Типовые графики нагрузок. Выбор схемы электроснабжения района. Проверка сечения проводов по экономической плотности тока, допустимой нагрузке и короне. Выбор типа, числа и мощности силовых трансформаторов. Технико-экономическое сопоставление вариантов.
Аннотация к работе
Так же выберем необходимые трансформаторы, для подстанций на нагрузках и рассчитаем необходимые параметры для составления схемы замещения. Во всех электропотребляемых пунктах (ЭП), кроме ЭП4, имеются потребители I и II категории, а также потребители III категории, составляющие 30% от общей нагрузки. На основании заданного вида нагрузок построить типовые суточные графики нагрузки по продолжительности. Выбрать тип, мощность и число понизительных трансформаторов для выбранного варианта, схему замещения трансформатора.
Введение
В данной контрольной работе произведем выбор одной из наиболее выгодной схемы электроснабжения района. Так же выберем необходимые трансформаторы, для подстанций на нагрузках и рассчитаем необходимые параметры для составления схемы замещения.
В отношении обеспечения надежности электроснабжения потребители электрической энергии разделяются на три категории. В данной контрольной работе учтены категории потребителей, и в целях обеспечения надежности выбраны соответствующие параметры оборудования с последующей их проверкой как в номинальном режиме, так и в режиме перегрузки.
Исходные данные
В курсовом проекте необходимо выполнить проект сети вновь электрифицируемого района.
Во всех электропотребляемых пунктах (ЭП), кроме ЭП4, имеются потребители I и II категории, а также потребители III категории, составляющие 30% от общей нагрузки. В ЭП 4 потребители только III категории.
Потребители: 1-станкостроение;
2-автомобильная промышленность;
3 и 5 - машиностроение и металлообработка;
4- деревообрабатывающая промышленность.
Тнб4=3000 час. =1600 час напряжение на шинах подстанции А принять неизменным: U1ном=116 КВ , U2ном=37,5 КВ.
Нагрузки электропотребителей. Таблица № 1
№ 1 2 3 4 5
S, МВ А 22 18 28 2,5 17 cos cos
Координаты центра электрических нагрузок потребителей Таблица №2
X1 Y1 X2 Y2 X3 Y3 X4 Y4 X5 Y5
50 20 70 10 50 -20 30 0 60 -40
Координаты источника электроснабжения районной понизительной подстанции- принять X0=0, Y0=0, район по гололеду 1, по ветру 3.
Требуется: 1. На основании заданного вида нагрузок построить типовые суточные графики нагрузки по продолжительности.
2. Выбрать и обосновать: а) схему сети для каждого варианта;
б) напряжение линии электропередачи;
в) материал, марку сечение проводов с проверкой по экономической плотности тока, допустимой нагрузке и короне г) параметры линии передачи- активное и индуктивное сопротивление, емкостную проводимость;
д) технико-экономическое сопоставление вариантов.
3. Выбрать тип, мощность и число понизительных трансформаторов для выбранного варианта, схему замещения трансформатора.
1. Типовые графики нагрузок
Одной из наиболее существенных характеристик нагрузки является величина потребляемой активной и реактивной мощности. Характеристика потребителей по нагрузке будет полной, когда будет известна вся совокупность возможных значений мощности. Эта характеристика дается графиками нагрузки. Графики нагрузки удобно характеризовать показателями - временем наибольшей нагрузки Тнб и временем потерь нб.
; ;
Для типовых графиков нагрузки: = 8760
1. для станкостроения: Рис 1. Суточный график активной и реактивной мощности
Рис 2. Годовые графики активной и реактивной мощности по продолжительности
2. Для автомобильной промышленности.
Рис 3. суточные графики
Рис.4 годовой график активной нагрузки по продолжительности
3. Для машиностроения и металлообработки.
Рис 5. суточный график активной и реактивной мощности
Рис 6. Годовой график активной нагрузки по продолжительности
4. для деревообрабатывающей промышленности.
Рис 7. Суточные графики активной и реактивной мощности
Рис 8. Годовой график активной нагрузки по продолжительности
5. Для машиностроения и металлообработки.
Рис 9. Суточные графики активной и реактивной мощности
Рис 10. Годовые графики активной и реактивной мощности по продолжительности.
