Анализ режимов и выбор основных параметров системы электропередачи

1. Исходные данные

2. Выбор конструкций и типов проводов

3. Сопоставление сопротивлений и проводимостей, вычисленных по формулам и определенных с помощью нормативно-справочной литературы

4. Расчет волновых параметров ЛЭП по точным и приближенным формулам с учетом и без учета потерь

5. Определение обобщенных постоянных А, В, С, D c учетом и без учета потерь в линии

6. Расчет критериальных параметров ЛЭП и их зависимостей

7. Расчет режимов ЛЭП в режиме максимальных и минимальных нагрузок с учетом и без учета потерь

8. Построение зависимости стоимости передачи электроэнергии от КПД ЛЭП

9. Повышение пропускной способности электропередачи

10. Технико-экономические показатели электропередачи Заключение Литература

Целью данной курсовой работы является анализ режимов системы передачи и выбор основных ее параметров. Проводятся расчеты режимных параметров с учетом и без учета потерь, сопоставление удельных сопротивлений и проводимостей, вычисленных по формулам и определенных по справочной литературе. Также необходимо провести расчеты волновых параметров ЛЭП по точным и приближенным формулам с учетом и без учета потерь, обобщенных постоянных четырехполюсника А, В, С, D с учетом и без учета потерь в линии. Далее проводятся расчеты критериальных параметров ЛЭП и их зависимостей с построением соответствующих графических зависимостей. Необходимо также провести расчет одного из мероприятий по повышению пропускной способности ЛЭП.

1. Исходные данные

Основная исходная информация содержится в задании по курсовой работе. Рассчитаем данные необходимые для выполнения проекта:

o Номинальное напряжение линии электропередачи (ЛЭП) ;

o Протяженность ЛЭП ;

o Передаваемая мощность в максимальном режиме принимаем

где натуральная мощность ЛЭП, МВт.

Для напряжения 750 кВ тогда

o Передаваемая мощность в минимальном режиме, принимаем

o Число часов использования максимальной нагрузки, где

o Нагрузка где

Расчетное значение не удовлетворяет условию, поэтому принимаем минимальное значение для дальнейших расчетов

o Стоимость передачи 1 кВтч электроэнергии по ЛЭП

=0,03 руб./кВтч, что сильно занижено, поэтому стоимость передачи необходимо увеличить в 1,5 раза.

o Для каждого рассматриваемого сечения выбираем наибольший допустимый рабочий ток проводника, обусловленный его нагреванием, для ВЛ с расщепленными проводами значение увеличивается в соответствии с количеством проводов в фазе.

o Стоимость проводникового материала, принимаем согласно [1, табл. 9.8 стр. 329], для железобетонных опор, II район по гололеду.

2. Выбор конструкций и типов проводов

На напряжение 750 кВ наиболее часто применяют сталеалюминевые провода со следующими сечениями: 5×240/56, 5×300/66, 5×400/51, 4×400/93, 4×500/64. Но в литературе [1,c 329] нет необходимых для расчета данных о сечениях 4×400/93 и 4×500/64. Поэтому в данном расчете не применяем эти сечения.

Проверим их по длительно допустимому току нагрева, т. е. расчетный ток должен быть меньше наибольшего допустимого рабочего тока проводника, обусловленного его нагреванием

(2.1)

где расчетная токовая нагрузка линии для проверки проводов по нагреву;

— допустимый рабочий ток проводника, по [1, таблица 7.12].

Проверим провода по соотношению (2.1).

(2.2)

Для сечения 5Ч240/56 что удовлетворяет условию (2.1). Выбранное сечение, при заданной передаваемой мощности по линии, можно применять.

Оставшиеся проводники рассчитываем аналогично, результаты расчетов представим в виде таблицы 2.1.

Таблица 2.1 Результаты проверки проводников по длительно допустимому току нагрева

Проведем проверку сечений по условию короны:

(2.3)

где рабочее напряжение, принимаем равным номинальному, кВ;

критическое напряжение возникновения короны, кВ.

Критическое (линейное) напряжение возникновения короны можно найти по выражению:

(2.4)

где коэффициент, по которому учитывается состояние поверхности провода,

коэффициент, учитывающий состояние погоды, при сухой и ясной погоде, при тумане, дожде, инее, мокром снеге и гололеде; коэффициент относительной плотности воздуха, при давлении 760 мм рт. ст. и температуре воздуха 25 °C ;

эквивалентный радиус расщепленной конструкцией фазы, см;

среднегеометрическое расстояние между фазными проводами, см.

