Проектирование энергосистем и электрических сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Теоретическая часть

Расчеты и географическая часть

Заключение

Список литературы



Введение

Важной особенностью развития ЭЭС является обеспечение надежного и бесперебойного питания потребителей. Бесперебойность энергоснабжения воплощает в себе множество взаимозависящих составляющих: начиная от разработки и изготовления огромного количества разнотипного оборудования и аппаратуры, качества проектов, монтажа, наладки и до ввода в действие оборудования и доведения режима его работы до нормы.

Выбор типа, мощности, числа и мест размещения источников питания является сложной самостоятельной задачей проектирования. Эта задача решается с учетов влияния соответствующей электрической сети. Обычно уменьшение числа источников питания при снижении их стоимости приводит к утяжелению электрической сети и к ее удорожанию. В некоторых случаях в связи с этим приходиться вводить коррективы даже и при размещении потребителей электроэнергии.

Задачей проектирования энергосистем является разработка с учётом новейших достижений науки и техники и технико-экономическое обоснование решений, определяющих формирование энергетических объединений и развитие электрических станций, электрических сетей и средств их эксплуатации и управления, при которых обеспечивается оптимальная надёжность снабжения потребителей электрической и теплой энергией в необходимых размерах и требуемого качества с наименьшими затратами.



Теоретическая часть

Проектирование электрической сети - задача комплексная, предполагающая решение технических и экономических вопросов применительно к исходным данным, определяемым техническим заданием на разработку проекта.

В задании на проектирование приводятся мощности нагрузок с указанием состава потребителей по категориям их электроснабжения, их расположение относительно друг друга и возможных источников питания. В процессе проектирования, на основании исходных данных выбирается6 номинальное напряжение; рациональная схема сети; сечение проводов и кабелей линий, образующих сеть; определяется мощность и число трансформаторов или автотрансформаторов на подстанциях; разрабатываются схемы их электрических соединений.

Предполагаемые варианты сооружения сети могут отличаться номинальным напряжением, конфигурацией схемы, иметь разную надежность электроснабжения потребителей в тех случаях, когда это возможно. Но должны быть технически осуществимы, а также удовлетворять требованиям. Только такие варианты сети подлежат дальнейшему экономическому анализу с целью выявления наиболее рационального из них, причем критерием для оценки является минимум приведенных затрат. Если же различие в приведенных затратах сопоставляемых вариантов лежит в пределах точности задания исходных данных, то для окончательного решения принимаются во внимание дополнительные характеристики вариантов, а именно: условия эксплуатации сети, возможность ее дальнейшего развития, наличие среди вариантов сети с более высоким номинальным напряжением.

Выбор трансформаторов новой подстанции.

На подстанциях высокое напряжение питающих линий понижается до более низкого напряжения, при котором электроэнергия распределяется потребителям. Поэтому основным оборудованием подстанции является силовой трансформатор, предназначенный для повышения напряжения на электростанциях (повышения и понижения напряжения при передачи и распределении электрической энергии потребителям.) Кроме того в состав подстанции входят распределительные устройства первичного и вторичного напряжения, устройства управления, сигнализации и защиты.

В общем случае выбор количества трансформаторов на подстанции определяется составом потребителей, мощностью их нагрузки, количеством номинальных напряжений. Однако, как правило, в обычных условиях на подстанциях предусмотрена установка двух трансформаторов. При этом предполагается, что при аварийном выходе одного трансформатора, оставшийся будет обеспечивать нормальную нагрузку подстанции с учетом допустимой перегрузки. Мощность трансформаторов на подстанции в нормальных условиях обеспечивает питание электрической энергией всех потребителей, подключенных к данной подстанции. При выборе трансформаторов на проектируемой подстанции следует учитывать перегрузочную способность трансформаторов при работе в аварийном режиме.

Выбор сечений проводов линий электропередачи.

Основными исходными данными для проектирования линии являются передаваемая мощность, дальность передачи, топографические, географические и климатические условия в районе прохождения линии.

При проектировании учитываются также требования ПУЭ к конструктивным элементам воздушной линии для каждого режима работы, а также требования к линиям в зависимости от местностей с различной плотностью населения.

