Определение параметров участка электрической сети

Целью выполнения данного раздела курсовой работы являлся выбор экономически целесообразных схемы и номинальных напряжений сети, а также составление балансов активных и реактивных мощностей района на шинах источника питания.

На первом этапе расчетов оценивались ориентировочное потребление активной и реактивной мощностей с шин источника питания. Для этого было необходимо составить приближенный баланс мощностей района нагрузок. При составлении баланса учитывалось несовпадение во времени максимальных нагрузок отдельных потребителей района:

.

где — коэффициент одновременности;

— активная суммарная мощность, состоящая из максимальных m нагрузок потребителей;

— активная максимальная мощность j-го потребителя.

Ориентировочно считают, что при наличии в сети одной-двух ступеней трансформации потери активной мощности составляют примерно 5%.

Необходимая реактивная мощность проектируемой сети определялась реактивными нагрузками, значение которых вычислялось по выражению:

.

Q₁ = 32 • 0,5 = 16 Мвар,.

Q₂ = 21 • 0,46 = 9,66 Мвар,.

Q₃ = 14 • 0,49 = 6,86 Мвар.

Суммарная потребляемая мощность с учетом потерь реактивной мощности в элементах сети и зарядной мощности ЛЭП определялась выражением:

.

При составлении приближенного баланса реактивной мощности принимали, что потери в индуктивных сопротивлениях линии компенсируются зарядной мощностью: основную часть потерь реактивной мощности составляют потери в трансформаторах, которые составляют примерно 10% от полной мощности нагрузок в режиме максимальных нагрузок.

.

.

.

Для электроснабжения района нагрузок применяют следующие схемы:

• — разомкнутые радиальные и магистральные;
• — замкнутые.

Выбор схемы электрической сети производится с учетом требований надежности электроснабжения. При выборе конфигурации сети из нескольких намеченных вариантов необходимо придерживаться следующих принципов:

• — питание потребителей района следует осуществлять по кротчайшему расстоянию;
• — передача электроэнергии потребителям должна производиться в направлении общего потока мощности от источника питания, следует избегать обратных потоков мощности в распределительной сети района нагрузок;
• — каждый вариант сети должен удовлетворять условиям надежности электроснабжения (потребители первой и второй категории должны снабжаться энергией от двух независимых источников питания, по двум линиям электропередачи и через два трансформатора).

Примеры схем сети одного напряжения приведены на Рисунке 1. На схемах указаны расстояние между подстанциями (ПС) в километрах, ПС и источник питания (ИП). Предполагается максимально возможное использование упрощенных схем ПС. Сравнение и оценка намеченных вариантов схем сети одного напряжения в экономическом отношении проводится:

• — по суммарной длине воздушных линии (ВЛ) сети и с учетом количество цепей ВЛ;
• — по сложности схем ПС и числу выключателей в их схемах, зависящих от числа присоединений и номинального напряжения;
• — по структурной сложности (конфигурации) сети.

Показатели схем приведены в Таблице 1.

Анализ показателей (приведенных в Таблице 1) схем приведенных на Рисунке 1, позволил выделить из нескольких вариантов один, для дальнейшего подробного расчета. В данном случае этот вариант номер 2, так как здесь достаточно малая длина по трассе, следовательно, облегчается обслуживание сети и упрощенные схемы ПС.

Рисунок 1. Варианты схем электрической сети Таблица 1. Сравнение вариантов схем по суммарной длине

Номинальные напряжения ВЛ электрической сети выбирают по технико-экономическим соображениям в зависимости от протяженности ВЛ и величин активных мощностей, которые будут по ним передаваться в режиме максимальных нагрузок.

Ориентировочно оптимальное номинальное напряжение ВЛ определяется по эмпирической формуле [1]:

.

где L — длина ВЛ, км;

P — передаваемая активная мощность на одну цепь ВЛ, МВт.

Для выбранного варианта номер 3, используя данные задания о нагрузках района, для разных участков ВЛ мы получили:

— участок A-2 (от источника питания до ПС 2).

.

— участок 2−1 (от ПС 2 до ПС 1).

.

— участок 1−3 (от ПС 1 до ПС 3).

Исходя из полученных значений, номинальное напряжение сети приняли травным 110 кВ.

На шинах НН подстанций определили активную (она задана), реактивную и полную мощности в режиме максимальных нагрузок. Они необходимы для выбора мощности трансформаторов и составления баланса мощностей.

