85691

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАЙОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 220/110 КВ

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В нормальных режимах работы ЭП первой категории должны обеспечиваться электрической энергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Перерыв в электроснабжении ЭП первой категории может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Русский

2015-03-29

2.67 MB

14 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Энергетический институт

Направление 140600 – Электроэнергетика и электротехника

Кафедра электрических сетей и электротехники

П О Я С Н И Т Е Л Ь Н А Я  З А П И С К А

к курсовому проекту

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАЙОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 220/110 КВ»

Разработал

студент группы_____________

_Артемьев А.Е. ___________

(и.о. фамилия)

___________________________

(подпись, дата)

Проверил

преподаватель____Глазырина Т. А._

(и.о. фамилия)

___________________________

(подпись, дата)

Томск 2014

Содержание

Введение 3

Исходные данные 4

1. Выбор вариантов распределительной сети 5

1.1. Выбор вариантов схемы соединения сети 5

1.2. Выбор номинальных напряжений сети 7

1.3. Выбор сечений проводов 12

1.4. Проверка выбранных сечений по техническим ограничениям 14

1.5. Определение сопротивлений и 19

проводимостей ЛЭП 19

1.6. Выбор трансформаторов на подстанциях 20

1.7. Приближенный расчет потерь активной и реактивной мощностей 25

1.8. Составление балансов активной и 30

реактивной мощностей 30

2. Составление полных схем электрических соединений 32

3. Технико-экономический сравнение вариантов сети 34

3.2. Капитальные затраты на строительство подстанций 35

3.3. Определение эксплуатационных расходов 37

3.4. Определение приведённых затрат 40

4. Точный электрический расчет кольцевой схемы 40

4.1. Режим максимальных нагрузок 40

4.2. Послеаварийный режим 43

4.3. режим минимальных нагрузок 45

Заключение 49

Список литературы 50

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

  1.  Расположение потребителей и источника питания на координатной плоскости, масштаб 15 км/0,75 см

  1.  Характеристики потребителей электроэнергии и источника питания

Наименование

РЭС

Потребители

1

2

3

4

Активная мощность в режиме максимальных нагрузок, МВт

40

20

23

10

Активная мощность в режиме минимальных нагрузок, МВт

52%

Коэффициент мощности

0,93

0,78

0,79

0,84

0,8

ТМ, час

3800

3000

7600

5300

КК , %

100

30

60

20

UРЭС MAX

109 %

UРЭС MIN

106 %

Дата выдачи задания___________________________________________________

Дата сдачи готового проекта_____________________________________________

Руководитель проекта__________________________________________________

Задание к выполнению принял __________________________________________

Студент группы_____________________________________________________(Подпись)

  1.  Выбор вариантов распределительной сети

Вопрос построения схемы электрической сети является центральным при проектировании.

Во-первых, при разработке возможных вариантов должны учитываться требования, которые отдельные потребители электрической энергии предъявляют к надежности электроснабжения.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения в [ПУЭ] все ЭП разделены на категории. Согласно [ПУЭ] к первой категории относятся ЭП, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой:

  1.  опасность для жизни людей;
  2.  угрозу для безопасности государства;
  3.  значительный материальный ущерб;
  4.  расстройство сложного технологического процесса;
  5.  нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

В нормальных режимах работы ЭП первой категории должны обеспечиваться электрической энергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Перерыв в электроснабжении ЭП первой категории может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Из состава ЭП первой категории выделяют особую группу ЭП, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Для электроснабжения ЭП особой группы должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого источника, в качестве которого могут быть использованы местные электростанции, электростанции ЭС, предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи.

Электроприемники второй категории – это ЭП, перерыв электроснабжения которых приводит к:

  1.  массовому недоотпуску продукции;
  2.  массовым простоям рабочих механизмов и промышленного транспорта;
  3.  нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

В нормальных режимах работы ЭП второй категории должны обеспечиваться электрической энергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или персонала ОВБ.

Электроприемники третьей категории – это все остальные ЭП, не попадающие под определение первой и второй категорий. Для них электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы, не превышают одних суток.

Во-вторых, для построения схемы электрической сети, осуществляющей электроснабжение определенного числа пунктов потребления, могут быть предложены различные варианты, отличающие конфигурацией и параметрами элементов, но в качестве критерия для выбора оптимального варианта служит минимум затрат на ее сооружение и эксплуатацию. Величина затрат зависит в том числе от количества и протяженности ЛЭП, поэтому при построении схемы следует делать длину ЛЭП как можно короче, использовать двухцепные ЛЭП только при соединении источника питания с шинами узловой ПС, а также при построении схем радиальной конфигурации, по возможности не допускать пересечений ЛЭП между собой. Пересечения ЛЭП называются специальным переходом. Для проектирования специального перехода требуются дополнительные расчеты, которые не предусмотрены в данном курсовом проекте. Помимо этого, наличие специального перехода в схеме приведет к удорожанию проектных работ и, в дальнейшем, строительства электрической сети.

В-третьих, следует помнить, что в качестве узловой ПС лучше выбрать ту, у которой значение активной мощности на шинах низшего напряжения является наибольшим из предложенных по варианту. Это связано с последующей установкой на узловой ПС автотрансформаторов или мощных двухобмоточных трансформаторов.

В качестве примера рассмотрим построение двух приемлемых вариантов схем – радиальной и кольцевой.

На рис. 1.1 изображен вариант электрической сети радиальной конфигурации. В скобках указаны значения активной мощности на шинах низшего напряжения ПС в режиме максимальных нагрузок.

Рис. 1  Вариант электрической сети радиальной конфигурации

Проанализируем полученный вариант:

  1.  коэффициент Kk, % для всех ПС больше нуля, что говорит о наличии ЭП первой и второй категорий в составе комплексной нагрузки, поэтому, соблюдая требования ПУЭ, все ЛЭП выполнены в двухцепном исполнении;
  2.  следуя третьему правилу построения схемы, в качестве узловой ПС лучше было бы выбрать ПС № 1, но ЛЭП 01 оказалась бы длинней, чем ЛЭП 02, что повлекло бы дополнительные затраты на её сооружение, поэтому в качестве узловой следует оставить ПС № 2.