При расчете и выборе конструкций ВЛ учитывают климатические условия на ветра, температуры, атмосферные осадки, грозы. Для линий различных напряжений предусмотрены различные расчетные климатические условия, то есть сочетание внешних атмосферных нагрузок (ветра и гололед) на элементы линии.

Делают расчет на механическую прочность, чтобы линия могла выдержать перегрузки от ветра и гололеда, но в тоже время учитывают необходимость экономии. Расстояние между опорами выбирают так, чтобы стоимость линии была наименьшей. Для линий электропередачи в основном применяются сталеалюминевые провода марок АС, отличающиеся друг от друга различным отношением сечений алюминиевой и стальной частей. Режим энергосистемы в самом общем виде определяется как совокупность условий, в которых происходит процесс производства, преобразования, распределения и потребления электроэнергии. Энергосистема представляет собой большое число различных, но взаимосвязанных единством производственного процесса элементов, находящихся в том или ином состоянии, каждый из которых влияет на режим энергосистемы в целом.

Основной целью расчетов режимов при проектировании электрических сетей является определение их параметров, характеризующих условия в которых работают оборудование сетей и ее потребители, а так же определение потерь напряжения.

Исходными данными при расчетах режимов электрической сети являются известные мощности потребительских подстанций, величины напряжения источников питания систем, а также параметры и взаимосвязь элементов сетей, на основе которых составляется расчетная схема замещения.

Расчеты режимов являются одним из самых распространенных и регулярно выполняемых расчетов при проектировании и эксплуатации электрических систем. При этом в качестве исходных данных в большинстве случаев используются:

· схемы сети и параметры элементов;

· активные и реактивные мощности нагрузок;

· активные и реактивные мощности станций.

Расчет приведенных народнохозяйственных затрат проводится в следующем порядке:

· определяют капиталовложение для рассматриваемого варианта электрической сети, которые складываются из сооружения линий передач и подстанции сети;

· после расчета всех необходимых параметров подстанции для каждого варианта развития сети, необходимо произвести сравнение технико-экономических показателей развития энергосети.

Расчет токов короткого замыкания.

Коротким замыканием (КЗ) называют замыкание между фазами, а в сетях с заземленной нейтралью также замыкания одной или нескольких фаз на землю или на нулевой провод. В сетях с изолированной нейтралью замыкания одной из фаз называются простым замыканием. Короткое замыкание сопровождается снижением напряжения в системе. Особенно низкое напряжение получается вблизи места короткого замыкания.

Расчет токов короткого замыкания производится для:

· сопоставления и выбора наиболее рационального варианта построения схемы электроснабжения;

· определения условий работы потребителей при аварийных режимах;

· выбора электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей и др.

Выбор разъединителей и выключателей.

Разъединитель выбирают по номинальному току, номинальному напряжению, конструкции, по роду установки, проверяют на термическую и динамическую стойкость в режиме короткого замыкания. Так как разъединитель в цепи генератора стоит в одной цепи с выключателем, то расчетные величины для него такие же, как для выключателя.

Выбор выключателей производим по номинальному напряжению, по номинальному току, выполняется условие проверки по полному току короткого замыкания.

Расчеты и географическая часть

Расчет номинальных напряжений линий электропередачи проектируемой сети

Расчет для варианта №1

U_цп-1 = 61

U_1-2 =

U_2-3 =

U_3-4 =

U_4-1 =

Расчет для варианта №2

U_цп-1 =

U_1-2 =

U_2-3 =

U_3-4 =

U_цп-4 =

Расчет для варианта №4

U_цп-1 =

U_цп-2 =

U_цп-3 =

U_цп-4 =

Коэффициент мощности потребителей равны соответственно (по условию): 0,71; 0,75; 0,84; 0,81.

Вычислим полную мощность потребителей:

- полная мощность нагрузки №1

- полная мощность нагрузки №2

- полная мощность нагрузки №3

-полная мощность нагрузки №4

?S=S₁+S₂+S₃+S₄=13,4+26+34+45,6=119

Выбираем все напряжения 220 кВ, находим максимальный ток:

Выбор маркировки.

Выбираем согласно району гололеда и максимально допустимому току провод АС-240/32 номинальным сечением 240.

Выбираем трансформаторы согласно номинальной мощности потребителей и напряжению по таблице.

