Проектирование электрической сети

1. Задание и исходные данные для проектирования

Спроектировать электрическую сеть для электроснабжения указанных потребителей от электрической системы. Месторасположение источника питания и потребителей ЭЭ указано на рисунке 1.1, а их характеристики — в таблице 1.1. Электрическая сеть расположена в объединенной энергосистеме Сибири, II районе по гололеду.

Рисунок 1.1

Расстояния между точками: l01=14 км, l02=17 км, l03=17 км, l04=25 км, l05=19 км, l12=17 км, l13=20 км, l14=24 км, l15=31 км, l23=13 км, l24=24 км, l25=31 км, l34=12 км, l35=21 км, l45=19 км.

Таблица 1.1 — Характеристика ИП и потребителей ЭЭ

Полная мощность нагрузок потребителей Si, МВА, определяется исходя из активной мощности нагрузки Pi, МВт, и коэффициента мощности Cosцi потребителей, указанных в таблице 1.1.

Таблица 1.2

Расчетные формулы:

а) ;

б) ;

б) ;

2. Составление вариантов схемы электрической сети и выбор наиболее рациональных решений

2.1 Варианты радиально-магистральной схемы электрической сети

а) б)

в) г)

Рисунок 2.1 — Варианты радиально-магистральной схемы

Таблица 2.1- Характеристика вариантов радиально-магистральной схемы

Вывод о выборе радиально-магистральной схемы: исходя из упрощенных критериев, наилучшим вариантом исполнения сети из предложенных является вариант, приведенный на рисунке 2.1 б).

3. Приближенный расчет потокораспределения в электрической сети

электрическая сеть напряжение трансформатор

а) б)

в) г)

Рисунок 2.2 — Варианты кольцевой схемы

Таблица 2.2 — Характеристика вариантов схемы, имеющий замкнутый контур

Вывод о выборе кольцевой схемы: исходя из упрощенных критериев, вариантом исполнения сети из предложенных является вариант, приведенный на рисунке 2.2 в); вариант, приведенный на рисунке 2.2 а) не проходят по допустимой потери напряжения в послеаварийном режиме.

3.1 Приближенный расчет потокораспределения в радиально-магистральной сети в нормально режиме

Участок 01:

,

Участок 03:

,

Участок 05:

,

Участок 45:

,

Участок 23:

,

Рисунок 3.1

3.2 Приближенный расчет потокораспределения в радиально-магистральной сети в послеаварийном режиме

Участок 01:

,

Участок 03:

,

Участок 05:

,

Участок 45:

,

Участок 23:

,

Рисунок 3.2

3.3 Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети в нормально режиме

Кольцевая сеть 03450

Головной участок 03:

,

,

Головной участок 05:

,

,

Участок 34:

,

Участок 45:

,

Точка 4 — точка потокораздела P и Q.

Головной участок 01:

,

,

Участок 12:

,

Рисунок 3.3

3.4 Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети в послеаварийном режиме

Рисунок 3.4

В данном случае в кольцевой сети 03450 наиболее загруженным головным участком в нормальном режиме является участок 05. При рассмотрении послеаварийного режима предполагается, что данный участок 05 вышел из строя тогда в послеаварийном режиме кольцевая сеть 03450 преобразуется в разомкнутую 0345.

Участок 45:

,

Участок 34:

,

Участок 03:

,

Участок 12:

,

Участок 01:

4. Выбор номинальных напряжений электрической сети

4.1 Выбор номинального напряжения для радиально-магистральной сети

Номинальное напряжение для каждого участка вычисляются по формуле Стилла.

,

,

,

,

,

Полученные нестандартные значения номинального напряжения округляются до ближайших стандартных.

Ближайшим меньшим и большим стандартными значениями являются:

— для участка 01 и ;

— для участка 23 и ;

— для участка 03 и ;

— для участка 45 и ;

— для участка 05 и ;

Полученные значения номинальных напряжения проверяются по допустимой суммарной потери напряжения в сети в нормальном и послеаварийном режимах.

Номинальное напряжение сети на всех участках принимаем .

Проверка в нормальном режиме.

Участок 01:

,

,

Участок 032:

,

,

,

Участок 054:

,

,

,

Т.к. условие в нормальном режиме выполняется, то номинальное напряжение для радиально-магистральной сети подходит.

Проверка в послеаварийном режиме.

Участок 01

,

,

Участок 032

,

,

Участок 054

,

,

Т.к. условие в нормальном режиме выполняется, то номинальное напряжение для радиально-магистральной сети подходит.

