Развитие электросети энергосистемы
Характеристика электрифицируемого района и потребителей электроэнергии. Составление и обоснование вариантов схемы электрической сети. Определение мощности трансформаторов. Экономические показатели и электрический расчет максимального режима работы сети.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 09.01.2015 |
Размер файла | 1,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
Исходные данные
Введение (характеристика электрифицируемого района и потребителей электроэнергии)
1. Составление и обоснование вариантов схемы электрической сети
1.1 Разработка вариантов схемы соединений линий сети и ПС
1.2 Определение числа и мощности трансформаторов
2. Технико-экономическое сравнение вариантов
3. Электрический расчет максимального режима работы сети
4. Определение основных технико-экономических показателей спроектированной сети
Исходные данные
1. Схема существующей электросети (рис. 1).
Рис. 1. Схема существующей электрической сети 220/110/35/10 кВ (Координаты ПС А:ХА=50 км; YА=50 км)
электроэнергия трансформатор экономический
2. Геометрическое расположение ПС ?В? и мест сооружения новых подстанций в декартовой системе координат, а также максимальные нагрузки существующих (4,5) и новых (1,2 и 3) узлов, приведенные к пятому году эксплуатации сети (табл. 1).
3. Время использования максимальной нагрузки Тmax для общего годового графика энергосистемы с учетом мощностей новых подстанций (табл. 1).
4. Примерный состав нагрузки новых подстанций (табл.3).
5. Зимние и летние суточные графики нагрузки характерных дней новых подстанций (табл. 3).
6. Напряжение источника питания (узел А) в режиме максимальных нагрузок поддерживается на уровне 240 кВ.
7. Номинальное напряжение на шинах низшего напряжения новых под-станций - 10 кВ.
8.Материал промежуточных опор для ВЛ всех напряжений - железобетон.
9. Место строительства - Дальний Восток. Район по гололёду - V, и ветровым нагрузкам - II.
10. Коэффициент мощности (cos ц) ИП А равен 0,88.
Таблица 1
Координаты км |
Tmax ч/год |
||||||||
XB |
YB |
X1 |
Y1 |
X2 |
Y2 |
X3 |
Y3 |
||
152 |
39 |
57 |
23 |
116 |
22 |
145 |
30 |
5400 |
Таблица 2
Мощность узловых нагрузок P + jQ, МВ*А |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
62+j37 |
21+j11 |
19+j9 |
139+j58 |
68+j36 |
Таблица 3
Таблица 4
Введение. Характеристика электрифицируемого района и потребителей электроэнергии
Дальний Восток является основной ресурсно-энергетичской базой страны, и в перспективе сохранится приоритет за топливно-энергетическим комплексом, цветной металлургией, разработкой лесных ресурсов, энерго - и водоемкими отраслями промышленности.
Состав Восточной Сибири: Красноярский и Забайкальский край, Иркутская область; Республика Бурятия, Тува, Хакасия.
В работе будем рассматривать в качестве электрифицируемого района - Хабаровская энергосистема
Хабаровская ЭС входит в «Объединенные энергосистемы (ОЭС) Востока».
Энергосистемы Дальнего Востока России:
Амурская энергосистема, Дальневосточная энергосистема, Камчатская энергосистема, Магаданская энергосистема, Сахалинская энергосистема, Хабаровская энергосистема, Якутская энергосистема.
В Хабаровском крае потребности хозяйственного комплекса, социальной сферы и населения в электрической и тепловой энергии в основном обеспечиваются электрическими станциями Хабаровской энергосистемы.
Хабаровская ЭС имеет прямые электрические связи с Объединенной энергосистемой Востока. Это повышает надежность электроснабжения потребителей края.
Хабаровская ЭС является крупнейшей в ОЭС Востока, на ее долю приходится ~ 30% потребления электроэнергии, 23% вырабатываемой электрической и около 54% тепловой энергии.
Энергосистема производит 97 % электрической энергии и ~ 70 % тепловой энергии от всей потребности в крае. Централизованным электроснабжением охвачены города и населенные пункты края, в которых проживает около 95% населения.
Только населенные пункты, расположенные в отдаленных северных районах и имеющие незначительные объемы электропотребления, снабжаются электроэнергией от автономных дизельных и газопоршневых электростанций.
Филиал "Хабаровская генерация" является самым крупным филиалом ОАО "Дальневосточная генерирующая компания". Установленная мощность генерирующего оборудования составляет - для выработки электрической энергии -
2251,95 МВт, для выработки тепла - 6371,6 Гкал/ч.
В состав филиала входит семь структурных подразделений, расположенных на территории Хабаровского края: Хабаровская ТЭЦ-1, Хабаровская ТЭЦ-3, Комсомольская ТЭЦ-2, Комсомольская ТЭЦ-3, Амурская ТЭЦ-1, Майская ГРЭС,
Николаевская ТЭЦ.
Системообразующие электрические сети на территории Хабаровского края сформированы на напряжении 500-220 кВ (общей протяженностью 4,34 тыс. км) находятся в управлении филиала "Магистральные электрические сети Востока" ОАО "ФСК ЕЭС".
Распределительные электрические сети сформированы на напряжении 110-35 кВ (общей протяженностью 10,2 тыс. км) находятся в управлении филиала "Хабаровские электрические сети" ОАО "Дальневосточная распределительная сетевая компания".
На территории Хабаровского края осуществляют свою производственную деятельность региональные энергетические компании:
Филиал ОАО "Дальневосточная генерирующая компания" "Хабаровская генерация" (производство тепловой и электрической энергии, транспортировка и реализация тепловой энергии);
Филиалы ОАО "ФСК ЕЭС" - МЭС Востока и Хабаровское предприятие магистральных сетей (ПМС), (передача электрической энергии, оперативное управление, эксплуатация и услуги по присоединению к электрическим сетям напряжением 220/500 кВ).