потребитель	Тип трансформатора	Стоимость, тыс.руб.
1	ТДТН-40000/220	165
2	ТДТН-25000/220	148
3	ТДТН-63000/220	193
4	ТДТН-25000/220	148

Проводим технико-экономическое сравнение вариантов сооружения.

Стоимость выбранной линии за 1 км составляет 16,4 тыс.руб

Стоимость для варианта №1:

16,4*410=6724 тыс.руб

Стоимость для варианта №2:

16,4*430=7052 тыс.руб

Стоимость для варианта №4:

16,4*585=9594 тыс.руб

№ варианта	Номинальное напряжение Uном, кВ	Капитальные вложения, тыс.руб.
		К (всего)	Кл	Кп/ст
1	220	7378	6724	654
4	220	7706	7052	654
5	220	10248	9594	654

К - капитальные вложения

Кл - капитальные вложения в ЛЭП

Кп/ст - капитальные вложения подстанции

К=Кл+Кл/ст

Выбираем вариант №1 и проводим для него расчет электрических режимов.

Согласно выбранной линии выбираем из таблицы (1,6) Х₀=0,435 Ом/км, b₀ =0,000000026 См, q₀=13,9 МВАр, r₀=0,121 Ом/км

По формуле рассчитываем реактивную мощность:

Q=

Sн₁=9,5+j9,9, Q====9,9

S₂=19,6+j17, Q====17

S₃=28,4+j19, Q====19

S₄=37+j27, Q===27

S₁=9,5+j9,9; S₂=19,6+j17; S₃=28,4+j19; S₄=37+j27

Комплексные значения сопротивлений:

R==

X==

B==

Q?_н=Q_н-0,5* U² _ном

?S_?=13,9-0,5* 220²*=

Полное комплексное значение сопротивления линии.

Z1=R1+jX1=9,68+j34,8	S1=9,5+j9,9
Z2=R2+jX2=14,52+j52,2	SH2=19,6+j17
Z3=R3+jX3=4.84+j17.4	SH3=28,4+j19
Z4=R4+jX4=6,05+j21,75	SH4=37+j27
Z5=R5+jX5=14,52+j52,2

Расчет перетоков мощности без учета потерь в линиях

S_?1==40,29+j32,45МВА

S_?2= S_?1- S_H1=40,29+j32,45- 9,5-j9,9=30,79+j22,55МВА

S_?3= S_?2- S_H2=30,79+j22,55-19,6-j17=11,19+j3,55МВА

S_?4= S_?3- S_H3=11,19+j3,55-28,4-j19=-17,21-j15.44МВА

S_?5= S_H4- S_?4=37+j27+17,21+j15.44=54,21+j42.44МВА

Расчёт перетоков мощности с учётом потерь в линиях

= S_?2=30,79+j22,55МВА

=+*Z_?2=30,79+j22,55+14,52+j52,2=29.42+j29.44МВА

= S_H1+ =9,5+j9,9+29.42+j29.44=38,92+j39,34 МВА

=+j?S_?1=38,92+j39,34 +j13.77=38,92+j53,11МВА

=+ S_H2 =29.42+j29.44+19,6+j17=49,02+j46,44

=+j?S_?2 =49,02+j46,44+j13.79= 49,02+j57.74

= -S_?4= 17,21+j15.44МВА

=+j?S_?3 =17,21+j15.44+j13.87=17,21+j29,31 МВА

= +S_H4=17,21+j29,31 +37+j27= 54,21+j56,31МВА

=+j S_?4=54,21+j56,31+j13,82 =54,21+j70,13МВА

Вычисление напряжений в узлах.

U₁=U_ЦП -*Z_?1=220+j0 - 9,68+j34,8=213,32 - j 8,5

U₂=U₁-*Z_?2=213,32 - j 8,5- 14,52+j52,2=208,5 - j 17,8 кВ

=U₂-*Z_?3=208,5 - j 17,8 -*4.84+j17.4=205,4 - j 12,1кВ

U₄=U_ЦП-*Z_?5=220+j0- 14,52+j52,2= 207 - j 17 кВ

= U₄-*Z_?4=207 - j 17-*6,05+j21,75=204,7 - j 14,2кВ

Расчет токов короткого замыкания.

Будет производиться в относительных единицах. По следующим формулам находятся эквивалентные сопротивления отдельных элементов.

