II. Баланс реактивной мощности и выбор компенсирующих устройств.




Введение

Электрической сетью называют часть энергосистемы, состоящую из подстанций и линий электропередачи различных напряжений.

Энергетика является основой экономики нашей страны. Большое значение для развития экономики имеет энергетика, оказывающая огромное влияние на прогресс не только в промышленном производстве, но и во всех областях жизни нашего общества.

Роль энергетики объясняется ее универсальностью использования, возможностью передачи на практически любое расстояние, дроблением и в то же время возможностью ее концентрации в очень больших масштабах.

Современная система электроснабжения должна отвечать следующим требованиям:

- экономичности и надежности;

- безопасности и удобству обслуживания;

- обеспечению качества электроэнергии;

- уровню напряжения и стабильной частоте.

Должны также предусматриваться кратчайшие сроки выполнения строительно-монтажных работ и необходимая гибкость системы, обеспечивающей возможность расширения при развитии потребителей без существующего усложнения и удорожания первоначального варианта. Поэтому проектная задача является более сложной; чем расчетная, т.к. не всегда можно предложить однозначную методику ее решения, не всегда имеются все необходимые данные.

Решение задачи требует технико-экономического анализа и творческого подхода, самостоятельности и опыта. Приобретение таких знаний и опыта – это цель курсового проекта.

Электрификация – это основа технического прогресса любой отрасли. Электричество является основой производственных процессов, которые до него не существовали. Энергетика занимает особое место в развитии промышленности, в восстановлении экономики и стабилизации производства.

Задачей данного проекта является выполнение комплекса работ, связанных с проектированием электрической сети 35-220 кВ внешнего электроснабжения промышленного предприятия (района).

По заданным нагрузкам, их месторасположением и размещением источников питания, необходимо выбрать схему соединения сети, ее номинальное напряжение, определить конструктивное выполнение определенных линий и их основные характеристики:

- число цепей;

- сечение проводов;

- потокораспределение мощностей;

- уровни напряжения различных режимов.

В проекте решаются вопросы компенсации реактивной мощности.


 

Исходные данные:

Таблица №1

Наименование подстанции Координаты точек подстанций, мм Активная нагрузка, Р, МВт Коэффициент мощности, cos j
х у
А (ист. питания)     - -
Б       0,82
В       0,79
Г       0,84
  Масштаб m =2 км/мм  

- продолжительность использования наибольшей нагрузки – Тm=4500 ч.;

- активная наименьшая мощность нагрузки составляет 25% от наибольшей, при этом коэффициент мощности не изменяется;

- район по гололеду – II;

- во всех приемных пунктах имеются потребители I и II категорий, а также потребители III категории, составляющие 20-30% от общей нагрузки подстанции;

- срок строительства составит не более одного года;

- на питающей подстанции А осуществляется встречное регулирование напряжения;

- установленная мощность питающей электрической системы А достаточна для покрытия активной мощности потребителей проектируемой сети.

Все другие данные, необходимые для проектирования, принимаются в соответствии с рекомендациями справочной и методической литературы.


I. Составление и обоснование схемы и вариантов номинальных напряжений сети.

Выполняем три варианта схем: радиальную (рис.1), магистральную (рис.2) и кольцевую (рис.3).

Определяем на этих схемах (измеряемая длина).

Результаты измерения заносим в таблицу №2.

Таблица №2

Обозначение линии Результаты измерения, мм Длина линии с учетом масштаба, км
72,1 144,2
63,25 126,5
44,72 89,44
60,83 121,66
   

Выбираем главные схемы понижающих подстанций.

Основным принципом, которым руководствуются при выборе схем соединения понижающих подстанций в ходе проектирования, строительства и реконструкции электрических сетей, является обеспечение максимальной надежности и экономичности электроснабжения при сохранении требуемых показателей качества электроэнергии. Перечисленным требованиям отвечают более простые унифицированные схемы подстанций с минимальным количеством выключателей на высокой стороне или вовсе без них.