Филиалы ОАО "СО ЕЭС" "Объединенное диспетчерское управление энергосистемами Востока" (ОДУ Востока) и ОАО "СО ЕЭС" "Региональное диспетчерское управление энергосистемы Хабаровского края и Еврейской автономной области" (РДУ энергосистемы Хабаровского края и ЕАО),(функции оперативно-диспетчерского управления объектами электроэнергетики).
Филиал ОАО "Дальневосточная распределительная сетевая компания " Хабаровские электрические сети" (передача и распределение электрической энергии, оперативное управление, эксплуатация и услуги по присоединению к электрическим сетям напряжением 110/35/10 кВ);
Филиал ОАО "Дальневосточная энергетическая компания" - "Хабаровскэнергосбыт" (сбыт электрической энергии потребителям Хабаровского края).
Развитие энергетики связано с задачами выхода энергетического комплекса на опережающие темпы развития, которые станут основой обеспечения роста экономики края и определяют три основных направления развития энергосистемы Хабаровского края:
1. Формирование рациональной структуры топливного баланса энергоисточников Хабаровской энергосистемы, с замещением дорогостоящего нефтяного топлива и дальнепривозного угля природным газом, с сохранением в общем энергетическом балансе края эффективных станций, работающих на угле.
Структура топливного баланса энергоисточников Хабаровской энергосистемы в 2013 году составила:
- природный газ 52,2%, уголь 47,3% , жидкое нефтяное топливо 0,5%.
2. Обеспечение возрастающих потребностей экономики и социальной сферы в электрической и тепловой энергии в энергодефицитных районах края. В Ванинском и Советско-Гаванском энергорайоне с реализацией инвестиционных проектов развития транспортно-перегрузочных комплексов морской и промышленной инфраструктуры предусматривается рост потребности в электрической мощности с 85 МВт до 180 МВт.
В целях покрытия возрастающего спроса на электрическую энергию до 2016 года намечено осуществить строительство ТЭЦ установленной мощностью 120 МВт в г.Советская Гавань. Ввод данного объекта в эксплуатацию обеспечит:
перевод на централизованное теплоснабжение г. Советская Гавань и прилегающих населенных пунктов;
вывод из эксплуатации котельных, использующих в качестве топлива дорогостоящий мазут, ежегодное потребление которого составляет около 40,0 тыс. тонн;
вывод из эксплуатации низкоэффективной выработавшей свой ресурс Майской ГРЭС.
В дополнение к данному проекту ОАО "ФСК ЕЭС" планирует в период до 2016 года осуществить строительство ВЛ 220 кВ от г. Комсомольска-на-Амуре до г. Советская Гавань (Ванино).
3. Модернизация и совершенствование структуры генерирующих мощностей на действующих теплоэлектроцентралях, с применением современных технологий энергопроизводства.
В энергосистеме Хабаровского края намечено поэтапное замещение выработавшего парковый ресурс оборудования с морально устаревшими технологиями.
К 2020 году планируется осуществить:
- строительство Хабаровской ТЭЦ-4 и перевод Хабаровской ТЭЦ-1 в режим водогрейной котельной;
- реконструкцию генерирующего оборудования Комсомольской ТЭЦ-3;
- вывод из эксплуатации генерирующего оборудования Комсомольской ТЭЦ- 1и перевод её в режим водогрейной котельной;
- замещение неэффективного оборудования Комсомольской ТЭЦ-2 мощностями Комсомольской ТЭЦ-3;
- замещение устаревшего оборудования Майской ГРЭС мощностями новой ТЭЦ в г. Советская Гавань;
- строительство современных установок с использованием технологий парогазового цикла (ГТУ-12,5 МВт на Хабаровской ТЭЦ-2 и ПГУ-60 МВт на Комсомольской ТЭЦ-1).
Филиалами "МЭС Востока" ОАО "ФСК ЕЭС" и "Хабаровские электрические сети" ОАО "Дальневосточная распределительная сетевая компания" формируются и реализуются инвестиционные программы, направленные на повышение надежности электроснабжения действующих и намечаемых к строительству объектов промышленности и транспорта, социальной и жилищной сферы, предусматривающие развитие электрических сетей и подстанций напряжением 220/110/35/10 кВ. Хабаровский край - район по гололёду - II (br = 15 мм) и ветровым нагрузкам - V (Qmax = 1000 Па; Vmax = 40 м/с).
Таблица 1
Нормативное ветровое давление W0 на высоте 10 м над поверхностью земли
Район по ветру |
Нормативное ветровое давление W0, Па (скорость ветра н0, м/с) |
|
I |
400 (25) |
|
II |
500 (29) |
|
III |
650 (32) |
|
IV |
800 (36) |
|
V |
1000 (40) |
|
VI |
1250 (45) |
|
VII |
1500 (49) |
|
Особый |
Выше 1500 (выше 49) |
Нормативная толщина стенки гололеда bэ для высоты 10 м над поверхностью земли
Район по гололеду |
Нормативная толщина стенки гололеда bэ, мм |
|
I |
10 |
|
II |
15 |
|
III |
20 |
|
IV |
25 |
|
V |
30 |
|
VI |
35 |
|
VII |
40 |
|
Особый |
Выше 40 |
Целью курсового проекта является реконструкция схемы электроснабжения промышленного района с учетом ввода новой мощности в систему электроснабжения.
Решения проектных и эксплуатационных задач промышленного электроснабжения связаны с разработкой основных вопросов требующих математического анализа:
расчет режимов систем электроснабжения и их оптимизация;
выбор рационального напряжения системы;
выбор сечений проводов;
определение показателей электрических нагрузок и др.
На стадии проектирования каждый инженер-электрик должен уметь решать задачи выбора схем, конфигурации электрической сети и ее элементов, а на стадии эксплуатации организовать повышение экономичности работы системы электроснабжения, то есть выполнить оптимизацию режима электропотребления.
