Разработка конфигурации сети. Приближённые расчёты потокораспределения в нормальном режиме наибольших нагрузок для двух вариантов сети. Оценка достаточности регулировочного диапазона трансформаторов из условия встречного регулирования напряжения.
Аннотация к работе
В качестве приближенного метода применим метод контурных уравнений, т.е. метод, с помощью которого расчет потокораспределения ведется в два этапа, когда на первом этапе выполняется расчет без учета потерь мощности и потерь напряжения, а на втором - следуют уточнения с учетом потерь. потери мощности в трансформаторах не учитываются, следовательно, заданные нагрузки узлов можно подключить в узлы связи линий и трансформаторы в расчетах не учитывать. При технико-экономическом сравнении 2-х вариантов допускается пользоваться упрощенными методами расчетов, а именно: не учитывать потери мощности в трансформаторах и линиях при определении распределения мощности в сети; находить распределение мощности в замкнутых сетях не по сопротивлениям линий, а по их длинам; не учитывать влияния зарядной мощности линий; определять потери напряжения по номинальному напряжению. Мощность в конце участка 1-2: Мощность в начале участка 1-2: Мощность в конце участка 2-3: Мощность в начале участка 2-3: Мощность в конце участка 5-1: Мощность в начале участка 5-1: Мощность в конце участка 5-4: Мощность в начале участка5-4: Мощность в конце участка 4-3: Мощность в начале участка4-3: Результаты электрического расчета режима наибольших нагрузок приведены на листе графической части проекта. Рассчитываем потокораспределение на участках сети в послеаварийном режиме с учетом потерь мощности: Мощность в конце участка 2-3: Мощность в начале участка2-3: Мощность в конце участка 3-4: Мощность в начале участка 3-4: Мощность в конце участка 4-5: Мощность в начале участка 4-5: Мощность в конце участка 5-1: Мощность в начале участка5-1: Результаты расчета сведем в таблицу 7.3.2Кл=Ко·?, где Ко-стоимость сооружения воздушных ЛЭП на 1 км длины по табл. Рассчитываем стоимость линий в ценах 1991 года для двух вариантов. Номер ветвей схемы Длина линии, км Марка и сечение провода, количество цепей Удельная стоимость, тыс. руб./км Полная стоимость линии, тыс. руб. ? W - потери энергии в трансформаторах и линиях, МВТ·ч; ? - стоимость 1 КВТ·ч потерянной энергии, руб./КВТ·ч; для силового оборудования ?=1,75·10 руб./КВТ·ч, для воздушных ЛЭП ?=2,23·10 руб./КВТ·ч.
План
Содержание
Введение
1. Разработка 4-5 вариантов конфигурации сети и выбор двух вариантов для дальнейших расчетов
2. Приближенные расчеты потокораспределения в нормальном режиме наибольших нагрузок для двух вариантов сети
3. Выбор номинального напряжения сети и числа цепей линий электропередачи
Выбор сечений проводов
Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях
Технико-экономическое сравнение вариантов
Электрические расчеты характерных режимов сети: нормальных режимов наибольших и наименьших нагрузок, наиболее тяжелого послеаварийного режима
8. Оценка достаточности регулировочного диапазона трансформаторов из условия встречного регулирования напряжения
9. Расчет технико-экономических показателей
Список литературы
Введение
Формирование электрических систем осуществляется с помощью электрических сетей, которые выполняют функции передачи энергии и электроснабжения потребителей. С учетом этого ведется проектирование.
Расчетные задачи решаются по определенным формулам по известной методике на основе необходимых данных. Выбор наиболее удачного варианта электрической сети про изводится путем теоретических расчетов и на основе различных соображений.
К электрической сети предъявляются определенные технико-экономические требования, с учетом которых производится выбор наиболее приемлемого варианта.
Экономические требования сводятся к достижению, по мере возможности, наименьшей стоимости передачи энергии по сети, поэтому следует стремиться к снижению капитальных затрат на сооружение сети. Необходимо также принимать меры к уменьшению ежегодных расходов на эксплуатацию электрической сети. Одновременный учет капитальных вложений и эксплуатационных расходов может быть произведен с помощью метода приведенных затрат. В связи с этим оценка экономичности варианта электрической сети производится по приведенным затратам.
Выбор наиболее приемлемого варианта, удовлетворяющего технико-экономическим требованиям, - это один из основных вопросов при проектировании любого инженерного сооружения, в том числе и электрической сети.
В задании на курсовую работу дается необходимая информация о потребителях: их взаимное расположение, максимальные и минимальные мощности, коэффициенты мощности, число часов использования максимальной нагрузки. Для решения вопросов надежности электроснабжения указываются категории потребителей. В задании при водятся также исходные данные о месторасположении электрической станции без значения ее мощности. Она принимается за балансирующий узел, в котором задается режим напряжений при максимальных и минимальных нагрузках.
Курсовая работа представляется в виде пояснительной записки и одного листа графической части.
