Передача и распределение электроэнергии

Федеральное агентство по образованию Вологодский государственный технический университет Кафедра: Электроснабжения Дисциплина: Электрические питательные системы и сети Курсовой проект Передача и распределение электроэнергии Вариант 46

Вологда

В настоящее время в жизни человека большую роль играет электроэнергия. Проблемы поставки ее потребителю, а также поддержания высокого качества поставляемой электроэнергии стоят перед разработчиками энергосистем.

Электроэнергия должна удовлетворять большому количеству различных критериев, как-то величина отклонения напряжения, частота и множество других. С точки зрения производителей электроэнергии электрическая система должна быть экономичной и выполненной максимально качественно с минимумом затрат на электрооборудование и потери в линиях — это позволит увеличить передачу производимой электроэнергии потребителю. Основываясь на этих критериях, следует подобрать все электрооборудование системы.

Отдельным пунктом идет поддержание напряжения в пределах допустимой нормы в различных режимах энергосистемы (наибольшей и наименьшей нагрузки, а также послеаварийном режиме). Для этой цели используются регуляторы напряжения непосредственно на трансформаторах (РПН и ПБВ), а также конденсаторные батареи, которые, уменьшая реактивную энергию в энергосистеме, способствуют уменьшению падения напряжения в линиях.

В данной курсовой работе мы попытаемся решить проблемы поставки электроэнергии потребителю и сохранения ее высокого качества. Курсовая работа содержит следующие основные пункты: выбор и обоснование трансформаторов и воздушных линий энергосистемы, расчет режимов наибольшей и наименьшей нагрузки, компенсация реактивной мощности системы, расчет послеаварийных режимов и регулирование напряжения, механический расчет воздушных линий.

Исходные данные Рис. 1. Схема электрической сети Таблица № 1

S_i (МВ^.А)

Таблица № 2

L_{i, j} (км)

1. Выбор сечения проводов воздушных линий

1.1 Предварительный расчет потоков мощностей:

1.2 Расчет сечений:

Пример расчета:

Таблица № 3

1.3 Расчет параметров схем замещения проводов ВЛ

;; ;;; .

Пример расчета:

Линия 1−2

, ,

Таблица № 4

2. Выбор типа и мощности трансформаторов Таблица № 5

Формулы для расчета трансформаторов Автотрансформатор: АТДЦТН-200 000/330/115/6,6

U=330кВ;U_kBC=10,5%;U_kBH=38%;U_kCH=25%;S_ном=200МВ^.А;

P_kBC=P_kBH=P_kCH=560кВт;P_x=115 кВт;I_x=0,45%.

;

;

;

;

Трехобмоточный трансформатор: ТДТН-25 000/110/115/11/6,6

U=115 кВ, U_kBC=10,75%, U_kBH=17,5%, U_kCH=6,5%, I_x=0,7%, S_ном=25 МВ^.А, P_x=28,5 кВт, P_k=140кВт.

Двухобмоточные трансформаторы:

ТРДН-63 000/330/10,5/10,5

U_ном=115кВ; I_x=0.8%, S_ном=63 МВ^.А, P_x=100 кВт, P_k=230 кВт, U_k=11%

;

;

ТДН — 16 000/115/11

U_ном=115кВ; I_x=0.7%, S_ном=16 МВ^.А, P_x=18 кВт, P_k=85 кВт, U_k=10,5%

;

;

ТМ — 1000/10/0,4

U_ном=115кВ; I_x=0,5%, S_ном=16 МВ^.А, P_x=1,65 кВт P_k=11,5кВт, U_k=5,5%

;

;

3. Расчет рабочих режимов

3.1 Расчет потерь мощности в элементах сети

3.1.1 Потери мощности в трансформаторах и автотрансформаторах Потери мощности в автотрансформаторе (нб):

;

Потери мощности в трёхобмоточном трансформаторе ТДТН — 25 000/115/11/6,6

Потери мощности в двухобмоточных трансформаторах (max):

ТРДН-63 000/330/10,5

ТДН-16 000/115/11

ТМ-1000/10/0,4

Таблица№ 6

3.2 Расчет потоков мощностей при наибольшей нагрузке Для четного узла ;

Для нечётного узла ;

3.3 Расчет напряжений в узлах электрической сети

3.3.1 Приведение параметров схемы замещения к напряжению U=110 кВ Таблица№ 7

;; при U_ном<110 кВ и ;

при U_ном>110 кВ Определение напряжений Остальной расчет производится аналогично, расчёт приведён в таблице Таблица№ 8

3.4 Потери в трансформаторах при наименьших нагрузках Таблица № 9

3.5 Расчет потоков мощностей при наименьшей нагрузке Таблица № 10

3.6 Определение напряжений Таблица№ 11

3.7 Выбор компенсирующих устройств и расчет режимов проектируемой сети с КУ

;;

Таблица № 12

3.7.1 Расчет потерь мощности в трансформаторах (к.у.)

Таблица № 13

3.7.2 Расчёт потоков (к.у.)