2. Выбор схемы сети а. Радиальная схема сети б. Смешанная схема сети
2.1 Выбор напряжения сети а. для радиальной сети: Оптимальное напряжение рассчитываем по формуле: Uопт=4,34 где L-длина линии (км);
Р-активная мощность узла (КВТ), для двухцепной линии берется Р/2.
Длина линий рассчитывается по теореме Пифагора из координат.
Для линии А1: LA1= = =53,85 км;
P1=S1 =22 =18,04 КВТ
Uопт1=4,34 =80,32 КВ;
Принимаем для линии А1 Uном=116 КВ (по условию)
Расчет для других линий сведены в таблицу №3
Таблица №3
№п/п Линия L, км S, МВ Р,КВТ Uрасч, КВ Uном. КВ
1 А-1 53,85 22 0,82 18040 80,32 116
2 А-2 70,71 18 0,82 14760 76,03 116
3 А-3 72,80 28 0,84 23520 91,98 116
4 А-4 30,00 2,5 0,8 2000 34,17 38,5
5 А-5 72,11 17 0,84 14280 75,25 116 б. Выбор напряжения для смешанной сети: Рассчитаем наиболее нагруженный участок кольца 1-2, потребителей А-1.
Полная мощность линии А-1
SA-1=
SA-1= =37,85 где LA1, L12, L2А- длина линий в кольце А-1-2(км);
SA-1=37,85МВА
РА-1= SA-1*cos?=37,85*0,82=31,04
Uопт=4,34 =101,82КВ
Принимаем для всех линий в кольце Uном =116КВ(по условию)
Для линии А-4 расчет как в радиальном варианте: Uопт4=4,34
Р4= S4*cos?4=2500*0,8=2000
Uопт4=4,34
Uопт4=34,34КВ
2.2 Выбор сечения проводов ВЛ
По годовым графикам активной нагрузки определим время наибольшей нагрузки Тнб потребителей
5 Машиностроение 114265,7398 16,14 7079,2 1 а. Радиальная сеть: сечение определяем по формуле
Fi,j= ;
для двухцепной линии Si,j/2;
Для линии А-1: FA1= мм2;
выбираем провод марки АС-70/11.
Аналогично для других линий радиальной схемы данные представлены в таблице № 5.
Таблица №5
№п/п линия Si,j, МВ Uном. КВ Jэк Fi,j мм2 Fct мм2 Марка
1 А-1 24 116 1 54,75 70 АС-70/11
2 А-2 16 116 1 44,79 70 АС-70/11
3 А-3 22 116 1 69,68 70 АС-70/11
4 А-4 4 34,34 1,3 6,22 50 АС-50/8
5 А-5 18 116 1 42,31 70 АС-70/11
Произведем проверку выбранных проводов по коронированию: Напряженность электрического поля на поверхности проводника: E= ;
Начальная напряженность поля коронирования: Ео.к=30,3 ;
Где: -радиус проводника , см;
m- коэффициент не гладкости проводника (для много проволочных проводов m=0,85);
- относительная плотность воздуха;
Dcp - среднегеометрическое расстояние между проводами ВЛ.
Для данного варианта ВЛ- 110 КВ выбираем железобетонные опоры типа: ПБ-110 с двухцепным расположением проводов.
Dcp= ;
Где D1-2, D3-2, D1-3-расстояния между проводами
Dcp= =7,3 м.
Для выполнения условия требуется: E 0,9 Eo.к.
Рассчитаем АС-70/11 на корону: E= = 23,18 КВ/см.
Ео.к.= 30,3 = 35,98 КВ/см;
23,18 0,9 Ео.к=32,38
В нашем случае АС-70/11 по короне проходит.
Проверим участок А-4 на коронирование: Выбираем железобетонную опору ПБ 35 с одноцепным расположением проводов.
Dcp= =4,08 м.
E= = 9,6 КВ/см;
Ео.к.= 30,3 = 36,9 КВ/см;
9,6 33,2 КВ/см.
Провод АС-50/8 по условию коронирования проходит.
Проверим выбранные провода радиальной схемы по допустимой нагрузке: Ір= ;
где: Sp- расчетная нагрузка, КВ ;
Uном - напряжение линии электропередачи, КВ. n- число цепей линии.
