Разработка технически и экономически целесообразного варианта электрической сети 35-220 (кВ) для электроснабжения района
Для вариантов с кольцевыми элементами применяем схему: мостик с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов. Схема применяется на напряжение 35−220 кВ. (приложение1) Для 2-ой схемы применяем схему: два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линии и одна секционированная система шин с обходной с отделителями в цепях трансформаторов и совмещенным… Читать ещё >
Разработка технически и экономически целесообразного варианта электрической сети 35-220 (кВ) для электроснабжения района (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Электрическая сеть является сложным и дорогим устройством, существенно влияющим на технико-экономические показатели систем электроснабжения потребителей и энергосистем в целом. Поэтому каждому инженеру независимо от конкретной области его деятельности приходится учитывать характеристики электрических цепей при решении различных вопросов.
Курсовой проект является основой для приобретения навыков по расчету и проектированию электрических сетей.
Главная задача курсового проекта состоит в разработке технически и экономически целесообразного варианта электрической сети 35−220 (кВ) для электроснабжения района от подстанции энергосистемы, выбор конструктивного исполнения ВЛ, определение поправочных коэффициентов к стоимости элементов сети и расчет величин, общих для проекта в целом.
Область, включающая электрифицируемый район — Иркутский.
Иркутская область относится к ОЭС Сибири. Район по гололеду — 4, по ветру — 2.
Необходимо определить капиталовложения на сооружение линий, подстанций. Расчет выполняется на основе укрупнённых показателей стоимости (УПС).
Характеристика электрифицируемого района о потребителей электроэнергии
Задачами раздела является выбор конструктивного исполнения ВЛ, определения поправочных коэффициентов к стоимости элементов сети и расчет величин, общих для проекта в целом. Область, включающая электрифицируемый район — Иркутская. Необходимо определить капитальные вложения на сооружение линии, подстанций. Расчет выполняется на основе укрупненных показателей стоимости (УПС). Для характеристики климатических условий в проекте достаточно определить нормативные значения максимальной скорости ветра V о толщины стенки гололеда. Выбор материала опор производится путем технико — экономического обоснования с учетом климатических условий района сооружения ВЛ. Иркутская область относится к ОЭС Сибири. Принимаем коэффициент удлинения трассы Кудл = 1,2. С учетом климатических условий данного района целесообразно применять железобетонные опоры.
Определим время максимальных потерь. Это время вычисляется по формуле ([1] 2.2):
Удельные затраты на возмещение потерь определяются по графику для данного района: в'(t') = 2,8 коп/кВтч, В''(t'') = 1,8 коп/кВтч, где t' = ф/бm = 2099 (часов),
где бm — коэффициент попадания дополнительных потерь в максимум энергосистемы. бm =0,9; t'' = 8760.
Составление и обоснование вариантов схемы электрической сети
Основными задачами раздела являются разработка нескольких схем сети и выбор из их числа двух наиболее предпочтительных. Также следует предварительно оценить возможность ИП обеспечить потребность электрической сети в реактивной мощности. Для этого возможна установка на подстанциях дополнительных КУ — батарей статических конденсаторов, синхронных компенсаторов и т. п., мощность которых определяется из баланса реактивной мощности для режима максимальных нагрузок.
Баланс реактивной мощности и выбор компенсирующих устройств. Уравнение баланса реактивной мощности имеет вид:
Qип+Qку+?Qc У = QУ+?Qл У +У ?QTj ([1], 3,1), где
Qип — реактивная мощность ИП;
Qку — суммарная мощность дополнительно устанавливаемых КУ (которую находят из условий баланса);
?Qc У — зарядная мощность всех линий проектируемой сети,
?Qл У — потери реактивной мощности в линии,
У ?QTj — потери реактивной мощности в трансформаторах, j-й подстанции. Определим суммарное потребление активной и реактивной мощности.
Для определения реактивной составляющей полной мощности воспользуемся формулой:
Данные о подстанциях сведем в таблицу 1,1:
№ п/ст | Pmax, МВт | cos ф, о.е. | tgф | Q’max, Мвар | |
0,84 | 0,646 | 6,46 | |||
0,86 | 0,593 | 8,895 | |||
0,92 | 0,426 | 8,52 | |||
0,88 | 0,539 | 8,085 | |||
0,82 | 0,698 | 3,49 | |||
Суммарное потребление мощности:
Активной РУ — 65 МВт; Реактивной Q’У- 35,45 МВт;
Величина располагаемой реактивной мощности ИП определяется по формуле:
Qип= Рип tgфип = (РУ +? РУ) tgфип ([1], 3,2), где
Рип — активная мощность ИП,
? РУ — суммарные потери активной мощности,
где принято, что равно? РУ 4% от РУ
Qип = 1,04РУ tgфип
tgфип = 0,426 (сosфип = 0,92)
Qип = 1,04Ч65Ч0,426 = 28,79 Мвар
Потери в трансформаторах составляют основную часть потерь реактивной мощности электрической сети. ?QT лежат в пределах 6−10% от Smax, таким образом:
У?QTj = (0,06−0,08) = 5,92 Мвар. ([1], 3.3)
Для ВЛ 35−220 кВ принимаются? Qc У и? Qл У равными при ориентировочных расчетах, поэтому эти величины можно исключить из баланса мощности:
Qку = QУ + У? QTj — Qип,
Qку =35,45+5,92 — 28,79 = 12,58 Мвар
Определим мощности Ку на каждой подстанции:
Qку = Q’max — Pmaxi tgфс ([1], 3.5),
Qкуj=Рmaxj (tgфjtgфс) где
tgфс — средний коэффициент мощности для сети, определяемый по формуле:
tgфс = (QУ — Qку) / РУ = (35,45 — 12,58) / 65 = 0,351 ([1], 3.4)
для каждой подстанции:
1. QКУ1 = 10(0,646−0,351) = 2,95 Мвар
2. QКУ2 = 15(0,593−0,351) = 3,63 Мвар
3. QКУ3 = 20(0,426−0,351) = 1,50 Мвар
4. QКУ4 = 15(0,534−0,351) = 2,745 Мвар
5. QКУ5 = 5(0,698−0,351) = 1,735 Мвар
На основании потребной мощности компенсирующих устройств для каждой из подстанций производится выбор числа и мощности серийно выпускаемых промышленностью комплектных конденсаторных установок Qку* (ККУ) или синхронных компенсаторов (СК), возьмем единичные номинальные мощности ККУ 400 кВар.