Таблица № 14

3.7.3 Определение напряжений Таблица № 15

воздушная линия сеть

4. Расчет послеаварийных режимов

4.1 Разрыв линии 7,8

Рис. 2. Схема электрической сети после аварии

4.1.1 Расчет потерь мощности в трансформаторах при отключении линии 7,8

Таблица № 16

4.1.2 Расчет потоков в сети после аварии

Таблица № 17

4.1.3 Определение напряжений при отключении линии 7,8

Таблица № 18

4.2 Разрыв линии 11,12

Рис. 3. Схема электрической сети после аварии

4.2.1 Расчет потерь мощности в трансформаторах при отключении линии 11,12

Таблица № 19

4.2.2 Расчет потоков мощности в сети после аварии

Таблица № 20

4.2.3 Определение напряжений Таблица № 21

5. Выбор и обоснование средств регулирования напряжений Т8: ТДН — 16 000/110/10

U₈ = 111,069 кВ РПН ±9 ` 1.77% в нейтрали ВН (стр. 117 [ 2 ])

Т9: ТДТН 25 000/110/35/10

U₉ = 112,083 кВ, U₁₄ =10,03 кВ,

РПН ±9 ` 1.77% в нейтрали ВН (стр. 117 [ 2 ])

ПБВ ±2 ` 2.5% на стороне СН (стр. 117 [ 2 ])

Т15: ТМ 1000/10/0,4

U₁₅ = 9,405 кВ, ПБВ ±2 ` 2.5% (стр. 116 [ 2 ])

Результаты регулирования напряжения сведены в таблицу 22

Таблица № 22

6. Технико-экономическое обоснование сечений ВЛ, трансформаторов, компенсирующих устройств

a. Технико-экономическое обоснование сечений ВЛ

E_H=0.23, b=1руб/кВт^.ч, K₂₀₀₄=K₁₉₈₅^.D^.l, D=30, И_Г = ДРфb

Линия 1−2, 330 кВ, 2хАС330/30

Выбираем железобетонные одноцепные опоры

l=100 км К₂₀₀₄ = 30 '38,6^.100 = 115 800 тыс. руб

T_нб=6000 ч

ч

тыс.руб Возьмем провод АС400/18

r_уд=0.7 752 Ом/км К₂₀₀₄=133 320 тыс. руб

тыс.руб Экономически более выгодно использовать провод АС330/30

Линия 7−8, 110 кВ, АС95/16

Выбираем железобетонные одноцепные опоры

l=40 км К₂₀₀₄ = 30· 15,9·40 = 19 080 тыс. руб

T_нб=5000 ч

ч

тыс.руб Возьмем провод АС120/19

К₂₀₀₄=17 280 тыс. руб

тыс.руб Экономически более выгодно использовать провод АС120/19

Линия 10−12, 35 кВ, АС95/16

l=18 км К₂₀₀₄ = 30 '13.7^.18 =7398 тыс. руб

T_нб=4000 ч

ч

тыс.руб Возьмем провод АС120/19

К₂₀₀₄=7344 тыс. руб

тыс.руб Экономически более выгодно использовать провод АС120/19

Линия 15−16, 10 кВ, АС70

l=5 км К₂₀₀₄ = 30 '11,5^.5=1725 тыс. руб

T_нб=3000 ч

ч

тыс.руб Возьмем провод АС95

К₂₀₀₄=1710 тыс. руб

тыс.руб Экономически более выгодно использовать провод АС70.

b. Технико-экономическое обоснование трансформаторов

K₂₀₀₄=K₁₉₈₅^.D

АТДЦТН-200000/330/110

К₂₀₀₄=291^.30=8730 тыс. руб

тыс.руб Возьмем автотрансформатор АТДЦТН-250 000/330/110

К₂₀₀₄=9600 тыс. руб

тыс.руб.

Экономически выгоднее использовать АТДЦТН-200 000/330/110

ТДТН-25000/110

К₂₀₀₄=72,3^.30=2169 тыс. руб

тыс.руб Возьмем трансформатор ТДТН-40 000/110

К₂₀₀₄=2832 тыс. руб

тыс.руб Экономически более выгодно использовать ТДТН-25 000/110

ТДН-16000/110

К₂₀₀₄=48^.30=1440 тыс. руб

тыс.руб Возьмем трансформатор ТДН-25 000/110

К₂₀₀₄=1860 тыс. руб

тыс.руб Экономически более выгодно использовать ТДН-16 000/110

ТМ-1000/10

К₂₀₀₄=2,97^.30=88,95 тыс. руб

тыс.руб.

Возьмем трансформатор ТМ-1600/10

К₂₀₀₄=124,5 тыс. руб.

тыс.руб.

Экономически более выгодно использовать ТМ-1000/10

c. Технико-экономическое обоснование ККУ УКМ-58−0,4−200У1

К₂₀₀₄=2,09^.30=62,7 тыс. руб.

тыс.руб.

года УКЛ-57−10,5−2250У3

К₂₀₀₄=5,18^.30=155,4 тыс. руб.

тыс.руб.

года

7. Механический расчет проводов воздушной линии 110 кВ Линию с номинальным напряжением 110 кВ предполагается построить в третьем районе по гололеду и втором по ветру. Высшая температура в этом районе +40⁰С, низшая температура -40⁰С, среднегодовая +5⁰С. Линия будет проложена на одноцепных железобетонных опорах типа ПБ110−5 проводом марки АС-120/19. Длина пролета принята равной 220 м.