Условие: Ip I доп.
Для линии А-1: ІРА1= =54,72 А;
Для АС-70/11 Ідоп=265 А; 54,72 условие выполняется.
Для остальных ВЛ-116 КВ аналогично
Для линии А-4: ІРА1= =42А;
Ідоп=210 А для АС50/8, 42 ;
Условие по допустимой нагрузке выполняется. б. Смешанная сеть: Произведем расчет потока мощности в кольцевой части сети: SA-1 =37,85 МВА
S1-2= SA-1-S1=37,85-22= 15,85 МВА
S2-3= S1-2-S3=15,85-18= -2,15 МВА
SA-5=
SA-5= =44,57
SA-5= 44,57МВА
S5-3= SA-5- S5=44,57-17=27,57 МВА
Рассчитываем сечение проводов линии по формуле: Fi,j= , мм2;
FA-1= =98,96 мм2;
Расчет проводов сводим в таблицу №6
Таблица № 6
№п/п линия Si,j, КВ Uном. КВ Jэк Fi,j мм2 Fct мм2 Марка
1 А-1 19860 116 1 98,96 120 АС-120/19
2 1-2 3860 116 1 19,23 70 АС-70/11
3 2-А 20140 116 1 100 120 АС-120/19
4 А-4 4000 38,5 1,3 46,19 50 АС-50/8
5 А-3 20350 116 1 101,4 120 АС-120/19
6 3-5 -770 116 1 3,83 70 АС-70/11
7 5-А 21230 116 1 105,79 120 АС-120/19
Произведем проверку выбранных проводов на корону и допустимую нагрузку. Расчет аналогичен расчету радиальных линий. Для данного варианта ВЛ-110 КВ выбираем опоры типа ПБ-110 с одноцепным расположением проводов.
Dcp= =5,07 м;
E= = 19,14 КВ/см;
Ео.к.= 30,3 = 34,61 КВ/см;
31,15КВ/см.
Провод АС-120/19 по условию коронирования проходит.
Проверим выбранные провода смешанной схемы по допустимой нагрузке: Ір= ;
где: Sp- расчетная нагрузка, КВ ;
Uном - напряжение линии электропередачи, КВ. n- число цепей линии.
Условие: Ip I доп.
Ір1= =188,39 А;
Для АС-240/32 Ідоп=605 А; 188,39 условие выполняется.
Аналогично для остальных участков кольцевых цепей.
Результат проверки проводов кольцевой схемы на коронирование и допустимую нагрузку сводим в таблицу №7.
Таблица №7 линия Si,j, КВ•А Uном. КВ Марка r, см Е КВ/см 0,9Ео.к КВ/см Ip,A Ідоп,А А-1 37850 116 АС-240/32 0,76 14,1 29,9 188,39 605
1-2 15850 116 АС-120/19 0,57 18,9 31,2 78,89 390
2-3 -2150 116 АС-70/11 0,76 24,2 32,4 10,70 265
3-5 27570 116 АС-150/19 0,48 17,4 30,8 137,22 450
А-5 44570 116 АС-240/32 0,76 14,1 29,9 221,83 605
А-4 5000 34,34 АС-50/8 0,57 14,1 29,9 24,89 210
Из таблицы видно, что данные марки проводов ВЛ соответствуют условиям проверки и выбраны правильно.
2.3 Расчет параметров схемы замещения ВЛ
Расчет производим по следующим формулам: -удельное активное сопротивление линии
;
Где Р0=31,5 Ом ;
-активное сопротивление линии: ri,j= L i,j
- удельное индуктивное сопротивление линии
X0=0,1445 где Dcp- среднегеометрическое расстояние между проводами, м: для ВЛ-35 КВ Dcp=4,08 м;
для ВЛ-116 КВ двухцепные Dcp=7,3 м;
для ВЛ-116 КВ одноцепные Dcp=5,07 м;
Rэкв- эквивалентный радиус провода, м;
n- число проводов в фазе, при n=1 Rэкв=Rп, где Rп- радиус провода, м;
- индуктивное сопротивление линии: xi,j= L i,j;
- удельная емкостная проводимость линии: b0= ;
- емкостная проводимость линии: bi,j= L i,j;
а. Радиальная сеть: Расчет параметров схемы замещения для А-1
= 0,45 Ом/км; RA-1= 0,45 = 24,23 Ом;
При двухцепной линии сопротивление делится на 2;
X0=0,1445 ;
XA-1= ;
b0= ;-
BA-1= См;
Для ВЛ 35 КВ радиальной сети А-4: = 0,63 Ом/км; RA-4= 0,63 = 18,9 Ом;
X0=0,1445 ;
XA-4= ;
b0= ;
BA-1= См;
Результаты расчетов сводим в таблицу №8.
