Проектирование электрической сети

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ СПО Костромской энергетический техникум

имени Ф. В. Чижова

Методическое пособие

по выполнению части дипломного проекта

«Проектирование электрической сети»

для студентов специальности 140206

«Электрооборудование электрических станций и сетей»

Выполнила: преподаватель специальных

электротехнических дисциплин

Васильева Ю. А.

2006

Раздел 1. Проектирование районной электрической сети

1.1 Анализ нагрузок, выбор оптимального напряжения сети. Выбор типа и мощности силовых трансформаторов

Исходные положения.

Основанием к расчёту являются заданные электрические нагрузки в каждом из пунктов, а также расстояния, указанные на масштабной сетке. Целью расчётов данного раздела являются: выбор оптимального напряжения сети и выбор трансформаторов.

Расчёт и выбор оптимального напряжения ЛЭП.

Оптимальное напряжение определяется нагрузками в пунктах потребления и их расстояниями от источников энергии. Рекомендации по выбору оптимального напряжения изложены на стр. 114 в [2]. В указанном источнике даны развёрнутые характеристики и области применения того или иного напряжения.

Имеются расчётные формулы для выбора оптимального напряжения сети:

- Формула Илларионова: (1)

- Формула Стилла: Uэк = (2)

где: Uэк - экономически выгодное напряжение ВЛ.

L - длина линии, км

P - передаваемая мощность, МВт

Рассчитаем:

;

; кВ.

Выбираем оптимальное напряжение сети 220 кВ.

К примеру, пропускная способность и дальность передачи линий напряжением 220 кВ согласно таблице 3.1 стр. 66 [2]:

Обоснование числа трансформаторов.

Для обеспечения надёжности электроснабжения потребителей следует устанавливать не менее 2-х трансформаторов, если имеются потребители I и II категории. Для потребителей III категории допускается установка одного трансформатора, если время на ремонт этого трансформатора не превышает одних суток. В нашем случае принимаем решение установить по два трансформатора в пунктах 1, 3, 4 и один трансформатор в пункте 2.

Вычисление суммарной мощности нагрузок ПС.

Исходными данными к такому вычислению являются заданные активные мощности и значения коэффициентов мощности. В тех пунктах, где заданы нагрузки на двух напряжениях, необходимо сначала вычислить потоки мощности каждого напряжения, а затем их сложить.

Для того, чтобы выполнить это сложение необходимо вычислить значение реактивной мощности Q исходя из заданных значений Р и cosц, согласно треугольнику мощностей (рис. 1):

Пункт 2:

(3)

(МВ А)

(4)

(Мвар)

Дальнейшие вычисления значений Q не показываем. Результаты вычислений, сводим расчётные схемы (рис. 2,3,4,5).

Выбор типа трансформаторов.

В случае установки п трансформаторов расчёт мощности каждого из них выполняется по формуле:

(5)

где Sмах - расчетная нагрузка ТП в режиме наибольшего потока мощности через обмотки трансформаторов;

n - количество трансформаторов ТП;

1,4 - коэффициент, учитывающий перегрузки трансформатора в аварийном режиме, поскольку трансформатор может работать с перегрузкой 40%, но не более 6 часов

В случае выхода из строя одного из трансформаторов остальные обеспечат работу подстанции с указанной перегрузкой.

(МВА); (МВА);

(МВА); (МВА)

Условие выбора трансформатора по значению его мощности:

По таблицам 5.17 и 5.18 стр.212 - 214 из [2] выбираем для:

пунктов 1, 3 и 4 два трехфазных трехобмоточных трансформатора марки ТДТН 40000/220;

пункта 2 один трехфазный двухобмоточный трансформатор марки ТРДН 63000/220;

Технические данные всех трансформаторов сводим в таблицу №1

Таблица №1

Вычисляем коэффициенты запаса в нормальном режиме работы ПС:

(6)

и коэффициенты перегрузки а аварийном режиме:

(7)

где: Smax - суммарная полная мощность ПС в максимальном режиме МВА,

Sн - номинальная мощность трансформатора по справочнику МВА,

n - кол - во трансформаторов на ПС.