1. Разработка 4-5 вариантов конфигурации сети
При выборе вариантов необходимо соблюдать два условия: сеть должна иметь по возможности меньшую длину; для каждого потребителя в зависимости от его категории должна быть обеспечена соответствующая степень надежности.
Разработанная схема считается удачной, если в ремонтных и аварийных режимах нагрузка оставшихся в работе питающих линий увеличивается не более чем на 50-60 % от нагрузки нормального режима максимальных нагрузок. Под питающими линиями понимаются линии, отходящие от источников энергии - электростанции и системной подстанции (балансирующего узла). Такими свойствами обладают многоконтурные схемы с тремя и более питающими линиями. При двух питающих линиях их желательно выполнять двухцепными.
В соответствии с ПУЭ [5] нагрузки 1-й и 2-й категорий должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, и перерыв их электроснабжения допускается лишь на время автоматического восстановления питания. Допускается питание потребителей 2-й категории от одного источника при соответствующем технико-экономическом обосновании. Для электроприемников 3-й категории достаточно питания по одной линии, питающейся от одного источника или, в виде отпайки, от проходящей вблизи линии.
Принимаемая схема должна быть гибкой и удобной в эксплуатации, желательно однородной. Такими качествами обладают многоконтурные схемы одного номинального напряжения. Отключение любой цепи в такой схеме сказывается в незначительной степени на ухудшении режима работы сети в целом.
В качестве критерия сопоставления вариантов сети на данном этапе проектирования рекомендуется использовать суммарную длину линий. Длины высоковольтных (одноцепных) линий увеличиваем на 10 % изза вероятного отклонения трассы линии электропередачи от длины прямой линии по причине изменения рельефа местности. Длины двухцепных линий при этом умножаются на 1,4-1,6 - во столько раз дороже двухцепная линия по сравнению с одноцепной. Этот критерий основывается на предположении, что все варианты схемы имеют один класс номинального напряжения и выполнены одинаковым сечением проводов на всех участках, причем использованы одинаковые типы опор, конструкции фаз и т.д.
На основе выше изложенного принимаем для дальнейших расчетов варианты 1 и 3. Оба варианта имеют наименьшую протяженность сети ЛЭП, удовлетворяют требованиям по числу присоединений к категориям потребителей, имеют кольцевые схемы.
Рисунок 1.1 - Конфигурация вариантов сети
2. Приближенные расчеты потокораспределения в нормальном режиме наибольших нагрузок для двух вариантов сети
Рассчитаем нагрузки потребителей: S=P JQ, где Q= P·tg?, где Р - активная мощность потребителей, МВТ;
tg?=0,672 - коэффициент реактивной мощности потребителей, определяемый на основании соs?=0,83.
Для ПС3 на стороне НН задана активная мощность =10 МВТ; реактивная мощность =10·0,672=6,72 Мвар; полная мощность =10 j6,72MB·A.
Для ПС4 на стороне СН задана активная мощность =10 МВТ; реактивная мощность
=10·0,672=6,72 Мвар; полная мощность =10 j6,72 МВ·А.
Для определения номинальных напряжений и сечений проводов для выбранных конфигураций сети необходимо рассчитать потоки мощности в ветвях схемы. На первом этапе проектирования эту задачу приходится решать приближенно. В качестве приближенного метода применим метод контурных уравнений, т.е. метод, с помощью которого расчет потокораспределения ведется в два этапа, когда на первом этапе выполняется расчет без учета потерь мощности и потерь напряжения, а на втором - следуют уточнения с учетом потерь. Здесь используются результаты, полученные на первом этапе электрического расчета. Чтобы создать предпосылки для возможности применения этого метода, прибегаем к допущениям: - номинальные напряжения линий одинаковы;
- сечения проводов линий одинаковы, следовательно, их сопротивления пропорциональны их длинам, проводимости линий не учитываются;
- потери мощности в трансформаторах не учитываются, следовательно, заданные нагрузки узлов можно подключить в узлы связи линий и трансформаторы в расчетах не учитывать.
Расчет приближенного распределения потоков мощности для варианта 1
Находим распределение мощностей на участках кольца по известному выражению: , где и - длины противоположных плеч и суммы плеч соответственно.
Распределение мощностей на остальных участках рассчитываем по первому закону Кирхгофа.
Результаты расчета с учетом направлений потоков мощности приведены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2- Результаты расчета потоков мощности
3. Выбор номинального напряжения сети и числа цепей линии. Уточнение конфигурации сети
Номинальное напряжение - это основной параметр сети, определяющий габаритные размеры линий, трансформаторов, подстанций, коммутационных аппаратов и их стоимость.
Выбранное напряжение должно соответствовать принятой системе номинальных напряжений в энергосистеме региона. Предварительный выбор номинальных напряжений осуществляется по экономическим зонам [1, с. 45-46] или по эмпирическим формулам [4, c. 260]: Формула Стилла: ;
Формула Илларионова: ;
Формула Залесского: , где ? и Р - длина линии, км, и мощность на одну цепь линии, МВТ.
Во всех случаях независимыми переменными при выборе номинальных напряжений являются длины линий и протекающие по ним активные мощности, которые были определены на этапе предварительного потокораспределения.
