Составление и обоснование вариантов схемы электрической сети

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.

Схемы электрических сетей должны обеспечить необходимую надежность электроснабжения, требуемое качество энергии у потребителей, удобство и безопасность эксплуатации, возможность дальнейшего развития сети и подключения новых потребителей. В проектной практике для построения рациональной конфигурации сети принимают повариантный метод, при котором для заданного расположения потребителей намечаются несколько вариантов и из них на основе технико-экономического сравнения выбирается лучший. Этот вариант должен обладать необходимой надежностью, экономичностью и гибкостью. Намечаемые варианты не должны быть случайными. Каждый вариант должен иметь ведущую идею построения схемы: на каждом последующем участке поток электроэнергии должен быть направлен от источника. Необходимо руководствоваться следующими положениями при составлении вариантов схемы сети.

• 1. Передача электроэнергии от источника к потребителям должна производиться по самому короткому пути.
• 2. Разработку вариантов надо начинать с наиболее простых схем, требующих для создания сети наименьшего количества линий и электрооборудования подстанций. К числу таких вариантов относятся схемы линий магистрального и замкнутого типов.
• 3. Наряду с наиболее простыми вариантами следует рассмотреть и варианты схем с увеличенными капиталовложениями на сооружение линий и подстанций, за счет чего достигается большая эксплуатационная гибкость схемы или повышенная надежность электроснабжения. К числу таких относятся смешанные магистрально-радиальные схемы со сложнозамкнутыми контурами.
• 4. К использованию наиболее сложных и дорогих схем сетей следует переходить лишь в тех случаях, когда более простые схемы неудовлетворительны по техническим требованиям и критериям (например, при завышенных сечениях проводов, необходимых по допустимому нагреву; при неприемлемых потерях напряжения и т. п.).
• 5. В итоге из всех вариантов целесообразно выбрать схемы сети, построенные по двум различным принципам:
  • а) в виде схемы с односторонним питанием;

б) в виде схемы замкнутого (кольцевого) типа.

Эти схемы обладают различными качественными и технико-экономическими показателями, поэтому должны быть внимательно изучены. Лучшая из них определяется по приведенным затратам.

В соответствии с ПУЭ нагрузки I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания (допускается от двух секций шин районных подстанций). В большинстве случаев двухцепная ЛЭП не удовлетворяет требованиям надежности электроснабжения потребителей I и II категорий, так как при повреждении опор возможен перерыв питания. Для таких потребителей следует предусматривать не менее двух одноцепных линий.

Для электроприемников III категории допустимо питание по одной линии при технико-экономическом обосновании такого варианта, то есть при учете ущерба от недоотпуска электроэнергии при перерыве питания.

На основании приведенных выше соображений в проекте решается вопрос о необходимом количестве ЛЭП для каждого потребителя. При этом замкнутая схема приравнивается по надежности к системе электроснабжения по двум одноцепным линиям.

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
• 130 + j47 + 8 + j6 — 60 — j30 = 78 + j23 МВ•А (81,32 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) k_t=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 125−81.32 = 43,68 МВ•А.

Рис. 1.1. Граф существующей сети

• 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 = = 35.85 МВ•А.

S₂ = = 72.5 МВ•А.

S₃ = = 24.7МВ•А.

= 133 МВ•А.

Перейдём к составлению схем соединения линий.

ПС 1 близко расположена к ПС В. Рассмотрим вариант двух;

цепной ВЛ В-1. Длину L_B1 линии найдём как.

L_B1 = k_удл = 1,24 = 13,863 км 14 км где k_удл = 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 k_удл ,.

где l_ij — расстояние между узлами i и j на масштабной сетке, см;

m — масштаб, км/см.

Рассчитаем длины участков:

L_АВ = k_удл = 1,24 =.

= 33,57 км 33,6 км.

L_А3 = k_удл = 1,24 =.

= 40,37 км 40,4 км.

L₂₃ = k_удл = 1,24 =.

= 12,646 км 12,65 км.

L₂₁ = k_удл = 1,24 = 33 км.

L_2B = k_удл = 1,24 = 35.269 35.3 км.

L_3B = k_удл = 1,24 = 32,83 32,8 км.

Уравнение прямой А-В: 27х — 2у — 1250 = 0.

L_3-AB = k_удл = 1,24 = 31,693 = 31,7 км.

Координаты точки C: (48,51; 29,88) (48,5; 30).