Результаты расчетов и выбора трансформаторов заносим в таблицу 2.

Таблица 2. Заданные нагрузки и выбранные трансформаторы

1.2 Составление вариантов схем сети. Электрический расчёт варианта сети при максимальных нагрузках

Исходные положения

Этим разделом проектирования выполняется ориентировочный экономический просчёт нескольких (4 - 5) вариантов электрической сети, из которых наиболее экономически выгодный, подлежит более детальному расчёту.

Составим схемы сети:

Описание вариантов. Выбор варианта.

Основанием для ориентировочного расчёта являются расстояния между заданными пунктами. При этом составляются схемы всех точек в единую сеть с тем, что бы протяжённость ВЛ была наименьшей.

Все намеченные варианты имеют одинаковое количество трансформаторов на каждой из подстанций. Схемы могут различаться суммарной длиной ВЛ и числом цепей, а так же количеством выключателей в пунктах. При расчёте условно принято, что на каждом ответвлении от пункта потребления установлено по одной ячейке с воздушными выключателями. В пункте «А» ячейки не учитываются, т.к. во всех схемах из «А» отходит по две цепи.

Варианты схем сравниваются по суммарной стоимости ЛЭП и ячеек. Расчёт выполняется в условных единицах стоимости (оес).

За основание к вычислению оес принимается стоимость сооружения одноцепной ЛЭП (Со), которую считаем равной 1 оес. Стоимость двухцепной (Сд) и стоимость ячейки с выключателями (Ся) вычисляем согласно выражениям:

(оес) (8)

(оес) (9)

Так как, согласно картам районирования территории РФ из ПУЭ сеть проектируется для III района по ветровым нагрузкам и II по гололеду, то согласно табл. 7.5 стр. 282 из (2) находим стоимость сооружения одного километра стальных одноцепных ВЛ 54 тыс. руб./км.; двухцепных 88 тыс.руб./км.; и табл. 7.16 стр. 293 из (2) стоимость ячеек 190 тыс. руб.

Сравнение вариантов выполняем после соответствующих расчетов, которые заносим в таблицу 3:

Таблица №3

Из таблицы видно, что наиболее выгодным является II вариант.

Предварительный электрический расчёт варианта II.

Все расчёты выполняем по заданию для максимального режима. Целью этого расчёта является:

1. вычисление потоков мощности по участкам ЛЭП,

2. вычисление токов,

3. значений Тмах и экономического сечения, выбор проводов и опор,

4. вычисление параметров каждого участка ЛЭП

5. проверка выбранных проводов в послеаварийном режиме.

Составляем схему для варианта II - «кольцо с ответвлением» и вычисляем потоки мощностей по участкам схемы. Электрический расчет в данном случае выполняется после преобразования кольца в схему с двухсторонним питанием, «разрезав» кольцо по пункту «А».Мощность S, Р и Q представляем в МВА, МВт, Мвар, длину участков в км.

Так как энергия поступает с двух сторон, производим расчет моментов активной и реактивной мощности. При этом, если мы определяем поток мощности вытекающий из т. А', то рассчитываем момент нагрузки относительно т. А.

Произведем расчет моментов активной и реактивной нагрузки относительно точки А:

(10)

(11)

Вычисляем поток, вытекающий из т. А':

(12)

(13)

где: L - длина всей линии в км;

MpА, MqА - активный и реактивный моменты мощности.

Чертим схему, «разрезав» кольцо по точке А:

Производим расчет моментов активной и реактивной нагрузки относительно точки А:

(МВт км)

(Мвар км)

Вычисляем активную и реактивную мощность противоположного участка 2-А'.

(МВт); (Мвар)

Вычисляем потоки мощностей на последующих участках, пользуясь законом Кирхгофа, который можно применить к каждой узловой точке схемы.

Произведем расчет моментов активной и реактивной нагрузки относительно точки А', и таким образом проверим схему на баланс мощностей.

(МВт км)

Вычисляем активную и реактивную мощности участка А-1:

(МВт), (Мвар)

Т.е. баланс мощности сошёлся.