1. Составление и обоснование вариантов схемы электрической сети
1.1 Разработка вариантов схемы соединений линий сети и ПС
На рис. 1.1 приведен граф существующей сети (без учета количества цепей ВЛ и непрямолинейности трасс линии) и места размещения новых подстанций.
Анализ существующей схемы позволяет определить следующее.
1.Автотрансформаторы ПС А и ПС В имеют запас пропускной способности, позволяющей развивать схему без их замены.
2.ВЛ А-В напряжением 110 кВ является резервной и включается тогда, когда обе цепи ВЛ А-В 220 кВ оказываются в нерабочем состоянии (например, при совпадении ремонта одной цепи и аварийного отключения другой). В этом случае переток по ВЛ А-В 110 кВ равен необеспеченной нагрузке ПС В (сумме нагрузок на шинах 110 и 35 кВ, за вычетом перетока из внешней сети), то есть
68 + j36 + 8 + j6 - 60 - j30 = 16 + j12 МВ•А (20 МВ•А - полная мощность). Для провода АС-185 допустимый по нагреву ток (при t0=250C) равен 510 А, а поправочный коэффициент на температуру окружающей среды для зимнего периода (когда нагрузки наибольшие) kt=1,29. Тогда максимальный (допустимый по нагреву) переток по ВЛ А-В 110 кВ составляет
-125МВ•А.
То есть, по техническим условиям линию можно дополнительно загрузить не более, чем на 125-20 = 105 МВ•А.
Рис. 1.1. Граф существующей сети
Рис. 1.2. Схема существующей электрической сети 220/110/35/10 кВ
3. Каждая из цепей ВЛ А-В 220 кВ допускает дополнительную нагрузку порядка 300 МВ•А, что превышает вместе взятую мощность трёх новых подстанций.
297,4 МВ•А.
S1 = = 72.2 МВ•А.
S2 = = 23.7 МВ•А.
S3 = =21.1 МВ•А.
= 117 МВ•А.
Перейдём к составлению схем соединения линий.
ПС 3 близко расположена к ПС В. Рассмотрим вариант двух цепной ВЛ В-1. Длину LB1 линии найдём как
L3В = kудл = 1,24 = 14,138 км
14 км
где kудл = 1,24 учитывает непрямолинейность трассы ВЛ.
Длину L ij линии между любыми i-м и j-м пунктами можно определять иначе, если местоположения старых и новых ПС нанести на масштабную сетку. Тогда
L ij = l ij m kудл ,
где lij - расстояние между узлами i и j на масштабной сетке, см;
m - масштаб, км/см.
Рассчитаем длины участков:
LАВ = kудл = 1,24 = 127,2 км
LА1 = kудл = 1,24 = 34,6 км
L23 = kудл = 1,24 = 41,8 км
L21 = kудл = 1,24 = 37,3 км
Уравнение прямой А-В: -11х - 102у + 5650 = 0
L1-С = kудл = 1,24 = 32,4 км
Координаты точки C: (59.8; 48,94)
Аналогично для точек D и Е:
L2-D = 25.75
D = (118.2; 42.65)
L3-E = 12
E = (146; 39.65)
Приближенно оценим величины напряжений
В сетях ЭС РФ общего назначения переменного тока 50 Гц, согласно ГОСТ 721-77, должны использоваться следующие номинальные междуфазные напряжения: 380 В; (6) Номинальные напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются. Для существующих и расширяющихся электрических сетей на номинальные напряжения 3 и 150 кВ электрооборудование должно изготовляться (см. ГОСТ 721-77)., 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ. Могут также существовать сети, построенные по устаревшим стандартам с номинальными межфазными напряжениями: 220 В, 3 и 150 кВ.
Область применения и основное назначение ЛЭП. Табл. 1.1. [Баумштейн]
Таблица 1.1.
Номинальное напряжение. кВ |
Передаваемая мощность (на одну цепь).МВА |
Длина линий, км |
Область применения и основное назначение |
|
До 1 |
До 0.1 |
До 3 |
Электроснабжение отдельных потребителей в городах и населенных пунктах; распределение мощности внутри предприятий |
|
1-10 |
1-3 |
3-15 |
Электроснабжение промышленных и сельских потребителей; распределение мощностей внутри крупных промышленных предприятий |
|
20-35 |
3-15 |
10-30 |
Распределение мощностей внутри городов и крупных населенных пунктов; электроснабжение сельских потребителей |
|
110-150 |
15-80 |
25-100 |
Распределение мощностей внутри энергосистем и предприятий электрических сетей; электроснабжение промышленных предприятий и узлов больших городов, удаленных или энергоемких сельских потребителей; распределение мощностей внутри крупных городов; электрификация железнодорожного и трубопроводного транспорта |
|
220-330 |
100-400 |
100-300 |
Распределение мощностей внутри крупных энергосистем, электроснабжение удаленных и крупных потребителей от энергосистем и электрических станций, создание центров питания для сетей 110 и 150 кВ, выдача мощности электростанциями сравнительно небольшой мощности |
|
400-500 |
600-1000 |
200-1000 |
Развитие объединенных энергосистем и Единой энергетической системы, обеспечение межсистемных связей, выдача мощности крупными электростанциями, а также электроснабжение крупных энергоемких предприятий или промышленных узлов |
|
750 |
1000-2200 |
300-2000 |
Развитие крупных объединенных энергосистем и образование Единой энергетической системы; обеспечение межсистемных связей, выдача мощности крупными электростанциями |
|
1150 |
2500-6000 |
500-3000 |
Тоже |
Выводы:
Не одна из предложенных новых ПС не подходит к диапазону напряжений 10 - 35 кВ, поэтому по техническим условиям ЭС можно дополнительно загружать только в диапазоне номинальных напряжений: 110 - 220 кВ.
Рис. 1.3. Расстояния в системе
Наметим варианты схем новых ПС (рис. 1.3).