Произведем расчет напряжений по экономическим зонам и эмпирическим формулам для участка 1-2 варианта 1: Линия 1-2 одноцепная, длиной 30.36 км, передаваемая активная мощность Р=29.92 МВТ. На пересечении координат осей искомая точка попадает в зону U=110 КВ. Предварительно для данной линии принимаем напряжение 110 КВ.
Формула Стилла: ;
Формула Илларионова: ;
Формула Залесского: .
Окончательно принимаем на участке сети 1-2 варианта 1 номинальное напряжение 110 КВ.
Аналогично производим расчет для остальных участков сети. Результаты расчета сводим в таблицу 3.1
Таблица 3.1 - Предварительный выбор номинального напряжения линий электропередачи
Номер линии по схеме Длина линии, км Передаваемая активная мощность, МВТ Расчетное номинальное напряжение, КВ Принятое номинальное напряжение, КВ по экономическим зонам По эмпирическим формулам
Стилла Илларионова Залесского
Вариант 1
1-2 30.36 29.42 110 22.38 99.3 73.97 110
2-3 36.96 17.42 110 77.1 79.8 57.68 110
3-4 31.08 4.08 35 42.7 39.88 27.42 110
4-5 34.32 18.08 110 78.03 80.9 58.26 110
5-1 26.4 31.08 110 46.61 100.4 74.15 110
Вариант 2
1-2 30.36 36.23 110 104.46 108.22 81.31 110
2-3 36.96 18.23 110 78.64 12.27 59.01 110
3-4 54.12 17.76 35 79.81 81.9 61.1 110
4-1 31.68 14 110 69.4 71.74 50.82 110
4-5 26.4 30.76 110 98.82 100 73.77 110
Так как мощности, протекающие по участкам сети попадают в область значений Р, для которых ориентировочное напряжение сети 110 КВ, то окончательно на всех участках сети принимаем одноцепные линии электропередач с номинальным напряжением 110 КВ.
4. Выбор сечений проводов. Уточнение конфигурации сети
Провода воздушных линий системообразующей сети выбираются по экономическим соображениям и проверяются по допустимой мощности (току) нагрева в послеаварийных режимах, а также по условиям короны для линий 110 КВ и выше. Эти критерии являются независимыми друг от друга, и выбранное сечение провода должно удовлетворять каждому из них. Результаты расчетов удобно представлять в виде таблицы 4.1. Эти расчеты выполняются для каждого из рассматриваемых вариантов.
Сечения проводов определяем по экономической плотности тока по формуле: F= , где I-ток нагрузки на проводник при нормальной работе сети, А;
jэ- экономическая плотность тока, определяемая в зависимости от материала токоведущего проводника, конструкции линии и времени использования максимальной нагрузки, А/мм?.
Согласно заданию время использования максимальной нагрузки Тмах=5100 ч для ПС2 и ПС3 и Тмах=5200 ч для ПС4 и ПС5.
Так как согласно заданию значения Тмах различны для потребителей, то для замкнутой сети находим Тср:
По параметру Тср и табл.3,1 принимаем расчетное значение экономической плотности тока равное 1,0 А/мм?.
Проверка по условию короны осуществляется по выражению: , где Uраб - рабочее напряжение; Ukp - критическое напряжение короны; мо - коэффициент, учитывающий состояние поверхности провода, для многопроволочных проводов мо=0,85; мп - коэффициент, учитывающий состояние погоды, мп=1 при сухой и ясной погоде; ? - коэффициент относительной плотности воздуха, учитывающий барометрическое давление и температуру воздуха, ?=1; r - радиус провода, см; D - расстояние между осями проводов воздушной линии, см. Согласно стр.46 [1] предварительно для расчетов среднее расстояние между проводами D может быть принято равным 400 см.
В качестве материала для проводов воздушных линий используем сталеалюминиевые провода марки АС диаметром не менее 11,3 мм (по условию образования короны). Наименьшее сечение провода должно удовлетворять условию: . Если критическое напряжение получается меньше рабочего (номинального), следует принимать меры для повышения критического напряжения, т.е. взять большее сечение.
Для провода АС-70/11:
условие выполняется.
Расчетное сечение провода по экономическим условиям для участка 1-2 варианта 1:
Таблица 4.1- Выбор сечений проводов воздушных линий
Номер линии Расчетная мощность, МВ·А Расчетное сечение провода, мм?, по экономическим условиям Проверка по условиям короны, Ukp, КВ Проверка по допустимому току нагрева, А Принятое сечение и марка провода
Вариант 1
1-2 36.01 188.99 188.99 510 АС-185/29
2-3 21.57 113.2 113.2 390 АС-120/19
3-4 4.91 25.8 25.8 265 АС-70/11
4-5 21.77 114.3 114.3 390 АС-120/19
5-1 37.4 196.3 196.3 510 АС-185/29
Вариант 2
1-2 41.92 220 220 605 АС-240/32
2-3 22.41 117.02 117.02 390 АС-120/19
3-4 20.93 109.85 109.85 390 АС-120/19
4-1 36.57 191.94 191.94 510 АС-185/29
4-5 16.85 88.4 88.4 330 АС-95/16
Для проверки выбранных сечений по нагреву в замкнутой сети находят потокораспределение в различных послеаварийных режимах и соответствующие токи. Если ток в послеаварийном режиме превышает допустимый ток по нагреву для выбранных проводов на каком-либо участке, то на этом участке увеличивают сечение провода.
