Проектирование электрической сети

Определим суммарные потери напряжения от точки питания до точки с наименьшим напряжением по одному пути протекания тока, для одной ступени максимального напряжения:

,

а так же суммарные потери мощности:

(2.11), где

- потери активной мощности на отдельных участках;

(2.10.), где

- суммарная активная мощность, потребляемая всеми нагрузками;

2) кольцевая сеть

Таблица 2.11 Потери напряжения и потери мощности в кольцевойсети

Определим суммарные потери напряжения от точки питания до точки с наименьшим напряжением (в данном случае это точка токораздела) по одному пути протекания тока, для одной ступени максимального напряжения:

,

а так же суммарные потери мощности:

1.6 Расчет послеаварийных режимов

Для того чтобы выявить самый тяжелый послеаварийный режим из всех возможных, необходимо:

рассчитать потери напряжения каждого из этих режимов в отдельности;

выбрать тот режим, где эти потери будут максимальны.

Так же следует иметь ввиду, что если сеть имеет участки двух номинальных напряжений, то эти потери определяются лишь для той ступени, где рассматривается авария.

1) радиальная сеть

а) авария на «ИП-А»

Таблица 2.12 Потери напряжения и потери мощности при аварии на «ИП-А»

Суммарные потери напряжения:

б) авария на «А-В»

Таблица 2.13 Потери напряжения и потери мощностипри аварии на «А-В»

Суммарные потери напряжения:

в) авария на «В-Б»

Таблица 2.14 Потери напряжения и потери мощностипри аварии на «В-Б»

Суммарные потери напряжения:

г) авария на «Б-Г»

Таблица 2.15 Потери напряжения и потери мощностипри аварии на «Б-Г»

Суммарные потери напряжения:

Сравнивая потери напряжения, можно сделать вывод о том, что послеаварийный режим будет самым тяжелым при отключении одной из цепей линии участка «Б-Г».

2) кольцевая сеть

В кольцевой сети наиболее тяжелым будет послеаварийный режим при отключении одной из цепей линии головного участка, т.е. участка «ИП-А». Потери напряжения в этом случае:

Таблица 2.16 Потери напряжения и потери мощностипри аварии на «ИП-А»

1.7 Составление принципиальной схемы сети, выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях

Рис. 2.6 Схема первичных соединений подстанций радиальной сети

сеть электрический напряжение

Рис. 2.7 Схема первичных соединений подстанций кольцевой сети

Номинальная мощность трансформатора, установленного на i-ой подстанции с нагрузкой в максимальном режиме , должна удовлетворять следующим условиям.

Если на подстанции устанавливается один трансформатор:

> (2.11.)

Если на подстанции устанавливается два трансформатора:

(2.12.), где

- допустимый коэффициент перегрузки в послеаварийных режимах, принимается равным 1,4.

Если на подстанции устанавливаются два автотрансформатора:

(2.13.), где

- нагрузка на шинах среднего напряжения подстанции;

- нагрузка на шинах низкого напряжения подстанции;

Кроме того, необходимо иметь в виду, что у автотрансформатора номинальная мощность обмотки низкого напряжения отличается от номинальной мощности автотрансформатора в раз (). Поэтому условие (2.15.) дополняется следующим условием:

(2.14.), где

- коэффициент выгодности автотрансформатора.

(2.15.), где

- номинальное среднее напряжение автотрансформатора;

- номинальное высокое напряжение автотрансформатора.

В общем случае коэффициент загрузки равен:

(2.16.), где

n - число работающих трансформаторов на подстанции в нормальном или в послеаварийном режимах.

1) радиальная сеть

Рассмотрим выбор мощности автотрансформатора для подстанции «Б».

, что меньше 1,4.

Автотрансформатор полностью удовлетворяет поставленным условиям.

Таблица 2.17 Выбор мощности трансформаторов для радиальной сети

Таблица 2.18 Паспортные данные двухобмоточных трансформаторов

Таблица 2.19 Паспортные данные автотрансформаторов

2) кольцевая сеть

Рассмотрим выбор мощности автотрансформатора для подстанции «Г».

,

что меньше 1,4.

Автотрансформатор мощностью 125 МВА полностью удовлетворяет поставленным условиям.

Таблица 2.20 Выбор мощности трансформаторов для кольцевой сети

Таблица 2.21 Паспортные данные двухобмоточных трансформаторов

Таблица 2.22 Паспортные данные автотрансформаторов

2. Технико-экономическое сравнение вариантов сети

2.1 Определение капитальных затрат на сооружение сети

Капитальные затраты представляют собой затраты, связанные с сооружением сети, выраженные в денежной форме.

