Проектирование электрической сети напряжением 35110 кв Введение Задачей данного курсового проекта является: определение параметров элементов электрической сети и составление схем замещения, на основе которых ведётся расчёт режимов сети. Элементами любой электрической сети являются воздушные и кабельные линии электропередач различного номинального напряжения, подстанции с установленными на них трансформаторами и авто-трансформаторами, нагрузки в виде отдельных электроприёмников и совокупности их. При решении различных задач энергетики и электрофикации, приходиться учитывать влияние электрических сетей. Поэтому каждый инженер-электроэнергетик должен иметь необходимые сведения о свойствах, технико –экономических показателях и условиях работы электрических сетей. Эти сведения нужны как при выполнении технико-экономических расчётов при сравнении вариантов различных решений , так и для выбора оборудования с учётом режимов его работы. При анализе работы электрических сетей отдельные генераторы и электроприёмники часто непосредственно не рассматриваются. Пункты питания и потребления в целом отражают некоторыми укреплёнными показателями в виде так называемых нагрузок - положительных (потребление) или отрицательных (питание). В настоящее время всё чаще применяются схемы подстанций с выключателями на ВН вместо схем с короткозамыкателями. Выбор выключателей на стороне высокого напряжения в схемах подстанций обусловлен повышением надёжности энергосбережения (схемы с выключателями хоть и дороже на стадии строительства, но в процессе эксплуатации они себя окупают за счёт уменьшения убытка при перерыве электросбережения). В связи с этим в настоящее время при строительстве новых электрических сетей и при капитальном ремонте действующих, отходят от схемы с короткозамыкателями и отделителями. Применение вакуумных и элегазоввых выключателей снимает вопрос об затратах на ремонт и эксплуатацию данных выключателей в течении 12-ти лет (гарантии завода – изготовителя). Задание на курсовой проект Спроектировать электрическую сеть напряжением 35-110 кВ для электроснабжения шести потребителей от двух источников электроэнергии. Таблица 1. Данные источников электроэнергии Координаты Обозначения Масштаб км/cм A B A B X Y X Y 14 9 10 2 Система TДTН-16000/115/38,5/11 Sсн = 6 MВA, Sнн = 1,5 MВA 2 Таблица.2 Координаты потребителей Координаты потребителей 1 2 3 4 5 6 X Y X Y X Y X Y X Y X Y 4 3 9 5 16 4 10 8 16 1 13 2 Таблица.3 Данные электрической сети Номер узла Максимальная зимняя нагрузка МВт Cos φ Состав потребителей по категориям электроснабжения (1/2/3),% Номинальное напряжение сети НН, кВ Напряжение на шинах источников, % от Uном Продолжительность Использования максимума нагрузки Тм Cos φ Durata perioadei de investiţie Норм режим Послеавар. режим 1 6 0.85 20/40/40 10 105 107 6000 0.8 2 2 4 0.85 20/40/40 10 6000 0.8 2 3 7 0.85 20/40/40 10 6000 0.8 2 4 4 0.85 20/40/40 10 6000 0.8 2 5 7 0.85 20/40/40 10 6000 0.8 2 6 5 0.83 10/25/65 10 6000 0.8 2 1. Выбор вариантов схем электрических сетей . 1.1 Расчёт потребления активной мощности и баланса реактивной мощности в сети 1.1.1 Активная мощность выдаваемая в сеть источниками (1.1); где суммарная активная мощность источников, отдаваемая в проектируемую сеть, MW; коэффициент одновременности наибольших активных нагрузок потребителей, наибольшая активная мощность i-й нагрузки, MW; число нагрузок; относительное значение суммарных потерь активной мощности в сети. При выполнении курсового проекта предполагаем, что питающая электрическая система имеет установленную мощность генераторов, достаточную для покрытия активной мощности потребителей проектируемого района. 