Поэтому в практике проектирования некоторых видов сетей в большинстве случаев принимают определенные типы унифицированных подстанций. В частности, в кольцевых схемах, выполненных одноцепными линиями, применяют схему двухтрансформаторной подстанции типа «мостик» с одним выключателем в перемычке на высокой стороне трансформатора. В магистральных и радиальных схемах, выполненных двухцепными линиями, применяют схему двухтрансформаторной подстанции типа «два блока линия-трансформатор» без выключателей на высокой стороне трансформатора. Схемы представлены на рис.4.

Определяем номинальные напряжения в электрических сетях.

По формуле: , кВ

где - длина линии, км;

Р – передаваемая мощность, МВт.

 

1. Радиальная схема:

участок аб:

Передаваемая мощность – Рабб=5 МВт

Длина линии - =144,2 км

Выбираем номинальное напряжение Uн=110 кВ.

участок ав:

Передаваемая мощность – Равв=10 МВт

Длина линии - =126,5 км

Выбираем номинальное напряжение Uн=110 кВ.

участок аг:

Передаваемая мощность – Рагг=13 МВт

Длина линии - =121,66 км

Выбираем номинальное напряжение Uн=110 кВ.

2. Магистральная схема:

участок аб:

Передаваемая мощность – Рабб + Рв =5+10=15 МВт

Длина линии - =144,2 км

Выбираем номинальное напряжение Uн=110 кВ.

участок бв:

Передаваемая мощность – Рбвв =10 МВт

Длина линии - =89,44 км

Выбираем номинальное напряжение Uн=110 кВ.

участок аг:

Этот участок аналогичный участку радиальной схемы, поэтому Uн=110 кВ.

3. Кольцевая схема:

Разрезаем кольцевую схему по “A” и получаем:

 

 

Рисунок 4. Развернутая кольцевая схема

 

 

Потокораспределение находим по правилу обратных плеч.

Определяем

Проверяем правильность расчета по уравнению:

 

 

Определяем потокораспределение в сети по I закону Кирхгофа:

 

Возьмем наиболее загруженный участок АГ и по нему выберем напряжение для всей сети.

Передаваемая мощность – Раг=16,55 МВт

Длина линии - =121,66 км

Выбираем номинальное напряжение Uн=110 кВ.


II. Баланс реактивной мощности и выбор компенсирующих устройств.

Компенсирующие устройства применяются во всех электрических сетях для того, чтобы реактивная мощность, передаваемая по линии, была минимальной. Уменьшение реактивной мощности приводит к уменьшению тока, а следовательно и уменьшаются потери мощности в сетях. Выбор мощности компенсирующих устройств и их размещение на подстанции сети влияют на технико-экономические показатели вариантов схем, а также могут повлиять и на правильность выбора величины номинального напряжения и схемы проектируемой сети.

Следует выбрать батареи конденсаторов такой мощности, чтобы довести коэффициент мощности на шинах вторичного напряжения каждой подстанции до 0,92¸0,95 (меньшие значения желаемого коэффициента мощности нужно принимать для подстанций, расположенных вблизи от источников питания). Принимаем

cos jж=0,92.

Приближенное значение мощности компенсирующих устройств , установленных на шинах вторичного напряжения каждой подстанции, определяем по формуле:

[1, стр.17]

где Рк – активная мощность, заданная на шинах вторичного напряжения понижающей

К-ой подстанции;

jк и jж – угол сдвига фаз между током и напряжением на шинах вторичного

напряженияжения и схемы проектируемой сети.

ность выбора величины номинальня по К-той подстанции и его желаемое значение после компенсации;

Кн – коэффициент нагрузки, (принимаем Кн=0,9).

Результаты вычислений сводим в таблицу №3.