.

.

Для ПС1:P_max = 32 МВт,.

Q_max = 32 • 0,5 = 16 Мвар,.

.

Для ПС2: P_max =2 1 МВт,.

Q_max = 21 • 0,46 = 9,66 Мвар,.

.

Для ПС3: P_max = 14 МВт,.

Q_max = 14 • 0,49 = 6,86 Мвар,.

.

Результаты расчета нагрузок ПС свели в таблицу 2.

Таблица 2. Нагрузки подстанций

Выбор типа, числа и номинальных мощностей трансформаторов на подстанциях района осуществляются в зависимости от мощности потребителей и степени их ответственности (категории) в соответствии с рекомендациями [2]. Вопросы выбора трансформаторов и их проверка подробно рассматривается в [3].

В случае, когда в соответствии с [2] на подстанции предусматривается установка двух трансформаторов (для потребителей 1-ой и 2-ой категории), номинальная мощность каждого из них определяется приближенно по формуле:

.

где S_max — мощность потребителей подстанции.

Для ПС1: ,.

Для ПС2: ,.

Для ПС3: .

Типы и номинальные мощности трансформаторов выбираются по шкале стандартных номинальных мощностей силовых трансформаторов Файбисович Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей. -Москва: ЭНАС, 2012: с. 231. Результаты выбора числа, мощности и типа трансформаторов представлены в таблице 3 Технические данные трансформаторов приведены там же, с. 244.

Таблица 3. Типы и мощности трансформаторов

Основные технические характеристики трансформаторов в соответствии с [1] или [4] свели в таблицу 4.

Таблица 4. Основные технические характеристики трансформаторов

Затем выполнили проверку.

.

.

k2 определяется по следующими данным (приведенным в задании):

h = 6 ч — продолжительность максимума зимнего суточного графика;

б = 0,7 — величина нагрузки ПС, предшествующая максимальной нагрузке;

Qохл = -10°C — зимняя эквивалентная температура охлаждающей среды.

Для этих данных k₂ = 1,6.

Для ПС1: ;

Для ПС2: ;

Для ПС1:

Следовательно, на.

• · ПС1 следует установить по два трансформатора ТРДН-25 000/110,
• · ПС2 следует установить по два трансформатора ТДН-16 000/110,
• · ПС2 следует установить по два трансформатора ТДН-10 000/110,

При расчете режимов сети, наибольшее использование находит Г-образная схема замещения трансформатора в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2. Г-образная схема замещения трансформатора Приведение нагрузок ПС к стороне ВН выполняется путем добавления к заданным мощностям нагрузок на шинах НН трансформаторов потерь мощности в трансформаторах. Потери мощности в трансформаторах складываются из потерь мощности в обмотках и потерь холостого хода.

S_нагр = P_нагр + j Q_нагр;

S_тр" = S_нагр; S_тр" = P_тр" + j Q_тр"; S_тр" = P_нагр + j Q_нагр;

S_тр' = S_тр" + ?S; S_тр' = P_тр' + Q_тр'; ?S = ?P + ?Q;

S_тр' = P_нагр + ?P + j (Q_нагр + ?Q);

;

;

S_пс = P₁ + ?P_xx + j (Q₁ + ?Q_xx).

Для ПС1: S_нагр = 32+ j 16;

S_тр" = 32 + j 16;

;

;

S_тр' = 32 + 1,12 + j (16 +2,71) = 33,12 + j 18,71;

S_пс = 33,12 + 0,054 + j (18,71 + 0,35) = 33,17 + j 19,06.

Рисунок 3. Г-образная схема замещения ТРДН25 000/110.

Для ПС2: S_нагр = 21 + j 9,66;

S_тр" = 21 + j 9,66;

;

;

S_тр' = 21 + 0,09 + j (9,66+3,66) = 21,09 + j 13,22;

S_пс = 21,09 + 0,038 + j (13,22 + 0,224) = 21,128 + j 13,44.

Рисунок 4. Г-образная схема замещения ТДН16 000/110.

Для ПС3: S_нагр = 14 + j 6,86;

S_тр" = 14 + j 6,86;

;

;

S_тр' = 14 + 0,07 + j (6,86+1,3) = 14,07 + j 8,16;

S_пс = 14,16 + 0,028 + j (8,16 + 0,14) = 14,098 + j 8,3.

Рисунок 5. Г-образная схема замещения ТДН10 000/110.