На рис. 1.2 изображен вариант, содержащий замкнутую электрическую сеть, запитанную от узловой ПС.

Рис. 2 – Вариант, содержащий замкнутую электрическую сеть,

запитанную от узловой ПС

  1.  Выбор вариантов схемы соединения сети

Для проведения дальнейших расчетов требуется определить значения полной мощности по формуле (1.1) и реактивной мощности по формулам (1.2)

;

(1.1)

; ,

(1.2)

тогда комплексное значение полной мощности можно представить в виде (1.3)

.

(1.3)

Пример расчета необходимо привести только для одной ПС, например, для ПС № 1.

МВ·А; Мвар; МВ·А.

Все остальные расчеты мощностей должны быть сведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Мощности нагрузок подстанций

№ ПС

Pmax, МВт

cosφ

|Smax|, МВ·А

Qmax, Мвар

Smax, МВ·А

ПС № 1

40

0,78

51,28

32,09

40+j32,09

ПС № 2

20

0,79

25,32

15,52

20+j15,52

ПС № 3

23

0,84

27,38

14,86

23+j14,86

ПС № 4

10

0,80

12,5

7,5

10+j7,5

Определение длин линий электропередачи

Длину любой ЛЭП li-j можно определить двояко:

  1.  путем умножения длины замеренного линейкой участка Li-j на масштаб m, приведенный в табл. 1.6:

;

(1.4)

  1.  Затем найденную длину вектора, умножив на масштаб m:

.

(1.5)

Например, для участка от РЭС до ПС № 3 (рис. 1.1 и рис. 1.2) (км). Все остальные вычисления по длинам ЛЭП необходимо свести в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Длины ЛЭП

Вариант схемы

Обозначение ЛЭП (i-j)

Длина ЛЭП, км

Радиальная

РЭС – ПС № 3

52,20

ПС №3 – ПС №4

25,49

ПС №3 – ПС №1

35,35

ПС №3 – ПС №2

32,01

Смешанная

РЭС – ПС №3

52,20

ПС №3 – ПС №4

25,49

ПС №4 – ПС №1

36,05

ПС №1 – ПС №2

33,54

ПС №2 – ПС №3

32,01

  1.      Выбор номинальных напряжений сети

Номинальное напряжение сети влияет как на её технико-экономические показатели, так и на технические характеристики. Так при повышении номинального напряжения уменьшаются потери мощности и электроэнергии, т. е. снижаются эксплуатационные расходы, уменьшаются сечения проводов, растут предельные мощности, передаваемые по линиям, облегчается перспективное развитие сети, но увеличиваются капиталовложения на сооружения сети. Сеть меньшего напряжения, наоборот, требует меньших капиталовложений, но увеличиваются эксплуатационные расходы за счет потери мощности и электроэнергии, обладает меньшей пропускной способностью. Из сказанного следует, что выбор номинального напряжения сети является очень важным при ее проектировании.

Номинальные напряжения электрических сетей  в России установлены действующим стандартом. Для выбора номинальных напряжений на каждом из участков сети воспользуемся формулой, предложенной Илларионовым Г. А. [1]                    

,

где     

L - длина линии, км;

Р - активная мощность, протекающая по линии, МВт;

- число цепей.

Радиальная сеть

Рис. 3. – Схема радиальной сети.

Рассчитаем предварительное потокораспределение:

МВА;

МВА;

МВА;

 МВА.

Выбираем номинальные напряжения линий:

кВ.

Принимаем из стандартного ряда Uном = 220 кВ.

кВ.

Принимаем из стандартного ряда Uном = 110 кВ.

кВ.

Принимаем из стандартного ряда Uном = 110 кВ.

кВ.

Принимаем из стандартного ряда Uном = 110 кВ.

Кольцевая сеть

Рисунок 4 – Схема кольцевой сети

Рассчитаем предварительное потокораспределение в кольце, считая цепь однородной (Х0/R0 = const).

 МВА.

Уравнения для расчета потока мощности на головных участках сети составляются по правилу моментов:

МВА;

МВА.

Потоки мощности на внутренних участках схемы находим по 1-му Закону  Кирхгофа:

МВА;

МВА.

Проверка: сумма потоков мощностей, оттекающих по головным участкам должна быть равна сумме нагрузок подстанций (кроме узловой):

;

;

Тождество выполняется, потоки мощности в кольце определены верно.

Сумма потоков, сходящихся в точке потокораздела, должна быть равна нагрузке подстанции:

Тождество выполняется, следовательно, точка 1 является точкой потокораздела.

Выбираем номинальные напряжения:

кВ.

Принимаем из стандартного ряда Uном = 220 кВ.

кВ.

Принимаем из стандартного ряда Uном = 110 кВ.

кВ.

Принимаем из стандартного ряда Uном = 110 кВ.

кВ.

Принимаем из стандартного ряда Uном = 110 кВ.

кВ.

Принимаем из стандартного ряда Uном = 110 кВ.

Номинальное напряжение линий, объединенных в кольцо, принимается по наибольшему расчетному значению для этих линий. Таким образом, для кольца выбираем номинальное напряжение 110 кВ. Номинальные напряжения (по итогам расчета и принятые из стандартного ряда) всех участков сети для всех вариантов сведены в таблицу 3.