Вычисляем токи участков схемы:

(14)

где: S - полная мощность, протекающая по участку линии, МВА

U -номинальное напряжение линии, кВ

(А);

Остальные участки рассчитываются аналогично, результаты расчётов сводим в таблицу № 4.

Вычисляем время максимальных нагрузок по участкам линии. Расчетная формула имеет вид:

(15)

так как п. 4 является точкой раздела потока, то Тмах,1-4 = Тмах,4-3 = Тмах,4 = 4900 (ч)

(ч);

Результаты аналогичных расчётов сводим в таблицу №4.

Определяем сечение проводов по экономической плотности тока по участкам линии.

(16)

где: Fэк - экономическое сечение провода, мм2; I - ток участка, А; Jэк - экономическая плотность тока, А/мм2.

Экономическая плотность тока Jэк принята применительно к голым сталеалюминевым проводам и для заданного значения Tmax.

Согласно таблице 1.3.29, стр. 34 ПУЭ: при Тмах > 5000 ч; Jэк = 1 А/мм2,

Тмах = (3000 - 5000) ч; Jэк = 1,1 А/мм2,

(мм2);

Результаты аналогичных расчётов сводим в таблицу №4.

Согласно ПУЭ табл. 2.56 стр.227 по условию короны минимальное сечение для ВЛ 220 кВ соответствует сталеалюминевым проводам марки АС 240/32 с Iдоп = 605 A.

По ПУЭ выбираем сталеалюминевые провода соответствующих марок, допускается занижать сечение на 15% от значения Fэк.

Результаты выбора сводим в таблицу №4.

Выбор опор определяется сечением проводов, зоной по ветровым нагрузкам и по гололеду, а так же количеством цепей на опоре.

Согласно картам районирования территории РФ из ПУЭ сеть проектируется для III района по ветровым нагрузкам и II по гололеду, поэтому по таблице «Унифицированные стальные опоры 220 кВ» для выбранных проводов выбираем опору П220-3 - промежуточная одноцепная свободностоящая (рис. 15).

Опора имеет расчетные пролеты: габаритный - 490 м, ветровой - 520 м, весовой - 615 м. На ровных участках местности из всех указанных значений пролетов следует выбрать наименьший, то есть габаритный 490 м.

Вычисление параметров каждого из участков ЛЭП:

Параметрами ЛЭП являются:

активное сопротивление проводов

индуктивное сопротивление

емкостная проводимость и, вычисленная на ее основе, зарядная мощность Q

активная проводимость

Из этих четырех параметров не вычисляется активная проводимость, которая в основном зависит от короны и не поддается учету.

Активное сопротивление зависит от материала провода, сечения и длины участка ЛЭП. Рассчитываем активное сопротивление участков:

, (17)

- удельное сопротивление 1 км, (18)

l - длина участка, F - сечение алюминиевой части провода, мм2.

(Ом/км), (Ом).

Результаты аналогичных расчётов сводим в таблицу №4.

При вычислении активного сопротивления R сталеалюминевых проводов стальная часть провода в расчет не принимается. Выяснить сопротивление одного километра можно не только выше приведенным расчетом, но и по справочным таблицам.

Индуктивное сопротивление определяется материалом проводника, диаметром провода и расстоянием между проводами различных фаз на опоре.

Рассчитаем индуктивное сопротивление участков:

, (19)

- удельное сопротивление 1 км. (20)

- среднее геометрическое расстояние между проводами, м (21)

- физический радиус провода, мм (22)

Fal, FFe - сечения алюминиевой и стальной частей провода, мм;

1,1 - коэффициент, учитывающий пустоты в проводах.

, (м)

; (м)

; (м)

(мм)

(мм);

(Ом/км), (Ом)

Результаты аналогичных расчётов сводим в таблицу №4.

Емкостная проводимость - В так же зависит материала проводов, диаметра провода и от расстояния между проводами различных фаз на одной опоре.

Вычисляем емкостную проводимость:

(23)

- удельная проводимость, Ом-1/км; (24)

(Ом-1/км), (Ом-1)

Вычисляем зарядную мощность по участкам:

(25)

где: U - номинальное напряжение линии, кВ

(Мвар)

Результаты всех вычислений сводим в таблицу №4.

Таблица № 4