Таблица №3

Параметры Подстанции
Б В Г
Активная мощность, Рк, МВт      
Коэффициент мощности cos jк 0,82 0,79 0,84
tg jк 0,698 0,776 0,646
Желаемый коэффициент мощности cos jж 0,92
tg jж 0,426
Реактивная мощность компенсирующего устройства, Qку , МВар 1,224 3,15 2,574
Желаемая реактивная мощность, Qж, МВар 2,884 4,61 5,824
Желаемая полная мощность, Sж , МВ. А Рк + jQж 5+j2,9 10+j4,61 13+j5,8
5,78   14,24
           

 


III. Выбор типа и мощности трансформаторов понижающих подстанций.

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования уровня напряжения.

Различают два режима работы трансформатора:

- систематические допустимые перегрузки;

- аварийные перегрузки.

Исходя из допустимой перегрузки на время максимума нагрузки на 40%, мощность каждого из двух трансформаторов выбираем равной 0,65¸0,7 максимальной нагрузки подстанции. При этом обеспечивается питание всех потребителей при аварийном отказе одного трансформатора.

Определяем ориентировочные мощности трансформаторов подстанций и результаты заносим в таблицу №4.

Таблица №4

мощность подстанции, МВ. А
Б В Г
3,75¸4,05 7,15¸7,7 9,256¸9,968

Выбираем трансформаторы и заносим их в таблицу №5

Таблица №5

Подстанции Sном, МВ. А Тип Каталожные данные Расчетные данные
Uном, кВ uк, % Ркз, кВт Рхх, кВт Iхх, % RT, Ом ХТ, Ом Qхх, кВар
ВН НН
Б 6,3 ТМН-6300/110     10,5       16,6    
В, Г   ТДН-10000/110     0,9 7,95    

 

Производим расчет потерь мощности в силовых трансформаторах по формулам:

где Рхх и Iхх – потери холостого хода;

Ркз и uк – потери короткого замыкания;

nТ – количество трансформаторов, nТ =2.

Находим потери напряжения в трансформаторах по формуле:

[кВ]

где RT и XT – активное и реактивное сопротивления трансформатора;

Рк – активная мощность, заданная на шинах вторичного напряжения понижающей

К-ой подстанции;

Результаты вычислений сводим в таблицу №6.

 


Таблица №6

Подстанции Потери мощности Потери напряжения
Т, кВт DQТ, кВар DUТ, кВ DUТ, %
Б 41,04 404,4 3,2612 2,96
В 64,3 815,25 3,274 2,97
Г 88,833 1244,582 4,15 3,77

Все потери напряжения меньше 5%, т.е. в пределах нормы.

 

Определяем потери энергии в трансформаторах по формуле:

где Т / и Т // - количество часов в году, в течении которых происходят потери

электроэнергии (зависящие и независящие от нагрузки):

и

t - время потерь, определяется по формуле:

Тm – число часов использования максимума нагрузки, Тm=4500 ч.

amax – коэффициент попадания нагрузки рассматриваемого дополнительного

потребителя (дополнительный потребитель мощности) в максимум нагрузки

энергосистемы, принимаем amax=0,9.

Определяем потери энергии и результаты заносим в таблицу №7.

Таблица №7

Подстанции Потери электроэнергии в трансформаторах, DWТ, кВт.ч
зависимые от нагрузки независимые от нагрузки
Б 124873,276 235935,276
В 194562,26 350049,06
Г 265370,213 420857,013
Итого, DWТ.S 584805,749 1006841,349

Определяем потери электроэнергии в конденсаторных установках по формуле:

где Кку – коэффициент удельных потерь в компенсационных установках, принимаем

Кку=0,003 кВт/кВар.

Результаты заносим в таблицу №8.

Таблица №8

Подстанции Потери электроэнергии в компенсационных установках, DWку, кВт.ч
зависимые от нагрузки независимые от нагрузки
Б 11775,7368 32166,72
В 30305,205  
Г 24763,682 67644,72
Итого, DWку.S 66844,6238 182593,44

 


IV. Электрический расчет составленных вариантов сети.

Зная потери в трансформаторах приводим нагрузки трансформаторных подстанций к высокой стороне и результаты записываем в таблицу №9.

