Расчет оптимальной схемы электроснабжения

Название работы: Расчет оптимальной схемы электроснабжения

Предметная область: Энергетика

Описание: Подпись Дата Лист 3 Содержание Введение3 Расчет оптимальной схемы электроснабжения потребителей. В области электроснабжения потребителей эти задачи предусматривают повышение уровня проектноконструкторских разработок внедрение и рациональную эксплуатацию высоконадежного электрооборудования снижение непроизводительных расходов электроэнергии при ее передаче распределении и потреблении. Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в.

Дата добавления: 2013-11-01

Размер файла: 686.14 KB

Работу скачали: 46 чел.

  1. Расчет оптимальной схемы электроснабжения потребителей…. 5
  2. Выбор сечения и марки воздушных линий………………………13
  3. Выбор трансформаторов …………………………………………15
  4. Расчет установившихся режимов…………………………………17
  5. Нахождение предела передаваемой активной мощности……….27

Основной функцией электроэнергетической системы является обеспечение всех потребителей электроэнергией в необходимом количестве и надлежащего качества.

Под структурой системы понимаются относительно устойчивые пространственно-временные связи и отношения между элементами, которые определяют ее функционирование и характер взаимодействия с другими системами (внешней средой, потребителями и т. п.).

В энергетической программе сформулированы важнейшие задачи развития промышленности путем повышения эффективности производства на базе ускорения научно-технического прогресса.

В области электроснабжения потребителей эти задачи предусматривают повышение уровня проектно-конструкторских разработок, внедрение и рациональную эксплуатацию высоконадежного электрооборудования, снижение непроизводительных расходов электроэнергии при ее передаче, распределении и потреблении.

Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения, возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров.

Необходимо учитывать, что при проектировании систем электроснабжения существенно проявляется взаимное влияние многих факторов, такие как качество электроэнергии, выбор силовых трансформаторов, компенсация реактивной мощности, поэтому большое внимание необходимо уделить вопросам повышения экономичности систем электроснабжения путем выбора рациональных режимов работы, снижения потерь электроэнергии, применения современного комплектного электрооборудования.

Важнейшим этапом в развитии деятельности будущих специалистов является курсовое проектирование, в ходе которого развиваются навыки самостоятельного решения инженерных задач, т.е. создания экономичных, надежных систем электроснабжения промышленных предприятий и практического применения теоретических знаний.

Задачами курсовой работы являются: выбор наиболее рациональных вариантов схем электрической сети и электроснабжения потребителей, сопоставление этих вариантов по различным показателям, выбор в результате этого сопоставления и технико-экономического расчета наиболее приемлемого варианта, определение технико-экономических показателей электрической сети.

Выбор наиболее приемлемого варианта, удовлетворяющего технико-экономическим требованиям,— это один из основных вопросов при проектировании любого инженерного сооружения, в том числе и электрической сети.

Курсовая работа должна развить навыки практического использования знаний, но полученные знания, умение проводить различные расчеты сетей недостаточны для выполнения проекта. Расчетные задачи решаются по определенным формулам по известной методике на основе необходимых исходных данных. Задачи, которые поставлены в проекте электрической сети, в большинстве случаев не имеют однозначного решения.

Основной задачей данной курсовой работы является расчет наиболее оптимальной схемы электроснабжения потребителей.

1. Расчет оптимальной схемы электроснабжения потребителей

Исходными данными для курсового проекта являются расстояния от пяти потребителей до трех понизительных подстанций П1 – 35/10 кВ,

П2 – 110/35/10 кВ, П3 – 110 кВ. Длины линий приведены в таблице 1. Так же даны значения стоимости передачи электрической энергии по ЛЭП от П1, П2 и П3 – соответственно с1, с2 и с3. Значения удельной стоимости передачи приведены в таблице 2. Активная мощность каждого из потребителей дана в таблице 3. Максимальная мощность, которая может быть отпущена с шин каждой из подстанций соответственно равна: Р1м, Р2м и Р3м, эти значения приведены в таблице 4.

Расстояния от потребителей до понизительных подстанций

Конфигурация системы электроснабжения должна отвечать минимуму стоимости передачи мощности всем потребителям. Так как в курсовом проекте необходимо недостающие расстояния от потребителей определить графически, то таких вариантов будет множество. Следовательно необходимо выбрать такой вариант, значение целевой функции у которого будет меньшим по сравнению с другими разработанными вариантами.

При выборе конфигурации электрической сети необходимо использовать программу Microsoft Excel и ее надстройку «Поиск решения».

Для нахождения наиболее оптимального варианта необходимо составить целевую функцию и ограничения.

где З – затраты;

с – стоимость передач электроэнергии;

L – длина ЛЭП;

Р – мощности, передаваемые от подстанций к потребителям.

