Расчет питающей электрической сети

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Системы электроснабжения»

КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине: «Электроэнергетические системы и сети»

на тему: «Расчет питающей электрической сети»

Выполнил: Бахарев И.Н.

Хабаровск 2014

• Введение
• 1. Выбор расчетных режимов и определение мощности потребителей подстанции
• 1.1 Определение мощности потребителей на шинах электростанции
• 1.2 Определение нагрузок потребителей понизительных подстанций
• 1.3 Определение мощностей потребителей на шинах тяговых подстанций
• 1.3.1 Расчет тяговой подстанции a
• 1.3.2 Расчет тяговой подстанции b
• 2. Выбор количества и типов трансформаторов подстанций
• 2.1 Определение мощности трансформаторов подстанций
• 2.2 Выбор трансформаторов подстанций
• 3. Определение приведенных нагрузок подстанции
• 3.1 Определение параметров схемы замещения трансформатора
• 3.2 Определение приведенных нагрузок подстанции
• 4. Нахождение предварительного распределения мощностей в сети
• 5. Определение сечений и выбор типа проводников линии электропередачи
• 5.1 Определение сечения проводников по экономической плотности тока
• 5.2 Определение параметров схемы замещения линии электропередачи
• 6. Определение расчетных нагрузок подстанций
• 7. Уточнение распределения мощностей в сети для расчетных режимов с учетом потерь мощности
• 7.1 Расчет мощности с учетом сопротивления в линии
• 7.2 Распределение мощности с учетом потерь активной и реактивной мощностей
• 8. Определение напряжения на шинах понижающей подстанции
• 9. Выбор рабочих ответвлений трансформаторов подстанций.
• 9.1 Определение уровня напряжения на шинах СН и НН трансформатора
• 9.2 Определение реального значения уровня напряжения на шинах потребителей
• 9.3 Выбор рабочих ответвлений понижающего трансформатора
• 9.3.1 Выбор рабочих ответвлений для потребителей на шинах НН
• 9.3.2 Выбор рабочих ответвлений для потребителей на шинах СН
• Cписок литературы
• Введение
• В данном курсовом проекте рассчитана заданная питающая линия, питающая потребителей, как тяговых, так и не тяговых, заданных своими максимальными активными мощностями. Для линии рассчитаны следующие параметры:
• количество и тип трансформаторов подстанции;
• сечение проводников ЛЭП;
• определение потокораспределения мощностей;
• напряжения на шинах потребителей;
• себестоимость передаваемой электрической энергии.
• 1. Выбор расчетных режимов и определение мощности потребителей подстанции
• 1.1 Определение мощности потребителей на шинах электростанции

1.2 Определение нагрузок потребителей понизительных подстанций

1.3 Определение мощностей потребителей на шинах тяговых подстанций

1.3.1 Расчет тяговой подстанции b

1.3.2 Расчет тяговой подстанции a

Таблица 1. Мощности нагрузок на шинах подстанций в расчетных режимах.

2. Выбор количества и типов трансформаторов подстанций

2.1 Определение мощности трансформаторов подстанций

2.2 Выбор трансформаторов подстанций

Табл. 2. Данные трансформаторов подстанции.

3. Определение приведенных нагрузок подстанции

3.1 Определение параметров схемы замещения трансформатора

Для определения параметров трансформатора составляется Г-образная схема замещения трансформатора.

Рис. 2. Г-образная схема замещения трехобмоточного трансформатора.

Пример расчета: электростанция В:

Активная проводимость ветви намагничивания:

Реактивная проводимость ветви намагничивания:

Активное сопротивления в схеме замещения:

Напряжения КЗ обмоток:

Реактивные сопротивления для обмоток ВН, СН и НН в схеме замещения:

Табл. 3. Параметры схемы замещения трансформаторов.

3.2 Определение приведенных нагрузок подстанции

Для определения приведенных нагрузок подстанции необходимо составить расчетную схему, на которой нужно указать все искомые параметры.

Рис. 3. Расчетная схема для определения приведенной нагрузки подстанции.

Пример расчета: электростанция в режиме максимальных нагрузок:

Потери активной и реактивной мощности в ветви СН определяются по следующим формулам:

Потери активной и реактивной мощности в ветви НН:

Активная и реактивная мощности в начале звеньев СН и НН:

Активная и реактивная мощности в конце обмотки ВН:

Потери активной и реактивной мощностей в обмотке ВН:

Активная и реактивная мощности в начале ветви ВН:

Постоянные потери мощности в трансформаторе (потери мощности в поперечной ветви трансформатора):

Приведенная нагрузка подстанции:

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Табл. 4. Приведенные нагрузки подстанций.