Таблица№8
Линия Марка L, км Сопротивление проводов проводимость r0, Ом/км rл, Ом х0, Ом/км хл,Ом b0, МКСМ/км bл ,См
Для окончательного выбора варианта проектируемой сети необходимо произвести сравнение двух наиболее приемлемых вариантов сети на основе технико-экономических расчетов.
При сооружении всей сети в течении одного года приведенные затраты для каждого варианта без учета ущерба от ненадежности и не качественного электроснабжения.
Згі=Кі (E Ha) Игі;
где Кі- капиталовложения в i варианте, руб;
Е- норма дисконта, % (У=12,5%), На- норма амортизационных отчислений, % (На=2,5%), Игі- ежегодные издержки без учета амортизации I варианте.
К= где Ко,i- усредненная стоимость одного км линии, руб, Li- длина линии , км, n- число линий в сети.
K2014= D К1985 где D поправочный коэффициент D=100;
Иг=Ио Иэ;
где Ио - обслуживание (Ио=2,5%);
Иэ- стоимость потерь электроэнергии , руб.
Иэ= ;
где b- стоимость 1 КВТ потерь электроэнергии, (b=1,5 руб/КВТ );
rл ;
2 8760;
а. Радиальная сеть: Для двухцепной линии железобетонные опоры, провод АС-70/11 в первом районе по гололеду: Ко1985=21,6 тыс.руб/км;
К2014=100 руб/км;
Для одноцепной линии 35 КВ, провода АС-50/8 в первом районе по гололеду: Ко,1985=9,4 тыс.руб/км ;
ЗГ,А=610255,2 22307,15= 102521,75 тыс. руб. б. Расчет смешанной сети: Значение К1985 для одноцепной линии 110 КВ на железобетонных опорах в первом районе по гололеду : Таблица №11.
Л-я Марка Ко,i1985,тыс. руб/км Ко,i 2014, тыс. руб/км L, км K, тыс.руб ?Рнб, КВТ Si,j, КВ•А rл, Ом Тнб, ч , ч
Как видим из результатов подсчета, смешанная сеть экономически выгодней радиальной на 9,1%.
Для данного проекта выбираем вариант со смешанной схемой электроснабжения района.
3. Выбор трансформаторов, схемы их замещения
Исходя из категорий потребителей выбираем на подстанциях 1,2,3,5 потребителей по 2 трансформатора, так как потребители 1-2 категорий. На подстанции 4 потребителя выбираем один трансформатор, так как потребитель 3 категории.
Определим тип и номинальную мощность возможных вариантов трансформаторов с учетом допустимой нагрузки их в номинальном режиме работы и допустимой перегрузки в послеаварийном режиме.
Условия: - для однотрансформаторной подстанции: Sном.т Sн.мах, - для двухтрансформаторной подстанции в номинальном режиме работы : 2 Sном.т Sн.мах, в режиме послеаварийной перегрузки -
Sном.т Sн.мах, где Кп-1,4.