Результаты расчета сведем в таблицу 4.2 и 4.3
Таблица 4.2-Результаты расчета послеаварийного режима для варианта 1
Номер ветви Ток, А, при отключении ветви сети Наибольшее значение тока, А 1-2 2-3 3-4 4-5 5-1
1-2 0 75.81 240,28 303.25 385.38 385.38
2-3 75.81 0 117.51 227.44 274.14 274.14
3-4 240,28 117.51 0 88.45 170.58 170.58
4-5 303.25 227.44 88.45 0 126,49 366,77
5-1 385.38 274.14 252,98 170.58 0 493,26
Таблица 4.3-Результаты расчета послеаварийного режима для варианта 2
Номер ветви Ток, А, при отключении ветви сети Наибольшее значение тока, А 1-2 2-3 3-5 5-1 3-4
1-2 0 75.81 214.8 303.25 219.99 303.25
2-3 75.81 0 117.51 227.44 139.13 274.14
3-5 214.8 117.51 0 82.13 109.48 214.8
5-1 303.25 227.44 82.13 0 181.86 303.25
3-4 88.45 88.45 88.45 88.45 0 88.45
Согласно нормам технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35 КВ и выше выбираем железобетонные опоры на всех участках сети для обоих вариантов.
5. Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях
На подстанциях, питающих потребителей 1-й и 2-й категорий, для бесперебойности электроснабжения число трансформаторов должно быть не меньше двух. Мощность трансформаторов рекомендуется выбирать из условия всей нагрузки потребителей при выходе из работы одного трансформатора и с учетом допустимой перегрузки до 40 %: St ? Sнб/1,4.
Мощность однотрансформаторной подстанции определяется максимальной загрузкой трансформатора в нормальном режиме (до 100 %).
Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном и в послеаварийном режимах: Кз= ·100%.
Рассмотрим выбор трансформаторов на примере ПС4.
Определим подключенную в момент максимума мощность:
Мощность трансформаторов с учетом допустимой перегрузки до 40 %:
Принимаем по таблице II.2 [1] два трансформатора типа ТДН-16000/110. Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном и в послеаварийном режимах: Кз,норм=
Кз,авар=
Аналогично произведем выбор трансформаторов для остальных подстанций. Результаты расчета сведем в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 - Выбор трансформаторов для варианта 1 и варианта 3
Номер подстанции Суммарная подключенная в момент максимума мощность, МВ·А Мощность трансформаторов с учетом допустимой перегрузки, МВ·А Число выбранных трансформаторов Номинальная мощность каждого из выбранных трансформаторов, МВ·А Загрузка каждого трансформатора в нормаль ном режиме, % в аварийном режиме, %
2 14.44 10.31 2 16 45.13 90.25
3 26.48 18.91 2 25 52.96 105.92
4 16.85 12.04 1 16 105.31 -
5 22.78 16.27 2 25 45.56 91.12
Таблица 5.2 - Параметры трансформаторов
Тип и мощность, МВ·А Uном обмоток, КВ Uk, % ?Рк, КВТ ?Рх, КВТ Іх, %
При технико-экономическом сравнении 2-х вариантов допускается пользоваться упрощенными методами расчетов, а именно: не учитывать потери мощности в трансформаторах и линиях при определении распределения мощности в сети; находить распределение мощности в замкнутых сетях не по сопротивлениям линий, а по их длинам; не учитывать влияния зарядной мощности линий; определять потери напряжения по номинальному напряжению.
Годовые эксплуатационные расходы и себестоимость передачи электроэнергии не характеризуют в полной мере повышения производительности труда на единицу продукции, не дают полного представления об экономичности, т. к. не учитывают затрат труда на производство прибавочного продукта. В полной мере оценку эффективности капиталовложений и экономичности того или иного сооружения может быть только учет затрат всего общественного труда, необходимого для производства продукции.
Приведенные затраты могут быть определены по формуле: З=рн·К Гэ, где рн=0,12-нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;
К- капитальные затраты на сооружение электрической сети;
К=Кл Кпс
Капитальные затраты на сооружение ЛЭП
Кл=Ко·?, где Ко- стоимость сооружения воздушных ЛЭП на 1 км длины по табл. IV.2[1] для железобетонных опор по II району по гололеду; ? - длина воздушных ЛЭП, км.
Рассчитываем стоимость линий в ценах 1991 года для двух вариантов.
Таблица 6.1- Стоимость линий
Номер ветвей схемы Длина линии, км Марка и сечение провода, количество цепей Удельная стоимость, тыс. руб./км Полная стоимость линии, тыс. руб.