Таблица №9

Параметры Подстанции
Б В Г
Активная мощность, Р2, кВт 5041,04 10064,3 13088,83
Реактивная мощность, Q2 , кВар 3288,4 5425,25 7068,58
Полная мощность, S2 , кВ. А Р2 + jQ2 5041,04+j3288,4 10064,3+j5425,25 13088,83+j7068,58
6018,775 11433,436 14875,56

Приближенно определяем зарядную мощность линии, т.к. не знаем сечения проводов по формуле:

где - длина линии, [км];

- приближенное значение проводимости линии, для Uн=110 кВ

Uн – номинальное напряжение сети, [кВ]

1. Радиальная схема

2. Магистральная схема

3. Кольцевая схема

Определяем приближенное потокораспределение без учета потерь в линиях.

Приближенное потокораспределение – это потокораспределение в линиях и трансформаторах без учета потерь мощности.

В радиальной схеме, потребляемая мощность является передаваемой.

 

В магистральной схеме потокораспределение находится по I закону Кирхгофа.

В кольцевой схеме потокораспределение находится по правилу обратных плеч.

 

 

Определяем

Проверяем правильность расчета по уравнению:

Определяем потокораспределение в сети по I закону Кирхгофа:

 

Определяем сечения проводов в электрических сетях.

Критерием для выбора сечения проводников ВЛ является минимум приведенных затрат. В практике проектирования линий массового строительства выбор сечения проводников производится по нормативным обобщенным показателям.

В качестве такого показателя при проектировании ВЛ 35¸500 кВ используется экономическая плотность тока jэ, которая в зависимости от типа проводки и числе часов использования максимума нагрузки в год выбирается по [4, стр.40]:

jэ=1,1 А/мм 2

Экономически целесообразное сечение S [мм 2] определяется из соотношения:

где Imax – максимальный ток в аварийном режиме (при обрыве одной из линий), [А].

Расчетный ток определяется по формуле:

где Sлинии – мощность, передаваемая по конкретной линии. При двухцепной (nл=2, т.к. преобладаю потребители 2 категории) линии это значение уменьшается в два раза.

Значение Imax находится по той же формуле, но при обрыве одной из питающих линий.

 

1. Радиальная схема

- участок АБ

где Sаб =Sб =5+j2,9 МВ.А =5780000 В.А

 

Определяем сечение:

Выбираем марку провода из условия короны: для напряжения Uн=110 кВ и фаз с одиночными проводами сечение должно быть больше либо равно 70мм2.

Выбираем провод типа АС-70. Его характеристики сведены в таблице №10.

- участок АВ

где Sав =Sв =10+j4,61 МВ.А =11000000 В.А

 

Определяем сечение:

 

Выбираем провод типа АС-70.

- участок АГ

где Sаг =Sг =13+j5,8 МВ.А =14240000 В.А

 

Определяем сечение:

Выбираем провод типа АС-70.

 

2. Магистральная схема

- участок АБ

где ;

Определяем сечение:

Выбираем провод типа АС-95.

- участок БВ

где Sбв =Sв =11 МВ.А =11000000 В.А

 

 

Определяем сечение:

Выбираем провод марки АС-70.

- участок АГ

Этот участок аналогичен участку в радиальной схеме, поэтому выбираем провод марки АС-70.

3. Кольцевая схема(nл=1)

- участок АБ

где ; ;

;

Определяем сечение:

Выбираем провод типа АС-185.

- участок БВ

где ; ;

;

Определяем сечение:

Выбираем провод типа АС-185.

 

- участок ВГ

где ; ;

;

Определяем сечение:

Выбираем провод типа АС-95.

- участок АГ

где ; ;

;

Определяем сечение:

Учитывая вероятные большие потери напряжения, выбираем провод типа АС-120, проложенный в две нитки (с расцепленными фазами).

Выбранные провода и их характеристики представлены в таблице №10.