№1. Sн.мах1=22000 КВ А;
1. ТРДН-25000/110;
2 25000=50000 22000 КВ А;
1,4 25000=35000 КВ А 22000 КВ А;
2. ТРДН-32000/110
2 32000=64000 22000 КВ А;
1,4 2000=44800 КВ А 22000 КВ А;
№2. Sн.мах2=18000 КВ А;
1. ТДН-16000/110
2 16000=32000 18000 КВ А;
1,4 16000=22400 КВ А 18000 КВ А;
2. ТРДН-25000/110;
2 25000=50000 18000 КВ А;
1,4 25000=35000 КВ А 18000 КВ А;
№3. Sн.мах3=28000 КВ А;
2. ТРДН-32000/110
2 32000=64000 28000 КВ А;
1,4 2000=44800 КВ А 28000 КВ А;
2. ТРДН-25000/110;
2 25000=50000 28000 КВ А;
1,4 25000=35000 КВ А 28000 КВ А;
№4. Sн.мах4=2500 КВ А;
1. ТМН-4000/35;
4000 2500 КВ А;
2. ТМН-6300/35
6300 2500 КВ А;
№5. Sн.мах5=17000 КВ А;
1. ТДН-16000/110
2 16000=32000 17000 КВ А;
1,4 16000=22400 КВ А 17000 КВ А;
2. ТРДН-25000/110;
2 25000=50000 17000 КВ А;
1,4 25000=35000 КВ А 7000 КВ А;
3.1 Технико-экономическое сопоставление вариантов
Проведем технико-экономическое сравнение вариантов выбранных трансформаторов и выберем один из них на каждой подстанции.
Технико-экономическое сравнение трансформаторов производится по приведенным затратам: Згі=Кі (E Ha) Иэі;
где Кі- капитальные затраты на сооружение трансформаторов, включающие заводскую стоимость, транспортные издержки, затраты на установку трансформаторов и пр, руб;
Е- норма дисконта, % (У=12,5%), На- норма амортизационных отчислений, % (На=2,5%), Иэі- стоимость потерь электроэнергии в трансформаторах.
Иэі= ;
где n- количество параллельно работающих трансформаторов;
Для ТДН-16000/110: Активное сопротивление трансформатора rt= ;
где Ркз-потери короткого замыкания трансформатора, КВТ
- номинальная мощность трансформатора, КВ ;
Uном- номинальное напряжение, КВ;
rt= =4,47 Ом;
Индуктивное сопротивление трансформатора
Хт= ;
где Uk- напряжение КЗ,%
Хт= ;
Емкостная проводимость трансформатора: bt= ;
где I хх- ток холостого хода, %. bt=(0,85/100) 16000/1162=10,1 10-6 См
Индуктивная проводимость трансформатора : G т= где Рхх -потери холостого хода, КВТ;
gt=21/1162=1,6 10-6 См.
Аналогично для других трансформаторов, результаты расчетов в таблице №13
Таблица №13
№ п/п трансформатор rt, Ом Хт, Ом bt, Ом gt, Ом
1 ТДН-16000/110 4,41 88,31 10,1 1,6
2 ТРДН-25000/110 2,58 56,5 16,3 2,2
3 ТМН-4000/35 3,1 27,7 1,03 4,5
Схемы замещения трансформаторов:
а. ТДН-16000/110/10:
б. ТРДН-25000/110/10:
в. ТМН-4000/35/10:
Заключение
Произведя необходимые подсчеты, мы выбрали оптимальную схему сети, отвечающей экономичности и требуемой надежности- смешанную схему, Согласно категориям потребителей, выбрано соответствующее количество трансформаторов, для обеспечения соответствующей работы.
Линии электропередач, выбраны согласно 1 району по гололеду, сечение проводов соответствует условию по напряжению и силе тока нагрузки.
Расчет показал, что с точки зрения экономичности по сооружению и обслуживанию, наиболее выгодным вариантом, является смешанная схема, с преобладанием кольцевого типа соединения потребителей. Так же данный вариант является наиболее надежным. трансформатор ток нагрузка провод
Список литературы
1. Солдаткина, Л.А. Электрические сети и системы: учеб. пособие для вузов/ Л.А. Солдаткина.-М.: Энергия , 1978.-216с.
2. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные матерьалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб.пособие для вузов.-4-е изд, перераб. и доп.- М.: Энергогатомиздат, 1989.-608с.: ил
3. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Энергия, 1979.-408с., ил
4. Справочник по электроснабжения промышленных предприятий. Промышленные электрические сети/ под ред. А.А. Федорова, Г.В. Сербиновского.-2-е изд., перераб. и доп.-М.:Энергия, 1980.-576с.
5. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные матерьалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб.пособие для вузов.-4-е изд, перераб. и доп.- М.: Энергогатомиздат, 1989.-608с.