Вариант 1
1-2 30.36 АС-185/29 12.9 391.644
2-3 36.96 АС-120/19 11.4 421.344
3-4 31.68 АС-70/11 12 380.16
4-5 34.32 АС-120/19 11.4 391.248
5-1 26.4 АС-185/29 12.9 340.56
Итого 1924.956
Вариант 3
1-2 30.36 АС-240/32 14 425.04
2-3 36.96 АС-120/19 11.4 421.344
3-4 31.68 АС-95/16 2 380.16
4-1 34.32 АС-120/19 11.4 616.968
4-5 26.4 АС-185/29 12.9 340.56
Итого 2184.072
Капитальные затраты на сооружение подстанций
Кпс=Кт·m Кру Кпост, где Кт- стоимость трансформаторов, тыс. руб.; Кру- стоимость сооружения открытых распределительных устройств, тыс. руб.; Кпост- постоянная часть затрат по подстанциям, тыс. руб.
Таблица 6.2 - Стоимость подстанций для вариантов 1 и 2.
Номер узла Стоимость трансформаторов, тыс. руб. Постоянная часть затрат, тыс. руб. Стоимость распределительных устройств, тыс. руб Полная стоимость подстанции, тыс. руб.
2 2?63 210 120 456
3 2?84 210 120 498
4 1?63 250 120 393
5 2?84 210 120 498
Итого 1845
Капитальные затраты на сооружение электрической сети: К1=Кл Кпс=1924.956 1845=3769.956 тыс. руб.
К3=2184,072 1845=4029.072 тыс. руб.
Годовые эксплуатационные расходы:
Гэ= , где ?а ?р- отчисления на амортизацию и обслуживание, %; - для силового оборудования и - для воздушных ЛЭП.
? W - потери энергии в трансформаторах и линиях, МВТ·ч; ? - стоимость 1 КВТ·ч потерянной энергии, руб./КВТ·ч; для силового оборудования ?=1,75·10 руб./КВТ·ч, для воздушных ЛЭП ?=2,23·10 руб./КВТ·ч.
Потери энергии в двухобмоточных трансформаторах: ? Wt = ?РХ·Т ?Рк·( Smax / Sном) ?· ? , Потери энергии в трехобмоточных трансформаторах: , где ?PХ и ?Рк - потери холостого хода и короткого замыкания, КВТ; Smax - максимальная нагрузка трансформатора, МВ·А; Sном - номинальная мощность трансформатора, МВ·А; Т-продолжительность работы трансформатора, Т=8760 ч; ? - продолжительность максимальных потерь, определяется в зависимости от продолжительности использования максимальной нагрузки Тмах по формуле: , ;
Потери энергии в линиях: ? Wл=
Для замкнутой сети варианта 1:
Для замкнутого контура варианта 2:
Годовые эксплуатационные расходы в трансформаторах подстанции:
Гэ,пс1= Гэ,пс3=0.094·1845 2024.95·1,75· =173.78тыс. руб.
Годовые эксплуатационные расходы в линиях: Гэ,л1=0,028·1924.956 6081.97·2,23· =55.25 тыс. руб.
Гэ,л3=0,028·2184,072 7518.93·2,23· =62.83 тыс. руб.
Суммарные годовые эксплуатационные расходы: Гэ1= Гэ,л1 Гэ,пс1=173.78 55.25 =229,03 тыс. руб.
ГЭЗ= Гэ,л3 Гэ,пс3=173,78 62.83 =236,61 тыс. руб.
Приведенные затраты: З1=0,12·3769,956 229,03 =681,42 тыс. руб.
З3=0,12·4029,072 236,61 =720,09 тыс. руб.
Так как вариант В-2 дороже варианта В-1, то выбираем вариант В-1 и используем его в дальнейших расчетах.
7. Электрические расчеты характерных режимов сети: наибольших и наименьших нагрузок, наиболее тяжелого послеаварийного режима
Целью электрического расчета сети является определение параметров режимов, выявление возможностей дальнейшего повышения экономичности работы сети и получение необходимых данных для решения вопросов регулирования напряжения.
В электрический расчет входят распределение активных и реактивных мощностей по линиям сети, вычисление потерь активной и реактивной мощностей в сети, а также расчет напряжений на шинах потребительских подстанций в основных нормальных и послеаварийных режимах.
Составляем схему замещения электрической сети (линии замещаются П-образной, трансформаторы - Г- образной) и определяем ее параметры: Для линии R=r0·?/n, Х=х0·?/n, В=n·b0·?, Qз=U?ном·В/2, где r0, х0 - удельные активное и реактивное сопротивления, Ом/км; b0 - удельная реактивная (емкостная) проводимость, См/км; ? - длина линии, км.
Удельные параметры ЛЭП r0, х0 и b0 определяем по табл.I.2.[1].
Для участка сети 1-2, длиной 30,36 км и выполненного проводом АС-185/29: активное сопротивление R12=0,159·30.36=4.83Ом;
Для трансформаторов: , Где ?Рк - потери короткого замыкания, КВТ; Uн - номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, КВ; Sн - номинальная мощность трансформатора, МВ·А; Uk - напряжение короткого замыкания, %.
