом загрузки в часы максимума

K3 = 6630/8000 = 0,83

С точки зрения номинальных режимов работы второй вариант более приемлем.

Проверяем возможность перегрузки намеченных трансформаторов при отключении одного из них:

Первый вариант: при отключении одного из трансформаторов на 6,3МВА, оставшийся в работе может пропустить мощность:

1,4Sном.=1,4*6,3=8,8МВА, то есть всю мощность потребляемую электроприёмниками. Коэффициент 1,4 определяет допустимую перегрузку трансформатора.

Второй вариант: при отключении одного из трансформаторов оставшийся в работе сможет пропустить мощность:

1,4Sном.=1,4*4=5,6МВА, то есть всю мощность потребляемую электроприемниками, при этом К3=6630/5600=1,2 -это значение не превышает допустимое. По рассмотренным выше критериям оба варианта трансформаторов приемлемы. По определению экономической целесообразности режима работы двух вариантов трансформаторов, приведенных выше, выбираем первый вариант с использованием двух трансформаторов мощностью по 6,3МВА каждый, с учетом того, что в нормальном режиме работать будет один трансформатор, а другой будет выведен в резерв. Этот вариант еще предпочтителен и тем, что на месторождении планируется дальнейший рост энергопотребления. Принимаем трансформаторы типа ТМ 6300/35/6,3. Основные технические данные приведены в табл. 3.1.

2.6 Выбор марок и сечения ЛЭП

Подвод напряжени35кВ к подстанции "Шершневская" предполагается осуществлять воздушной линией. Расчетный ток для нее определяем по формуле:

Iр.в.л.= ,

Где Sр.тр.- расчетная мощность трансформатора, из пункта 2.4.;

Sосн. мех.- мощность двигателей основных механизмов;

Uном.(вн) – номинальное напряжение питания, 35кВ.

Iр.вл. = =197,2 А

Выбираем для воздушной линии алюминиевый провод марки АС, сечением 50 мм2 (допустимая длительная токовая нагрузка 215А стр. 31 /3/ )

2.7 Потери напряжения в силовых трансформаторах и ЛЭП

Потеря напряжения на участке сети – это алгебраическая разность между величинами напряжения в начале и в конце этого участка.

Допустимые потери напряжения в нашем случае определяются для электроприемников с номинальным напряжением 35 кВ.

Сумарные потери напряжения в сети при нормальной работе электроприемников определяются выражением

Uнорм.=Uтр.+ Uл.

Где Uтр - потери напряжения на обмотках трансформатора;

Uл. – потеря напряжения в линии:

Потерю напряжения в линии, т.е. арифметическую разность между напряжением в начале и в конце линии с достаточной точностью определим из выражения:

U = *Iрl*(r cosj + х sinj),

Где l – длина линии ,км.;

r и x – активное и индуктивное сопротивление 1 км. одной фазы линии, Ом/км;

Iр – расчетный ток нагрузки, А.:

Iр = ,

Где U ном – номинальное линейное напряжение линии электропередачи, кВ

Iр = 197,2 А из пункта 2.5.

rвл = 0,63 Ом/км ; хвл = 0,363 Ом/км /3/

U = *197,2*12*(0,63*0,7+0,363*0,71)=1400,3 В

что составляет 4% от U ном = 35 кВ

Допустимая потеря напряжения в воздушной линии составляет 8% /3/.

4 8

По полученному результату видим, что выбранное сечение удовлетворяет условию по потере напряжения.

Потеря напряжения в обмотках трансформатора определяется по формуле:

Uтр =*Iтр.*(1,5*Rтр.cosjтр.+Хтр.sinjтр.),

где 1,5 – коэффициент, учитывающий нагрев обмоток от +20 до 150оС;

jтр – угол сдвига фаз нагрузки трансформатора

Rтр = 0,60; Xтр = 0,257; cosj тр =0,75

Потеря напряжения в кабельной линии

Uтр =*197,2*(1,5*0,75+0,257*0,76)=291,7 В

Сумарные потери напряжения в сети будут равны:

Uнорм.=1400,3+291,7=1692 В.

Для нормальной работы электроприемников согласно /3/ величина напряжения по стороне 35кВ должна быть не менее 0,95 от номинального:

33308 ≥ 33250

По полученным результатам видим, что выбранное сечение удовлетворяет условию по потере напряжения.

Проверяем данный проводник по экономической плотности тока:

Экономически целесообразное сечение S, мм2, определяется из соотношения

S =,

Где I – расчетный ток в час максимума энергосистемы, А; Jэк – нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2, для заданных условий работы выбираемых по таблице 1.3.36. стр.36./3./

S = = 151,7 А

Выбранный проводник марки АС-50 имеет длительный допустимый ток нагрузки согласно /3/ =251 А , отсюда следует , что он подходит по параметрам экономической плотности тока с учетом дальнейшего увеличения нагрузки на перспективу.

2.8 Определение токов короткого замыкания и выбор коммутационной аппаратуры ГПП

Расчет произведен в относительных единицах /4/, так как мощность питающей системы неизвестна и неизвестно сопротивление системы, принимаем, что мощность системы не ограничена Sс =¥, точка короткого замыкания значительно удалена от источника питания, сопротивление системы до точки соединения потребителей принимаем равным нулю.

Параметры необходимые для расчета приведены на рис.2.3.

Составляем схему замещения рис.2.4.

За базисную мощность принимаем номинальную мощность трансформатора:

Sб=6,3(MBA) за базисное напряжение

Uбв.н=37(KB); Uбн.н=6,3(кВ)

Рассчитываем величину базисного тока