Таблица 3 – Номинальные напряжения

Конфигурация

№ линии

nл

l, км

P+jQ, МВА

Uном.расч, кВ

Uном, кВ

Радиальная сеть

0-3

2

52,202

220

3-4

2

25,495

110

3-1

2

35,355

110

3-2

2

32,016

110

Замкнутая сеть

0-3

2

52,202

220

3-4

1

25,495

33,66+j26,46

103,206

110

3-2

1

32,016

36,34+j28,66

108,842

110

2-1

1

33,541

16,34+j13,13

77,173

110

4-1

1

36,056

23,66+j18,96

90,951

110

  1.      Выбор сечений проводов

Выбор сечения проводов будем проводить по экономической плотности тока по формуле [2]:

,  

где

– нормированная плотность тока, А/мм2;

- расчетный ток, А;

– ток линии на пятый год ее эксплуатации в нормальном режиме, определяемый для системообразующих линий основной сети по расчетным длительным потокам мощности. Для линий распределительной сети определяется расчетом потокораспределения при прохождении максимума нагрузки энергосистемы;

– коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации линии. Для линий 110-220 кВ значение может быть принято равным 1,05, что соответствует математическому ожиданию этого коэффициента в зоне наиболее часто встречающихся темпов роста нагрузки.

– учитывает число часов использования максимальной нагрузки ВЛ.

Для определенных участков сети определим средневзвешенное время действия наибольшей нагрузки.

Радиальная сеть

Участок 0-3:

час/год;

А;

мм2.

По таблице 3.15 [2] выбираем провод АС 120/19.

Участок 3-4:

час/год;

А;

мм2.

По таблице 3.15 [2] выбираем провод АС 30/8.

Участок 3-2:

час/год;

А;

мм2.

По таблице 3.15 [2] выбираем провод АС 30/8.

Участок 3-1:

час/год;

А;

мм2;

По таблице 3.15 [2] выбираем провод АС 120/19.

Кольцевая сеть

Участок 0-3:

час/год;

А;

мм2.

По таблице 3.15 [2] выбираем провод АС 120/19.

Участок 3-2:

  час/год;

А;

мм2.

По таблице 3.15 [2] выбираем провод АС 95/16.

Участок 2-1:

Так как участок 2-1 расположен в кольце данной схемы, то величина будет равна величине . Этой же величине будут равны и   других участков кольца. Поэтому воспользуемся ранее полученным результатом, а вычисления приводить не будем.

А;

мм2.

По таблице 3.15 [2] выбираем провод АС 70/11.

Участок 3-4:

А;

мм2.

По таблице 3.15 [2] выбираем провод АС 95/16.

Участок 4-1:

А;

мм2.

По таблице 3.15 [2] выбираем провод АС 70/11.

  1.        Проверка выбранных сечений по техническим ограничениям

Сечения проводов, выбранные по экономическому критерию, проверяются на соответствие ряду технических требований. Окончательный выбор сечения можно сделать только после проверки выполнения этих требований.

Радиальная сеть

  1.  Проверка по механической прочности.

Сечения проводов, выбранные по экономическому критерию, должны соответствовать условию F ≥ 70 мм2 – для одноцепной линии и F ≥ 120 мм2 – для многоцепной линии.

Сечения проводов мм2 и мм2 не удовлетворяют данному условию, поэтому заменяем марки проводов на АС 120/19, соответственно.

Остальные сечения проводов удовлетворяют данному условию, т.к.:

F03 = 120 мм2 ≥ 120 мм2;

F31 = 120 мм2 ≥ 120 мм2.

  1.  Проверка по условиям короны.

Сечения проводов по условию короны должны соответствовать условию F ≥ 70 мм2 для линии 110 кВ и F ≥ 240 мм2 для линии 220 кВ [3].

F03 = 120 мм2 < 240 мм2 (220 кВ).

F34 = 120 мм2 > 70 мм2 (110 кВ).

F32 = 120 мм2 > 70 мм2 (110 кВ).

F31 = 120 мм2 > 70 мм2 (110 кВ).

Следовательно, заменяем провод марки АС 120/19 у линии 0-3 на АС 240/39.

  1.  Проверка по нагреву.

Участок 03:

А;

.

Участок 3-4:

А;

.

Участок 3-2:

А;

.

Участок 3-1:

А;

.

  1.  Проверка по допустимым потерям напряжения

Проверке по допустимым потерям напряжения не подлежат линии электропередач напряжением 35кВ и выше.

Кольцевая сеть

  1.  Проверка по механической прочности.

Сечения проводов, выбранные по экономическому критерию, должны соответствовать условию F ≥ 70 мм2 – для одноцепной линии и F ≥ 120 мм2 – для многоцепной линии.

Сечения проводов мм2, мм2, мм2 и мм2 удовлетворяют данному условию.

  1.  Проверка по условиям короны.

Сечения проводов по условию короны должны соответствовать условию F ≥ 240 мм2 для линии 220 кВ [3].

F03 = 120 мм2 < 240 мм2 (220 кВ).

F32 = 95 мм2 < 70 мм2 (110 кВ).

F21 = 70 мм2 < 70 мм2 (110 кВ).

F34 = 95 мм2  <70 мм2 (110 кВ).

F41 = 70 мм2 < 70 мм2 (110 кВ).

Следовательно, заменяем первый  провод  на АС 240/39.

  1.  Проверка по нагреву.

Проверка выбранных сечений “по нагреву” производится током послеаварийного режима, причем из всех возможных послеварийных режимов выбирается такой, при котором по проверяемой линии передается наибольшая мощность. Таким режимом в данной схеме является отключение одного наиболее загруженного головного участка сети, т.е. ЛЭП-32 или ЛЭП-34. В этом случае замкнутая сеть превращается в разомкнутую и состоит из трех последовательных участков.

Отключение участка 3-2

Послеаварийный расчёт для ЛЭП-21:

МВА.

А.

А для АС 70/11 согласно таблице 3.15 [2].

.

Следовательно, провод АС 70/11 удовлетворяет проверке по допустимой токовой нагрузке на участке 2-1.

Послеаварийный расчёт для ЛЭП-41:

МВА.

А.

А для АС 70/11 согласно таблице 3.15 [2].