 

Таблица №10

Схема Участок Расчетный ток, Iр, А Максимальный ток, Imax, А Марка провода Допустимый длительный ток провода, А Погонные сопротивления (проводимости)
активное, R0, Ом/км индуктивное, Х0, Ом/км  
               
радиальная АБ 15,168 30,336 АС-70   0,46 0,425  
АВ 28,87 57,74
АГ 37,37 74,74
магистральная АБ 44,023 88,046 АС-95   0,33 0,414
БВ 28,867 57,735   АС-70     0,46 0,425
АГ 37,37 74,74
кольцевая АБ 66,9 162,71 АС-185   0,17 0,394
БВ 36,7 132,53
ВГ 21,1335 88,0458 АС-95   0,33 0,414
АГ 95,81 162,71 2х АС-120 2х380

 

 

Среднегеометрическое расстояние между проводами принято для напряжения Uн=110 кВ равным 4 м.

Находим потери напряжения сетей по формуле:

[кВ]

Потери мощности находим по формулам:

 

Потери электроэнергии определяем по формуле:

, где ч.

Рис. 9 график времени максимальных потерь

 

Все потери записываем в таблицу №11.

Таблица №11

Схема Участок Длина участка, , км Потери напряжения Потери мощности Потери электроэнергии, , кВт.ч
DUл, кВ DUл, % л, кВт DQл, кВар
               
радиальная АБ 144,2 2,31 2,1 91,322 84,374 292230,4
АВ 126,5 3,77 3,4 291,556 269,372 932979,2
АГ 121,66 4,675 4,25 469,259 433,554 1501628,8
Итого, DWл’’.S - - - - 2726838,4
магистральная АБ 144,2 5,278 4,79 552,862 693,591 1769158,4
БВ 89,44 2,666 2,4 206,14 190,455  
АГ 121,66 4,675 4,25 469,259 433,554 1501628,8
Итого, D Wл’’.S - - - - 3930435,2
кольцевая АБ 144,2 5,45 4,95 329,182 762,927 1053382,4
БВ 89,44 1,756 1,6 61,438 142,3916 196601,6
ВГ   1,07   26,529 33,28 84892,8
АГ 121,66 4,21 3,83 452,263 683,42 1447241,6
Итого, D Wл’’.S - - - - 2782118,4
                 

 

Все потери напряжения меньше 5%, т.е. в пределах нормы.


V. Технико-экономический расчет вариантов схем.

Для выбора технико-экономического варианта или наиболее выгодного варианта сопоставляются экономические и технические варианты.

К важнейшим технико-экономическим показателям относятся: надежность, долговечность, удобство эксплуатации, степень автоматизации.

Одним из основных экономических показателей является затраты на сооружение:

Капиталовложение линии (Кл) – это затраты на изыскательные работы, подготовку трассы, затраты на приобретение опор, проводов, изоляторов, на их транспортировку и монтаж. Капиталовложение подстанции (Кп/ст) – это затраты на приобретение оборудования и его монтаж.

Эксплуатационные расходы (издержки – И), слагаются из затрат на амортизацию, ремонт, обслуживание электрических сетей и стоимости потерь электроэнергии в течении одного года:

где ИDW – годовые издержки, связанные с потерей электроэнергии.

b / и b // - стоимость 1 кВт. ч потерянной электроэнергии, зависящей и независящей от нагрузки.

b /=6,4 коп./(кВт. ч)

b //=4,8 коп./(кВт. ч).

Издержки в [%] от капиталовложения – это отчисления на амортизацию. Устанавливаются с таким расчетом, чтобы к моменту возможного износа оборудования или сооружения накопилась сумма, необходимая для их восстановления (реконструкция):

Отчисления на амортизацию идут на капитальный ремонт и инновацию.

Ремонтные затраты связаны с текущим ремонтом оборудования для поддержания его в нормальном состоянии (мелкий ремонт, профилактика, чистка изоляции):

В затраты на обслуживание входят: зарплата обслуживающего персонала, расходы на связь, транспорт, жилые дома для обслуживающего персонала:

В расчетах издержки определяются по формуле:

где , принимаем =5%;

, принимаем =15%;

Расчет капиталовложений трех вариантов представлен в таблице №12, эксплуатационные расходы за один год – в таблице №13.