В расчетах электрических сетей 2-х и 3-х обмоточные трансформаторы при Uвн.ном ? 220 КВ представляется упрощенной схемой замещения, где вместо ветви намагничивания учитываются в виде дополнительной нагрузки потери холостого хода ?Рх-j?Qx: ?Qx=
Для трансформаторов ПС2:
Результаты расчета сведем в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 - Параметры трансформаторов
Номер узла Тип и мощность трансформатора Расчетные данные
Для данных трансформаторов предел регулирования напряжений
Электрический расчет сети в режиме наибольших нагрузок
Нагрузки электрической сети обычно задаются на шинах вторичного напряжения районных или потребительских подстанций. Нагрузка сети высшего напряжения больше заданной нагрузки на величину потерь мощности в трансформаторах. Кроме того, необходимо учитывать зарядную мощность линии, которая обычно приводит к уменьшению реактивной нагрузки сети.
Приводим нагрузки к сети ВН: Рвн JQВН=(Рн ?Рх ·Rt) j(Qн ?Qx ·Хт - ? Qз), где Рн, Qн - активная и реактивная мощности нагрузок, заданных на стороне вторичного напряжения подстанций;
Rt, Хт - суммарные активные и реактивные сопротивления трансформаторов данной подстанции;
? Qз - суммарная зарядная мощность линий, приложенная в точке подключения данной нагрузки (подстанции).
Производим расчет потоков мощности на всех участках уточненным методом, т. е. с учетом R и Х линий. Распределение потоков мощности сначала рассчитываем без учета потерь мощности.
Находим распределение мощностей на участках кольца: , где и - полное сопротивление противоположных плеч и суммы плеч соответственно.
Проверка:
S12 S15= ?Si 30,95 30,76 j(21,79 19,32) MB·A =61,71 j41,19 MB·A 61,71 j41,19 MB·A =61,71 j41,19 MB·A Результаты расчета с учетом направлений потоков мощности приведены на рисунке 7.1.1.
Рисунок 7.1.1-Распределение потоков мощности на участках сети
Корректируем найденное распределение мощностей на участках сети с учетом потерь мощности.
Мощность в конце участка 1-2:
Мощность в начале участка 1-2:
Мощность в конце участка 2-3:
Мощность в начале участка 2-3:
Мощность в конце участка 5-1:
Мощность в начале участка 5-1:
Мощность в конце участка 5-4:
Мощность в начале участка5-4:
Мощность в конце участка 4-3:
Мощность в начале участка4-3:
Результаты электрического расчета режима наибольших нагрузок приведены на листе графической части проекта.
Таблица 7.1.2-Распределение мощности на участках сети с учетом потерь мощности
Участок сети Мощность в начале линии, МВ·А Потери мощности в линии, МВ·А Мощности в конце линии, МВ·А 1-2 31,52 j23,2 0,57 j1,48 30,95 j21,72
2-3 9,3 j14,71 0,41 j0,72 18,89 j13,99
3-4 3,22 j1,44 0,01 j0,01 3,21 j1,43
4-5 18,07 j11,45 0,37 j0,64 17,7 j10,81
5-1 31,22 j21,08 0,46 j1,76 30,76 j19,32
Электрический расчет сети в режиме наименьших нагрузок
Мощность потребителей в режиме наименьших нагрузок в общем определяется по графикам нагрузок. Иногда эта мощность задается в процентах от наибольшей мощности нагрузки. Этот процент зависит от характера потребителей и рода нагрузки. Согласно заданию: Рнм=0,5Рнб
Для ПС2: S2,нм=0,5· S2,нб=0,5•(12 j8,04)=6 j4,02 MB·A.
Производим расчет потоков мощности на всех участках уточненным методом, т. е. с учетом R и Х линий. Распределение потоков мощности сначала рассчитываем без учета потерь мощности.
Находим распределение мощностей на участках кольца: , где и - полное сопротивление противоположных плеч и суммы плеч соответственно.
Проверка:
S12 S15= ?Si 15,45 j9,91 15,37 j8,84 MB·A =30,82 j18,75 MB·A 30,82 j18,75 MB·A =30,82 j18,75 MB·A Результаты расчета с учетом направлений потоков мощности приведены на рисунке 7.2.1.
Рисунок 7.2.1-Распределение потоков мощности на участках сети
Корректируем найденное распределение мощностей на участках сети с учетом потерь мощности.
Таблица 7.2.2- Распределение мощностей на участках сети с учетом потерь мощности
Участок сети Мощность в начале линии, МВ·А Потери мощности в линии, МВ·А Мощность в конце линии, МВ·А 1-2 15,59 j13,55 0,14 j3,64 15,45 j9,91
2-3 9,5 j6,61 0,09 j0,16 9,41 j6,45
3-4 1,66 j0,89 0,004 j0,004 1,66 j0,89
4-5 8,78 j5 0,7 j0,12 8,71 j4,88
5-1 15,48 j9,26 0,11 j0,42 15,37 j8,84
Результаты электрического расчета режима наибольших нагрузок приведены на листе графической части проекта.