Qку*1=0,48 = 3,2
Qку*2=0,48 = 3,2
Qку*3=0,44 = 1,6
Qку*4=0,48 = 3,2
Qку*5=0,44 = 1,6
После выбора для каждого пункта потребления номинальных мощностей КУ (Qку*) определяем максимальные реактивные (Qmax) и полные (Smax) мощности нагрузок подстанций
Qmax j = Q’max j — Qку*j
Qmax 1= 6.46−3.2 = 3.26 Qmax2 = 8.895−3.2 = 5.695
Qmax3 = 8.52−1.6 = 6.92 Qmax4 = 8.085−3.2 = 4.885
Qmax5 = 3.49−1.6 = 1.89
Smax = ([1], 3,6) Smax1= = 10,518 Smax2= = 16,045 Smax3= = 21,163 Smax4= = 15,773
Smax5= = 5,345
Таблица 1.2
номер п/ст | Pmax | Q’max | Qку | Qmax | Smax | |
МВт | Мвар | Мвар | Мвар | МВ А | ||
6,46 | 2,95 | 3,26 | 10,518 | |||
8,895 | 3,63 | 5,695 | 16,045 | |||
8,52 | 1,50 | 6,92 | 21,163 | |||
8,085 | 2,745 | 4,885 | 15,775 | |||
3,49 | 1,735 | 1,89 | 5,345 | |||
Разработка вариантов схемы районной сети.
Исходными данными этой задачи являются величины максимальных (расчетных) нагрузок потребителей по категориям надежности электроснабжения, а также взаимное расположение понижающих п/ст и источника питания.
Разработку отдельного варианта схемы сети выполняем по следующему плану:
1. Намечаем конфигурацию сети;
2. Определяем приближенное потокораспределение в сети для максимального режима ;
3. Для каждой ветви схемы намечаем одно-два номинальных напряжения;
4. Для всех участков сети выбираем сечение проводов;
5. Производим выбор трансформаторов и схем соединения п/станций;
6. Используя УПС определяем сумму расчетных стоимостей ЛЭП, трансформаторов РУ 35−220 кВ.
Выбор конфигурации сети.
Конфигурация схемы сети является не только условием надежности электроснабжения, но и взаимным расположением понижающих п/ст. между собой и источником питания, а также соотношением нагрузок узлов потребления.
С учетом всех факторов для дальнейшего сравнения выбираем три варианта схемы: 1, 2 и среди 3, 4, 5 выберем схему с наименьшей длинной линий.
Схема 3:
L = L05+2 L03+2 L34+2 L02+2 L12
L=21+2*36+2*23+2*38+2*19=253 км
Схема 4:
L = L05+2 L23+2 L34+2 L02+2 L01
L=21+2*38+2*18+2*23+2*24=227 км
Схема 5:
L = L05+2 L04+2 L03+2 L32+2 L21
L=21+2*26+2*36+2*18+2*19=219 км
Выбираем схему № 5, в дальнейшем схема № 3
Определим распределение мощностей для этих вариантов схемы.
S A1 = 35,489 + j 12,222 (МВ А);
SA5 = 29,511 + j 10,027 (МВ А);
S34 = 9,511 + j 3,652 (МВ А),
S23 = 10,489 + j 3,267 (МВ А),
S12 = 25,489 + j 8,962 (МВ А).
S54 = 24,511 +j 8,137 (МВ А),
Схема 2
SА5=S5= 5+j1,89
SА4=S4=15+j4,485
S21=S1=10+j3,26
S23=S1+S2=25+j8,955
SА3=S1+S2+S3=45+j15,875
SA2=22.619+j7.974
SA4=27.381+j9.126
S23=SA2-S2=7.619+j2.279
S34=SA4-S4=12.381+j4.641
SA1=S1=10+j3.26
SA5=S5=5+j1.89
Выбор номинального напряжения и сечений проводов
Для ориентировочной оценки Uном отдельного участка используем методику, разработанную институтом «Энергосетьпроект», которая заключается в определении напряжения по графикам зависимости активной мощности, передаваемой по линии, от длины этой линии.
