Проектирование радиальной схемы электроснабжения

Проектирование радиальной схемы электроснабжения

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

  • Введение
  • 1. Исходные данные
  • 2. Разработка вариантов развития сети
    • 2.1 Расчет мощности источника сети кольцевой схемы
    • 2.2 Выбор номинального напряжения сети
    • 2.3 Выбор сечений проводов воздушных линий электропередач
    • 2.4 Выбор трансформаторов на понижающих подстанциях
    • 2.5 Выбор схем подстанций
    • 2.6 Технико — экономическое сопоставление вариантов развития сети
    • 2.7 Расчет установившихся режимов сети максимальных нагрузок
    • 2.8 Выбор средств регулирования напряжения для радиальной схемы
    • 2.9 Выбор оборудования для радиальной схемы.
      • 2.9.1 Выбор гибких подвесных токопроводов 220 кВ
      • 2.9.2 Выбор выключателей, разъединителей и ограничителей перенапряжения
      • 2.9.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения
  • Библиографический список
  • Приложение

Целью данной работы является проектирование электроснабжения. Проектирование проводится с соблюдением требования к надежности электроснабжения потребителей ГОСТ 19434-84. Выбор схемы электроснабжения обосновывается технико-экономическими расчетами.

Проектирование электрической сети, включая разработку схем развития сети и схемы подстанций, является одной из основных задач развития энергетических систем, обеспечивающих надёжное и качественное электроснабжение потребителей. Качественное проектирование является основой надёжного и экономичного функционирования электроэнергетической системы.

При проектировании электроснабжения района решается ряд задач:

- выбирается более экономичный вариант схемы сети

- исследуется работы сети при различных режимах

- выбор основного и вспомогательного электрооборудования проектируемых подстанций и проверка его на срабатывание токов короткого замыкания.

1. Исходные данные

В соответствии с правилами устройства электроустановок (далее па тексту ПУЭ) район Волгоградской области относится к 4 ветровому району, по толщине стенки гололеда к 3 району, нормативная толщина стенки гололеда 15 мм.

В состав потребителей на всех подстанциях входят потребители первой, второй и третьей категории. Процентное соотношение потребителей их активная мощность и коэффициент мощности указаны ниже в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристика потребителей

ПС «Литейная» — Б, ПС «Заливская» — Д,

ПС «Андриановская» — В, ПС «ВОЛГА» — ИП

2. Разработка вариантов развития сети

Рис. 1- Кольцевая схема Рис. 2- Смешанная схема

Рис. 3- Смешанная схема Рис. 4- Смешанная схема

Рис. 5- Смешанная схема Рис. 6- Смешанная схема

Рисунок 1 — Варианты развития сети

С учётом требуемой надёжности электроснабжения объектов и с учётом наименьшей длины линий примем для дальнейшего рассмотрения три варианта — кольцевую схему с суммарной длиной линий 297 км, Смешанную схему 2 — 372 км, смешанную схему 3. длиной линий 336 км.

2.1 Расчет мощности источника сети кольцевой схемы

В сетях с односторонним питание пото кораспределение рассчитывается следующим образом: последовательно, начиная от самых отдаленных потребителей, складываем мощности узлов, встречающихся при приближении к источнику. Таким образом, получаем перетоки мощности на всех радиальных участках сети.

В случае сети замкнутого типа перетоки необходимо рассчитывать, используя правило «моментов», представив сеть замкнутого типа в виде сети с двухсторонним питанием.

При этом мощность каждого источника определяется по формулам (1) и (2):

где. — соответственно, определяемые активная и реактивная мощности источников;

— активная и реактивная составляющие в узлах потребителей;

— расстояние противоположенного источника до данного потребителя;

— общее расстояние между источниками.

На остальных участках мощность определяется по закону Кирхгофа.

Если в кольце имеются участки с двумя и более параллельными цепями, то необходимо эти участки привести к эквивалентным длинам:

где — длина линии, км;

— число параллельных ветвей.

Определим активную, реактивную и полную мощность источника питания для расчета кольцевой схемы по формулам (1) и (2):

2.2 Выбор номинального напряжения сети

Напряжение сети зависит от нескольких факторов:

— удаленность их от источника питания;

— района сооружения сети и класса номинального напряжения существующей сети.