Электрический расчет сети в nослеаварийном режиме
Наиболее тяжелый случай аварии происходит при обрыве линии на головном участке 1-2. Поэтому рассмотрим аварийный случай при обрыве одноцепной линии на участке 1-2.
Распределение потоков мощности сначала рассчитываем без учета потерь мощности.
Результаты расчета с учетом направлений потоков мощности приведены на рисунке 7.2.1
Рисунок 7.3.1-Распределение потоков мощности на участках сети
Рассчитываем потокораспределение на участках сети в послеаварийном режиме с учетом потерь мощности: Мощность в конце участка 2-3:
Мощность в начале участка2-3:
Мощность в конце участка 3-4:
Мощность в начале участка 3-4:
Мощность в конце участка 4-5:
Мощность в начале участка 4-5:
Мощность в конце участка 5-1:
Мощность в начале участка5-1:
Результаты расчета сведем в таблицу 7.3.2
Таблица 7.3.2- Потокораспределение с учетом потерь мощности
Участок сети Мощность в начале линии, МВ·А Потери мощности в линии, МВ·А Мощность в конце линии, МВ·А 1-2 Обрыв линии Обрыв линии Обрыв линии
2-3 12,21 j8 0,15 j0,27 12,06 j7,73
3-4 36,24 j25,9 1,93 j2,03 34,31 j23,87
4-5 53,41 j19,97 2,68 j4,69 66,47 j28,48
5-1 68,27 j35,42 1,8 j6,94 66,47 j28,48
Результаты электрического расчета послеаварийного режима приведены на листе графической части проекта.
8. Оценка достаточности регулирования диапазона трансформатора из условия встречного регулирования напряжения
Целью такого расчета является определение приведенных к высокой стороне напряжений на шинах низшего напряжения подстанций. Эти напряжения рассчитываются на основе напряжения опорного узла. Таким опорным узлом могут быть шины питающей станции или подстанции системы, а также другие точки сети. Напряжение опорного узла выбирается таким образом, чтобы у всех потребителей получались напряжения приемлемые как по уровню изоляции, так и по условиям работы.
Режим наибольших нагрузок
Напряжение источника питания U1нб=1,06Uном=1,06·110=116,6 КВ
Напряжение на шинах высшего напряжения подстанции 2 будет равно: U2=U1- =116,6 - =116,6-3,08=113,22КВ.
Напряжение на шинах низшего напряжения подстанции 2, приведенное к стороне высшего напряжения: U?2=113,22- =113,22-1,72=111,5 КВ.
Также определяются напряжения на шинах всех остальных подстанций сети. Расчеты напряжений выполняем для всех рассматриваемых режимов работы. Результаты расчета сводим в таблицу 8.1.1
Таблица8.1.1 - Расчеты напряжения на шинах ПС
Номера подстанций 2 3 4 5
Участки линий 1-2 2-3 5-4 1-5
1.Режим наибольших нагрузок U1нб=1,06Uном=116,6 КВ Напряжение в начале линии, КВ Падение напряжения в линии, КВ Напряжение в конце участка линии, КВ Падение напряжения в трансформаторах, КВ Напряжение в нейтральной точке трансформатора, КВ Напряжение на шинах среднего напряжения, приведенное к высокой стороне, КВ Напряжение на шинах низшего напряжения, приведенное к высокой стороне, КВ 116,6 3,08 113,22 1,72 - - 111,5 113,22 2,79 110,49 4,29 0,08 1,24 106,2 106,12 104,88 113,86 4,14 109,72 4,37 - - 105,35 116,6 2,74 113,86 1,26 - - 104,09
Режим наименьших нагрузок
Напряжение источника питания U1нм=1,02Uном=1,02·110=112,2 КВ
Напряжение на шинах высшего напряжения подстанции 2 будет равно: U2=U1- =112,2 - =112,2-2,19=
=110,01 КВ.
Напряжение на шинах низшего напряжения подстанции 2, приведенное к стороне высшего напряжения: U?2=110,01- =110,01-0,87=109,14 КВ.
Также определяются напряжения на шинах всех остальных подстанций сети. Расчеты напряжений выполняем для всех рассматриваемых режимов работы. Результаты расчета сводим в таблицу 8.2.1
Таблица 8.2.1 - Расчеты напряжения на шинах ПС
Номера подстанций 2 3 4 5
Участки линий 1-2 2-3 5-4 1-5
2.Режим наименьших нагрузок U1нм=1,02Uном=112,2 КВ Напряжение в начале линии, КВ Падение напряжения в линии, КВ Напряжение в конце участка линии, КВ Падение напряжения в трансформаторах, КВ Напряжение в нейтральной точке трансформатора, КВ Напряжение на шинах среднего напряжения, приведенное к высокой стороне, КВ Напряжение на шинах низшего напряжения, приведенное к высокой стороне, КВ 112,2 2,19 110,01 0,87 - - 109,14 110,01 1,72 108,29 2,11 0,04 0,59 106,18 106,14 105,55 110,29 2,31 107,98 2,12 - - 105,86 112,2 1,91 110,29 0,59 - - 109,7
Послеаварийный режим
Напряжение источника питания U1нб=1,06Uном=1,06·110=116,6 КВ
Напряжение на шинах высшего напряжения подстанции 2 будет равно: U5=U1- =116,6 - =116,6-7,35=109,25 КВ.