А)
Б)
В)
Г)
Рис 1.4. Варианты конфигурации систем
ПС1, ПС2, ПС3 расположены от проходящей ВЛ А-В на расстоянии: 32,4; 25,75; 12 км соответственно. Напрашивается вариант питания ПС(1 - 3) по схеме «заход-выход».
На рис. 1.4. (А) для питания ПС1 по ВЛ 110 - 220 кВ используется участок существующей линии (А-С). ПС2 - участок C-D; ПС3 - участок D-E. Другой участок (E-В) со временем может быть демонтирован. Затраты на демонтаж и остаточную стоимость демонтируемого оборудования (опор, проводов, изоляторов, тросов, линейной арматуры) в курсовой работе можно считать одинаковыми и в дальнейшем не учитывать.
Другие возможные варианты питания новых подстанций по линии 110 кВ и 220 кВ показаны на рис. 1.4 , (Б, В и Г).
На схеме рис. 1.4 (Г), предполагается прокладка линии 110 кВ А-1-2-3, включенной параллельно уже существующей ВЛ А-В того же напряжения. По сути речь идёт о развитии сети 110 кВ, работающей параллельно с сетью 220 кВ, что на перспективу не рекомендуется.
Длины существующих и новых линий указаны на схемах (рис. 1.4). схема (Г) - самая длинная. Схема на рис. 1.4, (А) характеризуется наименьшими длинами новых линий. Присвоим этому варианту № 1 и оставим для дальнейшего сравнения. Сопоставим три остальных схемы по суммарной длине новых линий (двухцепные линии учётом с коэффициентом 1,5). Для схемы на рис. 1.4, (Б) имеем одноцепные ВЛ 110 кВ А-1 (длина 34,6 км), 1-2 (41,8 км), 2-D (25.75 км) и двухцепную линию 110 кВ В-3 (14 км). Тогда обобщенная длина линии для этой схемы составит (34,6+41,8+25,75) + 1,5(14) = 123.15 км.
Вычисления для других схем
Таблица 1.2.
Обобщенный показатель длин трасс ВЛ
Длина трасс 110 кВ, км |
Схема на рис. 1.3. |
||||
А |
Б |
В |
Г |
||
одноцепных |
34,6+41,8+25,75 |
14+37,3+25,75 |
34,6+41,8+71,7 |
||
двухцепных |
1,5(32,4+25,75+12) |
1,5*(14) |
1,5*(34,6) |
1,5*(37,3) |
|
обобщенный показатель, км (%) |
105,2 |
123,15 (100%) |
129 (105%) |
204,5(165,7%) |
Из приведенных вариантов выбираем схему на рис. 1.4.А , как имеющую минимальную длину новых ВЛ - это вариант № 1. Схема Б - вариант №2.
Из рассмотренного вытекает, что при разработке вариантов развития сети следует учитывать возможности существующей сети, а конфигурацию схемы намечать с одновременным выбором номинальных напряжений линии.
1.2 Выбор номинальных сечений проводов ВЛ
Выбор сечений произведём по нормированной (экономической) плотности тока jэк. Для сталеалюминиевых проводов и времени использования максимальной нагрузки Тmax = 5400 ч/год, jэк=0,8 А/мм2 (табл. В33 Прил. МУ).
Для определения расчетных токов новых линий необходимо выполнит расчёт приближённого (без учета потерь мощности) поток распределения электрической сети. В качестве примера возьмём вариант 1, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.4 А. На схеме указаны марки проводов и длины участков ЛЭП (км), нагрузки узлов (МВ•А) и номинальные коэффициенты трансформации АТ. Учитывая слабую загрузку обмоток НН автотрансформаторов ПС А, выполним обычные в таких случаях упрощения схемы замещения. Переносим нагрузку с шин 10 кВ (узел 7) на сторону 110 кВ (узел 4) и складываем с нагрузкой на шинах СН. После этого сопротивления об- моток НН АТ из схемы замещения исключаются, а сопротивления об- моток ВН и СН последовательно объединяются. Такие же упрощения проделаем с автотрансформаторами ПС В, после чего схема замещения сети приобретёт вид, показанный на рис. 1.5. Поскольку расчёт режима выполняется без учета потерь, в схему замещения не включены поперечные проводимости, моделирующие зарядную мощность ВЛ и потери в стали (авто)трансформаторов. Расчёт сопротивлений линии сведем в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Расчет сопротивлений ЛЭП
Участки ЛЭП |
Uном, кВ |
Число цепей и марка провода |
l, км |
r0, Ом/км |
x0, Ом/км |
b0, *10-6 См/км |
R, Ом |
Х, Ом |
В,*10-6 См |
|
А-1 |
220 |
1ЧАС-300 |
44,6 |
0,098 |
0,429 |
2,64 |
4,37 |
19,13 |
117,74 |
|
1-B |
220 |
1ЧАС-300 |
147,4 |
0,098 |
0,429 |
2,64 |
14,45 |
63,23 |
389,1 |
|
A-B |
220 |
1ЧАС-300 |
127,2 |
0,098 |
0,429 |
2,64 |
12,48 |
54,6 |
335,8 |
|
4-2 |
110 |
1ЧАС-185 |
110.7 |
0,162 |
0,413 |
2,75 |
17,93 |
45,72 |
304,4 |
|
2-3 |
110 |
1ЧАС-185 |
72.45 |
0,162 |
0,413 |
2,75 |
11,74 |
29,92 |
199,2 |
|
3-5 |
110 |
1ЧАС-185 |
19.5 |
0,162 |
0,413 |
2,75 |
3,16 |
8,00 |
53,6 |
Эквивалентные сопротивления участка n-цепной линии вычисляем как
R = r0l/n, X = r0l/n
где r0, x0 - погонные сопротивления ЛЭП, Ом/км, принимаемые по табл. А11 МУ.
Параметры трансформаторов и автотрансформаторов, взятые из справочника, приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4.