Выбор напряжения определяется экономическими факторами; при увеличении номинального напряжения возрастает капиталовложения в сооружение сети, но за счет снижения потерь электроэнергии уменьшаются эксплуатационные издержки.

В практике проектирования для выбора рационального напряжения используются кривые, данные по пропускной способности и дальности линий электропередачи или эмпирические формулы, в частности, формула Г.А.Илларионова, дающая удовлетворительные результаты для шкалы напряжений от 35 до 1150 кВ,

где — длина линии на рассматриваемом участке;

— переток мощности на рассматриваемом участке.

Расчет кольцевой схемы

Выбираем класс номинального напряжения 220 кВ.

Расчет радиальной схемы

для участка ПС-А:

По наибольшему значению напряжения на участках радиальной схемы выбираем класс номинального напряжения, полученные значения сводим в таблицу 2.

Расчет смешанной схемы3

В кольце1 выбираем класс номинального напряжения 220 кВ.

Для кольца2 выбираем класс номинального напряжения 110 кВ.

Таблица 2 — Выбор номинального напряжения для смешанной схемы2

2.3 Выбор сечений проводов воздушных линий электропередач

Выбор сечения проводов ВЛ электропередачи 35-500кВ можно выполнять по экономическим интервалам и по экономической плотности тока.

Для воздушных линий выбираем сталеалюминевые провода марки АС.

для кольцевой схемы:

Для выбора сечения необходимо определить токи в сети. Нагрузочные токи сети определяются по соотношению (5):

где — коэффициент мощности

Р — активная мощность

Ток на головном участке ПС — 6 определяется по правилу моментов:

Участок ПС-Д: Максимальный критический ток участка равен 517А, при напряжении на линии 220 кВ, ближайший допустимый ток Iдоп=610А, соответствует сечению 240 мм2. На этом участке выбирается одноцепная линия с проводом АС-240.

Аналогично рассчитываются токи и сечения проводников на других участках и для других схем, результаты сводим в таблицу 3.

Таблица 3 — Выбор сечения проводников для вариантов сети

2.4 Выбор трансформа торов на понижающих подстанциях

Выбор количества трансформаторов (автотрансформаторов) зависит от требований к надежности электроснабжения потребителей и является технико-экономической задачей.

В практике проектирования на подстанциях всех категорий предусматривается, как правило, установка двух трансформаторов. Установка одного трансформатора рекомендуется только в случае питания потребителей III категории при наличии в сетевом районе передвижной подстанции, обеспечивающей замену трансформатора в течение суток.

Мощность трансформатора в нормальных условиях должна обеспечить питание электрической энергией всех потребителей, подключенных к данной подстанции. Если подстанция питает потребителей I и II категорий, на ней должны быть установлены трансформаторы такой мощности, при которой обеспечивалось бы питание одним трансформатором потребителей таких категорий с допустимой перегрузкой до 40% на время не более 6 часов, в течение 5 суток. Следует учитывать, что при аварии с одним из трансформаторов допускается отключение потребителей III категории. Мощность трансформатора может быть определена ориентировочно по выражению:

где — наибольшая нагрузка подстанций;

— коэффициент допустимой перегрузки; n — число трансформаторов на подстанции.

для кольцевой схемы:

Аналогично произведем расчеты для остальных подстанций и для других схем и полученные результаты сведем в таблицу 5.

Таблица 5 — Мощности трансформаторов

2.6 Технико — э кономическое сопоставление вариантов развития сети

Варианты, подлежащие технико-экономическому сравнению, должны быть технически и экономически сопоставимы, то есть обеспечивать одинаковую передаваемую мощность и качество электроэнергии в нормальных и послеаварийных режимах работы сети. При сопоставлении схем с разной степенью надежности должна учитываться величина ущерба народному хозяйству от вероятного нарушения электроснабжения. В этом случае подсчет приведенных затрат производится по следующей формуле:

где — нормативный коэффициент эффективности (в энергетике = 0,12);

— соответственно капитальные вложения в линии и подстанции;

— соответственно издержки на амортизацию и обслуживание линий. подстанций и — издержки на возмещение потерь энергии в электрических сетях;

У — математическое ожидание народнохозяйственного ущерба от нарушения электроснабжения.

Определение капитальных вложений производится обычно по укрупненным стоимостным показателям для всего оборудования подстанций и ЛЭП.