1.1.2 Реактивная мощность выдаваемая в сеть источниками где - реактивная мощность источников питания; 1.1.3 Реактивная мощность потребляемая нагрузками (1.2) где - суммарная реактивная мощность необходимая для электроснабжения потребителей; - коэффициент одновременности максимальных нагрузок, ; наибольшая реактивная мощность i-й нагрузки, MVAr; относительная величина потерь в трансформаторе , ; t - число трансформаторов, t = 1; l - число участков электрической сети; потери реактивной мощности в линии , MVAr; зарядная реактивная мощность j-го участка, MVAr; предположим что ; мощность i-й нагрузки, MVAr, . Расчет реактивной мощности потребителей: (1.3) Определяем мощность каждой нагрузки: Определим суммарную мощность компенсирующего устройства: (1.4) Расчётные значения нагрузок: Qку i 1,32 0,88 1,54 0,88 1,54 1,35 Sрас i 6+ j 2,4 4+ j 1,6 7+ j2,8 4+ j1,6 7+ j 2,8 5+ j 2 1.2 Составление вариантов конфигурации электрической сети При составлении вариантов конфигурации электрической сети руководствуемся следующими рекомендациями: 1. Суммарная длина всех линий должна быть как можно меньше; 2. Передача электрической энергии от источника к пунктам потребления должна производиться по кратчайшему пути с меньшим число трансформации; 3. Необходимо стремиться к отсутствию незагруженных линий; 4. Разработку вариантов следует начинать с наиболее простых конфигураций сетей -радиальных, магистрально-радиальных, кольцевых; 5. Каждый составленный вариант конфигурации электрической сети должен удовлетворять условиям надежности, среди которых важно отметить следующее: -потребители первой категории должны питаться от двух независимых источников т.е. к потребителям первой категории должны подходить не менее двух линий; -в аварийных режимах линии не должны перегружаться. Вариант 1: Вариант 2: Длина линии. где: m -Масштаб [км/см] x1 , x2 , y1 , y2 – Координаты точек . Для схемы 1: Линия A-4 4-2 2-1 1-В B-6 5-6 3-5 A-3 Длина,км 8,2 6,3 10,7 12,16 6 6,3 6 10,7 lS =66,36км . Для схемы 2: Линия B-6 4-2 2-1 B-2 5-6 3-5 A-4 A-3 Длина,км 6 6,3 10,7 6,3 6,3 6 8,2 10.7 lS =54,2 км. 1.3 Расчёт приближенного потокораспределения Расчёт потокораспределения проводим без учёта потерь мощности на участках электрической сети. Поскольку на данном этапе проектирования сопротивления участков неизвестны , то последние мы заменяем их длинами. Для схемы 1: Для схемы 2: 1.4 Выбор номинального напряжения участков электрической сети Наивыгоднейшее напряжение сети определяем по формуле (1.7): кВ (1.7) где экономическое напряжение участка сети, кВ; длина линии, км; передаваемая активная мощность, МВт. Вариант 1 Для варианта №1 выбираем номинальное напряжение Unom =110 кВ. Вариант 2 Для варианта 2 выбираем номинальное напряжение Uн =110 кВ. 1.5 Выбор схемы электрических соединений подстанций Тип схемы на стороне высокого напряжения подстанции определяется её категорией, ролью и местоположением в электрической системе. Для схемы 1: Узел 1,2,3,4,5,6 –схема 8 из 11SE. Для схемы 2: Узел1,3,4,5,6- схема 8. Узел 2-схема 12. 1.6 Выбор оборудования 1.6.1 Выбор числа и мощности трансформаторов Номинальная мощность трансформатора, установленного в i-м узле должна удовлетворять условию: (1.8) где нагрузка узла i. коэффициент аварийной перегрузки, . n- число трансформаторов в узле, n=2 Определяем мощность каждой нагрузки: узел 1. узел 4. узел 2. узел 5. узел 3. узел 6. Выбираем следующие трансформаторы Таб.4 Узел Sном Расч. Sном Уст. Тип трансформатора Uном ВН Unom НН Uкз DPкз DP0 DQ0 I0 MВA MВA кВ кВ % кВт кВт кВар % 1 5,04 6,3 ТMH-6300/110 115 11 10,5 44 11,5 50,4 0,8 2 3,36 4,0 ТMH-4000/110 115 11 10,5 22 5,0 37,5 1,5 3 5,88 6,3 ТMH-6300/110 115 11 10,5 44 11,5 50,4 0,8 4 3,36 4,0 ТMH-4000/110 115 11 10,5 22 5,0 37,5 1,5 5 5,88 6,3 ТMH-6300/110 115 11 10,5 44 11,5 50,4 0,8 6 4,3 6,3 ТMH-6300/110 115 11 10,5 44 11,5 50,4 0,8 1.6.2 Выбор коммутационной аппаратуры В данном курсовом проекте коммутационная аппаратура выбирается по расчетным условиям нормального режима (по номинальному напряжению и номинальному току). Эти условия могут быть записаны в виде Uн ³ Uсети . н ; Iн ³ Iраб.