Проектирование систем электроснабжения

Размещено на http://allbest.ru

Введение

При проектировании систем электроснабжения выполняется ряд расчетов, результаты которых позволяют выбрать оборудование подстанций, сечение и материал проводников, наиболее экономичные способы передачи электроэнергии, конфигурацию сети и т.п.

Определение расчетных электрических нагрузок и учет изменения их во времени в этом случае является исходным материалом для всего последующего проектирования.

При проектировании и эксплуатации электрических сетей промышленных предприятий приходится иметь дело с различными видами их нагрузок: по активной мощности P, по реактивной мощности Q и по току.

Кривая изменения активной, реактивной и токовой нагрузки во времени, называется графиком нагрузки по активной, реактивной мощностям и току соответственно.

Графики нагрузок дают возможность определить некоторые показатели, необходимые при расчетах нагрузок, и более рационально выполнить систему электроснабжения.

Электрическая нагрузка может наблюдаться визуально по измерительным приборам. Регистрировать изменения нагрузки во времени можно самопишущим приборов.

В условиях эксплуатации изменение нагрузки по активной и реактивной мощности во времени записывают, как правило, в виде ступенчатой кривой, по показаниям счётчиков активной и реактивной энергии, снятым через одинаковые интервалы времени tи = 30 или 60 мин.

При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий используются, как правило, групповые графики нагрузок (от графиков нагрузок нескольких приемников электроэнергии до графиков предприятия в целом).

Графики нагрузок всего промышленного предприятия дают возможность определить потребление активной и реактивной энергии предприятием, правильно и рационально выбрать питающие предприятие источники тока, а также выполнить наиболее рациональную схему электроснабжения.

В задании приведены именно 30-ти минутные графики P₃₀(t) и Q₃₀(t).

Дано: Получасовые значения активной и реактивной нагрузок.

Задачи работы:

1. Построить графики активной и реактивной мощности, определить часы утреннего и вечернего максимума.

2. Рассчитать параметры графиков нагрузки активной и реактивной мощности.

3. Определить базовую и переменную составляющую графика электрической нагрузки.

4. Рассчитать суточную стоимость электроэнергии по двухставочному и зональному тарифу (Cp = 697,2 руб/кВт; Са = 1,47 руб/кВт.ч; Cп = 3,67 руб/кВт.ч; Cпп = 2,42 руб/кВт.ч;Cн = 1,05 руб/кВт.ч).

5. Построить зависимость средневзвешенной стоимости электроэнергии от объемов передаваемой энергии.

6. Определить и выбрать трансформатор по расчетной мощности.

7. Рассчитать эксплуатационные и приведенные затраты на установку трансформатора.

8. Провести анализ компенсации реактивной мощности.



1. Построить графики активной и реактивной мощности, определить часы утреннего и вечернего максимума

Графики P(t) и Q(t) строим по получасовым значениям от 0 до 24 часов (48 значений).

Как видно из рисунков оба графика имеют заметную переменную составляющую со смещенными относительно времени регистрации максимами как в утренее, так и в вечернее время.

Часы утреннего и вечернего максимумов. Обычно утренний и вечерний максимумы фиксируют в периоды 8.00 - 11.00 и 19.00 - 23.00 соответственно. По согласованию с энергосистемой время может быть изменено.

Для нашего графика:

- утренний максимум в период - 8.00 - 11.00

Pyтр.ф.max = 1731,4 кВт - 10.30

- вечерний максимум в период - 19.00 - 23.00

Pвеч.ф.max = 1857,1 кВт - 19.30

Однако из графика видно, что фактический максимум наступает до 8.00. Этот максимум и должен быть заявлен для расчетов с поставщиком электроэнергии, но иногда (все зависит от режима в энергосистеме) допускается этот максимум не учитывать по причине малой нагрузки в энергисистеме ночью и утром.

Фактический максимум - 02.30

Pф.max = 2110,9 кВт;

Qф.max (02.30) = 1760,7 кВАр

Фактический минимум - 23.00

Pф.min = 1568,6 кВт;

Qф.min (16.30) = 1193,6 кВАр

2. Рассчитать параметры графиков нагрузки активной и реактивной мощности

Согласно [1]: Средняя нагрузка за сутки.