4. Нахождение предварительного распределения мощностей в сети

Для начала необходимо преобразовать исходную кольцевую схему питания в схему с двусторонним питанием.

Рис. 4. Исходная схема.

Рис. 5. Схема с двусторонним питанием.

Табл.5. Длина линии ЭП для участка сети.

В качестве примера рассчитаем распределение мощностей для режима максимальных нагрузок.

Мощности, протекающие по головным участкам:

Распределение мощностей по остальным участкам:

Проверка баланса мощностей:

Баланс мощностей сходится, значит, расчет распределения мощностей в сети для режима максимальных нагрузок выполнен верно.

Расчет для нормального установившегося режима минимальных нагрузок производится аналогично.

Для расчета установившегося послеаварийного режима отключается головной участок B’b, т.к. по нему протекает большая мощность. Расчет предварительного распределения мощностей для установившегося послеаварийного режима при обрыве линии электропередачи на наиболее загруженном участке производится аналогично.

Расчеты распределения мощностей для оставшихся режимов, проверив по балансу мощностей, сводим в таблицу 6.

Табл.6. Мощности участков линии.

5. Определение сечений и выбор типа проводников линии электропередачи

При проектировании воздушных линий электропередачи напряжением до 500 кВ включительно выбор сечения проводов производится по нормированным обобщенным показателям. В качестве таких показателей используются нормированные значения экономической плотности тока.

5.1 Определение сечения проводников по экономической плотности тока

Расчетная токовая нагрузка для участка сети:

Средневзвешенная продолжительность использования максимальной нагрузки в расчете определяется по схемам условного одностороннего питания с учетом количества подстанций, входящих в эту систему:

Экономическая плотность тока j_эк выбираем для голых алюминиевых проводов и шин по табл. 7. j_эк=1,1.

Необходимое значение сечения провода:

По расчетным значениям сечений из справочной литературы производится выбор проводов марки АС для каждого участка сети.

Все провода должны удовлетворять механической прочности.

По условиям короны проверке подлежат воздушные линии электропередачи класса напряжения 110 кВ и выше. Условие для выбора определяется следующим неравенством:

Допустимая длительная токовая нагрузка должна соответствовать условию:

Табл. 7. Выбор проводов.

5.2 Определение параметров схемы замещения линии электропередачи

Для определения параметров линии электропередачи составляется П-образная схема замещения:

Рис. 6. П-образная схема замещения линии электропередачи.

В зависимости от класса напряжения среднегеометрическое расстояние можно принять по табл. 12 [1]:

Для выбранного типа проводника линии с учетом среднегеометрического расстояния, определяются параметры схемы замещения ЛЭП по формулам:

Все расчеты занесены в табл. 8.

Табл.8. Параметры схемы замещения ЛЭП.

6. Определение расчетных нагрузок подстанций Под расчетной нагрузкой подстанции подразумевается нагрузка подстанции на шинах ВН с учетом зарядных мощностей примыкающих линий.

где — зарядная мощность i-го участка ЛЭП, примыкающего к подстанции.

Пример расчета для подстанции «С»:

Рис. 7. Расчетная однолинейная схема подстанции «С».

Половина зарядной мощности участка B’c:

Половина зарядной мощности участка cA:

Расчетная нагрузка подстанции:

Расчеты для остальных нагрузок аналогичны. Результаты сводим в табл.9.

Табл. 9. Расчетные нагрузки подстанций для рассматриваемых режимов.

7. Уточнение распределения мощностей в сети для расчетных режимов с учетом потерь мощности

7.1 Расчет мощности с учетом сопротивления в линии

Уточнение распределения мощности предполагает перерасчет в схеме двухстороннего питания, только вместо приведенной мощности используется расчетная мощность. Также необходимо учесть сопротивление в линии.

Рис. 8. Схема распределения мощности Значение полной мощности на головных участках с учетом сопротивлений в линиях:

Общее сопротивление линии:

Мощности головных участков для режима максимальных нагрузок:

Распределение мощностей по остальным участкам:

Расчеты для остальных режимов аналогичны, результаты заносим в табл. 10.

Табл.10. Мощности на участках с учетом сопротивления в линии.

7.2 Распределение мощности с учетом потерь активной и реактивной мощностей Потери мощности рассчитываются аналогично определению потерь мощности в трансформаторе. Необходимо учесть направления протекания активной и реактивной мощностей.

Распределение мощностей в сети рассчитывается с учетом потерь активной и реактивной мощностей на участках ЛЭП. Для расчета расчетную схему режима разделяем на две части в точке раздела мощностей.

Пример расчета для режима максимальных нагрузок. Принимаем направление мощностей как показано на рисунке.