Проверим, удовлетворяют ли выбранные сечения условию (2.3). Значения, примем из пункта 3 курсовой работы.

Сечение 5Ч240/56:

Сечение 5Ч300/66:

Сечение 5Ч400/51:

Условие (2.3) для рассматриваемых сечений выполняется.

3. Сопоставление сопротивлений и проводимостей, вычисленных по формулам и определенных с помощью нормативно-справочной литературы

Удельное активное сопротивление линии исходя из [3, стр. 56, 2.4 ]

(3.1)

где расчетное удельное активное сопротивление материала проводника, принимаем [3, стр. 56] 31,5 Оммм²/км;

F сечение проводника, мм²;

число проводников в фазе.

Индуктивное сопротивление линии с расщепленными фазами определяется из соотношения

(3.2)

где среднегеометрическое расстояние между фазными проводами, м, определяется по справочной литературе [3, стр. 684]

магнитная проницаемость материала провода, при частоте 50 Гц для провода из цветных металлов ;

эквивалентный радиус расщепленной конструкции фазы, м;

(3.3)

расстояние между проводами в фазе, равное 40−60 см;

число проводов в фазе;

радиус многопроволочного провода, определяется по справочной литературе. При отсутствии данных фактический радиус можно определить по суммарной площади сечения токоведущей части F и стальной части провода F_СТ, увеличив его с учетом скручивания на 15−20%,

(3.4)

Емкостная проводимость протяженной ЛЭП :

(3.5)

Активная проводимость протяженной ЛЭП по :

(3.6)

где потери на корону, кВт/км, которые зависят от погоды и в зависимости от характера задач принимаются максимальными или среднегодовыми. Согласно [3, стр. 684], для ВЛ 750 кВ выберем для каждого сечения удельные потери на корону .

С учетом [2, стр. 35], коэффициенты определим на основе соотношений

(3.7)

(3.8)

(3.9)

Рассчитаем удельные сопротивления и проводимости для сечения 5Ч240/56.

Удельное активное сопротивление линии Индуктивное сопротивление линии где r_пр и r_пр^экв определены по (3.3) и (3.4) соответственно Емкостная проводимость линии Активная проводимость линии Уточним значения, , с учетом поправочных коэффициентов (3.7−3.9).

.

Рассчитаем удельные сопротивления и проводимости для сечения 5Ч300/66.

Удельное активное сопротивление линии Индуктивное сопротивление линии Емкостная проводимость линии Активная проводимость линии Уточним значения, , с учетом поправочных коэффициентов (3.7−3.9).

Рассчитаем удельные сопротивления и проводимости для сечения 5Ч400/51.

Удельное активное сопротивление линии Индуктивное сопротивление линии Емкостная проводимость линии Активная проводимость линии Уточним значения, , с учетом поправочных коэффициентов (3.7−3.9).

Таблица 3.1 — Рассчитанные и определенные по справочной литературе характеристики ВЛ 750 кВ для рассматриваемых сечений

4. Расчет волновых параметров ЛЭП по точным и приближенным формулам с учетом и без учета потерь

К волновым параметрам ЛЭП относятся — волновое сопротивление, постоянная распространения волны, натуральная мощность линии и волновая длина .

Волновое сопротивление определяется согласно [2, стр. 25, 1.7], постоянная распространения волны по [2, стр. 25, 1.10]

(4.1)

(4.2)

где — коэффициент затухания амплитуды волны на единицу длины; - коэффициент изменения фазы волны на единицу длины.

Значения, ,, можно определить по выражениям [2, стр. 25, 1.19−1.22]

(4.3)

(4.4)

(4.5)

(4.6)

Натуральная мощность равна [2, стр. 28, 1.35]

(4.7)

Волновая длина линии по [2, стр. 27]

(4.8)

Сечение 5Ч240/56.

Проведем расчет волновых параметров ЛЭП с учетом потерь.

Проведем расчет волновых параметров ЛЭП без учета потерь.

Определим погрешность расчета на основе каталожных данных и расчетов.