расч ; где Uн , Iн -номинальные напряжения и номинальные токи выбираемого оборудования; Uсети . н - номинальное напряжение сети; Iраб.расч - наибольший рабочий ток. Наибольший рабочий ток рассчитываем по формуле(1,9) : (1.9): узел 1. узел 4. узел 2. узел 5. узел 3. узел 6. Таб.5 Коммутационные аппараты . Название Тип Разъеденители PДЗ-110/1000 Разъеденители 3OН-110М/ИУ1 Выключатели ВВБК-110Б-50 Трансформаторы тока ТФЗМ110-У1 Трансформаторы напряжения НКФ-100-57 1.7 Выбор и проверка сечений проводов на участках сети 1.7.1 Выбор сечений и марок проводов на участках Выбор сечений проводников производим по расчетной токовой нагрузке линий , которая определяется по выражению где -ток в линии на пятый год эксплуатации; - коэффициент учитывающий изменения нагрузки =1,05 - коэффициент учитывающий число часов использования Величина тока на i-м участке определяем по результатам расчета приближенного потокораспределения; Для схемы 1 I56 =12,6A; I6B =40,68A; IB1 =9,34A; I12 =30,62A; I24 =52,75A; I4A =75,16A; Расчётная токовая нагрузка участков линии: В соответствии с таб 7-2 стр.194.[1] выбираем сечение и тип провода. Результаты заносим в таблицу №6 Таб.6 Участок линии Iр,А Марка провода Iдоп , А R0 , Ом/км X0 , Ом/км b0 , Cм/км A-3 69,93 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 3-5 28,71 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 5-6 13,23 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 6-B 42,71 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 B-1 9,8 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 1-2 32,15 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 2-4 55,38 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 4-A 78,91 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 Для схемы 2 I56 =12,49A; I6B =43,9A; IB2 =6,8A; I12 =33,91A; I24 =51,64A; I4A =74,19A; Расчётная токовая нагрузка участков линии: В соответствии с таб 7-2 стр.194.[1] выбираем сечение и тип провода. Результаты заносим в таблицу №7 Таб.7 Участок линии Iр,А Марка провода Iдоп , А R0 , Ом/км X0 , Ом/км b0 , Cм/км A-3 72,4 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 3-5 31,19 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 5-6 13,11 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 6-B 46,09 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 B-2 7,14 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 1-2 35,6 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 2-4 54,22 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 4-A 77,9 АС-70/11 265 0,42 0,44 2,46∙10-6 1.7.2 Проверка сечений проводов Выбранные сечения проводов должны быть проверенны: 1. По допустимой токовой нагрузке по нагреву; 2. по условиям короны; 3. по условиям механической прочности ; 4. по допустимой потери напряжения; 1. Проверка сечений линий по допустимой токовой нагрузке по нагреву осуществляется по условию: ; Где -расчетный ток для проверки проводов и кабелей по нагреву; -допустимые длительные токовые нагрузки[4] (таб.17). Для провода марки АС-70 допустимый ток Для обоих вариантов все проводники удовлетворяют условию как в нормальном, так и в аварийном режимах. В соответствии с /1.таб.2.4/ сечение всех участков удовлетворяют условиям короны. 2 . Расчёт режимов работы электрической сети и выбор средств регулирования напряжения Задачей данного раздела является определение потоков мощности в ветвях, напряжений в узлах , как в нормальном , так и в аварийном режиме с учётом потерь мощности и напряжений во всех элементах сети, а также выбор средств регулирования напряжения. 2. 1 Составление схемы замещения сети 2.1.1 Параметры участков Определяем параметры П-образной схемы замещения для участков Вариант 1. Вариант 2 . 