Проектирование сетевого района

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Выбор номинальных напряжений линий

1.1 Определение длин воздушных линий электропередач сетевого района

Длины lij определяются с помощью карты географического расположения пунктов из задания, учитывая масштаб m, а также коэффициент 1,0, учитывающий непрямолинейность и рельеф трассы линии:

(1.1)

где

Lij - расстояние между пунктами i и j на карте (см).

Масштаб m = 10 км/см.

Тогда:

;

;

;

;

;

;

.

Основные характеристики ВЛ будем заносить в таблицу 1.1, расположенную в конце данного пункта.



1.2 Расчет потоков активной мощности на участках сети

Рисунок 1.1 - Положительные направления протоков активной мощности

Перед расчетом необходимо указать положительные направления потоков активной мощности (рисунок 1), причем на участках А-2, 2-1, 2-3, 3-4, A-6 и А-5 положительные направления можно указать сразу, а на участке 5-6 положительные направления заданы произвольно.

Потоки мощности по линиям A-2, 2-1, 2-3 и 3-4 найдем по первому закону Кирхгофа:

;

;

;

.

Для того, чтобы определить потокораспределение на замкнутом участке сети (линии A-5, A-6, 5-6) воспользуемся методом расщепления. Примем допущение, что кольцевая сеть является однородной, то есть для всех линий выполняется соотношение:

(1.2)



где:

- погонное реактивное сопротивление участка сети,

- погонное активное сопротивление участка сети.

Для того чтобы данное соотношение выполнялось необходимо выполнить условия:

все ВЛ кольцевого участка сети выполнены проводом из одного материала, одинакового сечения;

расположение проводов на опорах должно быть одинаковое.

Далее в соответствии с методом расщепления следует представить кольцевой участок в виде сети с двухсторонним питанием мысленно разорвав его в точке A (рис.2).

Рисунок 1.2 - Представление кольцевого участка в виде сети с двухсторонним питанием

В соответствии с методом моментов, мощность на головных участках сети рассчитывается по формулам:

;(1.3)

;

;(1.4)

.



Проверим правильность расчетов с помощью равенства мощностей:

,

равенство выполняется.

Поток мощности по участку 3-6 определяется по первому закону Кирхгофа:.

электропередача сеть линия трансформатор

1.3 Предварительная оценка номинальных напряжений линий

Для оценки номинального напряжения ВЛ в зависимости от ее исполнения, длины и передаваемой мощности существуют следующие эмпирические формулы:

для одноцепной линии ( 1 ):

;(1.5)

для двухцепной линии на одноцепных опорах ( 1+1 ) :

;(1.6)

для двухцепной линии на двухцепных опорах ( 2 ) :

.(1.7)

В сети имется одна двухцепные линия на двухцепной опоре: 3-4. Для них используем формулу (1.7):



.

Линия A-2 и 2-3 двухцепная, но выполнена на одноцепных опорах, поэтому напряжение рассчитывается по формуле (1.6):

Остальные линии одноцепные, напряжение следует рассчитывать по формуле (1.5):

;

;

;

.

Расчетные значения напряжений занесем в таблицу 1.

1.4 Выбор номинальных напряжений линий сети

Выберем номинальные напряжения всех ВЛ по рассчитанным в пункте (1.3) значениям напряжений и с учетом того, что на кольцевом участке (линии A-3, A-6, 3-6) целесообразно использовать одно номинальное напряжение. Выбранные напряжения занесены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Основные характеристики воздушных линий

ВЛ	l, см	L, км	P, МВт	Исп.	Up, кВ	Uном
A-4	3	33	51	1+1	91,14	110
4-1	2	22	30	2	81	110
A-2	2,4	26	17	2	73,36	35
A-3	2	22	11	1	61	110
3-6	2,9	32	4	1	42,5	110
A-6	3,8	42	9	1	59,2	110
6-5	2,3	25	5	1	44,5	35

2. Расчет компенсации реактивной мощности

2.1 Общие сведения о компенсации реактивной мощности

На подстанциях 1-6 помимо активной мощности P потребляется реактивная мощность Q. Для того, чтобы уменьшить потоки реактивной мощности по линиям электропередач, к шинам низшего напряжения следует подключить конденсаторные батареи. Показателем потребления реактивной мощности является , который рассчитывается исходя из заданного . Согласно постановлению Минпромэнерго России не должен превышать 0,4.