Р п1н1 +Р п2н1 +Р п3н1 -Р н1 =0;

Р п1н2 +Р п2н2 +Р п3н2 -Р н2 =0;

Р п1н3 +Р п2н3 +Р п3н3 -Р н3 =0;

Р п1н4 +Р п2н4 +Р п3н4 -Р н4 =0;

Р п1н5 +Р п2н5 +Р п3н5 -Р н5 =0;

Р п1н1 +Р п1н2 +Р п1н3 +Р п1н4 +Р п1н5 -Р г1макс ≤0;

Расчет оптимальной схемы электроснабжения потребителей

Р п2н1 +Р п2н2 +Р п2н3 +Р п2н4 +Р п2н5 -Р г2макс ≤0;

Р п3н1 +Р п3н2 +Р п3н3 +Р п3н4 +Р п3н5 -Р г3макс ≤0;

Для решения оптимизационной задачи необходимо составить целевую функцию по формуле (1) (рис.2) и вбить все данные (рис.3)(мощности нагрузок, удельная стоимость передачи, стоимость передачи, длинна, ограничения, переменные) в Microsoft Excel.

Расчет оптимальной схемы электроснабжения потребителей

Рис.2 Целевая функция

Расчет оптимальной схемы электроснабжения потребителей

Дальше с помощью «Поиска решений», находим оптимальное решение.

Рис.4 Параметры поиска решений

После полученных с помощью расчетов данных получили сформировавшуюся конфигурацию электроснабжения потребителей, представленную на рисунке 5.

Расчет оптимальной схемы электроснабжения потребителей

Рис.5 Схема электроснабжения потребителей

После решения оптимизационной задачи получили пять мощностей:

Расчет оптимальной схемы электроснабжения потребителей

2. Выбор сечения и марки воздушных линий

После выбора конфигурации электрической сети, необходимо подобрать сечение и марку проводов воздушных линий. При этом будем считать, что все потребители имеют tgφ=0,75.

Рассчитаем реактивную мощность у первого потребителя по формуле (4):

Реактивные мощности остальных потребителей приведены в таблице 7

Значения реактивной мощности всех потребителей

где — длительно допустимый ток для выбранного провода;

— максимальный ток, текущий по данному проводу.

Максимальный ток, текущий по проводу находится по формуле:

Выбор сечения и марки воздушных линий

Рассчитаем текущий ток по линии от подстанции 1 ко второму потребителю по формуле (6):

Остальные токи приведены в таблице 8.

Экономически целесообразное сечение определяется по формуле:

J эк- экономическая плотность тока.

Рассчитаем экономически целесообразное сечение линии от подстанции 1 ко второму потребителю по формуле (7):

Выбираем сталеалюминиевый провод марки АС сечением 450 мм 2 .

Все остальные марки проводов выбираются аналогичным образом. Полученные значения представлены в таблице 8.

Выбор сечения и марки воздушных линий

Выбор сечения и марки воздушных линий

3. Выбор трансформаторов

Выбор мощности трансформаторов производится исходя из рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме. При этом номинальная мощность трансформаторов определяется по формуле:

где N т — число трансформаторов;

— оптимальный коэффициент загрузки трансформатора.

Оптимальный коэффициент загрузки трансформатора в нашем случае равен 0,7.

Выбор трансформатора производим по условию:

где S Р – расчетная мощность нагрузки.

Вычислим расчетную мощность для выбора трансформатора для второго потребителя по формуле (8):

Выбираем трансформатор ТДНС – 40000/35/10.

Остальные марки трансформаторов выбираются аналогичным образом, все остальные расчеты представлены в таблице 9.

4. Расчет установившихся режимов

Для того чтобы рассчитать установившиеся режимы зимнего максимума и летнего минимума нагрузки, необходимо составить схему замещения спроектированной системы электроснабжения. Схема представлена на рисунке 6.

Рис.6 Схема замещения

Теперь необходимо рассчитать параметры схемы замещения.

Сопротивление воздушных линий находится по формуле:

Значения r 0 и x 0 берем из справочных данных

Рассчитаем для схемы 1 сопротивление линии 1-2:

Расчет установившихся режимов

Остальные значения сопротивлений всех линий находятся таким же образом, следовательно удобнее все остальные полученные данные занести в таблицы 10 и 11.

Значения сопротивлений линий (схема 1)

Теперь, используя программу « InProc – расчет установившихся режимов» необходимо рассчитать установившиеся режимы зимнего максимума и летнего минимума. Будем считать, что значения активной и реактивной мощностей равны 0,4 от их заданных значений.

Для начала вобьём все данные для схемы 1 и схемы 2, чтобы рассчитать установившийся режим в нормальных условиях.

Рис.7 Исходные данные узлов (схема 1)

Рис.8 Исходные данные ветвей (схема 1)

Расчет установившихся режимов

Рис.9 Итерационный процесс (схема 1)

Рис.10 Узлы (схема 1)

Рис.11 Ветви (схема 1)

Расчет установившихся режимов

Рис.12 Потери (схема 1)

Рис.13 Исходные данные узлов (схема 2)

Рис.14 Исходные данные ветвей (схема 2)

Расчет установившихся режимов

Рис.15 Узлы (схема 2)

Рис.16 Ветви (схема 2)

Рис.17 Потери (схема 2)

Теперь вводим данные, чтобы рассчитать установившиеся режимы зимнего максимума и летнего минимума нагрузки для двух схем.