Ежегодные издержки и определяются суммой отчислений от капитальных вложений и. где — соответственно коэффициенты отчислений на амортизацию и обслуживание для линий и подстанций.

Издержки на возмещение потерь энергии в линиях и трансформаторах определяются по формуле:

где — удельная стоимость потерь активной энергии;

— суммарные переменные потери мощности в сети в режиме максимальных нагрузок;

— число часов максимальных потерь в году,

— суммарные потери холостого хода трансформаторов.

Учет фактора надежности производится путем определения среднегодового ущерба от нарушений электроснабжения. В случае питания потребителя по одной линии ущерб У при ее аварийном отключении можно оценить по выражению:

где б — удельный годовой ущерб от аварийных ограничений электроснабжения;

— максимальная нагрузка потребителя;

— коэффициент вынужденного простоя;

е — степень ограничения потребителя (е = 1 при полном отключении потребителя, е < 1 при частичном отключении).

где — число последовательно включенных элементов сети;

— среднее время восстановления элемента i. — параметр потока отказов элемента i.

Необходимо иметь в виду, что варианты схемы с разными номинальными напряжениями из-за различной стоимости аппаратуры и разных величин потерь электроэнергии могут сравниваться только по приведенным затратам с учетом оборудования подстанций потребителей и потерь энергии в них.

На основании анализа результатов расчета выбираются два варианта с меньшими приведенными затратами.

Варианты схем считаются экономически равноценными, если разница в приведенных затратах равна или менее 5%. В таком случае следует выбирать варианты схем:

а) с более высоким напряжением;

б) с более высокой надежностью электроснабжения;

в) с более высокой оперативной гибкостью схемы;

г) с меньшим расходом цветного металла на провода ВЛ и с меньшим необходимым количеством электрической аппаратуры;

д) с лучшими возможностями развития сети при росте нагрузок или при появлении новых пунктов потребления электроэнергии.

Расчет кольцевой схемы

Участок ПС-А. Он предполагает присоединение узла ПС к узлу А по одной линии АС-240 с установкой на подстанции двух трансформаторов ТДТМ-25000/220.

Капиталовложения в линию:

где С — стоимость 1 км линии;

l — длина линии, n — число параллельных линий.

С = 148,8 тыс.руб./км,

Капиталовложения в подстанцию включают стоимость трансформаторов и РУ высшего напряжения. Стоимость РУ низшего напряжения незначительна, вследствие невысокой стоимости выключателей 10 кВ. Расчетная стоимость трансформатора 2ТДТН-25000/220 составляет 168 тыс. руб. стоимость ячейки выключателя 220 кВ — 85 тыс. руб. тогда:

Ежегодные издержки на амортизацию и обслуживание для линий составляют 2,8%, для подстанций 220 кВ — 9,4%, соответственно.

Для определения издержек на покрытие потерь электроэнергии необходимо найти параметры схемы замещения сети:

Суммарные потери холостого хода трансформаторов

Потери мощности в максимальном режиме ток определен при выборе сечений. тогда

Число часов максимальных потерь

Удельная стоимость потерь электроэнергии составляет 9,7 коп./кВт•ч,тыс.руб./МВт•ч. Питание потребителей может быть аварийно прекращено и ущерб, связанный с перерывом питания, будет рассчитываться по формуле (9).

При его расчете следует учесть два последовательно включенных элемента: линию и трансформатор ( n= 2), при полном отключении е = 1, удельный ущерб

а = 6 тыс. руб./кВт = 6• тыс. руб./МВт, = 3,09 МВт.

Параметры потока отказов линии отказ/год на 100 км, трансформатора отказ/год. Среднее время восстановления для линии лет/отказ, трансформатора лет/отказ при наличии в системе резервного трансформатора.

Аналогичные расчеты для других участков кольцевой, радиальной и смешанной схем сведем в таблицу 7.

Таблица 7 — Расчетные экономические показатели схем развития сети

Анализ результатов сопоставления вариантов развития сети показывает, что наиболее экономичными являются схема 2 и схема 3, однако схема 3 является более надёжной.

2.7 Рас чет установившихся режимов сети максимальных нагрузок

Расчет установившихся режимов выполняется с целью выявления уровней напряжения в узлах сети, анализа их допустимости и выбора, при необходимости, средств регулирования напряжения с целью ввода режима в допустимую область по уровням напряжений.