2.2 Определение реактивных мощностей нагрузок

Если известна активная мощность нагрузки Pmax и коэффициент мощности cos?, то реактивную мощность можно рассчитать по формуле:

(2.1)

Значения и реактивной мощности занесем в таблицу 2.1

Таблица 2.1 - Реактивные мощности потребителей

Пункт	1	2	3	4	5	6
Pmax, МВт	30	17	7	21	5	8
	0,88	0,84	0,81	0,81	0,84	0,83
	0,53	0,64	0,72	0,72	0,64	0,67
Qmax, Мвар	15,9	10,88	5,04	15,12	3,2	5,36
Qп, Мвар	12	6,8	2,8	8,4	2	3,2
Qкур, Мвар	3,9	4,1	2,24	0,72	1,2	2,2
Qнку, квар
Qку, Мвар	12	6,68	2,79	8,37	2	3,11

Найдем реактивные мощности нагрузок по формуле (2.1):

;

;

;

;

;

.

2.3 Расчет предельно допустимой реактивной мощности нагрузок

Так как максимально допустимый коэффициент равен 0,4, то предельная реактивная мощность нагрузки, которая не вызовет увеличение тарифа на электроэнергию, в соответствии с формулой (2.1) равна

(2.2)

Найдем предельную реактивную мощность для каждого пункта:

;

;

;



;

;

.

2.4 Выбор компенсирующих устройств

Чтобы определить мощность компенсирующих устройств, вначале следует рассчитать разность между фактической реактивной мощностью и требуемой реактивной мощностью, которую мы нашли в п. 3.2:

;(2.3)

;

;

;

;

;

.

Для компенсации реактивной мощности будем использовать конденсаторные установки УКЛ(п)57-10,5. Суммарная мощность установок на каждой подстанции должна быть равна Qкур, либо немного больше данного значения. Если на подстанции установлено два трансформатора, то мощности компенсирующих установок, подключенных к разным секциям шин, должны быть одинаковы. В соответствии с этим выберем компенсирующие установки и определим их суммарную реактивную мощность Qпку.



2.5 Расчет реактивных и полных мощностей, передаваемых в нагрузку по линиям

Реактивная мощность, которую нагрузка потребляет из электрической сети равна:

;(2.4)

;

;

;

;

;

.

Полная мощность, передаваемая в нагрузку, равна:

;(2.5)

;

;

;

;

;

3. Выбор схемы и номинальных параметров линий и трансформаторов сети

3.1 Метод экономической плотности тока

При определении сечения проводов воздушных линий необходимо учитывать два условия. С одной стороны, при увеличении сечения провода уменьшается потеря напряжения на линии и соответственно, затраты на эксплуатацию сети. Однако при этом увеличиваются капиталовложения на строительство линии. Чтобы выбрать оптимальное сечение проводов, воспользуемся методом экономической плотности тока. В соответствии с данным методом сечение провода должно равняться:

,(3.1)

где Fij р - расчетное сечение провода;

Iij р - ток, протекающий по линии;

Jэк - экономическая плотность тока.

Для европейской части России примем, что Jэк = 1,1 А/мм2. В соответствии с этим, формулу (3.1) запишем как

.(3.2)

3.2 Расчет потоков реактивной мощности

Ток в воздушных линиях можно рассчитать по следующей формуле:



,(3.3)

где Pij, Qij - активная и реактивная мощности, передаваемые по линии;

n - количество цепей или параллельных линий;

Uном - номинальное напряжение линии.

Для определения потоков реактивной мощности в каждой из линий воспользуемся методами, описанными в пункте 1.2. При этом следует учесть, что реактивная мощность, передаваемая на подстанцию, равна Qку, которую мы берем из таблицы 2.1. Потоки мощности по линиям A-1, 4-1, A-2 и 6-5 определим по первому закону Кирхгофа:

;

;

;

.

Для расчета потоков мощности в линиях A-3, A-6 и 3-6 воспользуемся методом расщепления.

Рисунок 3 - Представление кольцевого участка в виде сети с двухсторонним питанием

Расчет произведем по формулам (1.3) и (1.4), заменив активную мощность P на реактивную Q:



;(3.4)

;

;(3.5)

.

Полная мощность в линии определяется по формуле:

.(3.6)

3.3 Расчет токов

Рассчитаем токи в линиях рассчитаем по формуле (3.3) и занесем их в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Токи в линиях

ВЛ	Sij, МВА	Uном, кВ	n	Iij, А
A-4	51+j20,37	110	2	144
1-4	30+j12	110	2	85
A-2	17+j6,68	35	2	151
6-5	5+j2	35	1	89
A-3	11+j4,39	110	1	62
A-6	9+j3,51	110	1	51
3-6	4+i1,6	110	1	23

;



;

;

;

;

;

.