Наивыгоднейшее напряжение может быть предварительно определено по формуле Илларионова:
Uэк =
где L — длина линии, км Р — передаваемая мощность, МВт
Схема 1
Участок А-1: Uэк = 104.67 кВ,
Участок А-5: Uэк = 95.99 кВ,
Участок 1−2: Uэк = 89.66 кВ,
Участок 2−3: Uэк = 61.30 кВ,
Участок 3−4: Uэк = 89.90 кВ,
Участок 4−5: Uэк = 89.74 кВ
По графику ([1] 3.1) значения напряжений лежат между 35−110 кВ, т.к. на кольцевой схеме на всех участках должно быть одинаковое напряжение, поэтому на всех остальных участках принимаем также напряжение 110 кВ.
При проектировании ВЛ 35−220 кВ выбор сечений проводов производится по нормируемым показателям, в качестве которых используется нормированное значение экономической плотности тока Jэк или токовых интервалов.
Кроме того, сечения выбранные из экономических соображений и округленные до стандартного значения, должны быть проверены по длительно допустимому току нагрева, условием коронирования и механической прочности проводов.
Проверка по допустимому нагреву:
Iав? Iдоп, ([1], 3.8) где
Iдоп — величина длительно допустимого тока,
Iав — наибольший ток линии для послеаварийного состояния.
Длительно допустимые токи проводов АС определяются по справочным данным в зависимости от сечения (при t = 20 0С).
Аварийный ток определяется по формуле:
Экономическая плотность тока для всех участков данной сети равна:
Jэк=1,1 А/мм2
Тогда для участка А1:
Fэк = Imax/J = 196,98/1,1 = 179,07 мм 2.
Iав = 68,7/(v3*110) = 360,58 А.
Условие Iав? Iдоп соблюдается, поэтому окончательно принимаем провод АС-185/29
Все дальнейшие расчеты для всех схем и участков сети одинаковы и сведены в таблицы.
Таблица 4.1
А-1 | 1−2 | 2−3 | 3−4 | 4−5 | 5-А | ||
Smax МВ А | 35,489+j12.222 | 25,489+j8.962 | 10,489+j3.267 | 9,511+j3.652 | 24,511+j8.137 | 29,511+j10.027 | |
S, МВ А | 37.53 | 27.02 | 10.99 | 10.19 | 25.83 | 31.17 | |
Uэк, кВ | 104.67 | 95.99 | 89.66 | 61.30 | 89.90 | 98.74 | |
Unom | |||||||
Imax, A | 196.98 | 141.82 | 57.68 | 53.48 | 133.57 | 163.6 | |
Fэкон, мм2 | 179.07 | 128.93 | 52.44 | 48.62 | 123.24 | 148.73 | |
F, мм2 | 185/29 | 150/24 | 120/19 | 120/19 | 150/24 | 185/29 | |
Iдоп, А | |||||||
I ав, А | 360,58 | 305,42 | 221,23 | 110,17 | 28,08 | 360,58 | |
K0 тыс. руб/км | 12.9 | 11.7 | 11.4 | 11.4 | 11.7 | 12.9 | |
Kj, тыс. руб | 309.6 | 222.3 | 205.2 | 262.2 | 327.6 | 270.9 | |
r0,Ом | 0,162 | 0,198 | 0,249 | 0,249 | 0,198 | 0,162 | |
? Р’max | |||||||
K0 — стоимость воздушных линий 110 кВ ([8], П.24)
Kj= K0ln
? Р’max
Схема 2
А-5 | А-4 | А-3 | 3−2 | 2−1 | |||
Smax МВ А | 5+j1.89 | 15+j4.485 | 45+j15.87 | 25+j8.95 | 10+j3.26 | ||
S, МВ А | 5,34 | 15,77 | 47,72 | 26,55 | 10,52 | ||
Uэк, кВ | 43,69 | 73,34 | 88,46 | 60,158 | |||
Unom | 110−35 | 110−35 | |||||
Imax, A | 88,09 | 130,07 | ; | 218,98 | 86,77 | ||
; | ; | 125,23 | 69,67 | 26,7 | |||
Fэкон, мм2 | 80,08 | 118,24 | ; | 199,07 | 78,88 | ||
; | ; | 113,84 | 63,33 | 24,27 | |||
F, мм2 | 95/16 | 120/19 | ; | ; | ; | ||
; | ; | 120/19 | 95/16 | 95/16 | |||
Iдоп, А | |||||||
I ав, А | 260,14 | 250,46 | 139,34 | 179,54 | |||
K0 тыс. руб/км | 10,6 | 14,5 | 18,1 | 17,8 | 17,8 | ||
Kj, тыс. руб | 222,6 | 1303,2 | 640,8 | 676,4 | |||
r0,Ом | 0,306 | 0,249 | 0,249 | 0,306 | 0,249 | ||
? Р’max | |||||||
Схема 3
А-5 | А-1 | А-4 | 4−3 | 3−2 | А-2 | |||
Smax МВ А | 5+j1.89 | 10+j3.26 | 27,381+j9,126 | 12,38+j4.64 | 7,62+j2,28 | 22,62+j7,94 | ||
S, МВ А | 5,34 | 10,52 | 28,86 | 13,22 | 7,95 | 23,97 | ||
Uэк, кВ | 43,69 | 60,76 | 95,11 | 66,86 | 53,01 | 89,92 | ||
Unom | 35−110 | 35−110 | 35−110 | 35−110 | ||||
Imax, A | 88,09 | 86,77 | 476,07 | 218,07 | 131,14 | 395,40 | ||
; | ; | 151,47 | 69,39 | 41,73 | 125,81 | |||
Fэкон, мм2 | 80,08 | 78,88 | 432,79 | 198,24 | 119,22 | 359,45 | ||
; | ; | 137,7 | 63,08 | 37,94 | 114,37 | |||
F, мм2 | 95/16 | 120/19 | ; | ; | ; | ; | ||
; | ; | 150/24 | 95/16 | 95/16 | 120/19 | |||
Iдоп, А | ||||||||
I ав, А | 173,54 | 277,34 | 82,193 | 193,2 | 277,34 | |||
K0 тыс. руб/км | 10,6 | 14,5 | 20,0 | 17,8 | 17,8 | 18,1 | ||
Kj, тыс. руб | 222,6 | 409,4 | 320,4 | 687,8 | ||||
r0,Ом | 0,306 | 0,249 | 0,198 | 0,306 | 0,306 | 0,249 | ||
? Р’max, кВт | 102 | |||||||
Выбор трансформаторов и схем электрических соединений понижающих подстанций.