Активная:

Pср = = (2070,229 +…+ 1825,098)/48 = 1763,8 кВт



Реактивная:

Qср = = (1663,046 +…+ 1547,336)/48 = 1438,1 кВАр

Коэффициент заполнения - отношение средней к максимальной нагрузке:

Кз,р = Рср/Рф.max = 1763,8/2110,9 = 0,84

Кз,q = Qср/Qф.max = 1438,1/1760,7 = 0,82

Коэффициент формы - отношение среднеквадратичной мощности за определенный период времени к его среднему значению за тот же период времени:

Кф = ? 1

Рск

1770,6 кВт

Коэффициент регулирования - отношение разности максимальной и минимальной суточной нагрузки к максимальной:

Крег = (Рф.max - Рф.min)/Рф.max = (2110,9 - 1568,6)/2110,9 =0,26

Pф.max = 2110,9 кВт

Pф.min = 1568,6 кВт



Отметим, что в общем случае Рф.max ? Pyтр.ф.max (как и в нашей задаче).

Коэффициент неравномерности - отношение минимального значения графика нагрузки к максимальному за установленный интервал времени: Кнер = Pф.min/Pф.max = 1568,6/2110,9 = 0,75 - как и ожидалось неравномерность графика активной мощности значительная.

Число часов использования максимума - отношение потребленной энергии к максимальной мощности за заданный период:

Тм = Wа/Pф.max = 42330,7*365/2110,9 = 7319 (20,1 за сутки) час.

Wа = 0,5*(2070,229 +…+ 1825,098) =

= 42330,7 кВт.ч

Другие коэффициенты получим на основании статистического анализа графиков.

Статистическая обработка. Расчет делаем по методике [2]:

Для обработки данных графиков составляем сводку, где значения Pi объединяются в разряды. Каждый разряд определяется своими границами.

Число разрядов k принимаем равным пяти, k = 5.

В выборке Pi (график) имеем:

Pф.max = 2110,9 кВт

Pф.min = 1568,6 кВт

Ширина разряда:

c = (Рф.max - Рф.min)/k = (2110,9 - 1568,6)/5 = 108,5 кВт

Принимаем с = 110. Тогда границы разрядов будут:

[Pф.min, Pф.min + c], [Pф.min + c, Pф.min + 2c]…

Границы будут дробными, что неудобно. Поэтому в качестве левой крайней границы примем ближайшее кратное целое меньшее Pф.min:

[1550, 1550 + 110],…

В итоге получим:

[1550, 1550 + 110],…[1990, 2111] - правая граница последнего разряда оказалась чуть больше Pф.max.

В результате получим границы разрядов как приведено в таб. 2.

Таб. 2

Частоты попадания Pi

Разряд	1	2	3	4	5
Границы	1550	1660	1660	1770	1770	1880	1880	1990	1990	2111
Pсрi	1605	1715	1825	1935	2050,5
Кол-во, m	17	13	9	2	7

* общее число Pi = 48, что соответствует исходным данным.

По данным таб. 2 строим гистограмму:

Как видно из гистограммы - данные сгруппировались, в основном в первых трех разрядах, есть асимметрия и эксцес, что мы количественно далее оценим.

Определим среднее в каждом разряде:

Рсрi = ,



где Рi+1, Рi - границы i-го разряда из k = 1...5

Разряд	1	2	3	4	5
Pсрi	1605	1715	1825	1935	2050,5
m	17	13	9	2	7

Среднеквадратичное отклонение или основное - корень из дисперсии (второй центральный момент):

у_р = = =

= = 169,04 кВт

Коэффициент вариации - отношение среднеквадратического отклонения случайной величины к ее ожидаемому (среднему) значению:

Vs = = 100*169,04/1763,8 = 9,6 %

Значение Vs < 33% - совокупность Pi является однородной.

Коэффициент асимметрии:

Аc =

Значение А < 0 - распределение имеет левостороннюю асимметрию.

= ? 0,001 < 2 - асимметрия не существенная, что видно из гистограммы.

Коэффициент эксцесса - отклонение вершины эмпирического распределения вверх или вниз («крутость») от вершины кривой нормального распределения:

Е =

Значение Е < 0 - распределение имеет низковершинный эксцесс распределение.

= ? 2,26 < 3 - эксцесс несущественен.