3.4 Расчет сечений проводов

По формуле (3.2) найдем оптимальные сечения проводов всех линий:

;

;

;

;

;

;



.

3.5 Выбор сечений проводов и определение их характеристик

По рассчитанным в п. 3.4 сечениям выберем максимально близкие стандартные сечения проводов и выпишем в таблицу 3.2 основные характеристики. Все провода марки АС.

Таблица 3.2 - Характеристики проводов

ВЛ	Fр, мм2	Fст, мм2	Iдоп, А	r0, Ом/м	x0, Ом/м	b0, 10-6 См/м
A-4	131	120	380	0,27	0,427	2,66
1-4	77	70	265	0,46	0,444	2,55
A-2	137	150	445	0,392	0,42	-
6-5	81	70	265	0,46	0,417	-
A-3	56	70	265	0,46	0,444	2,55
A-6	46	70	265	0,46	0,444	2,55
3-6	21	70	265	0,46	0,444	2,55

При выборе сечений мы учли то, что на ВЛ 110 кВ минимальное сечение провода равно 70 мм2.

3.6 Проверка проводов по допустимому нагреву в послеаварийных режимах

Выбранные провода необходимо проверить на допустимый нагрев в наиболее тяжелых послеаварийных режимах. Наиболее тяжелыми авариями являются:

отключение одной из цепей двухцепной линии;

отключение головной линии на кольцевом участке.



В нашем случае будет 5 тяжелых послеаварийных режимов:

отключение цепи двухцепной ВЛ 110 кВ A-4;

отключение цепи двухцепной ВЛ 110 кВ 4-1;

отключение цепи двухцепной ВЛ 35 кВ A-2;

отключение одноцепной ВЛ 110 кВ A-3;

отключение одноцепной ВЛ 110 кВ A-6.

Во всех послеаварийных режимах ток, протекающий по проводам каждой из линий, не должен превышать допустимый ток Iдоп, установленный для каждой марки.

При отключении одной цепи двухцепной линии ток, протекающий по оставшейся цепи, увеличится в два раза:

;(3.7)

В соответствии с этим, рассчитаем токи на двухцепных ВЛ A-4, 4-1 и A-2 в послеаварийных режимах:

;

;

.

Для расчета токов при отключении ВЛ A-3 снова представим кольцевой участок в виде линии с двухсторонним питанием (Рис. 4).

Рисунок 4 - Авария на ВЛ A-3



В данном режиме вся энергия на подстанции 3, 6 и 5 будет передаваться по линии A-6 и сеть будет разомкнута. Поэтому мы можем воспользоваться первым законом Кирхгофа:

;;

;.

Токи рассчитаем по формуле (3.3):

;

.

Аналогично рассчитаем токи в линиях при аварии на участке A-6 (Рис. 5).

Рисунок 5 - Авария на ВЛ A-6

;;

;.

Токи рассчитаем по формуле (3.3):

;



.

Токи во всех линиях во всех послеаварийных режимах не превышают допустимые. Следовательно, выбранные сечения удовлетворяют условиям нагрева.

3.7 Проверка по потере напряжения в нормальном и послеаварийном режимах

Потеря напряжения в линии рассчитывается по формуле:

(3.8)

Вначале рассчитаем потери напряжения во всех линиях по формуле:

;

;

;

;

;

;

.



Потери напряжения в пунктах сети определяется как сумма потерь напряжений в линиях, соединяющих данный пункт с центром питания. В кольцевой сети можно идти по любому пути.

Максимальная потеря напряжения в нормальном режиме не должна превышать 15%, а в наиболее тяжелых послеаварийных режимах - не более 20%.

Потерю напряжения целесообразно рассчитывать только в наиболее электрически удаленных от центра питания пунктах. При этом следует учесть, что на подстанции пункта 6 установлен трехобмоточный трансформатор, и он является центром питания для пункта 5. Поэтому потерю напряжения в пункте 5 следует рассчитывать отдельно от остальной сети. В соответствии с этим определим потерю напряжения в пунктах 1, 2, 6 и 5.

;

;

;

.