Тип |
Пределы регулирования, % |
Каталожные данные |
|||||||||
UНОМ, кВ |
UК, % |
DРК, кВт |
DРХХ, кВт |
iХХ, % |
|||||||
ВН |
СН |
НН |
В-С |
В-Н |
С-Н |
||||||
АТДЦТН-125000/220/110 |
±6ґ2 % |
230 |
121 |
6,6; 11;38,5 |
11 |
45 |
28 |
305 |
65 |
0,5 |
|
АТДЦТН-200000/220/110 |
±6ґ2 % |
230 |
121 |
6,6; 11;38,5 |
11 |
32 |
20 |
430 |
125 |
0,5 |
|
Тип |
Расчетные данные |
||||||||||
Rт, Ом |
Xт, Ом |
DQxx, квар |
|||||||||
ВН |
СН |
НН |
ВН |
СН |
НН |
||||||
АТДЦТН-125000/220/110 |
0,55 |
0,48 |
3,2 |
59,2 |
0 |
131 |
625 |
||||
АТДЦТН-200000/220/110 |
0,28 |
0,28 |
0,57 |
30,4 |
0 |
54,2 |
1000 |
Примечания.
1. Трансформаторы напряжение 35 кВ имеют РПН на стороне ВН; обмотки СН и НН без ответвлений.
2. Трансформаторы 110, 220 кВ имеют РПН в нейтрали ВН и ПБВ на стороне СН ±2ґ2,5 %.
3. Автотрансформаторы на 220 кВ имеют РПН в линии СН; мощность обмотки НН равна 50 % номинальной (для АТ 200 и 250 МВА может составлять и 40 %)
Gм = Bм = =
Тип |
Расчетные данные |
||||||
Gм, 10-6См Cм 101010666 |
Bм, 10-6См |
||||||
ВН |
СН |
НН |
ВН |
СН |
НН |
||
АТДЦТН-125000/220/110 |
1,23 |
4,44 |
537,2 |
11,81 |
47,26 |
5152,9 |
|
АТДЦТН-200000/220/110 |
2,36 |
8,54 |
84,33 |
18,9 |
75,61 |
674,65 |
Для исключения идеальных трансформаторов из схемы замещения, приведем сопротивления всех элементов к базисному напряжению 220 кВ. Для этого сопротивления ВЛ 110 кВ, указанные в табл.1.3. необходимо умножить на (k1)*2 =(1,9)*2 =3,80.
Паспортные данные автотрансформаторов на ПС А:
-UНС-НВ = 11%; PВН--СН= 520 кВт. Сопротивления АТ, приведенные к напряжению 220 кВ, определим как
RA = = *10-3 = 0,22 Ом
ХА = = = 11,64 Ом
где m=2 - число АТ, работающих параллельно. Параметры АТ ПС2 определяются аналогично
RВ = = *10-3 =0,28 Ом
ХВ = = = 23,27 Ом
При выполнении расчёта режима сложнозамкнутой сети вручную далее следует:
o преобразовать «треугольник» сопротивлений А2ВА в «звезду» (рис. 1.7);
o по «правилу моментов» определить поток мощности на одном из головных участков (например, S AO );
o найти потокораспределение в остальной части кольцевой схемы; используя значения мощностей в лучах «звезды», вычислить величины нагрузок в ветвях «треугольника».
Рис. 1.5. Принципиальная схема электрической сети. Вариант 1
Рис. 1.6. Упрощенная схема замещения электрической сети (вариант 1)
Преобразование «треугольника» A1ВА в «звезду». Определяем сумму сопротивлений сторон «треугольника»:
ZД = ZA1 + Z1B + ZBA = (4,37 + j19,13) + (14,45 + j62,23) + (12,48 + j54,6) =
= 31,3 + j136 Ом
Сопротивление «луча» АО найдем как
ZAО=ZA1•ZAB /ZД= (4,37 + j19,13)(12,48 + j54,6) / (31,3 + j136) = 1.74 + j7.68 Ом.
Аналогично определим
ZОВ = ZB1•ZСB /ZД= (14,45 + j62,23)(12,48 + j54,6) / (31,3 + j136) = 5.76 + j25 Ом.
Приведенная к базисному напряжению и преобразованная схема замещения показана на рис. 1.6. Вычисляем суммарное сопротивление «кольца»:
ZУ= ZAО + ZОB + ZB5 + Z53 + Z32 + Z24 + Z4А =
= (1.74 + j7.68) + (5.76 + j25) + (0.28 + j23.27) + (12 + j30,4) + (44,6 + j113,7) + (68,1 + j173,85) + (0,22 + j11.64) = 132,7 + j385,54 Ом
По «правилу моментов» S АO определяется как
SAO = =
= ((62 + j37)*(130,96 - j377,86) + (60 + j30)*(125,2 - j352,86) + (76 + j42)*(124,92 - j329,59) + (19 + j9)*(112,92 - j299,19) + (21 + j11)*(68,32 - j185,49) + (143 + j60)*(0.22- j11.64))/( 132,7 - j385,54) = 209,28 + j116,22
Рис. 1. 7. Схема замещения сети после преобразований
Изусловиябалансамощностейвузле0имеем
SOB = SAO - SO = 209,28 + j116,22- 62 - j37 = 147,28 + j79,22 МВА
SB5 = SOB - SB = 147,28 + j79,22 + 60 + j30 = 207,28 + j109,22 МВА
т. д. …
Значения остальных мощностей приведены на рис.1.7.
Вернемся к схеме на рис. 1.6. и выполним обратные преобразования. Для фиктивного треугольника АОВА справедливо соотношение
SAO + SBO = SAB
SAB
= 96,95 + j52,7 МВА
Из баланса мощности для узла В определим, что
SB3 = - SB - SAB + SB5 = - (60 + j30) - (96,95 + j52,7) + (207,28 + j109,22) =
= 50,33 + j26,52MBA
Рис. 1.8. Результаты расчета приближенного распределения мощностей (вариант 1)
Анализ распределения мощностей в полной схеме (рис. 1.6-1.8) указывает на целесообразность отключения ВЛ 2-3 в нормальных режимах. Это ведет к исключению уравнительной мощности в замкнутом контуре и повышению экономичности работы сети.