С учетом потерь Без учета потерь Расхождение расчетных и каталожных параметров можно объяснить тем, что в справочной литературе даны значения, которые не учитывают длину линии. Погрешность расчета натуральной мощности с учетом потерь составила 10,1%, без учета потерь — 10,22%.

Выполним аналогичные расчеты для оставшихся сечений.

Результаты расчетов сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 — Волновые параметры ЛЭП 750 кВ

5. Определение обобщенных постоянных А, В, С, D c учетом и без учета потерь в линии

Линия является некоторым передаточным звеном в общей электрической системе и может представляться симметричным четырехполюсником с обобщенными постоянными согласно [2, стр. 32, 1.43]

А=сhгl; В= z_вshгl; D=сhгl; C=shгl. (5.1)

Вычисление гиперболических функций комплексного аргумента произведем при помощи сочетаний :

сhгl= сhвlcosбl+j shвlsinбl; (5.2)

shгl= shвlcosбl+j chвlsinбl,

где по (4.2) г=в+jб, г — постоянная распространения волны.

Для линии без потерь r₀=0 и g₀=0. Тогда получим сhгl= сhjбl=cosбl; shгl= shjбl=jsinбl. (5.3)

Выражения для определения обобщенных постоянных примут вид

А= cosбl; В= jz_вsinбl; D= cosбl; C=j sinбl. (5.4)

С учетом (5.1), (5.2) определим обобщенные постоянные для сечения 5Ч240/56 с учетом потерь в линии.

сhгl=сh (0,4028•10^-4•930)cos (10,09•10^-4•930)+

+jsh (0,4028•10⁴•930)sin (10,09•10^-4•930)=0,592+j0,03;

shгl=sh (0,4028•10^-4•930)cos (10,09•10^-4•930)+

+jch (0,4028•10⁴•930)sin (10,09•10^-4•930)=0,022+j0,807;

А=0,592+j0,03; В=(243,007-j8,034)•(0,022+j0,807)=11,867+195,968;

D=0,592+j0,03; C=•(0,022+j0,807)=-1,865•10^-5+j3,321•10^-3.

С учетом (5.3), (5.4) определим обобщенные постоянные для сечения 5Ч240/56 без учета потерь в линии.

сhгl= cos (10,09•10^-4•930)=0,591;

shгl= jsin (10,09•10^-4•930)=j0,806;

А=0,591; В=242,82•j0,806=j195,71;

D=0,591; C=•j0,806=j3,319•10^-3.

Для сечений 5×300/66 и 5×400/51 проводим аналогичные расчеты, и результаты сводим в таблицу:

Таблица 5.1

6. Расчет критериальных параметров ЛЭП и их зависимостей

Для каждого стандартного сечения линии данного типа и напряжения построим зависимости приведенных затрат от мощности З=f (Р). Это выражение представляет собой согласно [3, стр. 557, 12.48] параболу вида З=А+ВI²_нб,

где I_нб=. По [3, стр. 557, 12.49]

З=(Е+р_а)К+И_э+3•I_нб²фв_н+?Р_кL•8760?в_х, (6.1)

где Е — нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат, равный 0,12;

р_а — норма в долях от капитальных затрат на амортизацию, согласно [3, стр. 535, таблица 12.3] принимаем 0,024;

И_э — эксплуатационные расходы, по [3, стр. 534, 12.9] И_э= р_эК, р_э — норма в долях от капитальных затрат на текущий ремонт и обслуживание, согласно [3, стр. 535, таблица 12.3] принимаем 0,004;

в_н, в_х — расчетная стоимость 1 кВт•ч нагрузочных потерь и потерь холостого хода, значения, даваемые [1, стр. 317, рис. 8.1], как показал проф. П. Г. Грудинский, занижены и их следует увеличить в 1,5 раза, поэтому в_х=0,0167•1,5=0,025 руб./кВт•ч, в_н=0,026•1,5=0,039 руб./кВт•ч; ?Р_к — потери электроэнергии на корону на 1 км линии.

По [3, стр. 557, 12.50]

В=. (6.2)

Задаваясь различными значениями мощностей, найдем приведенные затраты для каждой марки провода. Зависимости приведенных затрат от мощности показаны на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 — Экономические интервалы мощности Выбираем марку провода АС-5Ч400/51, так как для этого сечения при интересующих нас мощностях получаем наименьшие приведенные затраты.

Согласно [2, стр. 174, 3.15]

(6.3)

где — ежегодные расходы на амортизацию, расходы на эксплуатацию и отчисления по нормативному коэффициенту эффективности капиталовложений, согласно [1, стр. 255, таблица 8.2], ;

— стоимость сооружения 1 км линии, для 5Ч240/56 для 5Ч300/66 для 5Ч400/51

— активное сопротивление провода, Ом/км; - время наибольших потерь, ч. По [3, стр. 390, 9.31]

(6.4)

Экономический КПД линии определяется по формуле [2, стр. 174, 3.14]

(6.5)

Экономическая мощность согласно [2, стр. 187]

(6.6)

Экономическая плотность тока по [2, стр. 186, 3.24]

(6.7)

Минимальная стоимость передачи электроэнергии по ЛЭП по [2, стр. 175, 3.17]

(6.8)

Рассчитаем критериальные параметры для ЛЭП сечением 5Ч400/51.

Экономическая мощность Экономическая плотность тока Минимальная стоимость передачи электроэнергии по ЛЭП Рассчитаем критериальные параметры для оставшихся сечений, результаты расчетов сведем в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 — Критериальные параметры ЛЭП 750 кВ

По таблице 6.1 видно, что увеличение сечения приводит к снижению стоимости передачи электроэнергии по ЛЭП, а также к увеличению значения экономического КПД .

Построим графики зависимостей критериальных параметров ЛЭП.

Таблица 6.2 — Данные к построению зависимости

Рис. 6.2 — График функции

Таблица 6.3 — Данные к построению зависимости

Рис. 6.3 — График функции

Таблица 6.4 — Данные к построению зависимости

Рис. 6.4 — График функции

Таблица 6.5 — Данные к построению зависимости

Рис. 6.5 — График функции

Таблица 6.6 — Данные к построению зависимости

Рис. 6.6 — График функции

Таблица 6.7 — Данные к построению зависимости

Рис. 6.7 — График функции

Таблица 6.8 — Данные к построению зависимости

Рис. 6.8 — График функции

Таблица 6.9 — Данные к построению зависимости

Рис. 6.9 — График функции

7. Расчет режимов ЛЭП в режиме максимальных и минимальных нагрузок с учетом и без учета потерь

линия электропередача провод нагрузка Рассчитать режим ЛЭП с учетом потерь можно с помощью системы уравнений

(7.1)

(7.2)

Без учета потерь рассчитать режим ЛЭП позволяет система уравнений

(7.3)

(7.4)

Рассчитаем режим электропередачи, учитывая потери в ЛЭП.

В режиме наибольших нагрузок в конце линии протекает ток и напряжение равно номинальному. Примем, что напряжение в конце линии совпадает по модулю с номинальным, а его фаза равна нулю. По заданию вектор тока отстает на угол равный от напряжения в конце линии.

Определим ток и напряжение в начале линии для сечения 5Ч400/51.

Режим максимальных нагрузок:

Режим минимальных нагрузок.

Рассчитаем режим электропередачи, не учитывая потери в ЛЭП.

Режим максимальных нагрузок.

Режим минимальных нагрузок.

8. Построение зависимости стоимости передачи электроэнергии от КПД ЛЭП

Зависимость стоимости передачи электроэнергии от КПД ЛЭП:

Для построения зависимости составим таблицу 8.1.

Таблица 8.1 — Данные к построению зависимости стоимости передачи электроэнергии от КПД С=f ()

Рис. 8.1 — Зависимость стоимости передачи электроэнергии от КПД для ЛЭП сечением 5Ч400/51 мм²

Из зависимости видно, что минимальная стоимость передачи электроэнергии для сечения 5Ч400/51 достигается при и равна .

Отклонения от экономического КПД приводят к увеличению стоимости передачи электроэнергии.

9. Повышение пропускной способности электропередачи

Под пропускной способностью электропередачи понимается максимальная мощность, которая может быть передана по ней с учетом всех возможных ограничений. К таким ограничениям относятся допустимые значения напряжения в узлах электропередачи, коэффициенты запаса по статической и динамической устойчивости, нагрев проводов свыше допустимого в данных климатических условиях, пропускная способность оборудования подстанций.