Окончательно принимается напряжение .

4.2 Выбор номинального напряжения для кольцевой сети

Кольцевая сеть 03450

Номинальное напряжение для кольцевой сети 03450 рассчитывается по наиболее загруженному участку, которым является участок 05:

,

Полученное нестандартное значение номинального напряжения округляется до ближайших стандартных.

Ближайшим меньшим и большим стандартными значениями являются для участка 03 и ;

Номинальное напряжение сети на всех участках принимается .

Проверка в нормальном режиме.

Участок 034:

,

,

,

Участок 054:

,

,

,

Т.к. условие в нормальном режиме выполняется, то номинальное напряжение для кольцевой сети 03450 подходит.

Проверка в послеаварийном режиме.

,

,

Т.к. условие в нормальном режиме выполняется, то номинальное напряжение для кольцевой сети 03450 подходит.

Окончательно принимается напряжение .

Участок 01:

,

Участок 12:

,

Полученное нестандартное значение номинального напряжения округляется до ближайших стандартных.

Ближайшим меньшим и большим стандартными значениями являются для участка 01 и .

Ближайшим меньшим и большим стандартными значениями являются для участка 12 и .

Номинальное напряжение сети на всех участках принимается .

Проверка в нормальном режиме.

Участок 012:

,

,

,

Т.к. условие в нормальном режиме выполняется, то номинальное напряжение для участка сети 012 подходит.

Проверка в послеаварийном режиме.

,

,

Т.к. условие в нормальном режиме выполняется, то номинальное напряжение для участка сети 012 подходит.

Окончательно принимается напряжение .

5. Баланс активной и реактивной мощностей электрической сети

5.1 Баланс активной мощности в сети

,

,

,

,

,

,

5.2 Баланс реактивной мощности в радиально-магистральной сети

,

,

,

Таблица 5.1

Расчетная формула:

,

,

,

,

,

,

,

,

,

5.3 Баланс реактивной мощности в кольцевой сети

,

,

,

Таблица 5.2

Расчетная формула:

,

,

,

,

,

,

,

,

6. Определение необходимости установки и выбор компенсирующих устройств в электрической сети

6.1 Определение необходимости установки и выбор компенсирующих устройств в радиально-магистральной электрической сети

Определим мощность КУ, необходимых для радиально-магистральной электрической сети:

,

Т.к. , то существует необходимость установки КУ в сети.

Суммарная мощность КУ распределяется по подстанциям.

,

,

,

,

,

,

Определяем необходимое количество и мощность БК по подстанциям для компенсации реактивной мощности.

На подстанции 1 не устанавливаем батареи, т.к. .

На подстанции 4 не устанавливаем батареи, т.к. .

На подстанции 5 не устанавливаем батареи, т.к. .

На подстанции 2 устанавливаются 5 батарей с конденсаторами типа КС2-1.05-60 номинальным напряжением , мощностью, выдаваемой батарей, при ().

На подстанции 3 устанавливаются 2 батареи с конденсаторами типа КС2-1.05-60 номинальным напряжением , мощностью, выдаваемой батарей, при ().

Уточняется мощность нагрузок подстанций на основании выбранных БК.

;

;

;

;

;

Исходя из уточненных мощностей нагрузок подстанций, пересчитываются мощности, передаваемые по участкам сети.

Приближенный расчет потокораспределения в радиально-магистральной сети в нормальном режиме.

Участок 01:

,

Участок 03:

,

Участок 05:

,

Участок 45:

,

Участок 23:

,

Приближенный расчет потокораспределения в радиально-магистральной сети в послеаварийном режиме.

Участок 01:

,

Участок 03:

,

Участок 05:

,

Участок 45:

,

Участок 23:

,

6.2 Определение необходимости установки и выбор компенсирующих устройств в кольцевой электрической сети

Определим мощность КУ, необходимых для радиально-магистральной электрической сети:

,

Т.к. , то существует необходимость установки КУ в сети.

Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети в нормальном режиме.

Кольцевая сеть 03450

Головной участок 03:

,

,

Головной участок 05:

,

,

Участок 34:

,

Участок 45:

,

Точка 4 — точка потокораздела P и Q.

Головной участок 01:

,

,

Участок 12:

,

Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети 03450 в послеаварийном режиме, когда выходит из строя участок 03.