Основными этапами расчета и анализа режимов являются следующие:

-составление схемы замещения и расчета ее параметров для наиболее экономичного варианта сети;

-расчет установившихся режимов в нормальных и послеаварийных режимах;

-анализ уровней напряжений в узлах сети и выбор средств регулирования напряжения с целью соблюдения требований ГОСТ по напряжению;

-результаты расчетов нормальных и послеаварийных режимов наносят на схему сети с указанием мощностей выбранных компенсирующих устройств и отпаек на трансформаторы.

Схемы замещения для расчета радиальной и кольцевой схем представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 — Схема замещения смешанной схемы

Таблица 9 — Параметры узлов сети

2.9 Выбор оборудования для радиальной схемы.

Расчетные условия для выбора проводников и аппаратов

Расчетные токи продолжительного режима в цепи двухобмоточного трансформатора на стороне ВН и НН:

где S/ном.т — номинальная мощность трансформатора следующего на порядок выше по шкале ГОСТ номинальной мощности, МВА;

Uном — номинальное напряжение трансформатора, кВ;

Тогда на стороне ВН:

Тогда на стороне НН:

Максимальный ток в питающих линиях будет протекать при обрыве ЛЭП «Волга — Заливская» I=537А.

2.9.1 Выбор гибких подвесных токопроводов 22 0 кВ

В РУ 110 кВ применяется гибкая ошиновка, выполненная проводами АС. Выбор сборных шин проводится по току Iмакс = 537 А. Принимается провод АС-240/32,

q = 70 мм2, d = 25 мм2, Iдоп = 605 А.

Проверка сечения на нагрев производится по следующему выражению, А;

Проверка шин на электродинамическое действие тока к.з. не производится, так как IП0 < 20 кА согласно ПУЭ.

Проверка на термическое действие токов к.з.:

Минимальное сечение по термической стойкости, мм2:

где С =95 Ас1/2 /мм2;

Для того, чтобы определить рассчитаем токи к.з.:

Выбор базовых величин:

Sб = 140 МВА, Uб = 230 кВ

Базисный ток определяем по формуле:

Сопротивления элементов сети:

Расчет сопротивлений производим в относительных величинах.

Сопротивления источника питания:

Определяем результирующие сопротивления до точки К.1:

Периодическая составляющая тока к.з.:

Расчеты для остальных точек к.з. сведем в таблицу 14.

где тепловой импульс тока к.з.,

Та- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з.,

время срабатывания релейной защиты,

время отключения к.з.

Проверка по условиям коронирования:

Начальная критическая напряженность электрического поля Е0, кВ/см;

где m — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов m = 0,82); rо — радиус провода, см;

Напряженность электрического поля около поверхности провода Е, кВ/см;

где Dср — среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см;

Dср =1,26 D — при горизонтальном расположении фаз, где D — расстояние между соседними фазами (D= 200 см);

Условие проверки наличия короны, кВ/см;

Из расчетов следует,что провод АС-70/11 проходит по условиям коронирования.

2.9 .2 Выбор выключателей, разъединителей и ограничителей перенапряжения

В РУ с высшим напряжением 22 0кВ устанавливаются малообъемные масляные, вакуумные или элегазовые выключатели.

Выбор выключателей производится по следующим параметрам:

- по напряжению:

- по включающей способности:

- по отключающей способности:

- по электродинамической стойкости:

- по термической стойкости:

По данным условиям выбираются элегазовые выключатели ВГУ-220/3150/45 УХЛ 1 для РУ ВН.

Выбор разъединителей выполняется по следующим параметрам:

по напряжению установки: (39)

- по электродинамической стойкости :

где — предельный сквозной ток к.з. ( амплитуда и действующее значение);

- по термической стойкости:

По данным условиям по каталогу выбираются разъединители типа

РНДЗ-220\1000У1, данные расчетов и каталожные данные сведены в таблицу 15.

Таблица 15 Данные выключателя и разъединителя на стороне ВН

В ремонтной перемычке устанавливаются два разъединителя РНДЗ.2-220-1000 У1, на линиях 220 кВ устанавливаются разъединители РНДЗ.1-220-1000 У1. В перемычке РУ ВН устанавливается выключатель ВГУ-220/3150/40 УХЛ1 и два разъединителя РНДЗ.1-220-1000 У1.