.

Следовательно, провод АС 70/11 удовлетворяет проверке по допустимой токовой нагрузке на участке 4-1.

Послеаварийный расчёт для ЛЭП-34:

МВА.

А.

А для АС 95/16 согласно таблице 3.15 [2].

.

Следовательно, провод АС 95/16 удовлетворяет проверке по допустимой токовой нагрузке на участке 3-4.

Отключение участка 3-4

Послеаварийный расчёт для ЛЭП-41:

МВА.

А.

А для АС 70/11 согласно таблице 3.15 [2].

.

Следовательно, провод АС 70/11 удовлетворяет проверке по допустимой токовой нагрузке на участке 4-1.

Послеаварийный расчёт для ЛЭП-32:

 

МВА.

А.

А для АС 95/16 согласно таблице 3.15 [2].

.

  1.  Проверка по допустимым потерям напряжения

Проверке по допустимым потерям напряжения не подлежат линии электропередач напряжением 35 кВ и выше.

  1.        Определение сопротивлений и 

проводимостей ЛЭП

Воздушные линии напряжением 110 кВ и выше и длиной до 300-400 км обычно представляются упрощенной схемой замещения (рисунок 8).

Активное сопротивление линии определяется по формуле:

,

где

l – длина линии;

r0 – погонное активное сопротивление;

nц – число цепей.

Рисунок 5  Схема замещения линии электропередачи

Реактивное сопротивление определяется как

,

где  x0 – погонное индуктивное сопротивление.

Емкостная проводимость определяется по формуле:

,

где b0 – погонная емкостная проводимость.

Емкостная мощность равна:

.

    Удельные расчетные параметры линии электропередачи разных напряжений и конструкций приведены в 2.

    Результаты расчета представлены в таблице

Таблица 4 – Результаты расчета

Схема

Радиальная

Кольцевая

Марка

провода

АС-240/39

АС-120/19

АС-120/19

АС-120/19

АС-240/39

АС 95/16

АС 95/16

АС 70/11

АС 70/11

Участок

0-3

3-4

3-1

3-2

0-3

3-2

3-4

2-1

4-1

220

110

110

110

220

100

110

110

110

2

2

2

2

2

1

1

1

1

52,20

25,49

35,35

32,01

52,20

32,01

25,49

33,541

36,056

0,118

0,244

0,244

0,244

0,118

0,301

0,301

0,422

0,422

0,435

0,427

0,427

0,427

0,435

0,434

0,434

0,444

0,444

b0, 10-6 См/км

2,604

2,658

2,658

2,658

2,604

2,611

2,611

2,547

2,547

3,0798

3,11

4,947

4,927

3,0798

9,635

7,672

14,154

15,216

11,353

5,442

18,238

8,623

11,353

13,893

11,063

14,892

16,009

bл, 10-6 См

135,928

67,752

93.8

85.429

135,928

83,578

66,55

85,429

91,835

13,158

1,639

21,137

2,598

13,158

1,011

0,805

1,034

1,111

  1.          Выбор трансформаторов на подстанциях

 Выбор количества трансформаторов зависит от требований к надежности электроснабжения  питающихся от подстанций потребителей. На подстанциях целесообразно устанавливать два трансформатора. В этом случае обеспечивается надежность электроснабжения потребителей 1 и 2 категорий. При отключении одного трансформатора оставшийся в работе должен выдерживать перегрузку до 40%.

На подстанциях с высоким напряжением 220 кВ и выше, как правило, устанавливаются автотрансформаторы, обладающие рядом преимуществ по сравнению с трансформаторами (меньшие масса, стоимость и потери энергии по той же мощности).

В практике проектирования на подстанциях всех категорий предусматривается, как правило, установка двух трансформаторов. Несмотря на то, что на большинство новых подстанций на первом этапе устанавливается по одному трансформатору, удельный вес двух трансформаторных подстанций растет. Мощность трансформаторов выбирается по нагрузке эксплуатации подстанции.

Расчетная мощность трансформаторов находится по формуле:

Радиальная сеть

ПС1:

МВА.

По таблице 5.18 [2] для узловой подстанции выбираем 2 трансформатора ТРДН-40000//110.

ПС2:

МВА.

По таблице 5.13 [2] для узловой подстанции выбираем 2 трансформатора ТДН-16000/110.

ПС3:

МВА.

По таблице 5.18 [2] для узловой подстанции выбираем 2 автотрансформатора АТДЦТН 125000/220/110

ПС4:

МВА.

По таблице 5.13 [2] для узловой подстанции выбираем 2 трансформатора ТДН-10000/110.

Кольцевая сеть

ПС1:

МВА.

По таблице 5.18 [2] для узловой подстанции выбираем 2 трансформатора ТРДН-40000/110.

ПС2:

МВА.

По таблице [2] для узловой подстанции выбираем 2 трансформатора ТРДЦН-80000/110.

ПС3:

МВА.

По таблице [2] для узловой подстанции выбираем 2 автотрансформатора АТДЦТН 125000/220/110

ПС4:

МВА.

По таблице [2] для узловой подстанции выбираем 2 трансформатора ТДН-10000/110.