С цель обеспечения встречного регулирования напряжения на всех подстанциях устанавливаются трансформаторы с РПН. Учитывая категорийность потребителей целесообразно устанавливать по 2 трансформатора на каждой подстанции. В этом случае их мощность должна быть :
Sном? (0.65 — 0.7) Sном, ([1], 3.10)
При этом необходимо чтобы:
Sном?Smax K12/Kав ([1], 3.11), где
К12 — удельный вес потребителей 1 и 2 категории, %
Кав — коэффициент допустимой перегрузки трансформаторов. Кав = 1,4.
Схема 1
Для примера рассчитаем трансформаторы на п/ст 1.:
Smax = 10,52 МВ А, K12 = 40%/100% = 0.4, Uном — 110/10 кВ,
Sном? (10,52*0,4) / 1,4 = 3,006 (МВ А)
Sном = 0,7Smax = 7,364 (МВ А)(каждого трансформатора).
Принимаем два трансформатора ТДН 10 000/110.
Дальнейшие расчеты аналогичны для всех вариантов и результаты приведены в таблицах:
Таблица 5.1
№ п/ст | ||||||
Smax, МВ А | 10,52 | 16,04 | 21,16 | 15,77 | 5,34 | |
К12 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,4 | 0,35 | |
Sном=0,7Smax | 7,364 | 11,228 | 14,812 | 11,039 | 3,738 | |
Sтр, МВА | 6,3 | |||||
Uном | 110/10 | 110/10 | 110/10 | 110/10 | 110/10 | |
Трансфор матор | 2xТДН 10 000/110 | 2х ТДН-16 000/110 | 2х ТДН; 16 000/110 | 2х ТДН; 16 000/110 | 2х ТМН; 6300/110 | |
Схема 2
№ п/ст | ||||||
Smax, МВ А | 10,52 | 16,04 | 21,16 | 15,77 | 5,34 | |
К12 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,4 | 0,35 | |
Sном=0,7Smax | 7,364 | 11,228 | 14,812 | 11,039 | 3,738 | |
Sтр, МВА | 6,3 | |||||
Uном | 35/10 | 110/10 | 110/10 | 110/10 | 35/10 | |
Трансфор матор | 2xТДНС 10 000/35 | 2х ТДН-16 000/110 | 2х ТДН; 16 000/110 | 2х ТДН; 16 000/110 | 2х ТМ; 6300/35 | |
Схема 3
№ п/ст | ||||||
Smax, МВ А | 10,52 | 16,04 | 21,16 | 15,77 | 5,34 | |
К12 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,4 | 0,35 | |
Sном=0,7Smax | 7,364 | 11,228 | 14,812 | 11,039 | 3,738 | |
Sтр, МВА | 6,3 | |||||
Uном | 35/10 | 110/10 | 110/10 | 35/10 | 35/10 | |
Трансфор матор | 2xТДНС 10 000/35 | 2х ТДН-16 000/110 | 2х ТДН; 16 000/110 | 2х ТДНС; 16 000/35 | 2х ТМ; 6300/35 | |
Для вариантов с кольцевыми элементами применяем схему: мостик с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов. Схема применяется на напряжение 35−220 кВ. (приложение1) Для 2-ой схемы применяем схему: два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линии и одна секционированная система шин с обходной с отделителями в цепях трансформаторов и совмещенным секционным и обходным выключателем. Для 3-ей схемы два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линии и мостик с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов. Схемы применяется на напряжения 35−220 кВ. (приложение 2, 3)
Технико-экономическое сравнение вариантов
Задачей расчета является предварительное сопоставление трех схем электрической сети разной конфигурации.
Наивыгоднейшая схема выбирается путем расчета сравнительной экономической эффективности капитальных вложений.
1. Капиталовложения в электрическую сеть К состоят из вложений на содержание воздушных линий (Кл) и подстанций (Кп):
К = К’з К’л + K''з К''л = Кл + Кп ([2], 4.1), где
К’з, K''з — укрупненные зональные коэффициенты.