Участок 34:

,

Участок 45:

,

Участок 05:

Участок 12:

,

Участок 01:

,

Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети 03450 в послеаварийном режиме, когда выходит из строя участок 05.

Участок 45:

,

Участок 34:

,

Участок 03:

,

Участок 12:

,

Участок 01:

,

7. Выбор трансформаторов на подстанциях

7.1 Выбор трансформаторов на подстанциях радиально-магистральной сети

На подстанции 1 необходимо установить два трансформатора, мощность каждого из которых должна быть:

,

На подстанции 1 устанавливаются два трехфазных двухобмоточных трансформатора ТРДН-25000/110.

На подстанции 2 необходимо установить один трансформатора, мощность которого должна быть:

,

На подстанции 2 устанавливаем один трехфазный двухобмоточный трансформатор ТРДЦН-63000/110.

На подстанции 3 необходимо установить два трансформатора, мощность каждого из которых должна быть:

,

На подстанции 3 устанавливаются два трехфазных двухобмоточных трансформатора ТРДН-25000/110.

На подстанции 4 необходимо установить два трансформатора, мощность каждого из которых должна быть:

,

На подстанции 4 устанавливаются два трехфазных двухобмоточных трансформатора ТРДН-40000/110..

На подстанции 5 необходимо установить два трансформатора, мощность каждого из которых должна быть:

,

На подстанции 5 устанавливаются два трехфазных двухобмоточных трансформатора ТРДН-40000/110.

Таблица 7.1 — Каталожные и расчетные данные трансформаторов на подстанциях радиально-магистральной сети

7.2 Выбор трансформаторов на подстанции кольцевой сети

Выбор тр-ров аналогичен пункту 6.2.

8. Выбор сечений проводов ВЛЭП

Для ВЛЭП 110 кВ выбираются сталеалюминевые провода марки АС, а для прокладки линий используются железобетонные опоры.

Таблица 8.1 — Выбор сечений проводов ВЛЭП радиально-магистральной сети

Таблица 8.2 — Проверка сечений проводов ВЛЭП радиально-магистральной сети

Таблица 8.3 — Выбор сечений проводов ВЛЭП кольцевой сети

Таблица 8.4 — Проверка сечений проводов ВЛЭП кольцевой сети

9. Составление схемы замещения электрической сети и определение её параметров

Рисунок 9.1 — Схема замещения радиально-магистральной сети

Рисунок 9.2 — Схема замещения кольцевой сети

Для одноцепной ВЛЭП параметры её схемы замещения следующие:

;

;

;

Для двухцепной ВЛЭП параметры её схемы замещения следующие:

;

;

;

10. Разработка схемы электрических соединений сети

Рисунок 10.1 — Схема электрических соединений радиально-магистральной сети

Рисунок 10.2 — Схема электрических соединений кольцевой сети

11. Технико-экономическое обоснование окончательного выбора варианта исполнения электрической сети

11.1 Определение капиталовложений на сооружение электрической сети

Таблица 11.1 — Капиталовложения на сооружения ВЛЭП электрической сети по вариантам

Таблица 11.2 — Капиталовложения на сооружение подстанций электрической сети по вариантам

Для радиально-магистральной электрической сети

,

Для кольцевой сети

,11.2 Определение ежегодных издержек на эксплуатацию электрической сети

11.2.1 Определение ежегодных издержек на эксплуатацию для варианта радиально-магистральной электрической сети

Нормы амортизационных отчислений на обслуживание и текущий ремонт ВЛЭП и подстанций:

, , , ,

Определяются отчисления от капиталовложений на амортизацию:

,

Определяются отчисления от капиталовложений на обслуживание и текущий ремонт:

,

Определяется число часов использования максимума активной нагрузки в году для суммарной нагрузки электрической сети:

,

,

Определяется время максимальных потерь для суммарной нагрузки электрической сети:

,

Определяется стоимость 1 МВтЧч потерь ЭЭ:

— для , ;

— для , ;

Определяем потери электроэнергии в воздушных ЛЭП, зависящие и независящие от нагрузки. Данные сведем в таблицу 13.

Таблица 11.3 — Потери электроэнергии в ВЛЭП для радиально-магистральной сети

Определяем потери ЭЭ в трансформаторах, зависящие и независящие от нагрузки. Данные сводятся в таблицу 11.4.

Таблица 11.4 — Потери электроэнергии в трансформаторах для радиально-магистральной сети

Определяем потери ЭЭ в БК, зависящие и независящие от нагрузки. Данные сводятся в таблицу 11.5.