Базовая и переменная составляющие. Суточный график отчетливо подразделяется на постоянную и переменную части:

- первая Рпост = Рф.min отвечает минимальной нагрузке;

- вторая Рпер представляет собой всю площадь графика, расположенную выше минимальной нагрузки.



Чем меньше переменная часть, тем больше плотность графика нагрузки. Это, отчасти, характеризуется значением коэффициента заполнения Кз суточного графика.

Для данного графика Кз = 0,84. Это относительно не высокое значение и мы видим заметную не равномерность потребления.

Переменную составляющую графика, его осцилляцию характеризуют различные коэффициенты оценивающие разброс относительно среднего Pср значения. В первую очередь это дисперсия или средее квадратическое отклонение [2].

Для приведенного графика:

- Рпост = Pф.min = 1568,6 кВт

- Pпер в диапазоне от Pф.min до Pф.max = (2110,9 - 1568,6) = 542,3 кВт

Что составляет около 35 % от Pф.min - осцилляции суточного графика велики.

Полученные расчетные значения сводим в таблицу.



4. Рассчитать суточную стоимость электроэнергии по двухставочному и зональному тарифу

Дано:

Cp = 697,2 руб/кВт

Са = 1,47 руб/кВт.ч

Cп = 3,67 руб/кВт.ч

Cпп = 2,42 руб/кВт.ч

Cн = 1,05 руб/кВт.ч

Годовая стоимость по двухставочному тарифу:

Сэ = Ср*Рmax.з + Сa*Wa,

здесь:

- Сa - стоимость 1 кВт*ч активной энергии , руб/кВт* ч;

- Aс - общее суточное электропотребление, кВт *ч;

- Ср - месячная плата за 1 кВт*ч заявленной мощности, руб/кВт;

- Pmax.з - заявленная мощность кВт.

Сэ = *1745,4 + 1,47*42330,7 = 102789 руб.

Средневзвешенный тариф:

= 2,43 руб/кВт

Стоимость электроэнергии по зональному тарифу:

Сэ = Cп*Wп + Спп* Wпп + Cн*Wн

где:

- Сп, Спп, Сн - установленные тарифные ставки за электроэнергию в

пиковой, полупиковой и ночной зонах, руб/кВт*ч;

- Wп, Wпп, Wн - электропотребление в пиковой, полупиковой и ночной

зонах, кВт*ч.

Электропотребление в пиковyю зонy:

W_П = ?(P_9-11 + P_19-22) *0,5 = 0,5*?P_9-11 + 0,5*?P_19-22 =

= 1673,65 + 2703,65 = 4377,3 кВт.ч

0,5*?P_9-11 = 1673,65 кВт.ч

0,5*?P_19-22 = 2703,65 кВт.ч

Электропотребление в полyпиковyю зонy:

W_ПП = ?(P_8-9+P_11-19) *0,5 = 0,5*?P_8-9 + 0,5*?P_11-19 =

= 809,1 + 6784 = 7593,1 кВт.ч

0,5*?P_8-9 = 809,1 кВт.ч

0,5*?P_11-19 = 6784 кВт.ч

Электропотребление в ночнyю зонy:

W_Н = 0,5*?P_22-8 = 9194,9 кВт.ч

Сэ = 3,67*4377,3 + 2,42*7593,1 + 1,05*9194,9 = 44095 руб.

Средневзвешенный тариф определяется выражением:

Сср = Сэ/(W_П + W_ПП + W_Н) =

= Сэ/W_a = 44095/21165,3 = 2,08 руб/кВт.ч

Wa = W_П + W_ПП + W_Н = 4377,3 + 7593,1 + 9194,9 = 21165,3 кВт.ч



5. Построить зависимость средневзвешенной стоимости электроэнергии от объемов передаваемой энергии

Зависимость Cp = f(Wa) можно построить только в предположении, что:

- ординаты графика изменяются одинаково пропорционально.

Тогда = const - будет постоянным и Ср не будет зависеть от Wa;

- = const, тогда зависимость будет гиперболой.

= 697,2*2110,9/Wa + 1,47 = 1471719/Wa + 1,47

a = ; b = Ca



6. Определить и выбрать трансформатор по расчетной мощности

Трансформатор выбираем по графику нагрузки.