Для начала определим капиталовложения на содержание ВЛ.
Схема 1
Линии — одноцепные, на железобетонных опорах.
Все линии на напряжение 110 кВ, на участках провода марки АС-185/29, АС-120/19, АС-150/24.
С учетом зонального коэффициента имеем:
Кл = К j * К’з = 1597.8 * 1,1 = 1757.58 тыс. руб.
2. Капиталовложения в подстанции состоят из ряда составляющих:
Кпi = Кпостi + Ктi + Кору ([2], 4.3),
где Кпост — постоянная часть затрат на подстанции, принимаемая в зависимости от напряжения и схемы электрических соединений на стороне ВН.
Для каждой подстанции:
1. Кпост1 = 210 тыс. руб.
2. Кпост2 = 210 тыс. руб.
3. Кпост3 = 210 тыс. руб.
4. Кпост4 = 210 тыс. руб.
5. Кпост5 = 210 тыс. руб.
6. Кпост= 1050 тыс. руб
Кт — сумма расчетных стоимостей трансформаторов на данной подстанции:
1. Кт1 = 2 * 48 = 96 тыс. руб.
2. Кт2 = 2 * 40 = 80 тыс. руб.
3. Кт3 = 2 * 40 = 80 тыс. руб.
4. Кт4 = 2 * 40 = 80 тыс. руб.
5. Кт5 = 2 * 36 = 72 тыс. руб.
6. Кт = 408 тыс. руб
Кору — стоимость распределительного устройства на стороне ВН на i-й подстанции:
1. Кору1 = 75 тыс. руб.
2. Кору2 = 75 тыс. руб.
3. Кору3 = 75 тыс. руб.
4. Кору4 = 75 тыс. руб.
5. Кору5 = 75 тыс. руб.
6. Кору=375тыс.руб
Кору берется в зависимости от схемы присоединения, количества выключателей.
Кп = 1,1(1050+375+408) = 3773,88 тыс. руб.
3. Ежегодные издержки на эксплуатацию сети:
U = U’л + U’п + Зпот = (Qл/100)*Кл + (Qп/100)Кп + Зпот,
где ([2], 4.4)
Uл, Uп — ежегодные сумму отчислений на амортизацию и затрат на обслуживание.
Зпот — затраты на возмещение потерь мощности и электроэнергии сети.
Зпот = ?A' З’э + ?A'' З''э,
где ([2], 4.5)
З’э, З''э — стоимость 1 кВт ч и потерь энергии,
?A' - потери электроэнергии, зависящие от нагрузки, они складываются из потерь в линиях и потерь КЗ в трансформаторах.
Потери в линии:
где U = 110 кВ, S — максимальная мощность, потребляемая на подстанции,
rУД — удельное сопротивление линии,
l — длина линии,
n — количество цепей (n = 2).(см. табл.)
?A" - потери электроэнергии, не зависящие от нагрузки — потери холостого хода в трансформаторах.
?Р = 2 *(28+38+38+38+23) = 330 кВт;
Коэффициенты З’э и З''э принимаем по графику:
З’э = 2,8 коп/кВт ч; З''э = 1,8 коп/кВт ч;
Затраты на потери:
Зпот = 52,03+71,56=123,59 тыс. руб.
Суммарные нормы затрат на обслуживание и отчисления на амортизацию для линий (Qл) и подстанций (Qп):
Qл = 2,8%; Qп = 9,4%, — справочные величины.
Тогда:
U = (Qл/100)*Кл + (Qп/100)Кп + Зпот = (2,8/100)*1757,58 + (9,4/100) * 2016,3 + 123,59 = 495,05 тыс. руб.
4. Приведенные затраты:
З = Ен*К + U, где Ен = 0,12 руб/год
норматив сравнительной эффективности капиталовложений:
З = 0,12*3773,88+495,05 = 947,91 тыс. руб.
Для других схем расчёты аналогичны и приведены в виде таблиц:
электроэнергия схема сеть напряжение
Схема2
№ пс | Кпост тыс.руб. | Кт тыс.руб. | Кору тыс.руб. | Кп тыс.руб. | Кл тыс.руб. | К тыс.руб. | Зпот тыс.руб. | Uтыс.руб. | Зтыс.руб. | |
36,3 | ||||||||||
36,3 | ||||||||||
8,3 | ||||||||||
8,3 | ||||||||||
11,3 | 8,3 | |||||||||
366,6 | 97,5 | 1115,51 | 3598,76 | 4714,27 | 502,4 | 670,12 | 1235,83 | |||
Схема 3
№ пс | Кпост тыс.руб. | Кт тыс.руб. | Кору тыс.руб. | Кп тыс.руб. | Кл тыс.руб. | К тыс.руб. | Зпот тыс.руб. | U тыс.руб. | З тыс.руб. | |
8,3 | ||||||||||
8,3 | ||||||||||
11,3 | ||||||||||
348,6 | 241,6 | 1474,22 | 3141,82 | 4616,04 | 437,04 | 627,54 | 1181,46 | |||
После сравнение вариантов схем можно сделать вывод, что строительство сети по схеме 1 выгоднее, т.к.затраты на её строительство и обслуживание меньше, чем для схемы 2 и 3.