Затраты на строительство сети (К) определяются из следующего выражения:

(3.1.), где

- затраты по линиям;

- затраты по подстанциям.

1) затраты по линиям

Стоимость воздушных линий зависит от их номинального напряжения, сечения проводов, конструкции и материала опор, а так же от внешних нагрузок (гололеда и ветра).

Условимся, что на всех участках установлены стальные опоры.

Зная стоимость 1 км линии и её длину, находим затраты на сооружение линии:

(3.2.), где

- удельная стоимость одного километра i-той линии ;

- длина i-той линии.

а) для радиальной сети:

б) для кольцевой сети:

2) капитальные вложения в подстанцииразделены на четыре составляющие:

(3.3.), где

- затраты на распределительные устройства;

- затраты по силовым трансформаторам;

- затраты по компенсирующим устройствам и реакторам (на данном этапе проектирования еще не производится);

- постоянная часть затрат.

Итого капитальные вложения в подстанции составят:

а) для радиальной сети

б) для кольцевой сети

Затраты на строительство всей сети составят:

1) для радиальной сети

2) для кольцевой сети

2.2 Определение годовых эксплуатационных издержек

Ежегодные издержки складываются из отчислений на амортизацию, расходов на текущий ремонт и обслуживание.

Амортизационные отчисления используются для выполнения капитальных ремонтов и полной замены оборудования.

Расходы на текущий ремонт и обслуживание включают в себя зарплату ремонтного персонала, расходы на приобретение необходимых для эксплуатации материалов, приборов и прочие общесетевые расходы.

Величина годовых эксплуатационных издержек (И) может быть определена по формулам:

,

,(3.4.), где

.

- эксплуатационные издержки для линий;

- эксплуатационные издержки для подстанций;

- отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание по линиям (принимается равным 3,7%);

- отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание по подстанциям (принимается равным 9,8%);

- соответственно капитальные вложения по линиям и подстанциям;

- стоимость потерь электроэнергии;

(3.5.), где

- стоимость 1 кВт/ч потерь зависящих от нагрузки (1,5);

- стоимость 1 кВт/ч потерь не зависящих от нагрузки;

- потери электроэнергии, которые зависят от нагрузки;

- потери электроэнергии, которые не зависят от нагрузки.

(3.6.), где

- суммарные потери активной мощности в линии;

- суммарные потери активной мощности в меди трансформаторов (их не учитываем);

- время максимальных потерь;

(3.7.), где

- суммарные потери в стали (также не учитываются);

- время работы трансформаторов (8760 часов).

(3.8.), где

- продолжительность использования наибольшей нагрузки.

Тогда

Рассчитаем ежегодные эксплуатационные издержки для радиальной сети:

Аналогично для кольцевой сети:

2.3 Сравнение вариантов

Определим значения приведенных затрат (З):

(3.9.), где

- нормативный коэффициент капитальных вложений в систему (принимается равным 0,12).

Для радиальной сети:

Для кольцевой сети:

Таблица 3.1 Технико-экономические показатели вариантов сети

Определим разницу приведенных затрат двух сетей:

В дальнейшем будем вести расчет кольцевой сети.

3. Электрический расчет основных режимов выбранного варианта сети

3.1 Выбор мощности компенсирующих устройств

Выбор и размещение компенсирующих устройств на подстанциях проектируемой электрической сети влияет какна экономичность режимов работы сети, так и на решения задач регулирования напряжения.

Таблица 4.1 Рекомендуемые значения реактивной мощности в долях от активной ()

При этих условиях реактивная мощность компенсирующих устройств на каждой i-ой подстанции определяется по следующей формуле:

(4.1.), где

- активная нагрузка подстанции в максимальном режиме;

- заданное значение (принимается равным 0,75).

Затем определяются расчетные нагрузки подстанций на шинах 10 кВ с учетом компенсирующих устройств:

(4.2.), где

- реактивная нагрузка подстанции в максимальном режиме.

Проведем расчет по выбору мощности компенсирующего устройства для подстанции «А»:

Таблица 4.2 Выбор компенсирующих устройств

3.2 Составление расчетной схемы замещения сети

Составить схему замещения - это значит выбрать схему замещения для каждого элемента сети и определить её параметры, соединить схемы замещения отдельных элементов в той же последовательности, в какой соединены эти элементы в рассчитываемой сети.

Рис. 4.1 Расчетная схема замещения сети

3.3 Расчет режима максимальных нагрузок

Для радиальной сети расчет ведется по полной схеме замещения методом «в два этапа».

На первом этапе, двигаясь от удаленных узлов к источнику питания, последовательно рассчитываются потери мощности и перетоки во всех элементах схемы, определяется мощность источника питания

.