Таблица 11.5 — Потери электроэнергии в батареях конденсаторов для радиально-магистральной сети

Определяем потери ЭЭ, зависящие от нагрузки, в радиально-магистральной сети:

,

Определяем потери ЭЭ, независящие от нагрузки, в радиально-магистральной сети:

,

Определяем затраты на возмещение потерь электроэнергии в радиально-магистральной сети:

,

Определяем ежегодные эксплуатационные издержки для радиально — магистральной сети:

,

11.2.2 Определение ежегодных эксплуатационных издержек для варианта кольцевой сети

Нормы амортизационных отчислений на обслуживание и текущий ремонт ВЛЭП и подстанций:

, , , ,

Определяются отчисления от капиталовложений на амортизацию:

,

Определяются отчисления от капиталовложений на обслуживание и текущий ремонт:

,

Определяется число часов использования максимума активной нагрузки в году для суммарной нагрузки электрической сети:

,

,

Определяется время максимальных потерь для суммарной нагрузки электрической сети:

,

Определяется стоимость 1 МВтЧч потерь ЭЭ:

— для , ;

— для , ;

Определяем потери электроэнергии в воздушных ЛЭП, зависящие и независящие от нагрузки. Данные сведем в таблицу 11.3.

Таблица 11.3 — Потери электроэнергии в ВЛЭП для радиально-магистральной сети

Определяем потери ЭЭ в трансформаторах, зависящие и независящие от нагрузки. Данные сводятся в таблицу 11.4.

Таблица 11.4 — Потери электроэнергии в трансформаторах для кольцевой сети

Определяем потери ЭЭ в БК, зависящие и независящие от нагрузки. Данные сводятся в таблицу 11.5.

Таблица 11.5 — Потери электроэнергии в батареях конденсаторов для кольцевой сети

Определяем потери ЭЭ, зависящие от нагрузки, в радиально-магистральной сети:

,

Определяем потери ЭЭ, независящие от нагрузки, в радиально-магистральной сети:

,

Определяем затраты на возмещение потерь электроэнергии в радиально-магистральной сети:

,

Определяем ежегодные эксплуатационные издержки для радиально — магистральной сети:

,

11.3 Определение окончательного варианта исполнения электрической сети

Определяем приведенные затраты для вариантов электрической сети.

Для радиально-магистральной сети:

,

Для кольцевой сети:

,

Относительная разность приведены затрат рассматриваемых вариантов радиально-магистральной сети (вариант I) и кольцевой сети (вариант II):

,

Так как относительна разность приведенных затрат рассматриваемых вариантов меньше чем 5%, то данные варианты исполнения электрической сети являются равноэкономичными и, следовательно, из них можно выбрать один наиболее оптимальный вариант только на основе инженерной оценки их характеристик: простоты, надежности и оперативной гибкости схемы электрической сети, удобства эксплуатации.

Таблица 11.9 — Основные технико-экономические показатели для предварительно выбранных вариантов исполнения электрической сети

Вывод: к исполнению принимаем вариант электрической сети II.

12. Уточненный расчет компенсирующих устройств в электрической сети

12.1 Максимальный режим работы кольцевой сети

Пересчитаем потокораспределения для кольцевой сети с учетом полных сопротивлений

Кольцевая сеть 03450

Головной участок 03:

,

Головной участок 05:

,

Участок 34:

,

Участок 45:

,

Участок 01:

,

Участок 12:

,

Таблица 12.1 — Потери мощности в трансформаторах кольцевой сети для максимального режима работы

Таблица 12.2 — Параметры схемы замещения ВЛЭП кольцевой сети для максимального режима работы

Определяем некомпенсированную реактивную нагрузку по подстанциям.

Таблица 12.3

Расчетные формулы:

,

,

Таблица 12.4

Точный баланс активной мощности.

,

,

,

,

,

,

,

Точный баланс реактивной мощности.

,

,

,

,

,

,

,

Определяем необходимость установки КУ в элсети:

,

Суммарная мощность КУ распределяется по п/ст пропорционально их некомпенсированным нагрузкам.

Таблица 12.5

Расчетные формулы:

,

12.2 Минимальный режим работы кольцевой сети

Таблица 12.6 — Потери мощности в трансформаторах кольцевой сети для минимального режима работы

Определяем некомпенсированную реактивную нагрузку по подстанциям.