 


Таблица №12

Наименование оборудования   Цена, тыс.руб Варианты схем
радиальная магистральная кольцевая
шт/км тыс. руб. шт/км тыс. руб шт/км тыс. руб.
ОРУ 110 кВ                
ТП-110/10 кВ; 6,3 МВ.А   1050(блоч)/1100            
ТП-110/10 кВ   1220(бл)1450(мост)            
Компенсирующие устройства; 2,3 МВар                
Компенсирующие устройства; 2,9 Мвар                
Итого, Кп/ст -   -   -  
ВЛ-110 кВ (двух цепная) с ж/б опорами, АС-70     510,1 22953,1 274,43 12349,3 -  
ВЛ-110 кВ (двухцепная) с ж/б опорами, АС-95     -   187,46 11247,6    
ВЛ-110 кВ (одноцепная) с ж/б опорами, АС-185     -   -   233,6  
ВЛ-110 кВ (двухцепная) с ж/б опорами, АС-120     -   -   158,2  
Итого, Кл - 22953,1 - 23596,9 -  
Всего, К - 30633,1 - 29916,9 -  

 

 

Таблица №13.

Наименование показателя Единица измерения Варианты схем
радиальная магистральная кольцевая
         
Потери электроэнергии, зависимые от нагрузки, DW / кВт.ч 651650,3728
Потери электроэнергии, независимые от нагрузки, DW // кВт.ч 3916273,2 5119869,989 3971553,2
Расходы, связанные с потерей электроэнергии, ИDW тыс. руб 7866,38 9894,441 7959,53
Расходы, связанные с амортизацией, ремонтом и обслуживанием ВЛ, Ил тыс. руб      
Расходы, связанные с амортизацией, ремонтом и обслуживанием ТП, Ип/ст тыс. руб      
Всего, И тыс. руб      
           

 

Из трех вариантов схем наиболее целесообразной является магистральная схема. Хотя при капитальном строительстве она дороже кольцевой схемы на 214,4 тыс. руб, но эксплуатационные расходы на содержание меньше на 14,2 тыс. руб и эта разница окупится за 15 лет. Также при строительстве ВЛ-110 кВ магистральная сеть будет длиной 412 км, а кольцевая – 593 км.

 

 

VI. Расчёт токов КЗ для выбора оборудования подстанции.

1. Расчетные рабочие токи:

Трансформатор на стороне ВН и НН расчетные нагрузки определяются с учетом установки в перспективе трансформаторов следующий по шкале ГОСТ номинальной мощности

 

Таблица №5

Подстанции Sном, МВ. А Тип Каталожные данные Расчетные данные
Uном, кВ uк, % Ркз, кВт Рхх, кВт Iхх, % RT, Ом ХТ, Ом Qхх, кВар
ВН НН
    ТДН-16000/110     10,5     0,7 4,4 86,8  

 

 

Расчетные токи КЗ.

Определение расчетных токов КЗ необходимо для выбора выключателей по коммутационной способности, проверке аппаратов и проводников на электродинамическую и термическую стойкости, а также для расчетов уставок релейной защиты. В сетях с эффективно заземленной нейтралью (сети 115 кВ) ток однофазного КЗ может превышать ток трехфазного, поэтому необходимо для РУ ВН расчитать ток трехфазного КЗ и ток однофазного КЗ и если окажется, что ток однофазного больше трехфазного, необходимо принять меры по уменьшению тока однофазного КЗ.

 

 

Величины эквивалентных сопротивлений системы относительно шин высшего напряжения в режиме наибольших нагрузок составляют по прямой последовательности.

- прямая последовательность

- нулевая последовательность

Определяем значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ в точке К1.

Определим ток однофазно



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2022-11-01 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: