Расчёт основных технико-экономических показателей сети

Содержание:

Исходные данные 3

Характеристика электрифицируемого района 3

Составление вариантов сети и их анализ 4

Выбор конфигурации сети 4

Выбор номинального напряжения 5

Выбор сечения проводов 7

Выбор мощности и числа трансформаторов на подстанциях 10

Выбор схемы подстанций 11

Технико-экономическое сравнение вариантов сети и выбор наилучшего 13

Расчет режима максимальных нагрузок выбранного варианта сети 17

Схемы замещения 17

Определение мощностей на всех участках сети с учётом потерь 18

Определение напряжений в узлах сети 18

Оценка качества электроэнергии 19

Расчёт основных технико-экономических показателей сети 20

Список используемой литературы  21

Приложение 22Исходные данные

От узловой подстанции «А» питаются два промышленных района 1 и 2. Требуется разработать проект электрической сети для снабжения электроэнергией этих районов.

1

Рис. 1.1. Географическое расположение потребителей

 

Таблица 1.1. Исходные данные по нагрузками потребителей

Нагрузка потребителей ПС Р, МВт		Расстояние от источника питания до ПС, км			Число часов максимальной нагрузки Тмакс? Ч	Коэффициент мощности COS ф
ПС1	ПС2	Lai	Lai	L12	4000	ПС1	ПС2
39	61	30	45	75		0,75	0,85

 

Напряжение на шинах источника питания (ПС «А») принять равным 1 ,05U_HOm, где U_H0M - номинальное напряжение электрической сети, кВ.

Характеристика электрифицируемого района и потребителей энергии.

Характеристики района выбраны согласно ПЭУ, картам климатического районирования. Таблица 2.1. Характеристика электрифицируемого района.

Месторасположение потребителей
Рельеф местности	Холмистый, без преград
Район по гололеду и нормативная толщина стенки гололеда	2-й район по гололеду, нормативная толщина стенки гололеда по плотности 0,9 г/см3 на проводе диаметром 10 мм, расположенным на высоте 10 м над поверхностью земли 15 мм (1 раз в 25 лет)
Температура воздуха	Высшая (абсолютно максимальная) + 30° С, низшая (абсолютно минимальная) - 30°С, среднегодовая 5°С.
Район по среднегодовой продолжительности гроз	от 40 до 60 часов с грозой
Район по частоте повторяемости и интенсивности пляске проводов	Район с умеренной пляской проводов, частота пляски 1 раз в 5 лет и менее

 

От ПС1 осуществляется электроснабжение топливного предприятия (угледобыча), от ПС2 осуществляется электроснабжение авторемонтного завода. Данные о потребителях приведены в табл. 2.2., согласно справочнику. 

№ подстанции (число, часов макс. нагр.)	Состав потребителей					Нагрузка потребителей
	По категории, %			По отраслям промы шл енности	По сменности	Р, МВт	Q, МВар	S, MBA
	1	2	3
1 (4000)	5	30	65	Угледобыча	Двухсменная	39	34,4	52
2 (4000)		40	60	Авторемонтный завод	Двухсменная	61	37,82	71,8

Таблица 2.2.

 

Характеристики электроприемников.

Q = P*tg(p

(2.1.)

cos(pi=0, 75 => tg(p= 0,883 cos<p2= 0, 85 => tg(p= 0, 62

Qi=39*0,882=34,4MBap Q₂=61*0, 62=37, 82 МВар

S=VP²+Q² (2.2.)

Snci=V39²+34,4²=52MBA

S_nC2=71,8MBA

3. Составление вариантов сети и их анализ

3.1. Выбор конфигурации сети

А

Рис. 3.1.1. Схема расположения потребителей.

Схемы электрической должны с возможно меньшими затратами обеспечить необходимое количество электроэнергии у потребителей и требуемую надёжность электроснабжения.

При проектировании электрической сети источник питания (ПС «А») можно соединить линиями с электропотребителями, а после - между собой различным способом.

 

Рассмотрим два варианта сети: радиальный и кольцевой. По первому варианту сеть выполняется замкнутой, одноцепной. По второму варианту предполагается сооружение двухцепных линий от центра питания к каждому потребителю, так как у нас потребители первой и второй категории. 

Вариант 1.

Рис. 3.1.2. Схема кольцевого варианта сети

 

 

Длина ЛЭП кольцевого варианта сети:

75+30+45=155 км Вариант 2.

 

А) Б) В)

Рис. 3.1.3. Схема радиального варианта сети

ПС1

 

 

Длина ЛЭП радиального варианта сети:

30+45=75 км

Б)45+75=120 км

30+75=105 км

Вывод: суммарная длина линий варианта «а» меньше, но в этом варианте от источника питания отходят 4 линии, а на каждую линию ставиться выключатель. К дальнейшему рассмотрению принимаем радиальный вариант «а» и кольцевой вариант.

3.2. Выбор номинального напряжения

Номинальное напряжение электрической сети существенно влияет на ее техникоэкономические показатели, так и на технические характеристики. Так, при повышении номинального напряжения, снижаются потери мощности и электроэнергии, т.е. снижаются эксплуатационные расходы, уменьшаются сечения проводов и затраты 

металла на сооружение линий, растут предельные мощности, передаваемые по линиям, облегчается развитие сети, но увеличиваются капитальные вложения на сооружение сети. Сеть меньшего U_HOm требует, наоборот, меньших капитальных затрат, но приводит к большим эксплуатационным расходам и обладает меньшей пропускной способностью.

Найденные напряжения округляются до ближайшего номинального.

Низшее напряжение понижающих ПС в проекте принимается равным 10 кВ.

Вариант 1. Рассчитать распределение модностей для выбора номинального напряжения кольцевой сети.

Рис. 3.2.1. Кольцевой вариант сети.

 

Преобразуем кольцевую сеть в сеть с двумя (условно) источниками питания. Для этого «разрежем» питающий пункт А на пункты А и А*.

 

Для кольцевой сети находим активные мощности в линиях по активным мощностям и длинам:

Р_Л1 = (Pi * (L,2+L₂)+ Р₂ * L₂) / (Li + bn + L₂) (3.2.1.)

Рл1⁼(39*(75+45)+61*45)/(30+75+45)=(39* 120+61 *45)/l 52= 49,5 МВт Pji2 = (P₂ * (L,2 +Li)+ P, * L,) / (L, + L₁₂ + La) Р_л2=50,5 МВт

Правильность найденных значений Pai и Рдг подтверждается следующей проверкой: Pi+P₂= Р+Р=49,5+50,5=100 МВт

Мощность в линии ЛЗ определяем в соответствии с первым законом Кирхгофа:

Рл2 - Р₂ Рл12 ⁼ 0 (3.2.2.)

Рл12 = Рг - Рл2

Р_Л12= 61-50,5= 10,5 МВт

Найдем номинальное напряжение (U_HOm) по формуле Г.А. Илларионова:

(3.2.3.)

и = 1000 / V 500 / L + 2500 / Р, 

где L - длина линии, км.; Р - передаваемая модность, МВт.

Для линии Л1: и_Л) = 1000 / V500 / 30 + 2500 / 49,5 = 122 кВ

Для линии Л2: и_Л2 = 1000 / л/500 / 45 + 2500 / 50,5 = 128 кВ

Для линии ЛЗ: Цш ⁼ Ю00 / V500 / 75 + 2500 / 10,5 = 64 кВ

Вывод: ближайшее стандартное напряжение 150 кВ.

Вариант 2.Рассчитать распределение мощностей для выбора номинального напряжения радиальной сети.

Рис. 3.2.3. Схема радиальной электрической сети.

 

Нагрузки равны : Pi=39 МВт, Рг= 61 МВт. Источником питания является ПС А. Определим ориентировочные значение номинального напряжения сети.

Мощность протекающая по А1: Рдi --39 МВт, по линии А2: Рд2-61МВт.

Расчётные напряжения по линиям определяем по формуле 3.2.3.:

Uai = 1000 / V500 / Lai + 2500 / P_Ai= ЮОО/V 500/30+2500/39=111,2 кВ Ua2= 138,5 кВ Вывод: ближайшее стандартное напряжение 110 кВ.

3.3. Выбор сечения проводов.

Выбор экономически целесообразного сечения проводов производится по нормированным занижениям экономической плотности тока (J₃) [4, Кл. 6.6.]. Сечение - важнейший параметр линии .

Вариант 1. Выбор сечения проводов кольцевой сети.

Активные мощности на головных участках кольцевой линии :

Р_Л1= 49,5 МВт;

Рлг ⁼ 50,5 МВт;

Р_лз = 10,5 МВт.

Экономическая плотность тока.

Для линии Л2: Тмакслг^ООО ч;

Для ЛЗ: Тмакслз =4000 ч; 

Для Л1: T_MaKC=(P_Ai*T_MaKC+Pi₂*T_MaKC)/(P_A,+Pi2) (3.3.1.)

Т_Максл1 =49,5*4000+10,5*4000/49,5+10,5= 4000 ч.

Во всех случаях Т _маКс < 5000ч.,следовательно экономическая плотность тока :

Лз= 1,1 А/мм²

Экономическое сечение определяется по выражению:

F₃^-- 1макс/]эк (3.3.2.)

Принимая во всех точках напряжение равное номинальному, можно найти токи, протекающие по участкам сети:

1макс = S * 10³ / V 3 и„о_Мп, кВ (3.3.3.)

1макс = Р * 10³/ V 3 U„_0Mn * cosq, кВ (3.3.4.)

где 1_нб и S - соответственно значение тока и полной мощности на участке; п - количество сетей на участке.

По величине сечения провода, найденного из условия экономической плотности тока (3.3.2.) выбирается ближайшее стандартное сечение F₃, которое принимается к установке на ВЛ.