Расчет основных режимов электрической сети
К основным режимам работы электрической сети относят режимы максимальных и минимальных нагрузок, а также один из наиболее тяжелых послеаварийных режимов.
Задача расчета режима максимальных нагрузок состоит в определении узловых напряжений, потоков мощности в ветвях схемы, суммарных потерь мощности и энергии. Величины потерь мощности и энергии используются для расчета ТЭП сети. Расчет послеаварийного режима и режима минимальных нагрузок сводится к определению узловых напряжений. Исходными данными являются схема замещения сети, расчетные нагрузки подстанций и напряжение на шинах ИП. На кольцевой схеме на всех участках должно быть одинаковое напряжение и сечение, поэтому принимаем, что на всей протяженности линий соединяющих подстанции, используется провод марки АС-185/29 с параметрами:
r0 = 0.162 Ом.
х0 = 0,413 Ом,
q0 = 3.7 МВар,
Составление схемы замещения сети.
Параметры схемы замещения определяются выражениями:
R = ro*l / n — активное сопротивление участка ЛЭП; ([2], 5.1)
ro — уд. Активное сопротивление,
l — длина участка,
n — число цепей.
Х = xo*l / n, — индуктивное сопротивление линии
хо — погонное индуктивное сопротивление,
Qc = U2p*bo*l*n = qo*n*l — зарядная мощность ЛЭП.
bo — удельная емкостная проводимость,
Uр — рабочее напряжение сети.
Данные о параметрах участков сети занесем в таблицу:
Таблица 4.1
Участок | А-1 | 1−2 | 2−3 | 3−4 | 4−5 | 5-А | |
l, км | |||||||
R, Ом | 3,888 | 3,078 | 2,916 | 3,726 | 4,536 | 3,402 | |
Х, Ом | 9,912 | 7,847 | 7,434 | 9,499 | 11,564 | 8,673 | |
Qс, Мвар | 0,888 | 0,703 | 0,666 | 0,851 | 1,036 | 0,777 | |
R = Rт/m, X = Xт/m, ?Sхх = m (?Pxx + j? Qxx), где ([2], 5.2)
Rт, Xт — расчетные сопротивления каждого трансформатора.
m — число трансформаторов (по два на каждой подстанции).
Параметры трансформаторов для всех подстанций сведем в таблице IV.2:
№ п/ст | ||||||
Тип тр-ра. | 2xТДН 10 000/110 | 2х ТДН 16 000/110 | 2х ТДН; 16 000/110 | 2х ТДН; 16 000/110 | 2х ТМН 6300/110 | |
Rт, Ом | 7.95 | 4.38 | 4,38 | 4.38 | 14.7 | |
Хт, Ом | 86.7 | 86,7 | 86.7 | 220.4 | ||
?Pх, МВт | 0,028 | 0.038 | 0,038 | 0.038 | 0.023 | |
?Qх, Мвар | 0,14 | 0.224 | 0,224 | 0.224 | 0.1008 | |
?Sхх, МВ А | 0,056+j0,28 | 0,076+j0,448 | 0,076+j0,448 | 0,076+j0,448 | 0,046+j0,202 | |
R, Ом | 3.975 | 2.19 | 2,19 | 2.19 | 7.35 | |
Х, Ом | 69.5 | 43.35 | 43,35 | 43.35 | 110.2 | |
Расчетная нагрузка каждой подстанции определяется выражением:
Sp = Pн + jQн + ?P + j? Q + ?Рх + j? Qх — У jQc/2, где ([2], 5.4)
Pн + jQн — нагрузка подстанции,
?P + j? Q — потери мощности в трансформаторах,
У jQc/2 — суммарная зарядная мощность линии, входящая в узел.
?S = ?P + j? Q = (Sн/Uном)2(R+jX).
Эквивалентная схема замещения сети (см. приложение 4)
Для примера рассчитаем нагрузку на подстанции 1:
?S = ?P + j? Q = (Sн/Uном)2(R+jX)
Sp =10.061+j3,187 МВ А
Данные об остальных подстанциях сведем в таблицу IV.3.:
№ п/ст | ||||||
Sн, МВ А | 10+j3.26 | 15+j5.695 | 20+j6.92 | 15+j4.485 | 5+j1.89 | |
?S, МВ А | 0,033+j0.582 | 0.043+j0.843 | 0.074+j1.468 | 0.041+j0.804 | 0.0158+j0.238 | |
Sj', МВ А | 10.033+j3.842 | 15.043+j6.538 | 20.074+j8.388 | 15.041+j5.289 | 5.016+j2.128 | |
Sр, МВ А | 10.061+j3.187 | 15.081+j6.078 | 20.112+j7.854 | 15.079+j4.57 | 5.039+j1.323 | |
Расчет основных режимов электрической сети.
Значение мощности вычисляется по формуле:
S н = SКн + ?S = Pн + jQн +?P + j? Q, ([2], 5.5)
Где S н и SК — мощность соответственно в начале и конце участка.
?S = (Sн/Uном)2(Rл+jXл) — потери в линии.