Таблица 5 – Параметры трансформаторов

Схема

Радиальная

Кольцевая

№ ПС

1

2

3

4

1

2

3

4

Тип трансформатора

ТРДН-40000/110

ТДН - 16000/110

АТДЦТН 125000/220/110

ТДН-10000/110

ТРДН-40000/110

ТДН - 16000/110

АТДЦТН 125000/220/110

ТДН-10000/110

Количество трансформаторов

2

2

2

2

2

2

2

2

S, МВА

40

16

125

10

40

16

125

10

Пределы регулирования

9х1,78%

9х1,78%

6х2%

±9х1,78%

±9х1,78%

9х1,78%

6х2%

±9х1,78%

Uном, кВ

ВН

115

115

230

115

115

115

230

115

СН

-

-

121

-

-

-

121

-

НН

6,3-6,3; 6,3-10,5;10,5-10,5

6,6; 11; 34,5

6,3;6,6;10,5;

11; 38,5

6,6; 11

6,3-6,3; 6,3-10,5;10,5-10,5

6,6; 11; 34,5

6,3;6,6;10,5;

11; 38,5

6,6; 11

uk, %

ВН-СН

10,5

10,5

11

10,5

10,5

10,5

11

10,5

ВН-НН

31/45

31/45

СН-НН

19/28

19/28

ВН-СН

290/305

290/305

ΔPk, кВт

172

85

-

60

172

85

-

60

ΔPx, кВт

36

19

85/65

14

36

19

85/65

14

Ix, %

0,65

0,7

0,5

0,7

0,65

0,7

0,5

0,7

Rт, Ом

ВН

1,4

4,38

0,5/0,52

7,95

1,4

4,38

0,5/0,52

7,95

СН

0,5/0,52

0,5/0,52

НН

1,0/3,2

1,0/3,2

Xт, Ом

ВН

34,7

86,7

48,6/49,0

139

34,7

86,7

48,6/49,0

139

СН

0

0

НН

82,5/131

82,5/131

ΔQx, квар

260

112

625

70

260

112

625

70


Рис.6 – Блок-схема подстанций радиальной сети.

Рис.7 – Блок-схема подстанций кольцевой сети.

  1.  .         Приближенный расчет потерь активной и реактивной мощностей

Потери мощности в трансформаторах определяется по формуле:

,

где

постоянные потери мощности (холостого хода) в трансформаторе:

;

переменные потери мощности в трансформаторе:

.

Радиальная сеть

ПС1:

МВА;

МВА;

МВА.

ПС2:

МВА;

МВА;

МВА.

ПС3:

МВА;

МВА;

 

МВА;

МВА;

МВА.

ПС4:

МВА;

МВА;

МВА.

Суммарные потери в трансформаторах и автотрансформаторах:

 

МВА.

Потери мощности в ЛЭП:

МВА;

МВА;

МВА;

МВА;

Суммарные потери в линиях:

МВА.


Точный электрический расчет выбранной сети (радиальной)

Рис.8 -  Схема замещения радиальной сети


Кольцевая сеть

ПС1:

МВА;

МВА;

МВА.

ПС2:

МВА;

МВА;

МВА.

ПС3:

МВА;

МВА;

 

МВА;

МВА;

МВА.

ПС4:

МВА;

МВА;

МВА.

Суммарные потери в трансформаторах и автотрансформаторах:

 

МВА.

Потери мощности в ЛЭП:

МВА;

МВА;

 

МВА;

 

МВА;

 

МВА;

Суммарные потери в линиях:

МВА.


Рисунок 9 – Схема замещения кольцевой сети


  1.  Составление балансов активной и

реактивной мощностей

Под составлением баланса мощности понимается составление суммарной установленной мощности источников питания с суммарной потребляемой мощностью в системе. В состав потребляемой мощности входят:

  1.  наибольшая суммарная мощность нагрузки потребителей ;
  2.  суммарные потери мощности в сети ;

В общем виде:

Баланс реактивной мощности составляется для выбора необходимой мощности компенсирующего устройства, при которой на шинах РЭС будет обеспечен коэффициент мощности не ниже заданного. Располагаемую реактивную мощность РЭС определяем по величине максимальной активной мощности потребляемой от РЭС и величине заданного коэффициента мощности.

Уравнение баланса реактивной мощности:

.

где

Qвыр – реактивная мощность, передаваемая с шин РЭС;

Qпотр – потребленная реактивная мощность;

Qт – потери реактивной мощности в трансформаторах;

Qл – потери реактивной мощности в линии;

Qс – зарядная мощность;

QКУ –реактивная мощность компенсирующего устройства.

Радиальная сеть

Баланс активной мощности:

МВт;

МВт.

Баланс реактивной мощности:

 Мвар;

 

Мвар;

Мвар;

Мвар

Мвар.

В качестве КУ применим конденсаторные батареи.

По расчётной величине QКУ из справочника таблице 5.42 [2] выбираем конденсаторные батареи.

Батарея с конденсаторами типа КСКГ-1,00-125, с мощностью QКУ = 6,5 Мвар.

Определяем число конденсаторных батарей:

Примем количество конденсаторных батарей n = 3.

Проверим cosφРЭС – коэффициент мощности источника питания:

Мвар;

– что указывает на то, что использование выбранных компенсирующих устройств целесообразно.

Кольцевая сеть

Баланс активной мощности:

;

МВт;

МВт.

Баланс реактивной мощности:

;

 Мвар;

 

Мвар;

Мвар;

Мвар

Мвар.

В качестве КУ применим конденсаторные батареи.

По расчётной величине QКУ из справочника таблице 5.42 [2] выбираем конденсаторные батареи:

Батарея с конденсаторами типа КСКГ-1,00-125, с мощностью QКУ = 7,9 Мвар.

Определяем число конденсаторных батарей:

Примем количество конденсаторных батарей n = 5.

Проверим cosφРЭС – коэффициент мощности источника питания:

Мвар;

– что указывает на то, что использование выбранных компенсирующих устройств целесообразно.

  1.  Составление полных схем электрических соединений

 Полные схемы электрических соединений включают в себя схемы распределительных устройств (РУ) на подстанциях и схемы присоединения подходящих линий к шинам подстанций.

Выбор схем присоединения подстанций и РУ осуществляется из типовых схем на основании рекомендаций к их применению.

Основные требования к главным схемам электрических соединений:

  1.  надежность питания присоединенных потребителей в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах (с учетом категорий);
  2.  надежность транзита мощности через подстанцию в нормальном и послеаварийном режимах;
  3.  простота, наглядность, экономичность, возможность восстановления питания в послеаварийных ситуациях посредством автоматики;
  4.  возможность поэтапного развития РУ. 