В результате расчетов в программе были получены значения, которые представлены на рисунках 18-25

Расчет установившихся режимов

Рис.18 Потери в узлах в режиме зимнего максимума (схема 1)

Рис.19 Потери в ветвях в режиме зимнего максимума (схема 1)

Суммарные потери мощности в системе электроснабжения:

Активные: 2,58522 МВт

Реактивные: 16,79851 МВАр

Рис.20 Потери в узлах в режиме летнего минимума (схема 1)

Расчет установившихся режимов

Рис.21 Потери в ветвях в режиме летнего минимума (схема 1)

Суммарные потери мощности в системе электроснабжения:

Активные: 140,62517 кВт

Реактивные: 1037,35506 кВАр

Рис.22 Потери в узлах в режиме зимнего максимума (схема 2)

Рис.23 Потери в ветвях в режиме зимнего максимума (схема 2)

Суммарные потери мощности в системе электроснабжения:

Активные: 764,33104 кВт

Реактивные: 5808,57061 кВАр

Расчет установившихся режимов

Рис.24 Потери в узлах в режиме летнего минимума (схема 2)

Рис.25 Потери в ветвях в режиме летнего минимума (схема 2)

Суммарные потери мощности в системе электроснабжения:

Активные: 83,10301 кВт

Реактивные: 633,24714 кВАр

5. Нахождение предела передаваемой активной мощности

Завершающим этапом курсовой работы является нахождение предела передаваемой активной мощности для зимнего и летнего режимов.

Возмущения, возникающие в энергосистемах и сопровождающиеся переходными процессами приводят к изменению баланса генерируемой и потребляемой мощности, что может вызвать нарушение устойчивости по межсистемным и внутрисистемным ЛЭП. Для предотвращения нарушения устойчивости применяется автоматическая разгрузка электропередач, снижающая генерируемую мощность в избыточном районе и увеличивающая ее или отключающая часть нагрузки в дефицитном.

С помощью программы « InProc – расчет установившихся режимов» в каждом узле будем добавлять значение активной мощности в узле с некоторым шагом. Методом постепенного подбора выясняем значения мощностей. Аналогичным образом находятся остальные значения пределов передаваемой активной мощности. Все значения пределов передаваемой активной мощности представлены в таблицах16-17.

Значения предела передаваемой активной мощности в зимнем и летнем режимах (схема 1)

Нахождение предела передаваемой активной мощности

Основной задачей курсовой работы являлся расчет оптимальной схемы электроснабжения пяти потребителей электрической энергии, питающихся от трех подстанций. В процессе выполнения проекта были определены несколько вариантов конфигурации системы электроснабжения. В дальнейшем, по минимальному значению затрат был выбран один наиболее выгодный вариант, исходя из которого были вычислены все остальные необходимые данные. В итоге получилось, что первая подстанция питает второго и третьего потребителя, а третья подстанция обеспечивает электроэнергией первого, четвертого и пятого потребителей. Далее, после выбора конфигурации электрической сети, были выбраны марки и сечения проводов воздушных линий. Затем на понизительных подстанциях потребителей были установлены по одному трансформатору соответствующей мощности и напряжения.

После выполнения предыдущих задач курсовой работы необходимо было составить схему замещения спроектированной системы электроснабжения и далее выполнить по ней, используя программу « InProc -расчет установившихся режимов», расчеты установившихся режимов зимнего максимума и летнего минимума нагрузки. Суммарные потери мощности в системе электроснабжения зимнего максимума представлены в таблице 18.

Потери мощности в системе электроснабжения зимнего максимума

В заключении курсовой работы для обоих режимов были найдены пределы передаваемой активной мощности от небалансирующих подстанций в сеть.

В графической части представлены исходные данные, схема замещения электрической сети и таблицы рассчитанных режимов.

1. Фёдоров А. А. Старков Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжения промышленных предприятий. М. «Энергоатомиздат», 1987.

2. Поспелов Г. Е. Федин В. Т. Электрические системы и сети. Проектирование: учебное пособие для втузов. «Высшая школа», 1978.

3. Электротехнический справочник: Т.3. Производство, передача и распределение электрической энергии./Под общ. ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова и др. М. «Издательство МЭИ», 2002.

4. Шеховцов В.Н. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению. М. «Форум». 2006.

5. Рожкова Л. Д. Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. М. «Энергоатомиздат», 1987.

6. Справочник по проектированию электроснабжения./Под ред. Ю. Г. Барыбина и др. М. «Энергоатомиздат», 1990.

7. Веников В.А. Электрические системы: управление переходными режимами электроэнергетических систем. М. Высш. Школа, 1982.