Определим наибольшую стрелу провеса провода.

Сначала по справочнику определяем для нормального исполнения провода сечение алюминиевой части F_al =118 мм², стального сердечника — F_ст 18,8 мм², удельная масса провода G₀ = 471 ^КГ/_КМ. Теперь при соотношении ^Fal/_Fст = 120/19 для провода марки АС определяем:

модуль упругости ;

температурный коэффициент линейного расширения

предел прочности при растяжении провода и троса в целом ;

диаметр провода 15,2 мм;

Нормативные допускаемые напряжения проводов и тросов:

при наибольшей нагрузке и при низшей температуре воздуха при среднеэксплуатационных условиях:

В качестве расчетных величин для второго района по ветру по справочнику принимаем нормативную скорость ветра 25 м/с, для второго района по гололеду принимаем нормативную толщину стенки гололеда 15 мм.

Определяем удельные нагрузки:

1) от собственной массы провода

где — ускорение свободного падения;

— удельная масса провода;

— сечение алюминиевой и стальной части провода.

2) от массы гололеда где — удельная масса льда;

— нормативная толщина стенки гололеда;

— диаметр провода.

3) от массы провода и массы гололёда

4) от давления ветра на провод без гололеда где — коэффициент, зависящий от высоты подвеса проводов;

— аэродинамический коэффициент;

— скорость ветра;

— сечение провода.

5) от давления ветра на провод с гололедом

6) от собственной массы провода и давления ветра без гололеда

7) от собственной массы провода и гололёда и от давления ветра Критические пролёты проводов Первый критический пролёт характеризуется:

· низшая температура воздуха ;

· удельная нагрузка ;

· допускаемое напряжение провода ;

· среднегодовая расчетная температура ;

· допускаемое напряжение провода при среднеэксплуатационных условиях .

При этом критический пролёт определяется выражением:

Для определения второго критического пролета принимаем:

· низшая температура воздуха ;

· удельная нагрузка ;

· допускаемое напряжение провода ;

· удельная нагрузка ;

· расчётная температура при наибольшей нагрузке ;

· допускаемое напряжение провода при наибольшей нагрузке .

Третий критический пролет определяем при следующих условиях:

· среднегодовая расчетная температура ;

· удельная нагрузка ;

· допускаемое напряжение провода в среднеэксплуатационных условиях ;

· удельная нагрузка ;

· расчётная температура при наибольшей нагрузке ;

· допускаемое напряжение провода при наибольшей нагрузке

Итак, м; м; м; м, поэтому

; .

При этом условии по справочнику выясняем, что в дальнейших расчетах в качестве исходных данных нужно принять:

· расчётная температура при наибольшей нагрузке ;

· удельная нагрузка ;

· допускаемое напряжение провода при наибольшей нагрузке .

Вычисляем критическую температуру:

.

Поэтому наибольшая стрела провеса будет при наибольшей нагрузке.

м.

Расчет монтажной таблицы Расчёт монтажной таблицы делается по следующим формулам:

где — нагрузка провода;

— сечение провода;

— удельная нагрузка от массы провода;

— напряжение провода при монтаже.

найдем решив уравнение:

.

Результаты расчёта представлены в табл. 23

Таблица 23 — Монтажная таблица

По табл. 23 строятся монтажные кривые

Заключение

В ходе данной работы была разработана схема электроснабжения потребителей, выбраны трансформаторы и линии электропередач. Рассчитаны потери во всех элементах схемы в режимах наибольшей и наименьшей нагрузки, а также с компенсированной реактивной мощностью. Была проведена регулировка напряжения с целью приведения его к нормам, прописанным в ГОСТе. В процессе работы была вычислена критическая температура и критический пролет для воздушных линий электропередач на напряжение 110кВ. В экономической части работы мы рассмотрели технико-экономическое обоснование выбора элементов схемы и пришли к выводу, что увеличение сечения провода или мощности трансформаторов приводит к уменьшению материальных затрат. Также было выполнено несколько чертежей: 1) схема замещения 2) однолинейная схема замещения 3) график изменения напряжения сети (без регулирования) в зависимости от режима энергосистемы 4) монтажные кривые 5) Эскиз одноцепной опоры воздушной линии 110 кВ 6) ТЭО трансформаторов, линий и компенсирующих устройств.

Список использованных источников

1. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Уч. пособие для вузовМ.: Энергоатомиздат, 1989 г.

2. Блок В. М. Электрические сети и системы: Уч. пособие для электроэнергетических специальностей вузов. — М.: Высшая школа, 1986 г.

3. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. -М.: Энергия, 1973 г.

4. Правила устройства электроустановок. -М.: Энергия, 1998 г.

5. Электротехнический справочник: В 3 т. Т.3 В2 кн. Кн.1 Производство и распределение электрической энергии (Под общ. ред. профессоров МЭИ: И. Н. Орлова (гл. ред.) и др.)7-е изд. испр. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1988. -880 с.: ил.