Сопротивление системы:

X_*=S_b/S_k

Сопротивление трансформаторов:

X_*=(X^//d%)/(S_b/S_ном)

Сопротивление линий:

X_l=X_уд*l*( S_b/U²_ср)

Для расчетов примем S_b=1000; U_ср=220, остальные данные для расчета берем из таблицы: S_номТ1=40; S_номТ2=25; S_номТ3=63; S_номТ4=25; X^//d%=10,5; X_уд=40,5

Расчет для трансформаторов:

X_*т1=(10,5/100)*(1000/40)=2,625

X_*т2=(10,5/100)*(1000/25)=4,2

X_*т3=(10,5/100)*(1000/63)=1,66

X_*т4=(10,5/100)*(1000/25)=4,2

Расчет для линии:

X_l1=40,5*80*(1000/220²)=66,8

X_l2=40,5*120*(1000/220²)=100,4

X_l3=40,5*40*(1000/220²)=33,4

X_l4=40,5*50*(1000/220²)=41,5

X₁₅=40,5*120*(1000/220²)=100,4

Расчет для системы:

X_*===0,008

Сворачиваем схему и считаем эквивалентное сопротивление до точки КЗ:

X_экв=Х _l1+ X_т1+ X_l2+ X_*т2+ X_l3+ X_*т3+ X₁₄+ X_*т4 +X₁₅=66,8+2,625+100,4+4,2+33,4+1,66+41,5+4,2+100,4=355

Х=Xэкв*Хс/ (Xэкв+Хс)=355*0,008/(355+0,008)=0,0057

Рассчитываем ток КЗ по формуле, К_у=1,85

I_кз=3U_ном/х=3*220/0,0057=115789

i_уд=* К_у* I_кз=*1,85*115789=302036

Необходимо выбрать выключатели и разъединители в цепях линий электропередачи:

U_вн=220; U_нн=10,5

I_нормВН===312А

I_maxВН===329А

I_нормНН===625А

I_maxНН===658А

Выбираем согласно нашим расчетам выключатели на высокой стороне и на низкой.

ММО-110Б-1250-3800-20-5

ЗАPIFG-145-4000-8000-40-102



Заключение

В курсовой работе произведен точный расчет проектируемой сети электроснабжения, рассчитано сечение провода согласно расчетной нагрузке, Выбран вариант более экономичный по затратам на материал и электрооборудование, а также подобрано электрооборудование согласно расчетам токов короткого замыкания, напряжения и нагрузки.



Список литературы

трансформатор сечение подстанция сеть

1. Блок В.М. Электрические сети и системы. М.: Высшая школа, 1986.

2. Правила устройства электроустановок: Справочник / С.Г. Королев, А.Ф. Акимкин и др. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 652 с.

3. Рожков Л.Д. Электрооборудование станций и подстанций/ Л.Д. Рожков, В.С. Козулина. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.

4. Савина Н.В. Электрические сети в примерах и расчетах/ Н.В. Савина, Ю.В. Мясоедов, Л.Н. Дудченко. - Благовещенск: Издательство АмГУ, 1999. - 238 с.

5. Справочник по проектированию электроэнергетических систем: Справочник / С.С. Рокотян, И.М. Шапиро и др. - М.: Энергия, 1977. -

6. Файбисович Д.Л. Укрупненные стоимостные показатели электрических сетей 35 - 1150 кВ/ Файбисович Д.Л., Карапетян И.Г. - М.: Фолиум, 2003.

7. Экономика промышленности т.2: Учебник /, А.Б. Кожевников и др. - М.: Экономика, 2001

8. Электротехнический справочник: Справочник / под общ. ред.В.Г. Герасимов и др. - М.: Издательство МЭИ, 2002. -

9. Веников В.А. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах/ В.А. Веников, В.И. Идельчик, М.С. Лисеев. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

10. Железко Ю. С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии: М.: Энергоатомиздат, 1986.

11. Идельчик В.И. Электрические системы и сети/ В.И. Идельчик. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 592 с.

12. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций/ Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

13. Поспелов Г.Е. Электрические системы и сети/ Поспелов Г. Е., Федин В.Т. - Мн..: Выш. Шк., 1988.-308 с.

Размещено на Allbest.ru

...