Рисунок 12 – Полная схема электрических соединений радиальной сети

Рисунок 13 – Полная схема электрических соединений кольцевой сети

  1.  Технико-экономический сравнение вариантов сети

При экономическом сравнении вариантов вводятся следующие допущения:

  1.  варианты признаются равноценными по надежности, если при отключении одной цепи двухцепной ЛЭП или одной линии в замкнутой сети, питание потребителей сохраняется по другой линии или цепи;
  2.  капиталовложения в сеть принимаются единовременными (срок строительства 1 год), а эксплутационные расходы – постоянными по времени.

В этом случае критерием экономической целесообразности является минимум приведённых затрат, определяемых по формуле:

,

где      

Ен ≈ 0,12 – нормативный коэффициент сравнительной эффективности капиталовложений;

К – капиталовложения в сеть;

И – ежегодные издержки эксплуатации.

  1.  Капитальные затраты на ЛЭП

Капитальные затраты на ЛЭП определяем по формуле:

,

где – базисный показатель стоимости ВЛЭП (определяем по [2]);

При определении необходимо учесть следующие характеристики:

  1.  материал опор: сталь;
  2.  количество цепей в линии: одноцепная или двухцепная;
  3.  марка провода: АС 240/32 АС-70/11.

L - длина ЛЭП;

– зональный повышающий коэффициент (определяем по [2]);

– коэффициент усложнения;

– коэффициент инфляции.

Все данные занесем в таблицу:

Таблица 6 – Капиталовложения на сооружение ЛЭП

Схема

Участок

nл

Uном, кВ

Марка провода

Lл, км

К0, тыс.руб./ км

КЛЭП, тыс.руб.

Итого тыс.руб.

Радиальная

0-3

2

220

АС-240/39

52,202

2195

521354

1062204

3-4

2

110

АС-120/19

25,495

1280

148482

3-1

2

110

АС-120/19

35,355

1280

205907

3-2

2

110

АС-120/19

32,016

1280

186461

Кольцевая

0-3

2

220

АС-240/39

52,202

2195

521354

1128611

3-4

1

110

АС 95/16

25,495

   1050

121802

3-2

1

110

АС 95/16

32,016

1050

152956

2-1

1

110

АС-70/11

33,541

1050

160242

4-1

1

110

АС-70/11

36,056

1050

172257

  1.  Капитальные затраты на строительство подстанций

Капитальные затраты на строительство подстанций складываются из:

  1.  Стоимости ячейки трансформатора (2, табл. 7.17)
  2.  Стоимости распределительных устройств (2, табл.7.16)
  3.  Стоимости компенсирующих устройств (2, табл.7.23)
  4.  Постоянная часть затрат по подстанциям (2, табл.7.28)

Капитальные затраты на строительство подстанций представлены в таблице 7 и 8.

Пример расчета:

тыс. руб.;

тыс. руб.

Таблица 7 – Капиталовложения на строительство подстанций

Схема

ПС

Оборудование

Кол-во

Стоимость единицы оборудования, тыс. руб.

КΣобор, тыс. руб.

КΣПС, тыс. руб.

Итого

Радиальная

3

АТДЦТН-125000/220/110

2

22900

45800

705863

1306375

РУ ВН 220 кВ

4

12500

50000

РУ СН 110 кВ

9

7000

63000

Постоянная часть затрат

35000

2

ТДН-16000/110

2

5900

11800

128800

РУ ВН 110 кВ

2

7000

14000

Постоянная часть затрат

11000

1

ТРДН-40000/110

2

8600

17200

355512

РУ ВН 110 кВ

10

7000

70000

Постоянная часть затрат

11000

Компенсирующие устройства

5

1125 (2000 г.)

3375

4

ТДН-10000/110

2

4100

8200

116200

РУ ВН 110 кВ

2

7000

14000

Постоянная часть затрат

11000

Таблица 8 – Капиталовложения на строительство подстанций

Схема

ПС

Оборудование

Кол-во

Стоимость единицы оборудования, тыс. руб.

КΣобор, тыс. руб.

КΣПС, тыс. руб.

Итого

Кольцевая

3

АТДЦТН-125000/220/110

2

22900

45800

705863

1308625

РУ ВН 220 кВ

4

12500

50000

РУ СН 110 кВ

9

7000

63000

Постоянная часть затрат

35000

2

ТДН-16000/110

2

5900

11800

128800

РУ ВН 110 кВ

2

7000

14000

Постоянная часть затрат

11000

1

ТРДН-40000/110

2

8600

17200

357762

РУ ВН 110 кВ

10

7000

70000

Постоянная часть затрат

11000

Компенсирующие устройства

5

1125 (2000 г.)

5625

4

ТДН-10000/110

2

4100

8200

116200

РУ ВН 110 кВ

2

7000

14000

Постоянная часть затрат

11000

  1.  Определение эксплуатационных расходов

Радиальная сеть.

где для ЛЭП 35 кВ и выше на стальных опорах.

для ЛЭП на 110 кВ и для ЛЭП на 220 кВ.

Постоянные потери электроэнергии:

.

Переменные потери электроэнергии:

ч.

Переменные потери в трансформаторах

Суммарные потери электроэнергии:

– суммарные потери электроэнергии,

где

– переменные потери электроэнергии;

– постоянные потери электроэнергии.

.

Затраты на возмещение потерь электроэнергии

тыс. руб.;

.

Суммарные издержки:

тыс. руб.

Кольцевая сеть

тыс. руб.

Постоянные потери электроэнергии:

.

Переменные потери электроэнергии:

.

Суммарные потери электроэнергии:

.

Затраты на возмещение потерь электроэнергии

тыс. руб.;

Суммарные издержки:

тыс. руб.