Определим токи в линиях:

1макс2=50,5*10³Л/3*150*0,85= 229А

1максЗ^--47,6 А

йл1 = Pi + Pi * tg_ql + РЛЗ ⁺ РЛЗ * tgq2> MBA (3.3.5.)

Si=39+j39*tgcpi+10,5+jl0,5*tg92=49,5+j40,9 1макс1^--274, 4 А

Определяем экономическое сечение :

Для линии Л1: F,jh = 274, 4/ 1,1 = 225 мм²

Для линии Л2: Fjji2 = 229 / 1,1 = 208 мм²

Для линии ЛЗ: Р_элз = 47, 6 /1,1 = 44 мм²

Минимальные сечения проводов по условиям короны не должно быть меньше, чем минимальное по условию короны:

F₃ > F_M„„ (3.3.6.)

Где Fmhh - минимальное сечение провода по условиям короны (F_MHH = 120 мм ).

Воздушные линии электропередач сетей выбираем сталеалюминевые: линия Л1 провод АС - 185 / 29, для которого допускаемый длительный ток 1_доп = 510 А; линии Л2 провод АС - 185/ 29,1_доп = 510 А; линии ЛЗ провод АС -120/19,1_доп = 380 А.

Все выбранные провода, для данной сети, проходят по условию короны.

(3.3.7.)

Проверка на допустимую токовую нагрузку по нагреву.

1макс ^ 1доп;

1п.ав. ^ 1доп 

Наибольшие токи в линиях 1_маКс:

1максА1 ^-- 247, 4 А

1максА2^--229 А 1максАЗ ^--47, 6 А

Определим наибольшие токи, протекающие по J11, J12, ЛЗ в послеаварийном режиме.

Для этого определим потоки мощности в линиях при отключение участка А1:

Линия Л1:

Pa2=Pi+P₂ (3.3.8.)

Ра2=39+61=100 МВт, Pi₂=Pi=39 МВт

Наибольшие токи в послеаварийном режиме:

Л2: 1_максА2=100*10³Л/3*150*0, 85=453 А

ЛЗ: 1_макс12⁼200 А При отключении Л2 распределение мощностей будет следующим:

Pa2=Pi+P2=100 МВт,Р 12=61 МВт 1максА1^--453 А 1макс12^--277 А

Проверка на допустимую токовую нагрузку по нагреву:

Л1 1п.ав.= 453 А > 1доп Л2 1п.ав ^-- 453 А > 1доп ЛЗ 1_{п ав} = 277 А> 1_доп

Вывод: выбранные марки проводов для линий данного варианта сети не получат недопустимого перегрева в послеаварийном режиме работы.

Вариант 2. Выбор сечения проводов радиальной линии электропередач.

Рис. 3.3.1. Схема радиальнои сети.

 

Активные мощности по линиям:

Р_Л1 = 39 МВт;

Рл2 = 61 МВт.

Для линии Л2: Тмакс= 4000 ч.

Для Л1 : Тмакс= 4000 ч.

Во всех случаях Т _макс < 5000ч., следовательно экономическая плотность тока : Лз= 1,1 А/мм² .

Мощность, протекающая по линиям:

S _Л1⁼ 39+j39*tg(p= 39+j34,4 Sn2 = 61+j61* tg9=61+j37,8

Ток в каждой цепи линий в нормальном режиме:

1максл1=39²+34²Л/3*110*2*10³= 136, 5 А 1максл2^--188,3 А

Экономическое сечение:

F₃= 136,5/1,1 = 124,1 мм² F₃= 171,2 мм²

Проверка по условию короны :

F₃> F_MHH (70/11 ММ²)

J11: Fi=150 мм², сталеалюминевые провода АС- 150/24,1_Доп = 450 А J12: F2=185mm²

АС-185/29,1_доп = 510 А

В аварийном режиме по данной сети протекает двойной ток.

Вывод: условия проверки на допустимую токовую нагрузку выполняются. Провода не получают не допускаемого перегрева в послеаварийном режиме работы.

Результаты выбора напряжения, сечения проводов по каждому участку линий для всех вариантов сети сведены в табл.3.3.1.

Таблица 3.3.1.

Параметры линий и режимы работы сети

Вариант	Участок лини	Напряжение, кВ Uhom	Ток в лини, А		Выбранное сечение провода, мм2	Сопротивление лини, Ом/км		Зарядная мощность Мвар/км Qo	Допустимый ток по условию нагр., А
			норм. реж.	послеавар. реж.
						Ro	Хо
	Л1	150	247	453	185/29	0,162	0,429	0,060	510
В 1	JI2	150	229	453	185/29	0,162	0,429	0,060	510
	ЛЗ	150	44	277	120/19	0,249	0,441	0,058	380
	Л1	110	136,5	273	150/25	0,198	0,420	0,036	450
В 2
	Л2	110	188.3	376,6	185/29	0,162	0,413	0,037	510