Pp = Pc + 3у_p = 1763,8 + 3*169,04 = 2271 кВт

Qp = Qc + 3у_p = 1438,1 + 3*169,04 = 1945 квар

S = = 2990 кВА

К установке предлагается - 2хТСЗ 2500-10-0,4. Мощность трансформатора скорректируем после компенсации реактивной мощности. мощность электрический нагрузка подстанция

7. Рассчитать эксплуатационные и приведенные затраты на установку трансформатора

Поскольку данные по нормативным отчислениям не заданы, как неизвестны и другие показатели (это п/ст или одиночный трансформатор, какова схема присоединения и состав высоковольтного оборудования и проч.), то расчет ведем по укрупненным показателям, что на первом этапе принятия решения допустимо [2].

Приведенные годовые затраты:

3 =Е_Н*К + С_Э,

где Ен - нормативный коэффициент.

Принимаем Ен = 0,05 из расчета срока службы тр-ра 20 лет и остаточной стоимости не более 0,1

К - капитальные вложения на сооружения, 1620000 руб.;

Сэ - годовые эксплуатационные издержки, около 5% от стоимости электроэнергии

Cэ = 0,05*1620000 = 81000 руб.

3 = 0,05*1620000 + 44095 = 125095 руб./год

8. Провести анализ компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности - важное средство для уменьшения потерь электроэнергии, нормализации уровня напряжения в распределительной сети, уменьшения платежей за потребленную электроэнергию.

tgцk = Qср/Рср = 1438,1/1763,8 = 0,82 > 0,33 - компенсация требуется.

Реактивная можность после компенсации:

Q2 = Pср*0,33 = 1763,8*0,33 = 582 кВАр

Мощность компенсирующего устройства:

Qку = Qср = Q2 = 1438 - 582 = 856 кВАр

К установке могут быть приняты 2хКРМ-0,4-300-30 У3 суммарной мощностью 600 кВАр. Конденсаторные установки установливаются на шинах РУ 0,4 кВ трансформаторной подстанции.



После установке компенсирующих устройств снизится расчетная полная мощность до:

Sр2 = = 2639 кВА

Коэффициент загрузки в нормальном режиме составит:

Кз = Sp2/2*Sном = 2639/5000 = 0,53

Коэффициент загрузки в аварийном режиме составит:

Кз = Sp2/Sном = 2639/2500 = 1,06 < 1,4 - что допустимо.

Избыток трансформаторной мощности - резерв дальнейшего развития предприятия или дополнительный источник средств при подключении сторонних абонентов.

Окончательно принимаем - 2хТСЗ 2500-10-0,4.



Заключение

По результатам расчетов можно сделать следующие выводы и дать рекомендации:

- требуется более глубокая проработка по выбору питающего трансформатора и схемы его подключения.

Необходимо учесть и категорийность электроприемников по надежности электроснабжения.

Для этого требуются дополнительные данные - топология размещения электроприемников по территории предприятия, их режимы работы, отдельно рассмотреть те приемники, которые могут влиять на качество электроэнергии (сварки, прессовая нагрузка, печи, преобразователи и т.д.).

Возможна установка трансформаторов3*1000 кВА.

Решение принимается на основании ТЭР;

- наличие заметной переменной составляющей в потреблении активной и реактивной энергии возможно потребует установки регулируемых в функции cosц компенсирующих устройств;

- как показали расчеты более выгодным следует считать оплату по зонным тарифам.

Экономия может быть еще выше при компенсации реактивной мощности и выравнивании графика за счет административно-технических мероприятий без дополнительных капиталовложений, например - смещение времени начала работа (обеденного перерыва, пересменков), согласование технологических карт работы оборудования с целью выравнивания общего потребления.

- рассмотреть вопрос размещения (распределения) общей мощности компенсирующих устройств в схеме электроснабжения (например, при наличии крупных потребителей желательно максимально приблизить компенсацию к точке потребления/подключения);

- учесть компенсацию реактивной мощности для осветительных общепромышленных установок.



Литература

1. Федоров А. А., Каменева В. В. "Основы электроснабжения промышленных предприятий". М.: Энергия, 1979.

2. Киреева Э. А., Григорьев В. П., Миронов В. А., Чохонелидзе А. Н. Электроснабжение и электрооборудование цехов - М.: Энергоатомиздат 2003.

Размещено на Allbest.ru

...