Продольную и поперечную составляющую падения напряжения в трансформаторах определим по формулам:
?U = (PR + QX) / U2; дU = (PX — QR) / U2; ([2], 5.6)
где U2 — напряжение в начале участка,
U'2 =
напряжение в конце участка. ([2], 5.7)
Расчет мощностей приведем в таблице IV.4.:
Участок | A-1 | 1−2 | 2−3 | 3−4 | 4−5 | 5-A | |
Sнк, МВ А | 35.689+j12.869 | 25.628+j9.682 | 11.547+j3.604 | 9.564+j4.25 | 24.643+j8.82 | 29.682+j10.143 | |
Rл+jXл | 3.888+j9.912 | 3.078+j7.847 | 2.916+j7.434 | 3.726+j9.499 | 4.536+j11.564 | 3.402+j8.673 | |
?S, МВ А | 0.462+j1.179 | 0.191+j0.4586 | 0.035+j0.0898 | 0.034+j0.086 | 0.257+j0.654 | 0.277+j0.705 | |
Sн, МВ А | 36.151+j14.048 | 25.819+j10.168 | 11.582+j3.694 | 9.598+j4.336 | 24.9+j9.474 | 29.959+j10.848 | |
Определим напряжения. Для режима максимальных нагрузок напряжение в начале головных участков (в узле А), выше на 10% от Uном:
UA = 1.1 * 110 = 121 кВ.
Расчет напряжений в таблице IV.5
Участок | ||||||
U2, кВ | 118.7 | 117.3 | 116.8 | 117.5 | 119.4 | |
?U, кВ | 2.585 | 2.697 | 3.489 | 2.232 | 2.273 | |
дU, кВ | 5.746 | 5.437 | 7.293 | 5.45 | 4.498 | |
U'2, кВ | 116.257 | 114.732 | 113.545 | 115.397 | 117.21 | |
Режим наименьших нагрузок.
Для режима наименьших нагрузок перетоки мощности остаются такие же как и в режиме наибольших нагрузок.
Для режима минимальных нагрузок напряжение на шинах ИП на 5% выше
Uном, т. е. UA = 1.05 Uн = 115,5 кВ.
Расчет продольной и поперечной составляющих произведем по формулам 5.6 и 5.7 и представим в таблице IV.8.:
Таблица IV.8.
Участок | ||||||
U2, кВ | 113.2 | 111.8 | 111.3 | 113.9 | ||
?U, кВ | 2.711 | 2.829 | 3.662 | 2.341 | 2.383 | |
дU, кВ | 5.746 | 5.705 | 7.653 | 5.718 | 4.716 | |
U'2, кВ | 110.638 | 109.12 | 107.91 | 109.808 | 111.597 | |
Послеаварийный режим.
Наиболее опасная авария — это обрыв провода на головных участках сети.
a) Обрыв участка А-5:
Расчет потерь мощности :
SA1=65.372+j23.012
S12=55.311+j19.825
S23=40.23+j13.747
S34=20.118+j5.893
S45=5.039+j1.323
Для послеаварийного режима напряжение на шинах ИП UA = 121 кВ
При обрыве участка А-5 рассчитаем потери напряжения и сведем в таблицу IV.12.:
Участок | ||||||
U2, кВ | 114.2 | 112.3 | 111.1 | 110.8 | ||
?U, кВ | 2.623 | 2.769 | 3.629 | 2.36 | 2.449 | |
дU, кВ | 5.828 | 5.583 | 7.585 | 5.764 | 4.848 | |
U'2, кВ | 114.525 | 111.601 | 108.814 | 108.893 | 108.459 | |
Выбор средств регулирования напряжения
Необходимость регулирования напряжения обусловлена существованием целесообразных пределов изменения напряжения в процессе эксплуатации электрической системы при изменении нагрузок системы.
В качестве основных средств регулирования напряжения на понижающих подстанциях применяются трансформаторы с РПН.
По результатам расчета режимов наибольших и наименьших нагрузок известны уровни напряжений на шинах ВН подстанций.
Напряжение на низкой стороне подстанций:
U2Н = U'2Н — ?Uт ([2], 5.8)
Потери напряжения в трансформаторе:
?Uт = (PнRт + QнXт) / U'2Н ([2], 5.9)
1. Режим наибольших нагрузок.
?Uт1 =2.312 кВ, U2Н = 118,688 кВ,
Дальнейший расчет представим в виде таблицы V.1.:
№ п/ст. | A1 | 1−2 | 2−3 | 3−4 | 4−5 | A-5 | |
?Uт, кВ | 2.312 | 1.342 | 0.522 | 0.655 | 1.864 | 1.620 | |
; | |||||||
U2н, кВ | 118.688 | 117.346 | 116.824 | 117.516 | 119.38 | ; | |
2. Режим наименьших нагрузок.
Потерю напряжения в режиме min нагрузок можно найти, умножив полную потерю напряжения в режиме max нагрузок? U на коэффициент min нагрузок 0,55.
U1Н = U'2 — ?U1 * 0,55 = 113,2 кВ,
U2Н = 111.8 кВ,
U3Н = 111.3 кВ,
U4Н = 112 кВ,
U5Н = 113.88 кВ.
3. Послеаварийный режим. Для подстанции 1:
?Uт1 = (65.372*3.888+23.012*9.912)/ 121 = 3.986 кВ,
U2Н = U'2 — ?Uт1 = 117.014 кВ.
