Районные электрические сети
Исходные данные
- Масштаб: в 1 клетке -8 км;
- Коэффициент мощности на подстанции "А": 0,9д о.е.;
- Напряжение на шинах подстанции "А", кВ: Umax=117 кВ, Uавар=109 кВ;
- Число часов использования максимальной нагрузки Тmax= 4500 ч. ;
- Максимальная нагрузка на подстанциях: Pmax,1= 17 МВт, Pmax,2= 23 МВт, Pmax,3=30МВт, Pmax,4= 27 МВт; Pmax,5= 20МВт
- Коэффициенты мощности нагрузки на подстанциях имеют следующие значения: cos φ1= 0,79; cos φ2= 0,8; cos φ3= 0,81; cos φ4= 0,81; cos φ5= 0,8.
Выбираем следующие схемы (рис. 1, 2)
1. Выбор рациональной схемы
Выбор рациональной схемы сети производится на основе технико-экономического составления ряда ее вариантов. Сопоставляемые варианты обязательно должны отвечать условиям технической осуществимости каждого из них по параметрам основного электрооборудования, а также быть равноценными по надежности электроснабжения потребителей, относящихся ко второй категории.
Основное назначение электрических сетей состоит в обеспечении надежного электроснабжения потребителей энергосистемы электроэнергией надлежащего качества. Оно должно осуществляться при соблюдении требований к технико-экономическим показателям сети, т.е. при экономически оправданных и по возможности минимальных затратах.
2.Выбор номинального напряжения электрической сети
Предварительный выбор номинального напряжения Uн линий производят совместно с разработкой схем сети, т.к. они взаимно дополняют друг друга. Все элементы электрической сети, а также электроприемники выполняются на определенное номинальное напряжения и могут работать при значениях напряжения, отличающихся от номинального лишь с некоторыми допусками. Все элементы сети обладают определенными сопротивлениями, поэтому токи в них вызывают изменение напряжения, в результате комплексные значения напряжения во всех узлах сети получаются различными.
Величина Uн зависит от передаваемой мощности. Напряжение, для выбранного варианта конфигурации электрической сети предварительно определим по формуле Г.А. Илларионова:
Uном=(1)
где L - длина линии, км; P - передаваемая мощность на одну цепь, МВт.
В отличие от других экспериментальных выражений приведенная формула дает удовлетворительные результаты для всей шкалы номинальных напряжений переменного тока в диапазоне от 35 до 1150 кВ.
Для определения напряжения необходимо сначала определить длину линии и соответствующие передаваемые мощности: км; км; км; км;км; км
Рассчитаем перетоки активных мощностей без учета потерь мощности.
Представим простейший замкнутый контур в виде линии с двухсторонним питанием (рис.3) и определим соответствующие мощности. Задаем направление мощности. Если при расчете получается отрицательное значение мощности, то меняется направление мощности.
Рассмотрим одноцепную линию А-1-2-А
По первому закону Кирхгофа определим распределение мощности :
Рассмотрим двухцепные линии
Теперь мы можем определить номинальные напряжения для каждой линии по формуле (1):
Исходя из полученных результатов, видно, что схема 1 электрической сети будет выполняться на напряжение
Для определения напряжения необходимо сначала определить длину линии и соответствующие передаваемые мощности: км; км; км;км; км; км
Рассчитаем перетоки активных мощностей без учета потерь мощности:
Рассмотрим одноцепную линию А-3-4-А
По первому закону Кирхгофа определим распределение мощности :
Определим мощности, передаваемые по двухцепным линиям:
Определяем номинальное напряжение сети:
Исходя из полученных результатов, видно, что схема 2 электрической сети будет выполняться на напряжение
3. Баланс активной и реактивной мощности в электрической сети
Основной целью составления баланса мощности является обеспечение работы электрической системы с допустимыми параметрами во всех режимах в течение года. Баланс составляется отдельно для активной и реактивной мощности. Следует отметить, что реактивная мощность нагрузки электрической системы в большей мере, чем активная, определяется потерями сети. Чем ближе к месту потребления реактивной мощности устанавливаются компенсирующие устройства, тем меньше значения передаваемой по элементам сети реактивной мощности и тем выше уровень напряжения в сети. Все это приводит к уменьшению потерь реактивной мощности в сети и к снижению суммарной установленной мощности компенсирующих устройств.
В процессе эксплуатации составление баланса мощности приходится выполнять систематически в целях выяснения условий работы электрической системы и ее отдельных частей с учетом фактического наличия оборудования, его текущего состояния и роста нагрузок.