На втором этапе, используя заданное напряжение источника питания, двигаясь теперь в обратном направлении от источника к удаленным нагрузкам, рассчитываются потери напряжения в линиях и трансформаторах, напряжение во всех узлах сети.

а) потери мощности и перетоки во всех элементах схемы:

б) потери напряжения в линиях и трансформаторах, напряжение во всех узлах

Определим коэффициент мощности на шинах источника питания и коэффициент полезного действия КПД:

3.4 Расчет режима минимальных нагрузок

Определим экономическую целесообразность отключения одного из работающих трансформаторов подстанции в режиме минимальных нагрузок.

(4.3.), где

- мощность нагрузки, при которой потери мощности в двух трансформаторах равны потерям в одном трансформаторе;

- номинальная мощность трансформатора;

- число трансформаторов на подстанции;

- потери холостого хода;

- потери короткого замыкания.

Если , то целесообразно один трансформатор отключить, при работают оба трансформатора.

Здесь - нагрузка подстанции в минимальном режиме.

подстанция «А»

;

;

;

;

Так как , то целесообразно один трансформатор отключить.

подстанция «Б»

;

;

;

;

Так как, то целесообразно один трансформатор отключить.

подстанция «В»

;

;

;

;

Так как, то целесообразно один трансформатор отключить.

подстанция «Г»

;

;

;

;

Так как, то целесообразно один трансформатор отключить.

-На подстанции «Д» изначально установлен один трансформатор.

Потери мощности и перетоки во всех элементах схемы в минимальном режиме:

Определим коэффициент мощности на шинах источника питания и коэффициент полезного действия КПД:

3.5 Расчет послеаварийного режима

Послеаварийный режим рассчитывается аналогично максимальному все перетоки до точки 54 (т.к. авария происходит на линии ИП-А) такие же.

а) потери мощности и перетоки

Определим коэффициент мощности на шинах источника питания и коэффициент полезного действия КПД:

б) потери напряжения в линиях и трансформаторах, напряжение во всех узлах

4. Регулирование напряжения в сети

В данном проекте в качестве основных средств регулирования напряжения принимаются трансформаторы и автотрансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН).

Необходимо выбрать регулировочные ответвления у трансформаторов подстанций «А» и «Г» в режиме максимальных нагрузок и более тяжелом послеаварийном режиме.

Задача выбора ответвлений формулируется следующим образом. Известно фактическое напряжение на первичной стороне трансформатора . Требуется получить напряжение , которое необходимо поддерживать на шинах низшего напряжения в различных режимах работы сети. Для этого необходимо подобрать номинальное напряжение соответствующего регулировочного ответвления на первичной обмотке при заданной нагрузке.

Напряжение на вторичной стороне трансформатора , приведенное к первичнойможно получить так:

(5.1.), где

- потери напряжения в трансформаторе.

Необходимое напряжение регулировочного ответвления находится по формуле:

(5.2.), где

- номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора.

Далее выбирается номинальное напряжение ближайшего регулировочного ответвления . Делается это следующим образом:

находится абсолютное значение ступени регулирования, в кВ

(5.3.), где

- ступень регулирования, в %;

- номинальное напряжение обмотки высшего напряжения трансформатора.

вычисляется необходимое количество ступеней регулирования

(5.4.)

определяется номинальное напряжение выбранного ответвления

(5.5.)

Действительно напряжение на шинах низшего напряжения составит

(5.6.)

Рассмотрим режим максимальных нагрузок.

подстанция «А».

Но, согласно правилам устройства электроустановок,устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах 10 кВ понижающих подстанций, к которым присоединены распределительные сети, в пределах не ниже 105 % номинального напряжения в режиме максимальных нагрузок. А в нашем случае получилось, что . Следовательно, необходимо выбрать .

При

На подстанции «Г» установлен автотрансформаторпоэтому выбор регулировочных ответвлений необходимо осуществлять следующим образом:

1) выбор ответвлений обмотки ВН, рассматривая трансформатор как двухобмоточный. Тогда желаемое напряжение на высокой стороне равно:

(5.7.), где

-потери в обмотках высокого и низкого напряжения

(5.8.), где

- потери в обмотке высокого напряжения

- потери в обмотке низкого напряжения

(5.9.)

-напряжение в средней точке

3) по выбираем напряжение ответвлений

4) определяем напряжение на шинах СН и ВН приведенное к высокой стороне:

5) определяем добавочное ЭДС последовательного регулировочного трансформатора:

(5.10.)

(5.11)

Определяем добавочное ЭДС в процентах на одной ступени регулирования

(5.12.)

Подбираем ближайшее значение ЭДС с учетом добавочных ответвлений.

...