Расчёт мощностей при отключённой ВЛ 2-3 дает следующие значения:
S24 = 21 ++ j11 МВА.
SА4 = 143 + j60 + 21 + j11 = 164 + j71 МВА.
S5B = 19 + j9 + 76 ++ j42 = 95 + j51 МВА.
SВ0 = 95 + j51 - 60 -j30 = 35 + j21 МВА.
S A0 = 35 +j21 + 62 + j37 = 97 + j58 МВ А;
SAO + SBO = SAB
SAB
= 23.346 + j26.666 МВА
Из баланса мощности для узла В определим, что
SB3 = SB + SAB - SB5 = = (60 + j30) + (23.346 + j26.666) - (95 + j51) =
= - 11.654 + j5,666 MBA
SА3 = 73.654 + j31.334 MBA
Рис. 1.9. Схемы для варианта 1 без линии 3-2
Для выбора сечений в качестве расчётной принимается большее из двух значений мощностей для каждой из ВЛ. Значения расчётных нагрузок линий и экономических сечений (FЭ = , (TMAX = 5400 ч.; jЭК = 1,0 А/мм2) предварительно намеченных ( ) и окончательно принятых (FСТ ) сечений проводов приведены в табл. 1.5. Для новых линий выбираем сталеалюминиевые провода.
Нормативное значение плотности тока для неизолированных сталеалюминиевых проводов
TMAX, ч |
jЭК, А/мм2 |
|
TMAX 3000 |
1,3 |
|
3000 TMAX, 5000 |
1,1 |
|
TMAX, 5000 |
1,0 |
Выбор сечений проводов линий электропередачи необходимо выполнять по расчетной токовой нагрузке линии Iрасч, которая определяется по выражению
Iрасч = Imax * б1 * бт,
где I max -- ток в линии в максимальном нормальном режиме работы сети с учетом перспективы развития нагрузок на пять лет;
б1 -- коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации линии; бт -- коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной мощности нагрузки линии Tmax и коэффициент ее попадания в максимум энергосистемы Kmax.
Для линий 110--220 кВ значение б1 принимается равным 1,05.
Коэффициент бт определяется в зависимости от Tmax и Kmax, усредненные значения коэффициента бт приведены в табл.
По табл. выбирается усредненное значение коэффициента бт в предположении, что максимум нагрузок линий распределительной сети совпадает с максимум энергосистемы, бт = 1 (по заданию Tmax = 5400 часов).
Усредненные значения коэффициента бт
UHOM, kB |
Kmax |
Tmax |
||||||
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
6000 |
7000 |
|||
110-330 |
1.0 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
1.0 |
1.1 |
1.3 |
|
0.8 |
0.8 |
0.9 |
1.0 |
1.2 |
1.4 |
1.6 |
||
0.6 |
1.0 |
1.1 |
1.3 |
1.5 |
1.8 |
2.2 |
Таблица 1.5.
Результаты выбора сечений проводов ВЛ (вариант 1)
ВЛ |
Р, МВт |
Q, Мвар |
Uн кВ |
Число цепей |
Ip, А |
Fэ мм2 |
мм2 |
I доп А |
I ав , А |
Fст, мм2 |
|
А-1 |
73,654 |
31,334 |
220 |
1 |
210 |
210 |
240 |
605 |
243 |
300/66 |
|
В-1 |
50.33 |
26.52 |
220 |
1 |
150 |
150 |
185 |
510 |
174 |
300/66 |
|
А-В |
96.95 |
52.7 |
220 |
1 |
290 |
290 |
300 |
680 |
335 |
300/66 |
|
4-2 |
91.28 |
47.22 |
110 |
2 |
270 |
270 |
300 |
680 |
312 |
300/66 |
|
5-3 |
131.28 |
67.22 |
110 |
2 |
297 |
298 |
300 |
680 |
345 |
300/66 |
Из рассмотренного следует, что в качестве расчётного режима следует принимать такой нормальный (длительный) режим, в котором нагрузка рассматриваемой линии будет наибольшей. Расчётные режимы для разных линий могут не совпадать по времени и соответствовать разным нормальным схемам и разным сочетанием нагрузок старых и новых подстанций. При выборе экономических сечений обязательным является проверка по допустимому нагреву и учёт ограничений по короне, механической прочности проводов и опор ВЛ, а также учет сечений проводов существующих линий (если хотя бы часть старых ВЛ используется для питания новых ПС). При окончательном принятии величины Fст, убеждаемся, что в данном районе по гололёду и ветровым нагрузкам такие сечения применяются.