Для точки 2 наикратчайшее расстояние до АВ — = 35,3 км.

= .

= 33,.

Выбор экономичного класса номинального напряжения.

При выборе экономичного класса номинального напряжения сети необходимо учесть несколько факторов:

ѕ мощности нагрузок потребителей;

ѕ удаленность потребителей от источника питания;

ѕ район сооружения сети;

ѕ класс номинального напряжения существующей сети.

Выбор напряжения определяется экономическими факторами: при увеличении номинального напряжения возрастают капиталовложения в сооружение сети, но за счет снижения потерь электроэнергии уменьшаются эксплуатационные издержки.

В практике проектирования для выбора рационального напряжения используются кривые, данные по пропускной способности и дальности линий электропередачи или эмпирические формулы, в частности, формула Г. А. Илларионова, дающая удовлетворительные результаты для шкалы напряжений от 35 до 1150 кВ,.

В случае больших мощностей, передаваемых на расстояние до 1000 км.

ѕ Формула Илларионова:

В отличие от других эмпирических выражений приведенная формула дает удовлетворительный результат для всей шкалы номинальных напряжений переменного тока в диапазоне от 35 до 1150 кВ.

ѕ Формула:

U_ном = 16.

Применяется в случае малых и средних мощностей.

В рассматриваемом примере проектирование ведется в районе Забайкалья, поэтому класс экономически целесообразного номинального напряжения распре-делительной сети следует выбирать из ряда: 500, 220, 110 кВ.

Далее следует учесть, что существующая линия А—В работает на напряжении 220 и 110 кВ. Кроме того, анализ мощностей нагрузок потребителей (от 24,7 до 72,5 МВт) и расстояний между подстанциями (от 14 до 50 км) показывает, что они соответствуют экономически целесообразному классу напряжения 110 — 220 кВ. С учетом перечисленных обстоятельств, для всех рассматриваемых вариантов распределительной сети можно использовать класс номинального напряжения 220 и 110 кВ.

Область применения и основное назначение ЛЭП. Табл. 1.1. [Баумштейн].

Таблица 1.1.

Расчеты напряжения:

Оценим величину номинального напряжения ВЛ В-1 по формуле Илларионова:

U_ном = = = 97,38кВ 100 кВ По формуле Залесского:

U_ном = =) = 79,2 кВ По формуле Стилла:

U_ном = 4.34 = 4,34 = 95,5 кВ По формуле:

U_ном = 16 = 16 = 79,26.

где Р_В1 = = 35,85 МВт — мощность передаваемая через линию, цепь В-1.

Поскольку на ПС В имеется РУ 110 кВ, то принимаем номинальное напряжение ВЛ В-1 равным 110 кВ.

Выводы:

• 1. 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.
• 2. Одна линия 110 кВ может быть загружена не более чем на 43,68 МВ•А., т. е. — или ПС-1 (35.85 МВ•А.), или ПС-3 (24.7МВ•А.).
• 3. Линия с ПС-2ожет быть загружена только в линию 220 В, по указанным выше причинам.

Рис. 1.2. Расстояния в системе

Наметим варианты схем новых ПС (рис. 1.3).

• А)
• Б)
• В)
• Г)

Рис 1.3. Варианты конфигурации систем

ПС 3 расположена от проходящей ВЛ А-В 110 кВ на расстоянии: 31,7 км. Напрашивается вариант питания ПС 3 по схеме «заход-выход».

На рис. 1.3. (А, В) для питания ПС 3 по ВЛ 110 и 220 кВ используется участок существующей линии (А-С). Другой участок (С-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. 1.3. На схеме рис. 1.3 (Б), предполагается прокладка линии 110 кВ А-3−2-В, 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. 1.3). схема (Г) — самая длинная. Схема на рис. 1.3, (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. 1.3, (В) имеем одноцепные ВЛ 110 кВ В-1 (длина 14 км), С-3 (31,7 км), 1−3 (35,8 км) и двухцепные 220 кВ В-2 (35,3 км) Тогда обобщенная длина линии для этой схемы составит (35,8+31,7+14)+1,5(35,3)=134,5 км. Вычисления для других схем Таблица 1.2.

Обобщенный показатель длин трасс ВЛ.

Из приведенных вариантов выбираем схему на рис. 1.3.А — это вариант № 1, и на рис. 1,3, В, как имеющую минимальную длину новых ВЛ — это 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.