Данные об остальных п/ст. в таблице V.2.:
№ п/ст. | ||||||
?Uт, кВ | 3.986 | 2.784 | 1.922 | 1.166 | 0.343 | |
U2н, кВ | 117.014 | 114.23 | 112.308 | 111.143 | 110.799 | |
Номинальное напряжение на шинах НН подстанций Uн.ном. = 10 кВ. С учетом рекомендаций ПУЭ принимаем желаемое напряжение на шинах НН:
Напряжение ответвления:
Up = U2Н (Uн.ном/ Uжел2н),
тогда номер регулировочного ответвления равен:
где ([2], 5.12)
Uнт = 115 кВ — номинальное напряжение высокой стороны трансформатора.
Uн.ном = 11 кВ — номинальное напряжение низкой стороны трансформатора.
Ео = 1,78% - вольтодобавка одного ответвления.
Регулирование ± 9×1,78%
Действительное напряжения на стороне НН:
([2], 5.13)
1. Режим наибольших нагрузок:
Рассмотрим на примере п/ст 1:
Uр1= 116.257 (11/10,5) = 121.793 кВ
n = (121.793−115/115*1.78) 100? +3,
Uотв1 = 115+(3*115*178)/100 = 121,141 кВ
Uд = 116,257*(11/121,141)=10,55
Остальные данные занесем в таблицу V.3.:
№ п/ст. | ||||||
Uр, кВ | 121,793 | 120,195 | 118,952 | 120,892 | 122,791 | |
n | ||||||
U отв, кВ | 121,141 | 119,094 | 119,094 | 121,141 | 123,188 | |
Uд., кВ | 10,55 | 10,59 | 10,49 | 10,48 | 10,47 | |
2. Режим наименьших нагрузок. Аналогично.
Результаты расчета в таблице V.4.:
№ п/ст. | ||||||
Uр, кВ | 115,906 | 114,316 | 113,048 | 115,037 | 116,911 | |
n | — 1 | |||||
U отв, кВ | 112,953 | 117,047 | ||||
Uд., кВ | 10,58 | 10,44 | 10,51 | 10,5 | 10,49 | |
Результаты в таблице V.5.:
№ п/ст. | ||||||
Uр, кВ | 119,978 | 116,915 | 113,996 | 114,078 | 113,624 | |
n | — 1 | — 1 | — 1 | |||
U отв, кВ | 119,094 | 117,047 | 112,953 | 112,953 | 112,953 | |
Uд., кВ | 10,57 | 10,48 | 10,59 | 10,6 | 10,56 | |
Основные технико-экономические показатели К основным технико-экономическим показателям спроектированной электрической сети относятся:
1. Капитальные вложения К в строительство ВЛ (Квл) и подстанций (Кп/ст):
(определено в п.3),
Кзру = Кяч*Nяч= 133,846*2,3=307,846 тыс. руб.
Nяч = SУ+3*5+Nку+Nрез=68,846+15+40+10=133,846 тыс. руб. Кяч = 2.3 тыс. руб.
Кку=УQку*Rку=12,8*10=128 тыс. руб
Rку=7…10 тыс. руб./МВар
тыс.руб.
К==2495,731+1757,58=4253,311 тыс. руб.
2. Годовые эксплуатационные затраты:
U = (2,8/100)*1757,58 + (9,4/100) * 2495,731 + 123,59 = 407,4 тыс. руб.
3. Себестоимость передачи электроэнергии по сети:
Агод — полезнопереданная электроэнергия за год.
Sэ/э = 407,4 / 208 000 = 0.19 (коп./кВт ч)
4. Суммарные максимальные потери активной мощности сети:
5. Коэффициент полезного действия по передаче активной мощности:
где Рип = 80 — мощность выработанная источником питания.
6. Коэффициент полезного действия по передаче электрической энергии:
Заключение
При расчете курсового проекта произведена разработка технически и экономически целесообразного варианта электрической сети 110 (кВ) для снабжения подстанций энергосистемы. Схема выбранная в результате расчета и технико-экономического сравнения вариантов не требует трехобмоточных трансформаторов, так же выбрано напряжение на всех подстанциях энергосистемы 110 (кВ). В курсовом проекте были рассчитаны три основные схемы электроснабжения, из которых мы выбираем одну. Главным критерием выбора схемы электроснабжения являются: экономичность и надежность электроснабжения потребителей. В моей схеме применены двухобмоточные трансформаторные подстанции, имеющие потребителей первой и второй категории. Себестоимость передачи электрической энергии 0,19(коп/ кВт*ч) КПД по передачи активной мощности 98,1% КПД по передачи электроэнергии 99,2%.
1. Методические указания (к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электрические сети и системы») Часть 1. Метод. Указ. Чита: Чит. ПИ 1989.30 с.
2. Методические указания (к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электрические сети и системы») Часть 2. Метод. Указ. Чита: Чит. ПИ 1993.15 с.
3. Справочник по проектированию электро-энергетических систем. Издательство «Энергия» 1977. Энергомаш. Издан 1985 с изменениями под редакцией С. С. Рокотяна. И. М. Шапиро.
4. Справочник по проектированию электроснабжения. Москва. «Энергия» 1980. Изданье третье переработанное и дополненное под редакцией В. И. Круповича, Ю. Г. Барыбина, М. Л. Самовера.
5. Бацежев Ю. Г., Грунин О. М. Электрические системы и сети — сборник задач М.:1992
6. Идельчик В. И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1989.-592 с.