Ограничители перенапряжения (ОПН) выбираются по номинальному напряжению установки:

- защита подходящих линий 220 кВ — ОПН — 220 У1;

- защита силового трансформатора — ОПН — 220 У1;

- защита РУ 10 кВ — ОПН — 10 У1.

2.9.3Выбор трансформаторов тока и напряжения

На стороне 110 кВ устанавливается ТФЗМ 110Б-I У1, выбор которого приведен в таблице 16.

Таблица 16 — Выбор трансформатора тока на стороне 110 кВ

Общее сопротивление приборов rприб, Ом;

Допустимое сопротивление проводов rприб, Ом;

Трансформаторы напряжения для питания электроизмерительных приборов выбираются по напряжению установки, по конструкции и схеме соединения обмоток, по классу точности, по вторичной нагрузке. Трансформаторы напряжения запитываются от сборных шин РУ.

Примем к установке трансформаторы типа ЗНОГ — 110-79У3. Трансформаторы имеют две вторичных обмотки: основную на В и дополнительную на 100 В. Для класса точности 0,5 трансформатор имеет номинальную мощность вторичной цепи 400 В·А, а для класса точности 1- 600В·А.

Таблица 18 — Вторичная нагрузка ТН в цепи ЛЭП 110кВ

S одной обмотки ВА

Счетчик вольт-ампер часов

Суммарная потребляемая мощность 100 В·А обеспечит класс точности 0,5.

Библиографический список

сеть электропередача радиальный

1. А.А. Герасименко, В. Т. Федин. Передача и распределение электрической энергии / Герасименко А. А. Федин В. Т. Изд. 2-е. — Ростов н/Дон: Феникс, Энергоатомиздат, 2008.-715с.

2. Идельчик В. И. Электрические сети и системы 6 Учебник для вузов. — М. Энергоатомиздат, 1989. — 582с.

3. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Под ред. С. С. Рокотян и И. М. Шапиро. — М. Энергоатомиздат, 1985.-382 с.

4. Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д. Л. Файбисовича. — М. НЦ ЭНАС, 2005. — 320 с.

5. Балаков Ю. Н. Мисриханов М.Ш. Шунтов А.В. Проектирование схем электроустановок. Учебное пособие для вузов — 2-е изд. стереот.- М.:Издательский дом МЭИ, 2066-288 с.

6. Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ), изд. 7-е. М. НТЦ «ЭНАС», 2003.

7. Шебес М.Р. Задачник по теории линейных электрических цепей: Учеб. Пособие, 3-е изд. перераб. и доп. — М. Высш. Школа, 1982.-488 с. ил.

П риложение

Чертежи схем подстанций

Рисунок А.3 — Смешанная схема 3

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Выбор номинального напряжения сети. Расчет тока нагрузки и выбор сечения проводов. Расчет схемы замещения и выбор силовых трансформаторов. Определение радиальной сети. Расчет установившегося режима замкнутой сети без учета потерь мощности и с ее учетом.

курсовая работа [188,4 K], добавлен 17.04.2014

Выбор номинального напряжения сети, мощности компенсирующих устройств, сечений проводов воздушных линий электропередачи, числа и мощности трансформаторов. Расчет схемы замещения электрической сети, режима максимальных, минимальных и аварийных нагрузок.

курсовая работа [2,5 M], добавлен 25.01.2015

Разработка вариантов конфигурации электрической сети. Выбор номинального напряжения сети, сечения проводов и трансформаторов. Формирование однолинейной схемы электрической сети. Выбор средств регулирования напряжений. Расчет характерных режимов сети.

контрольная работа [616,0 K], добавлен 16.03.2012

Анализ различных вариантов развития сети. Выбор номинального напряжения сети, определение сечения линий электропередачи, выбор трансформаторов на понижающих подстанциях. Расчет установившихся режимов сети для двух наиболее экономичных вариантов развития.

дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.08.2014

Выбор трансформаторов на понижающих подстанциях. Расчет мощности источника сети кольцевой схемы. Технико-экономическое сопоставление вариантов развития сети. Проектирование электроснабжения аккумуляторной станции. Разработка схемы электроснабжения.

дипломная работа [1,6 M], добавлен 30.04.2015