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 обмоток НН АТ из схемы замещения исключаются, а сопротивления обмоток 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.		1ЧАС-300.	44,6.	0,098.	0,429.	2,64.	4,37.	19,13.	117,74.
1-B.		1ЧАС-300.	147,4.	0,098.	0,429.	2,64.	14,45.	63,23.	389,1.
A-B.		1ЧАС-300.	127,2.	0,098.	0,429.	2,64.	12,48.	54,6.	335,8.
4−2.		1ЧАС-185.	110.7.	0,162.	0,413.	2,75.	17,93.	45,72.	304,4.
2−3.		1ЧАС-185.	72.45.	0,162.	0,413.	2,75.	11,74.	29,92.	199,2.
3−5.		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-125 000/220/110.	±6ґ2%.			6,6; 11;38,5.						0,5.
АТДЦТН-200 000/220/110.	±6ґ2%.			6,6; 11;38,5.						0,5.
Тип.	Расчетные данные.
Rт, Ом.	Xт, Ом.	DQxx, квар
ВН.	СН.	НН.	ВН.	СН.	НН.
АТДЦТН-125 000/220/110.	0,55.	0,48.	3,2.	59,2.
АТДЦТН-200 000/220/110.	0,28.	0,28.	0,57.	30,4.		54,2.

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%)

G_м = B_м = =.

Тип.	Расчетные данные.
Gм, 10-6См Cм 101 010666	Bм, 10-6См.
ВН.	СН.	НН.	ВН.	СН.	НН.
АТДЦТН-125 000/220/110.	1,23.	4,44.	537,2.	11,81.	47,26.	5152,9.
АТДЦТН-200 000/220/110.	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:

— U_НС-НВ = 11%; P_ВН—СН= 520 кВт. Сопротивления АТ, приведенные к напряжению 220 кВ, определим как.

R_A = = *10^-3 = 0,22 Ом.

Х_А = = = 11,64 Ом.

где m=2 — число АТ, работающих параллельно. Параметры АТ ПС2 определяются аналогично.

R_В = = *10^-3 =0,28 Ом.

Х_В = = = 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

Преобразование «треугольника» A1ВА в «звезду». Определяем сумму сопротивлений сторон «треугольника»:

Z_Д = Z_A1 + Z_1B + Z_BA = (4,37 + j19,13) + (14,45 + j62,23) + (12,48 + j54,6) =.

= 31,3 + j136 Ом Сопротивление «луча» АО найдем как.

Z_AО=Z_A1•Z_AB /Z_Д= (4,37 + j19,13)(12,48 + j54,6) / (31,3 + j136) = 1.74 + j7.68 Ом.

Аналогично определим.

Z_ОВ = Z_B1•Z_СB /Z_Д= (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»:

Z_У= Z_AО + Z_ОB + Z_B5 + Z₅₃ + Z₃₂ + Z₂₄ + Z_4А =.

= (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.

S_AO = =.

= ((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.

Изусловиябалансамощностейвузле0имеем.

S_OB = S_AO — S_O = 209,28 + j116,22- 62 — j37 = 147,28 + j79,22 МВА.

S_B5 = S_OB — S_B = 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.

S_AO + S_BO = S_AB

S_AB

= 96,95 + j52,7 МВА Из баланса мощности для узла В определим, что.

S_B3 = - S_B — S_AB + S_B5 = - (60 + j30) — (96,95 + j52,7) + (207,28 + j109,22) =.

= 50,33 + j26,52MBA.

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.

S_А4 = 143 + j60 + 21 + j11 = 164 + j71 МВА.

S_5B = 19 + j9 + 76 ++ j42 = 95 + j51 МВА.

S_В0 = 95 + j51 — 60 -j30 = 35 + j21 МВА.

S _A0 = 35 +j21 + 62 + j37 = 97 + j58 МВ А;

S_AO + S_BO = S_AB

S_AB

= 23.346 + j26.666 МВА Из баланса мощности для узла В определим, что.

S_B3 = S_B + S_AB — S_B5 = = (60 + j30) + (23.346 + j26.666) — (95 + j51) =.

= - 11.654 + j5,666 MBA.

S_А3 = 73.654 + j31.334 MBA.

Для выбора сечений в качестве расчётной принимается большее из двух значений мощностей для каждой из ВЛ. Значения расчётных нагрузок линий и экономических сечений (F_Э =, (T_MAX = 5400 ч.; j_ЭК = 1,0 А/мм²) предварительно намеченных () и окончательно принятых (F_СТ) 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 I_расч, которая определяется по выражению.

I_расч = I_max * б₁ * б_т,.

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; б_т — коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной мощности нагрузки линии T_max и коэффициент ее попадания в максимум энергосистемы K_max.

Для линий 110—220 кВ значение б₁ принимается равным 1,05.

Коэффициент б_т определяется в зависимости от T_max и K_max, усредненные значения коэффициента б_т приведены в табл.

По табл. выбирается усредненное значение коэффициента бт в предположении, что максимум нагрузок линий распределительной сети совпадает с максимум энергосистемы, б_т = 1 (по заданию T_max = 5400 часов).

Усредненные значения коэффициента бт.

UHOM, kB.	Kmax	Tmax
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.								300/66.
В-1.	50.33.	26.52.								300/66.
А-В.	96.95.	52.7.								300/66.
4−2.	91.28.	47.22.								300/66.
5−3.	131.28.	67.22.								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 F_ст, 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.		1ЧАС-300.	127,2.	0,098.	0,429.	2,64.	12,46.	54,6.	335,8.
4−3.		1ЧАС-185.		0,162.	0,413.	2,75.	2,27.	5,78.	38,5.
4−1.		1ЧАС-185.	34,6.	0,162.	0,413.	2,75.	5,6.	14,3.	95,15.
1−2.		1ЧАС-185.	41,8.	0,162.	0,413.	2,75.	6,77.	17,26.
2−5.		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»:

Z_У= Z_AB// + Z_B5 + Z₅₂ + Z₂₁ + Z₁₄ + Z_4А =.

= (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.

S_AB = =.

= ((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.

S_B5 = S_B + S_AB = 60 + j30 + 146.546 + j81.176 = 206.546 + j111.176 MBA.

И т. д. остальные значения приведены на рис. 1.12.

Рис. 1.11. Схема замещения 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.										300/66.
4−1.										240/32.
2−5.										185/29.
4−3.										240/32.