Рассмотрим вариант 2 - рис. 1.3, В
Таблица 1.7
Расчет сопротивлений ЛЭП (вариант 2)
Участки ЛЭП |
Uном, кВ |
Число цепей и марка провода |
l, км |
r0, Ом/км |
x0, Ом/км |
b0, *10-6 См/км |
R, Ом |
Х, Ом |
В,*10-6 См |
|
А-В |
220 |
1ЧАС-300 |
127,2 |
0,098 |
0,429 |
2,64 |
12,46 |
54,6 |
335,8 |
|
4-3 |
110 |
1ЧАС-185 |
14 |
0,162 |
0,413 |
2,75 |
2,27 |
5,78 |
38,5 |
|
4-1 |
110 |
1ЧАС-185 |
34,6 |
0,162 |
0,413 |
2,75 |
5,6 |
14,3 |
95,15 |
|
1-2 |
110 |
1ЧАС-185 |
41,8 |
0,162 |
0,413 |
2,75 |
6,77 |
17,26 |
115 |
|
2-5 |
110 |
1ЧАС-185 |
67,95 |
0,162 |
0,413 |
2,75 |
11,0 |
28,0 |
186,9 |
Вычисляем суммарные сопротивления
Z//АВ = (12,46 + j54,6)/2 = 6,23 + j27.3 Ом
Приведенная к базисному напряжению и преобразованная схема замещения показана на рис. 1.12. Вычисляем суммарное сопротивление «кольца»:
ZУ= ZAB// + ZB5 + Z52 + Z21 + Z14 + Z4А =
= (6.23 + j27.3) + (0.28 + j23.27) + (41.8 + j106.4) + (25.73 + j65.6) + (27 + j54.34) + (0,22 + j11.64) = 101.26 + j288.55Ом
По «правилу моментов» S АB определяется как
SAB = =
= ((60 + j30)*(95.03 - j261.25)+(76+ j42)*(94.75 - j237.98) + (21 + j11)*(52.95 - j131.58) + (62 + j37)*(27.22 - j65.98) + (162 + j69)*(0.22 - j11.64))/( 101.26 - j288.55) = 146.546 + j81.176
SB5 = SB + SAB = 60 + j30 + 146.546 + j81.176 = 206.546 + j111.176 MBA
И т. д. остальные значения приведены на рис. 1.12.
Рис. 1.10. Принципиальная схема электрической сети. Вариант 2
Рис. 1.11. Схема замещения Вариант 2
Рис. 1.12. Приведенная схема замещения. Вариант 2
Рис. 1.13. Результаты расчета приближенного распределения мощностей (вариант 2)
Рис. 1.14. Результаты расчета окончательного приближенного распределения мощностей (вариант 2)
Таблица 1.8.
Результаты выбора сечений проводов ВЛ (вариант 2)
ВЛ |
Р, МВт |
Q, Мвар |
Uном кВ |
Число цепей |
Ip, А |
Fэмм2 |
мм2 |
I доп , А |
I ав , А |
Fст, мм2 |
|
A-B |
37 |
23 |
220 |
1 |
117 |
147 |
150 |
450 |
135 |
300/66 |
|
4-1 |
62 |
37 |
110 |
2 |
190 |
237 |
240 |
605 |
220 |
240/32 |
|
2-5 |
21 |
11 |
110 |
2 |
125 |
156 |
185 |
510 |
144 |
185/29 |
|
4-3 |
19 |
37 |
110 |
1 |
218 |
242 |
240 |
605 |
251 |
240/32 |
1.2 Определение числа и мощности трансформаторов
На новых подстанциях с ВН 35 кВ и выше применяют типовые схемы РУ, в которых предусмотрена установка, как правило двух (авто) трансформаторов одинаковой мощности. Установка одного трансформатора является обычно первым этапом сооружения двухтрансформаторной подстанции, да и то, если отсутствуют ответственные потребители или имеется резервирование по сетям низшего напряжения.
При выборе трансформаторов определяющим является их нагрузочная способность, а не экономические критерии. Выбор мощности (авто) трансформаторов ведется с учетом характера графиков нагрузки и допустимых по ГОСТ 14209-97 систематических и аварийных перегрузок. Силовые трансформаторы допускают систематические перегрузки, которые зависят от характера суточного графика нагрузки, температуры охлаждающей среды и недогрузки (суточной, сезонной и т.д).
Для правильного выбора номинальной мощности трансформатора (автотрансформатора) необходимо располагать суточным графиком, отражающим как максимальную, так и среднесуточную активную нагрузки данной подстанции, а также продолжительность максимума нагрузки. При отсутствии суточного графика с достаточной для практических целей точностью определяется расчетный уровень максимальной активной нагрузки подстанции Pmax (МВт).
Если при выборе номинальной мощности трансформатора на однотрансформаторной подстанции исходить из условия
Sном ? ?Pmax ? Рр
здесь ?Pmax -- максимальная активная мощность на пятом году эксплуатации -- сроке, в условиях рыночной экономики согласованном с инвестором;
Pp -- проектная расчетная мощность подстанции), то при графике работы с кратковременным пиком нагрузки (0,5…1,0 ч) трансформатор будет длительное время недогружен.
При этом неизбежно завышение номинальной мощности трансформатора и, следовательно, завышение установленной мощности подстанции. В ряде случаев выгоднее выбирать номинальную мощность трансформатора близкой к максимальной нагрузке достаточной продолжительности и в полной мере использовать его перегрузочную способность с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.
Наиболее экономичной работа трансформатора по ежегодным издержкам и потерям будет в случае, когда в часы максимума он работает с перегрузкой. В реальных условиях значение допустимой нагрузки выбирают в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки, а также в зависимости от температуры окружающей среды, при которой работает трансформатор.
Коэффициент нагрузки, или коэффициент заполнения суточного графика нагрузки, практически всегда меньше единицы:
kH = =
где Рс, Рmax и Iс, Imax -- соответственно среднесуточные и максимальные мощности и токи.
В зависимости от характера суточного графика нагрузки (коэффициента начальной нагрузки и длительности максимума), эквивалентной температуры окружающей среды, постоянной времени трансформатора и вида его охлаждения, допустимы систематические перегрузки трансформаторов.
Аварийные перегрузки возникают, например, при отказе одного из двух трансформаторов. Аварийные перегрузки могут быть кратковременными (до 0,5 часа) и продолжительными (в течении восстановительного ремонта, т.е. до 24 часов в сутки).
Основания для ограниченных во времени перегрузок трансформатора являются:
1) неполная нагрузка трансформатора в период, предшествующий перегрузке;
2) пониженная температура окружающей среды (воздуха или воды).
При выборе номинальной мощности (авто) трансформаторов Sном исходят из того, что электроснабжение потребителей должно быть обеспеченно полностью:
1) в ремонтных режимах с учетом допустимой систематической перегрузки;
2) в послеаварийных режимах (отказ одного из трансформаторов в зимний или летний период работы) с учетом допустимой аварийной перегрузки.