Рассмотрим выбор реактора в качестве средства повышения пропускной способности ЛЭП.

Реактор представляет собой катушку индуктивности с малым активным сопротивлением, намотанную на магнитопровод. Они могут только потреблять из сети реактивную мощность.

Проводимость шунтирующего реактора в относительных единицах (Р_баз=Р_нат) руководствуясь [2, стр. 117, 2.21] может быть представлена в виде

(9.1)

где р — удельная нагрузка линии при передаче мощности Р_макс =2625 МВт. Определяется по [2, стр. 31, 1.41]

р=

Тогда

=2100•0.33=693 Мвар.

Передаваемая мощность в долях от натуральной мощности по [2, стр. 115, 2.18]

р=.

Тогда

=arcsin (р•)= arcsin (•)=0,935 рад.

Тогда

P=2100•2,318=4867,8 МВт.

Таким образом, установка реактора рассчитанной мощности позволит увеличить пропускную способность ЛЭП до P=2100•2,318=4867,8 МВт.

10. Технико-экономические показатели электропередачи

Приведенные затраты З согласно [2, стр. 476, 8.51]

(10.1)

где — годовые эксплуатационные расходы

(10.2)

состоящие из расходов на амортизацию, текущий ремонт и обслуживание и стоимости потерянной энергии .

Здесь потерянная энергия за год в электропередаче; стоимость 1 кВтч потерянной электроэнергии.

Количество энергии, пропущенной через электропередачу

(10.3)

наибольшая мощность и число часов использования наибольшей мощности электропередачи.

Стоимость передачи электроэнергии С_П

(10.4)

Себестоимость передачи электроэнергии

(10.5)

Коэффициент полезного действия при наибольшей нагрузке

(10.6)

где активная мощность конца участка электропередачи и потери активной мощности на этом участке.

Экономический КПД, соответствующий минимальной расчетной стоимости передачи электроэнергии по ЛЭП, находится по выражению

(10.7)

Рассчитаем технико-экономические показатели ЛЭП сечением 5Ч400/51.

Капитальные затраты в ЛЭП

Потери мощности и электроэнергии в ЛЭП

— нагрузочные

— холостого хода (потери на корону)

— суммарные потери мощности и электроэнергии в ЛЭП Годовые эксплуатационные расходы Приведенные затраты З Электроэнергия отпущенная потребителям Стоимость передачи электроэнергии С_П

Себестоимость передачи электроэнергии Коэффициент полезного действия при наибольшей нагрузке Экономический КПД, соответствующий минимальной расчетной стоимости передачи электроэнергии по ЛЭП

Заключение

В расчетах, проведенных в данной курсовой работе, были определены удельные сопротивления и проводимости ЛЭП. Сравнивая полученные значения и взятые из справочной литературы делаем вывод, что они отличаются вследствие несовершенства формул для их расчета. На эти параметры оказывают влияние множество факторов, которые не отражены в формулах.

Критериальные параметры ЛЭП с учетом и без учета потерь отличаются несущественно, поэтому можно говорить о приемлемой точности расчета без учета потерь по приближенным формулам.

При увеличении длины ЛЭП стоимость передачи электроэнергии увеличивается, а при увеличении критериальной длины уменьшается. При увеличении площади сечения провода стоимость передачи электроэнергии снижается. Чем больше эквивалентная длина, тем меньше себестоимость передачи и выше кпд.

Минимум себестоимости наблюдается в области экономического кпд. При сдвиге кпд в ту или другую сторону себестоимость возрастает. По построенным зависимостям затрат от мощности можно сделать вывод что наименьшие затраты соответствуют наибольшему из рассматриваемых сечений.

1. С. С. Рокотян и И. М. Шапиро. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

2. Г. Е. Поспелов, В. Т. Федин. Передача энергии и электропередачи: Учеб. пособие для студентов энерг. специальностей вузов.- Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2003. — 544 с.: ил.

3. А. А. Герасименко, В. Т. Федин. Передача и распределение электрической энергии. Учебное пособие. — М.: Ростов-на-Дону Феникс, 2006.

4. Г. Е. Поспелов, В. Т. Федин. Проектирование электрических систем и сетей. — Мн. Выш. школа., 1988. — 308 с.: ил.