2.1.2 Определение приведённых нагрузок Значения приведённых нагрузок определяем по формуле RTp -активное сопротивление трансформатора XTp - реактивное сопротивление трансформатора dPTp , dQTp - потери активной и реактивной мощности в обмотках трансформатора. - принимая во внимание зарядные мощности линий. Узел 1. Узел 2. Узел 3. Узел 4. Узел 5. Узел 6. Узел B. Вариант 2. Так как для второго варианта трансформаторные подстанции остаются те же, то RTp , XTp , ∆PTp , ∆QTp остаются такие же как и для первого варианта, поэтому мы рассчитываем только приведённые нагрузки для каждого узла Узел 1. Узел 2. Узел 3. Узел 4. Узел 5. Узел 6. Узел B. 2.1.3 Расчёт приближённого потокораспределения Вариант 2 Используя 1-й закон Кирхгофа определяем потокораспределение во всей сети. -- 2.1.4 Уточнённый расчёт потокораспределения Вариант 1. Принимая во внимание направление потоков мощностей и потери мощности в отдельных участках, определяем мощности в начале и в конце участков. Точками потокоразделов являются точки 2 и 5. Начинаем расчеты от этих точек, пересчитываем потокораспределение с учетом потерь мощности. Вариант 2. 2.1.5 Определение напряжения в узлах схемы Вариант 1. Зная напряжение на шинах генерирующих узлов в нормальном режиме определяем потери напряжения на участках и напряжения в узлах сети. Для участка А-3; Для участка 3-5; Для участка B -6; Для участка B -1; Для участка A -4; Для участка 2-4; Вариант 2. Для участка А-3; Для участка 3-5; Для участка B -6; Для участка B -2; Для участка A -4; Для участка 2-4; Для участка 2-1; 2.2 Расчет послеаварийных режимов 2.2.1 Расчет потокораспределения Вариант 1. Расчет послеаварийных режимов выполняется как для уточненной проверки выбранных сечений проводов по условиям допустимого нагрева, так и для определения наименьших значений напряжения, которые могут быть на шинах подстанции. Рассматриваем случай отключения наиболее нагруженной линии (участок А-4) Используя 1 закон Кирхгофа определяем потокораспределение в аварийном режиме. Вариант 2. Рассматриваем случай отключения наиболее нагруженной линии для второго варианта электрической сети (участок А-3) 2.2.2 Определение напряжения в узлах схемы в послеаварийном режиме Вариант 1. Зная напряжение на шинах генерирующих узлов в нормальном режиме определяем потери напряжения на участках и напряжения в узлах сети. Для участка А-3; Для участка 3-5; Для участка 5-6; Для участка B -6; Для участка B -1; Для участка 2-1; Для участка 2-4; Вариант 2. Для участка А-4; Для участка 2-4; Для участка 2-1; Для участка B -2; Для участка B -6; Для участка 5-6; Для участка 3 - 5 ; 2.3 Выбор средств регулирования напряжения Определяем ступень РПН на которой должен работать трансформатор по формуле: где: -напряжение на шинах ВН подстанции - номинальное вторичное напряжение трансформатора - номинальное первичное напряжение трансформатора - напряжение которое должно быть на шинах НН - потери напряжения в трансформаторе, определяемые по формуле: где: - активное и индуктивное сопротивление трансформатора - активная и реактивная нагрузка трансформатора Вариант 1. Номинальный режим: Для узла 1 Узел 1. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 2. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 3. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 4. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 5. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 6. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Вариант 1. Послеаварийный режим, регулирование напряжения в узлах: Узел 1. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 2. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 3. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 4. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 5. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 6. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Вариант 2. Номинальный режим: Для узла 1 Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом ответвлении РПН: ; Узел 2.