Результаты расчета представлены в таблице 5.

Таблица 5. Расчёт трансформаторов для подстанций

Для составления баланса активных и реактивных мощностей района на шинах источника питания необходимо определить параметры линий (сечений проводов). Для сетей имеющих разветвленную конфигурацию, все расчеты по мощностям ведутся последовательно по участкам, в направлении от конца сети к её началу. В основу расчетов на каждом участке берется П-образная схема замещения (для линии 110 кВ и выше) в соответствии с рисунком 6.

Рисунок 6. П-образная схема замещения Порядок расчета следующий:

• — выбирается сечение проводов по приведенной к стороне ВН нагрузке ПС или суммарной нагрузке участка (после полного расчета предыдущего участка или участков);
• — определяются параметры участка R_Л, X_Л, Q_С для соответствующей схемы замещения;
• — составляется баланс мощностей для принятой схемы замещения участка.

Согласно [2] выбор сечения проводов производится по экономической плотности тока j_эк (А/мм²), в зависимости от продолжительности использования максимума активной нагрузки Т_ма (ч).

Величина экономического сечения равна:

ге n — число параллельных линий.

Полученное для сталеалюминевых проводов сечение округляется в ближайшую сторону к стандартному сечению. После выбора сечений проводов необходимо провести проверку на нагревание проводов в аварийных условиях, например при отключении одной из параллельных ВЛ в соответствии с [2].

.

Одновременно ведется ограничение сечений проводов по условиям коронирования (для ВЛ 110 кВ минимальное сечение 70 мм²).

Для участка 1−3: S_max = 14,098 + j 8,3,.

Т_ма = 4700, j_эк = 1,1А/мм^2,

.

Выбрали стандартное сечение АС — 70/11 Файбисович Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей. -Москва: ЭНАС, 2012: с. 87. Допустимый ток по нагреву — 265А Там же, с. 94. Проверка по нагреву:

Для участка 2−1: S_max = 33,17 + j 19,06,.

Т_ма = 4500, j_эк = 1,1 А/мм^2,

.

Выбирали стандартное сечение АС — 120/110. Допустимый ток по нагреву — 390 А. Проверка по нагреву:

Для участка А-2:S_max = 21,128 + j 13,44,.

Т_ма = 4900, j_эк = 1,1 А/мм^2,

.

Выбирали стандартное сечение АС — 185/110. Допустимый ток по нагреву — 510 А. Проверка по нагреву:

Определение параметров ВЛ для П-образной схемы замещения производится по удельным показателям на 1 км длины согласно [4, табл. П7]. Результаты расчета свели в таблицу 6.

Таблица 6. Параметры ВЛ для П-образной схемы

Порядок расчета ВЛ по П — образной схеме замещения по мощностям изложен в [5] а также в [6]. При этом определение потерь мощности производится с учетом номинального напряжения сети. Согласно рисунку 5:

S_л" = S_пс — j Q_c = P_пс + j (Q_пс — Q_c) ;

S_л' = S_л" + ?P_л + j Q_л ;

;

;

S_л = S_л'- j Q_c = P_л' + j (Q_л' - Q_c).

Для участка 1−3: S_пс = 14,098 + j 8,3;

S_л" = 14,098 + j (8,3 — 1,29) = 14,098 + j 7,01;

;

;

S_л' = 14,098 + 0,18 + j (7,01 + 0,19) = 14,278 + j 7,2;

S_л = 14,278 + j (7,2- 1,29) = 14,278 + j 5,91.

Для участка 2−1: S_пс = 33,17 + j 19,06 ;

S_л" = 47,268 + j (26,33−1,16) = 47,268 + j 26,17 ;

;

;

S_л' = 47,268 + 1,06 + j (26,17 + 1,85) = 48,328 + j28,02;

S_л = 48,328 + j (28,02 -1,16) = 48,328 + j 26,86.

Для участка А-2: S_пс =21,128 + j 13,144 ;

S_л" = 68,396 + j (40,8−1,5) = 68,396 + j 39,3 ;

;

;

S_л' = 68,396 + 1,84 + j (39,3 + 4,78) = 70,346 + j44,08;

S_л = 70,236 + j (44,08 -1,5) = 70,336 + j 42,58.

Рисунок 7. Схема замещения цепи Результаты расчетов всех участков свели в таблицу 7.

Таблица 7. Режимные параметры цепи по участкам