Согласно формуле
(2)
определим наибольшую суммарную активную мощность, потребляемую в проектируемой сети, где
К-коэффициент наибольшей нагрузки п/ст, равный от 0,95 до 0,96;
∆Pc – суммарные потери мощности в сети в долях от суммарной нагрузки п/ст, принимается равным 0,05
.
Для дальнейших расчетов определим наибольшую реактивную нагрузку i-го узла [Мвар] и наибольшую полную нагрузку i-го узла [МВ·А]:
,(3)
,(4)
где Рнб,i – максимальная активная нагрузка i- ого узла.
Для 1-ой подстанции:
Для 2-ой подстанции:
Для 3-ей подстанции:
Для 4-ой подстанции:
Для 5-ой подстанции:
Для 1-ой подстанции:
Для 2-ой подстанции:
Для 3-ей подстанции:
Для 4-ой подстанции:
Для 5-ой подстанции:
Потребителями реактивной мощности в энергосистеме являются электроприемники промышленных предприятий, электрифицированный железнодорожный и городской транспорт, маломощная двигательная нагрузка населенных мест, в последнее время широкое применение бытовых приборов и люминесцентных светильников привело существенному увеличению реактивной мощности. Значительная реактивная мощность теряется при ее передачи. Наибольшие потери имеют место в трансформаторах. Для оценки потерь реактивной мощности в трансформаторах воспользуемся формулой (5):
(5)
Так как мы рассматриваем электрическую сеть 110/10 кВ, то примем равным 1, выбираем из таблицы 4.9 [1] в соответствии с данными нашей сети.
.
Суммарную наибольшую реактивную мощность, потребляемую с шин электростанции или районной подстанции, являющихся источниками питания для проектируемой сети определим по формуле:
(6)
Для воздушных линий 110 кВ в первом приближении допускается принимать равными потери и генерации реактивной мощности в линиях, т.е. 0.
Отсюда:
4. Выбор типа, мощности и места установки компенсирующих устройств
В электрических сетях устанавливают так называемые компенсирующие устройства. Компенсирующими устройствами называют установки, предназначенные для компенсации емкостей или индуктивной составляющей переменного тока. Условно их разделяют на:
а) устройства для компенсации реактивной мощности, потребляемой нагрузками и в элементах сети,- синхронные двигатели и поперечно включаемые батареи конденсаторов
б) устройства для компенсации реактивных параметров линии – продольно включаемые батареи конденсаторов, поперечно включаемые реакторы.
Компенсирующие устройства, кроме генерации реактивной мощности, потребляют некоторую активную мощность. При расчете рабочего режима мы эти величины не будем учитывать, так как они оказывают сравнительно малое влияние на параметры режима.
Итак, полученное значение суммарной потребляемой реактивной мощности сравниваем с указанным на проект значением реактивной мощности , которую экономически целесообразно получать из системы в проектируемую сеть.
,(7)
где - коэффициент мощности на подстанции “А”.
При в проектируемой сети должны быть установлены компенсирующие устройства, суммарная мощность которых определяется по формуле (8).
(8)
Определим мощность конденсаторных батарей, которые должны быть установлены на каждой подстанции по формулам (9) и (10).
Так как проектируется сеть 110/10кВ то базовый экономический коэффициент реактивной мощности , а , т.е.
(9)
Таблица 1
|
№ узла |
Количество КУ |
Тип КУ |
|
1 |
4 |
УКЛ – 10,5 – 2250 У3 |
|
2 |
4 |
УКЛ – 10,5 – 2700 УЗ |
|
3 |
4 |
УКЛ – 10,5 – 3150 УЗ |
|
4 |
4 |
УКЛ – 10,5 – 3150 У3 |
|
5 |
4 |
УКЛ – 10,5 – 2250 У3 |
Для 1-го узла:
Для 2-го узла:
Для 3-го узла:
Для 4-го узла:
Для 5-го узла:
Определим реактивную мощность, потребляемую в узлах из системы с учетом компенсирующих устройств:
,(11)
где Qk,i – мощность конденсаторных батарей, которые должны быть установлены на каждой подстанции, Мвар.
Полная мощность в узлах с учетом компенсирующих устройств:
,(12)
где Qi – реактивная мощность, потребляемая в узлах из системы с учетом компенсирующих устройств, Мвар.
5. Выбор силовых трансформаторов понизительных подстанций
Количество трансформаторов выбирается с учетом категорий потребителей по степени надежности. Так как по условию курсового проекта, на всех подстанциях имеются потребители 1-ой категории и , то число устанавливаемых трансформаторов должно быть не менее двух.