  1.  Определение приведённых затрат

Капиталовложения по каждому варианту сети определяются по усредненным показателям стоимости и складываются из: стоимости ЛЭП, стоимости трансформаторов и стоимости распределительных устройств.

,

где

Eн=0,12 – нормативный коэффициент сравнительной эффективности.

Радиальная сеть

тыс. руб.

Кольцевая сеть

тыс. руб.

Определим процентное соотношение приведенных затрат:

Выбираем радиальную схему для дальнейшей проработки.

  1.  Точный электрический расчет радиальной схемы

  1.  Режим максимальных нагрузок

По схеме замещения кольцевой сети (рисунок 14) сделаем точный расчет в программе «MUSTANG».

Выполним расчет без регулировки с нулевыми отпайками:

Напряжение источника питания в максимальном режиме составляет 109% от номинального напряжения сети UРЭС = 239,8 кВ.

Рисунок 14 – Схема замещения кольцевой сети для расчета в программе «MUSTANG»

Ниже приведены результаты точного расчета режима максимальных нагрузок.

Рисунок 15 – Узлы схемы до регулирования напряжения

Рисунок 16 –  Ветви схемы до регулирования напряжения

Произведем регулирование напряжения на шинах подключения потребителя путем изменения коэффициента трансформации. Рассчитаем напряжения для каждой ступени регулирования трансформаторов.

Таблица 9 - Ответвления и коэффициенты трансформации трансформаторов на 1 подстанции

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

98,624

100,671

102,718

104,765

106,812

108,859

110,906

112,953

115

9,39276

9,587714

9,782667

9,977619

10,17257

10,36752

10,56248

10,75743

10,95238

1

2

3

4

5

6

7

8

117,047

119,094

121,141

123,188

125,235

127,282

129,329

131,376

11,14733

11,34229

11,53724

11,73219

11,92714

12,1221

12,31705

12,512

Таблица 10 - Ответвления и коэффициенты трансформации трансформаторов на 2 и 4 подстанции

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

98,624

100,671

102,718

104,765

106,812

108,859

110,906

112,953

115

8,965818

9,151909

9,338

9,524091

9,710182

9,896273

10,08236

10,26845

10,45455

1

2

3

4

5

6

7

8

117,047

119,094

121,141

123,188

125,235

127,282

129,329

131,376

10,64064

10,82673

11,01282

11,19891

11,385

11,57109

11,75718

11,94327

кВ;

Выбираем «-2» отпайку с кВ.

;

ПС 2:

кВ;

Выбираем «-3» отпайку с кВ.

;

ПС 3: в регулировании напряжения нет необходимости, так как

ПС 4:

кВ;

Выбираем «-5» отпайку с кВ.

;

Ниже приведены результаты точного расчета режима максимальных нагрузок после регулирования напряжения.

Рисунок 17 – Узлы схемы после регулирования напряжения

Рисунок 18 – Ветви схемы после регулирования напряжения

Вывод: рассчитали режим максимальных нагрузок, затем отрегулировав напряжение на трансформаторах с РПН, получили напряжения, не отклоняющиеся от желаемого значения более чем 1%. Таким образом, сеть будет работать бесперебойно и обеспечивать потребителей качественной электроэнергией в режиме максимальных нагрузок.

  1.  Послеаварийный режим

Послеаварийным режимом будем считать обрыв одной цепи ЛЭП 0-3 цепи ЛЭП 4-1.

Выполним расчет без регулировки с нулевыми отпайками. Напряжение источника питания в послеаварийном режиме составляет 109% от номинального напряжения сети UРЭС = 239,8 кВ.

Ниже приведены результаты точного расчета послеаварийного режима.

Рисунок 19 – Узлы схемы до регулирования напряжения

Рисунок 20 – Ветви схемы до регулирования напряжения

ПС 1:

кВ;

Выбираем «-8» отпайку с кВ.

;

ПС 2:

кВ;

Выбираем «-5» отпайку с кВ.

;

ПС 3:

кВ;

Выбираем «-1» отпайку с кВ.

;

ПС 4:

кВ;

Выбираем «-5» отпайку с кВ.

;

Рисунок 21 – Узлы схемы после регулирования напряжения

Рисунок 22 – Ветви схемы после регулирования напряжения

Вывод: рассчитали послеаварийный режим, затем отрегулировав напряжение на трансформаторах с РПН, получили напряжения, не отклоняющиеся от желаемого значения более чем 1%. Таким образом, сеть будет работать бесперебойно и обеспечивать потребителей качественной электроэнергией, даже при отключении двух цепей.

 

  1.   режим минимальных нагрузок

В минимальном режиме напряжение источника питания составляет 106% от номинального напряжения сети U=233,2 кВ и .

ПС1:

МВА;

Мвар;

МВА.

ПС2:

МВА;

Мвар;

МВА.

ПС3:

МВА;

Мвар;

МВА.

ПС4:

МВА;

Мвар;

МВА.

Рассмотрим возможность отключения трансформатора в минимальном режиме. Для этого определим экономическую мощность нагрузок подстанций для n и (n-1) работающих трансформаторов

ПС1     

SЭК1 = 77,5 МВА < Smin1 = 80 МВА, следовательно, оставляем  2 трансформатора.

ПС2       

SЭК2 = 15,1 МВА > Smin2 = 9,707 МВА, следовательно, отключаем 1 трансформатор.

ПС3        

SЭК3 = 15,1 МВА > Smin3 = 14,238 МВА, следовательно, отключаем 1 трансформатор.

ПС4       

SЭК4 = 15,1 МВА > Smin4 = 5,2 МВА, следовательно, отключаем 1 трансформатор.

Ниже приведены результаты точного расчета режима минимальных нагрузок.

Рисунок 23 – Узлы схемы до регулирования напряжения

Рисунок 24 – Ветви схемы до регулирования напряжения

Произведем регулирование напряжения на шинах подключения потребителя путем изменения коэффициента трансформации.

ПС 1:

кВ;

Выбираем «2» отпайку с кВ.