В нормальном режиме потери напряжения в пунктах не превышают 15%. Аварийные режимы для расчета потери напряжения выберем такие же, как и для расчета токов. При этом в формулу (3.8) следует подставлять послеаварийные потоки мощностей, найденные в пункте 3.6. Также следует учесть, что потоки мощности в послеаварийном режиме для одной цепи послеаварийной линии увеличатся в два раза по сравнению с нормальным режимом:

(3.9)



(3.10)

Подставим данные выражения в формулу (3.8) :

.(3.11)

Отключение цепи ВЛ A-4:

;

.

Отключение цепи ВЛ 4-1:

;

.

Отключение цепи ВЛ A-2:

.

Отключение ВЛ A-3:

;

;

.



Отключение ВЛ A-6:

;

;

.

Во всех послеаварийных режимах потери напряжения не превышают 20%.

Так как максимальные токи и максимальные потери напряжения в нормальном и послеаварийных режимах не превышают допустимые значения, то можно сделать вывод, что сечения проводов выбраны верно.

3.8 Структурная схема сетевого района

Рисунок 3.1 - Структурная схема района



3.9 Выбор силовых трансформаторов

Для выбора трансформаторов необходимо рассчитать полную мощность каждой подстанции. Для подстанций с двухобмоточными трансформаторами:

,(3.12)

где Pi и Qi - соответственно активная и реактивная мощности нагрузки, которые мы рассчитали в пункте 2.

Если на подстанции установлен трехобмоточный трансформатор, то необходимо кроме мощности нагрузки учесть ту мощность, которая передается на подстанции сети среднего напряжения:

,(3.13)

где УPс и УQс - суммарная активная и реактивная мощности, передаваемая на подстанции сети среднего напряжения.

По рисунку 5 видно, что в районе имеются 5 подстанций с двухобмоточными трансформаторами, это подстанции 1, 2, 3, 4 и 5. Для них мы используем формулу (3.12):

;

;

;

;



.

На подстанции 6 установлен трехобмоточный трансформатор, полную мощность рассчитаем по формуле (3.13):

.

Занесем мощности подстанций в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 - Выбор силовых трансформаторов

Пункт	Кол-во трансформаторов	Кол-во обмоток	Полная мощность S, МВА	Расчетная мощность	Тип трансформаторов
1	2	2	32,31	23,08	ТРДН-2500/110
2	2	2	18,27	13,05	ТД-16000/35
3	2	2	6,54	4,67	ТМН-6300/110
4	2	2	22,61	16,15	ТРДН-25000/110
5	1	2	5,39	5,39	ТМН-6300/35
6	2	3	13,97	9,98	ТДТН-10000/110

На однотрансформаторных подстанциях трансформатор выбирается из условия:

.(3.14)

На двухтрансформаторных подстанциях трансформатор выбирается из условия работы в послеаварийном режиме, т.е. когда один трансформатор отключен. При этом оставшийся трансформатор может работать с перегрузкой не более 40% в течение 5 суток. В соответствии с этим, условие выбора запишем следующим образом:



.(3.15)

В соответствии с (3.14) и (3.15) выберем силовые трансформаторы для всех подстанций и запишем их марки в таблицу 3.3.

3.10 Выбор распределительных устройств высшего и среднего напряжения

Типовые схемы распределительных устройств 35-110 кВ приведены в [1] на рис. 2.10 - 2.22. Выбор схемы будем производить исходя из номинального напряжения РУ, типа подстанции и числа подключений. Эти данные занесем в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 - Выбор схемы РУ

Подстанция	Тип	Номинальное напряжение	Число подключений	Рисунок
A	Узловая	110	-	2.17 а
		35	-	2.20
1	Тупиковая	110	4	2.22 г
2	Тупиковая	35	4	2.20
3	Проходная	110	4	2.18 а
4	Проходная	110	6	2.17 б
5	Тупиковая	35	2	2.10 г
6	Узловая	110	4	2.18 а
		35	3	2.20

Полная схема электрических соединений с учетом выбранных схем распределительных устройств изображена на рисунке 7.



Рисунок 3.2 - Схема электрических соединений



Библиографический список

1. Вычегжанин А.В., Черепанова Г.А. Проектирование сетевого района: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию. - Киров, Изд. ВятГУ, 2009. - 66 с.

2. Черепанова Г.А., Вычегжанин А.В. Установившиеся режимы электрических сетей в примерах и задачах: Учебное пособие. - Киров, изд. ВятГУ, 2009. - 116 с.

3. Герасименко С.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие. - изд. 2-е - Ростов-на-Дону, Феникс, 2008.

Размещено на Allbest.ru

...