Рис. 8. Распределение мощностей с учетом потерь для режима максимальных и минимальных нагрузок.

Рис. 9. Распределение мощностей с учетом потерь в послеаварийном режиме.

Т.к активная и реактивная составляющая мощности не совпадают, то определим потери мощности на участке B``a по следующей формуле:

Другие расчеты производятся аналогично. Все расчеты заносим в таблицу.

Табл. 11

8. Определение напряжения на шинах понижающей подстанции Отклонение напряжения на шинах источника питания определяется по формуле.

Для режима наибольших нагрузок:

Для режима наименьших нагрузок:

Для примера рассчитаем напряжение на подстанции с.

Падение напряжения на участке B’с.

Напряжение на шинах ВН подстанции с равно

кВ Остальные расчеты приведены в таблице.

Табл. 12. Напряжение на шинах ВН подстанции в расчетных режимах.

9. Выбор рабочих ответвлений трансформаторов подстанций Для определения напряжений на шинах потребителей составим Г-образную схему замещения трансформатора.

Рис. 10. Г-образная схема замещения трансформатора.

Расчет ведется на основании схемы замещения. Определение падений напряжений в звеньях ведется по формулам, где вместо мощности линии берется мощность, протекающая по звену трансформатора.

9.1 Определение уровня напряжения на шинах СН и НН трансформатора Приведем пример расчета для подстанции с.

Падение напряжения в звеньях ВН

кВ Падение напряжения в звеньях СН Падение напряжения в звеньях НН Данные расчетов остальных режимов представлены ниже.

Табл. 13. Напряжение на шинах потребителей в расчетных режимах.

9.2 Определение реального значения уровня напряжения на шинах потребителей Определяем коэффициенты трансформации.

Остальные расчеты приведены в таблицах.

Табл. 14. Коэффициенты трансформации подстанций.

Табл. 15. Напряжение на шинах ВН, СН и НН потребителей подстанций.

9.3 Выбор рабочих ответвлений понижающего трансформатора Все трансформаторы подстанций оборудованы устройствами РПН на стороне ВН. Диапазон регулирования указан в таблице 2.

Регулировка выполнятся по принципу встречного регулирования, который заключается в следующем: в режиме наибольших нагрузок напряжение на шинах потребителей должно быть не менее 105% от номинального напряжения;

в режиме минимальных нагрузок напряжение должно быть не более номинального напряжения;

в послеаварийном режиме напряжения должно быть не менее номинального напряжения.

В соответствии с этими требованиями определяем желаемые коэффициенты трансформации. Результаты заносим в таблицу.

K_сн = U_ном / U_жел

9.3.1 Выбор рабочих ответвлений для потребителей на шинах НН Табл. 16. Желаемые Кт на шинах НН трансформаторов.

Теперь определяем коэффициенты трансформации для каждого трансформатора подстанций по формулам.

где — ступень регулирования устройства РПН трансформатора, %.

.

Табл. 17. Коэффициенты трансформации ВН на НН для ПС b.

Табл. 18. Коэффициенты трансформации ВН на НН для ПС a.

Табл. 19. Коэффициенты трансформации ВН на НН для ПС c.

Табл. 20. Коэффициенты трансформации ВН на НН для ПС A.

Действительное напряжение на шинах НН потребителей определяется по формуле.

кВ,

где Кт — ближайший к желаемому коэффициент трансформации, в соответствии с принципом встречного регулирования, в режиме наибольших нагрузок и послеаварийном коэффициент берется ближайший меньший, а в режиме минимальных нагрузок ближайший больший.

Отклонение напряжения от желаемого определяется по формуле.

%

Результаты определения коэффициентов трансформаций, номеров отпаек, и отклонений приведены в таблице.

9.3.2 Выбор рабочих ответвлений для потребителей на шинах СН Табл. 21. Желаемые Кт на шинах СН трансформаторов

Табл. 22. Коэффициенты трансформации ВН на СН для ПС b.

Табл. 23. Коэффициенты трансформации ВН на СН для ПС a.

Табл. 24. Коэффициенты трансформации ВН на СН для ПС c.

Табл. 25. Коэффициенты трансформации ВН на СН для ПС B.

трансформатор проводник подстанция реактивный

Cписок литературы

1. Д. Л. Файбисович, Справочник по проектированию электрических сетей, Москва: НЦ ЭНАС, 2013, p. 349.

2. Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7, Новосибирск: Норматика, 2014, p. 464.

3. Л. С. Дёмина, К. Е. Шалыгин, Расчет питающей электрической сети, Хабаровск: ДВГУПС, 2012, p. 46.