;

ПС 2:

кВ;

Выбираем «5» отпайку с кВ.

;

ПС 3:

кВ;

Выбираем «5» отпайку с кВ.

;

ПС 4:

кВ;

Выбираем «6» отпайку с кВ.

;

Ниже приведены результаты точного расчета режима минимальных нагрузок после регулирования напряжения.

Рисунок 25 – Узлы схемы после регулирования напряжения

Рисунок 26 – Ветви схемы после регулирования напряжения

Вывод: рассчитали режим минимальных нагрузок, затем отрегулировав напряжение на трансформаторах с РПН, получили напряжения, не отклоняющиеся от желаемого значения более чем 1%. Таким образом, сеть будет работать бесперебойно и обеспечивать потребителей качественной электроэнергией.


Заключение 

В результате выполненного курсового проекта была спроектирована энергосистема 110-220 кВ, обеспечивающая электрической энергией четырех потребителей.                                                                                                                                                                    

      Для расчета были отобраны два варианта схем энергоснабжения радиальная и кольцевая. Исходя из условий надежности электроснабжения потребителей 1 и 2 категории, для кольцевой электрической сети были выбраны одноцепные ЛЭП; для радиальной сети все линии приняты двухцепными, кроме одной, которая обеспечивала энергией потребителей 3 категории. Принимая, что цепь является однородной, на первом этапе были рассчитаны потоки мощности на всех участках цепей с использованием правила моментов и 1-го закона Кирхгофа. Для каждой схемы были выбраны оптимальные значения номинальных напряжений согласно расчетам, производимым по формуле Илларионова. Был произведен выбор сечений проводов ЛЭП по экономической плотности тока. Полученные сечения были подвергнуты проверкам по механической прочности, по короне, по нагреву и допустимым потерям напряжения. В результате проверок были выбраны сечения, удовлетворяющие необходимым требованиям. Для выбранных сечений были рассчитаны сопротивления и проводимости ЛЭП. Исходя из условий надежности электроснабжения потребителей 1 и 2 категории (не менее двух трансформаторов на подстанции) был произведен выбор трансформаторов на всех подстанциях; для трансформаторов были рассчитаны сопротивления.

    Затем для каждой сети был произведен приближенный расчет потерь активной и реактивной мощностей, по результатам которого был рассчитан баланс мощностей и определена мощность компенсирующих устройств. Для радиальной и кольцевой схем были составлены полные схемы электрических соединений.

    В результате технико-экономического сравнения вариантов схем была выбрана кольцевая схема электрической сети. Данная схема имеет меньшие приведенные затраты, кроме того, она имеет ряд преимуществ: большая надежность электроснабжения из-за объединения потребителей в кольцо; возможность наращивания мощностей потребителями 2,3,4 из-за большой разницы расчетной и номинальной мощностей трансформаторов; наличие большого количества одинакового оборудования (трансформаторы подстанций 2,3,4), одинаковое сечение проводов ЛЭП.

Для кольцевой схемы были проведены расчеты послеаварийного режима и режимов максимальной и  минимальной нагрузки с использованием промышленной программы – MUSTANG. В результате проведенных расчетов можно убедиться в том, что все потребители обеспечиваются непрерывным снабжением электроэнергией с напряжением, равным желаемому. При этом изменение режима работы практически не оказывает влияния на качество снабжения потребителей электроэнергией.

Список литературы

  1.  Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. – М.: ООО «Издательский дом Альянс», 2009. – 592 с.
  2.  Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ЭНАС, 2012. – с. 376.
  3.  Правила устройства электроустановок. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2001. – 928 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76056. Модели совокупного спроса и совокупного предложения 765 KB
  Модели совокупного спроса и совокупного предложения в отличие от модели спроса и предложения для одного товара позволяют ответить на многие принципиальные вопросы: Почему вообще увеличиваются или уменьшаются цены Почему общий уровень цен остается относительно постоянным в одни периоды...
76057. Основы моделирования процессов и систем с применением пакета MSOfficeSystem 4.75 MB
  Компьютеры перестали быть монополией заводов, банков, крупных объединений. Сегодня они стали достоянием и небольших предприятий, магазинов, учреждений, бюро трудоустройству и даже ферм. Секретарь практически любого учреждения при подготовке докладов и писем производит обработку текстов.
76058. Создание автоматизированной информационной системы для фирмы «Удача» 1.84 MB
  Выявляются наиболее важные компоненты деятельности данной фирмы: Сотрудники – в их обязанности входит составление каталога рассылка каталога оформление заказов продажи оформление счетов и накладных решение бухгалтерских задач реклама а также внесение информации в базу данных.
76059. Прогнозирование оценки за экзамен 3.5 MB
  Целью моей работы: показать можно ли использовать нейронные сети и эффективно ли их применение в данной области. Полносвязанной нейронной сетью называется многослойная структура в которой каждый нейрон произвольного слоя связан со всеми нейронами предыдущего слоя а в случае первого слоя со всеми входами нейронной сети.
76060. Право: понятие, характеристика, признаки, принципы 58.5 KB
  Разграничение права и закона имеет большой гуманистический смысл ибо тогда право рассматривается как критерий качества закона установления того насколько последний признаёт права человека его интересы и потребности.
76061. Антропогенный морфогенез в границах ландшафтов Рязанской области 7.5 MB
  Максимальный показатель антропогенной нагрузки характерен для ландшафтов с чехлом покровных суглинков залегающих на неогеновых песках см. Показатель антропогенной нагрузки изза гражданского строительства здесь ниже но все же достаточно высок и составляет 5 359 295 м3.
76062. Бизнес-план фирмы «ДомМаркет» 70.92 KB
  Предприятия малого бизнеса являются гибкой и динамичной формой реализации предпринимательской деятельности позволяющей свободно выразить деловой и творческий потенциал иметь определенные заработки для достойного образа жизни.