Допустимые систематические перегрузки трансформаторов определяются нагрузочной их способностью, задаваемой с помощью таблиц или графически. Коэффициент перегрузки kпер дается в зависимости от средней годовой температуры воздуха tс.г, вида охлаждения и мощности трансформаторов, коэффициента начальной нагрузки kн.н и продолжительности двухчасового эквивалентного максимума нагрузки tmax. Для других значений tmax допускаемый kпер можно определить по кривым нагрузочной способности трансформатора.
Если максимум графика нагрузки в летнее время меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимнее время допускается длительная 1%-ная перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %. Суммарная систематическая перегрузка трансформатора не должна превышать 150 %. При отсутствии систематических перегрузок допускается длительная нагрузка трансформаторов током на 5 % выше номинального при условии, что напряжение каждой из обмоток н будет превышать номинальное.
Допускается повышение напряжения трансформаторов сверх номинального:
длительно -- на 5 % при нагрузке не выше номинальной и на 10 % при нагрузке не выше 0,25 от номинальной;
кратковременно (до 6 ч в сутки) -- на 10% при нагрузке не выше номинальной.
Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются в соответствии с указаниями завода-изготовителя. Так, для трехфазных трансформаторов с расщепленной обмоткой на 110 кВ мощностью 20, 40 и 63 МВ · А допускаются следующие относительные нагрузки:
при нагрузке одной ветви обмотки, равной 1,2; 1,07; 1,05 и 1,03, нагрузка другой ветви должна составлять соответственно 0; 0,7; 0,8 и 0,9.
Номинальная мощность каждого трансформатора двухтрансформаторной подстанции, как правило, определяется аварийным режимом работы подстанции: при установке двух трансформаторов их мощность выбирается такой, чтобы при выходе из работы одного из них оставшийся в работе трансформатор с допустимой аварийной перегрузкой мог обеспечить нормальное электроснабжение потребителей.
Номинальная мощность трансформатора Sном, МВ · А, на подстанции с числом трансформаторов n > 1 в общем виде определяется из выражения
SHOM
где Рр = Рmax* kI--II -- расчетная мощность, МВт;
Рmax -- суммарная активная максимальная мощность подстанции на пятом году эксплуатации, МВт;
kI--II -- коэффициент участия в нагрузке потребителей I и II категорий; kпер -- коэффициент допустимой аварийной перегрузки;
cos ? -- коэффициент мощности нагрузки.
Для двухтрансформаторной подстанции, т.е. при n = 2:
SHOM
Для сетевых подстанций, где в аварийном режиме до 25 % потребителей из числа малоответственных может быть отключено, kI--II обычно принимается равным 0,75…0,85 (единице он равен, когда все потребители I категории).
В курсовом проекте выбор трансформаторов на новых подстанциях выполняем исходя только из аварийной перегрузки при отключении одного из двух трансформаторов на время ремонта или замены. При этом резервирование по сетям СН и НН отсутствует. Исходными данными для выбора Sном являются зимние и летние суточные графики нагрузки новых ПС (табл.1.9), сезонные эквивалентные температуры охлаждающего воздуха в районах строительства подстанций (табл.1.10), а также предполагаемый вид охлаждения трансформаторов.
Допустимые аварийный перегрузки масляных трансформаторов (без учета коэффициента К1 предшествующей загрузки) даны в табл.1.9
Рассмотрим выбор трансформаторов ПС 1 для схемы 1(рис. 1.4). Соотношение номинальных напряжений - 220/10 кВ; максимальные нагрузки на 5-ый год эксплуатации: Рmax= 62 МВт; Qmax= 37 МВар.
Зимний и летний суточные графики нагрузки подстанции 2 указаны в исходных данных.
При отключении одного из двух трансформаторов всю нагрузку должен нести оставшейся в работе трансформатор, при этом часть времени суток он может работать с перегрузкой.
Полную мощность ПС 1 за каждый i-й час зимних и летних суток определим по формуле
Si =
где Pi и Qi - активная и реактивная мощность ПС в % от максимальной нагрузки. Результаты расчетов сведём в табл. 1.9.
Оценку нижней границы номинальной мощности каждого из двух трансформаторов определим как
SHOM и SHOM
где S'max = 48,6 МВ А и S''max = 38 МВ А - максимальные нагрузки в зимний и летний периоды, соответственно (табл. 1.9);
Kав' = 1,5 и Kав'' = 1,33 принимаются по табл. 1.11 для эквивалентных температур зимы tЗ = - 18,6 0С и лета tЛ = +19,7 0С (табл. 1.10, для Хабаровского края), минимальной длительности перегрузки h =1 ч и системы охлаждения трансформаторов типа Д. Получим:
Sном 48,6/ 1,5 = 32,3 МВ А и Sном 38 /1,33 = 28,6 МВ А.
Таблица 1.9.
Нагрузка ПС 1 для зимних (S') и летних (S'' суток
Время суток |
ПС-2 |
||||||
Зима |
Лето |
Зима |
Лето |
||||
P |
Q |
P |
Q |
S' |
S” |
||
1 |
27.28 |
15.91 |
20.46 |
11.47 |
|||
2 |
26.04 |
15.17 |
14.88 |
8.51 |
|||
3 |
27.28 |
15.54 |
14.88 |
8.51 |
|||
4 |
28.52 |
16.28 |
13.64 |
8.14 |
|||
5 |
31.0 |
16.65 |
15.5 |
8.88 |
|||
6 |
39.6 |
19.24 |
18.6 |
11.1 |
|||
7 |
53.32 |
26.27 |
41.54 |
24.42 |
|||
8 |
58.9 |
34.04 |
47.12 |
28.49 |
68.0 |
||
9 |
62 |
37.0 |
49.6 |
29.97 |
72,2 |
57.95 |
|