Таблица 12.7

Расчетные формулы:

,

,

Таблица 12.8

Расчетные формулы:

, ,

Точный баланс активной мощности.

,

,

,

,

,

,

,

Точный баланс реактивной мощности.

,

,

,

,

,

,

,

Определяем необходимость установки КУ в элсети:

,

Суммарная мощность КУ распределяется по п/ст пропорционально их некомпенсированным нагрузкам.

Таблица 12.9

Расчетные формулы:

,12.3 Послеаварийный режим работы кольцевой сети

В послеаварийном режиме выходят из строя наиболее загруженные головные участки, т.е. участки 02 и 03.

Таблица 12.10 — Потери мощности в трансформаторах кольцевой сети для послеаварийного режима работы

Определяем некомпенсированную реактивную нагрузку по подстанциям.

Таблица 12.11

Расчетные формулы:

,

,

Таблица 12.12 — Параметры схемы замещения ВЛЭП кольцевой сети для максимального режима работы

Таблица 12.12

Расчетные формулы:

, ,

Точный баланс активной мощности.

,

,

,

,

,

,

,

Точный баланс реактивной мощности.

,

,

,

,

,

Определяем необходимость установки КУ в элсети:

,

Суммарная мощность КУ распределяется по п/ст пропорционально их некомпенсированным нагрузкам.

Таблица 12.13

Расчетные формулы:

,

12.4 Определяется необходимое количество и мощность БК по подстанциям для компенсации реактивной мощности

Таблица 12.14 — Распределение КУ по подстанциям для различных режимов работы кольцевой сети

12.5 Корректируется нагрузка на трансформаторы для каждой подстанции с учетом стандартной мощности БК

Для максимального режима работы сети:

;

;

;

;

;

Для минимального режима работы сети:

;

;

;

;

;

Для послеаварийного режима работы сети:

;

;

;

;

;

13. Точный электрический расчет установившихся режимов работы электрической сети

13.1 Расчет максимального режима работы кольцевой сети

Таблица 13.1 — Потери мощности в трансформаторах кольцевой сети для максимального режима работы

Рисунок 13.1

Рисунок 13.2 — Упрощенная схема замещения кольцевой сети 03450 для максимального и минимального режима работы

Рисунок 13.3 — Упрощенная схема замещения радиального участка в кольцевой сети для максимального и минимального режима работы

Расчетные нагрузки

;

;

;

;

Расчет потокораспределения мощности.

Кольцевая сеть 03450

Головной участок 03:

,

Головной участок 05:

,

Участок 34:

,

Участок 45:

,

Участок 01:

,

Участок 12:

,

Мощности в начале и конце участков сети.

Радиальное ответвление 034

,

,

,

,

Радиальное ответвление 054

,

,

,

Радиальное ответвление 012

,

,

,

,

Напряжения в узлах сети.

,

,

Кольцевая сеть 03450

,

,

,

13.2 Расчет минимального режима работы кольцевой сети

Таблица 13.2 — Потери мощности в трансформаторах кольцевой сети для максимального режима работы

Расчетные нагрузки.

;

;

;

;

Расчет потокораспределения мощности.

Кольцевая сеть 03450

Головной участок 03:

,

Головной участок 05:

,

Участок 34:

,

Участок 45:

,

Участок 01:

,

Участок 12:

,

Мощности в начале и конце участков сети.

,

,

,

,

Радиальное ответвление 054

,

,

,

Радиальное ответвление 012

,

,

,

,

Напряжения в узлах сети.

,

,

Кольцевая сеть 03450

,

,

,

13.3 Расчет послеаварийного режима работы кольцевой сети

Таблица 12.6 — Потери мощности в трансформаторах кольцевой сети для послеаварийного режима работы

Расчетные нагрузки.

;

;

;

;

;

Рисунок 13.4 — Схема замещения кольцевой сети для послеаварийного режима работы

Рисунок 13.5 Упрощенная схема замещения радиального участка в кольцевой сети для послеаварийного режима работы

Мощности в начале и конце участков сети.

Радиальное ответвление 01

,

Радиальное ответвление 0345

,

,

,

,

,

Напряжения в узлах сети.

,

,

,

,

14. Выбор устройств регулирования напряжения в электрической сети

Таблица 14.1 — Максимальный режим работы сети

Таблица 14.2 — Минимальный режим работы сети

Таблица 14.2 — Послеаварийный режим работы сети

Т.к. все условия выполняются, то выбор рабочих ответвлений тр-ров на подстанциях произведен правильно.