Напряжение на шинах низшего напряжения подстанции 2, приведенное к стороне высшего напряжения: U?5=109,25 - =109,35-1,21=108,04 КВ.
Также определяются напряжения на шинах всех остальных подстанций сети. Результаты расчета сводим в таблицу 8.3.1
Таблица 8.3.1 - Расчеты напряжения на шинах ПС
Номера подстанций 2 3 4 5
Участки линий 2-3 3-4 4-5 5-1
3.Послеаварийный режим U1нб=1,06Uном=116,6 КВ Напряжение в начале линии, КВ Падение напряжения в линии, КВ Напряжение в конце участка линии, КВ Падение напряжения в трансформаторах, КВ Напряжение в нейтральной точке трансформатора, КВ Напряжение на шинах среднего напряжения, приведенное к высокой стороне, КВ Напряжение на шинах низшего напряжения, приведенное к высокой стороне, КВ 94,21 2,58 91,7 2,13 - - 89,57 102,48 8,28 94,21 5,08 0,09 1,49 89,13 89,04 87,55 109,25 6,77 102,48 4,67 - - 97,81 116,6 7,35 109,25 1,21 - - 108,04
Расчет ответвлений трансформаторов
Зная напряжения на шинах низшего напряжения в режимах наибольших, наименьших нагрузок и в послеаварийном режиме, приведенные к высокой стороне, можно найти расчетное регулировочное ответвление трансформатора. Оно выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить наименьшее отклонение напряжений на шинах подстанций в различных режимах сети.
Определяем желаемое (расчетное) напряжение регулировочного ответвления обмотки ВН трансформатора ПС 2 при работе в режиме наибольших нагрузок: Uвн.ж=U?н· =111,5· =116,8КВ, где Uнн - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, КВ
Uн.ж - напряжение желаемое, которое необходимо поддерживать на шинах низшего напряжения в различных режимах работы сети, КВ.
В режиме максимальных нагрузок и в послеаварийном режиме Uн.ж=1,05·Uн=1,05·10=10,5 КВ, в режиме минимальных нагрузок Uн.ж=1,0·Uн=10 КВ; Uн - номинальное напряжение сети, КВ.
По найденному значению расчетного напряжения регулировочного ответвления выбирают стандартное ответвление с напряжением, ближайшим к расчетному: Uотв=115 КВ (0%)
Допустимое отклонение напряжения от номинального напряжения сети в режиме наибольших нагрузок должно быть не ниже 5%.
Все расчеты по выбору регулировочных ответвлений и определению действительных напряжений и отклонений напряжения на вторичной стороне заносим в таблицу 8.4.1
Во всех режимах на шинах низшего напряжения ПС должно обеспечиваться требуемое отклонение напряжения у потребителей, подключенных к шинам обмотки НН, т. е. в режиме наибольших нагрузок ?Uotk %, в режиме наименьших нагрузок ?Uotk % и в послеаварийном режиме ?Uotk %.
На подстанциях 3, 4 и 5 невозможно установить у потребителей желаемое напряжение из условия встречного регулирования напряжения в послеаварийном режиме. На этих подстанциях необходимо использовать другое средство регулирования.
Определим расчетное ответвление обмотки среднего напряжения трансформатора ПС4 : , где Uвн.д.нб и Uвн.д.нм - действительные напряжения обмотки ВН, КВ; - напряжения на шинах 35 КВ в максимальном и минимальном режимах, приведенные к стороне ВН, КВ; Uc - желаемое напряжение на шинах среднего напряжения, Uc=37 КВ.
.
Uотв=39,46 КВ (0 %).
Определим действительные напряжения на шинах СН ПС2:
Список литературы
1. Г. Е. Поспелов, В. Т. Федин. Проектирование электрических сетей и систем. - Мн.: Вышейшая школа, 1986.
2. Справочник по проектированию электроэнергетических систем под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро - М.: Энергия, 1977.
3. В. М. Блок, Г. К. Обушев, Л. В. Паперно и др. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов: сеть трансформатор напряжение потокораспределение
4. Учебное пособие для студентов электроэнергетических специальностей вузов. - М.: Высшая школа, 1990.
5. В. И. Идельчик. Электрические системы и сети. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
6. Правила устройства электроустановок. Минэнерго СССР - М.: Энергоиздат, 1986.
7. П. В. Лычев, В. Т. Федин. Электрические системы и сети. Решение практических задач: Учебное пособие для вузов. - Мн.: ДИЗАЙНПРО, 1997.
8. Н. М. Сыч, В. Т. Федин. Основы проектирования электрических сетей электроэнергетических систем. Учебное пособие к курсовому проекту по дисциплине "Электрические системы и сети". - Мн.: УП "Технопринт", 2001.