Разработка схемы питания районной распределительной сети

Введение

В курсовом проекте осуществляется проектирование электрической сети района с тремя пунктами потребления электроэнергии, в которых будут сооружаться понижающие подстанции ПС1, ПС2. ПС3. Питание подстанций ПС1, ПС2, ПС3 осуществляется от шин 110 кВ узловой подстанции 220/110/10 кВ. Напряжение на шинах питающей подстанции в режиме максимальных нагрузок составляет Uип. Подстанции ПС1, ПС2, ПС3 питают потребителей I категории, время максимальной нагрузки характеризует групповые графики нагрузок потребителей.

Основной задачей курсового проекта является: спроектировать электрическую сеть для электроснабжения потребителей, запитанных от трёх подстанций (ПС1, ПС2, ПС3); рассчитать рабочие режимы электрической сети; осуществить регулирование на стороне высокого напряжения трансформаторов в соответствии с условиями встречного регулирования .

Задание на курсовой проект Исходные данные для расчёта курсового проекта приведены в таблице 1.

Таблица 1. Исходные данные для курсового проекта.

Схема варианта электроснабжения представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема варианта электроснабжения электрической сети района.

1. Расчет электрической сети района с тремя пунктами потребления электроэнергии

1.1 Выбор силовых трансформаторов подстанции Выбор числа и мощности силовых трансформаторов ПС1, ПС2, ПС3 определяется мощностью подключенной нагрузки в режиме максимальных нагрузок и категорийностью потребителей. Если в составе нагрузки подстанции имеются потребители I категории, то число устанавливаемых трансформаторов должно быть не менее двух. Мощность трансформаторов выбирают такой, чтобы при выходе из работы одного из них второй воспринял основную нагрузку ПС с учётом допустимой перегрузки в послеаварийном режиме. Правильность выбора числа и мощности трансформаторов проверяют по коэффициенту загрузки в нормальном и послеаварийном режимах[1].

Определяем максимальную мощность нагрузки Smax, ПС1:

(1)

где Р=10 МВт — активная нагрузка ПС1;

Q=6Мвар — реактивная нагрузка ПС1;

МВА.

Мощность одного трансформатораSтр, МВА, определяют по формуле

Sтр=0,7Smax (2)

Sтр=0,7*11,66=8,16 МВА.

Для установки на ПС1 выбираем силовой трансформатор типа ТДН-10 000/110, а так как ПС1 питает потребителей I категории, то их количество принимается равным двум (n=2).

Проверим выбор трансформаторов загрузки в нормальном и послеаварийном режимах.

Коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме, кз.н.р.,%, определяется по формуле

(3)

Коэффициент загрузки трансформатора в послеаварийном режиме, кз. п/ав.р,%, определяется по формуле

(4)

где Sн.тр.=25 МВАмощность ПС1 в аварийном режиме;

Трансформаторы типа ТДН-10 000/110 удовлетворяют требованиям расчётов и принимаются к установке.

Расчёт максимальной мощности ПС2 и ПС3, выбор силовых трансформаторов и проверка правильности их выбора осуществляется аналогично выше приведенному расчёту для ПС1.

Результаты расчётов приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Результаты выбора силовых трансформаторов на ПС1, ПС2, ПС3.

Характеристики силовых трансформаторов, установленных на подстанциях приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Характеристики силовых трансформаторов.

1.2 Выбор сечения проводов варианта электрической сети трансформатор подстанция электрический сеть В соответствии с заданием ПС1, ПС2 и ПС3 должны быть запитаны от шин 110 кВ узловой подстанции. В качестве варианта схемы электроснабжения, рассматривается схема, представленная на рисунке 1.

На воздушных линиях ВЛ1, ВЛ2, ВЛ3 предусматривается применение проводов марки АС. Выбор сечения проводов ВЛ осуществляется по экономической плотности тока.

Для двухцепной ВЛ определяем ток в каждой цепи в нормальном режиме по уравнению:

(5)

где Smax=26,9 МВА — максимальная мощность ПС1;

Uн=110 кВ — номинальное напряжение источника питания;

Исходя из времени использования максимальной нагрузки (Тmax) ПС1 определяем экономическую плотность тока.

jэк=1,1 А/мм2

Экономическое сечение провода ВЛ1, Fэк2, мм2, определяется по формуле

(6)

где Iнб2=30,6 А — наибольший ток ВЛ1;

jэк=1,1 А/мм2 — экономическая плотность тока ПС1;

мм2

Минимальный диаметр провода по условию потерь на корону для сети 110 кВ наименьшие значения сечения провода АС-70, допустимый длительный ток которого равен 265 А (Iдоп=265А).

Критерием правильности выбора провода является его загрузка в послеаварийном режиме, Iнб2 п/ав, которая определяется по формуле

Iнб2 п/ав=2*Iнб2

где Iнб2=70,6 А — наибольший ток ВЛ2;

Iдоп=265А — допустимый длительный ток провода АС-70;

Iнб2 п/ав=2 30,6=61,2 < 265, А Выше проведённый технический расчёт определения сечения провода для ВЛ питающую ПС-1 подтверждает что марка провода АС 70/11 удовлетворяет технические требования.

Для ПС3 определяем ток исходя из того, что на ВЛ 2 ложится суммарная нагрузка, поскольку линия является проходной по уравнению:

(8)

Площади сечения проводов выбираются по нормативной экономической плотности тока. Для замкнутой сети определим средневзвешенное значение Тнб по активной мощности, которая определяется:

(9)

Для ПС-2Тнб =4530 ч, для ПС-3 Тнб =5250ч Подставляем данные в выражение (9):

Для Тср=4650 принимаем JЛ2= 1,1А/мм2, сечение проводов участков сети определим по формуле (6):

Сечение провода по экономической плотности тока для участка 1−3:

— для участка ВЛ2 выбираем АС — 95/16;

Iнб2 п/ав=2*107,1=214,2<330, А Рассчитаем для участка 3−4.

Исходя из времени использования максимальной нагрузки (Тmax) ПС2 определяем экономическую плотность тока, jэк=1,0 А/мм2 так как Тmax=5250>5000.

Таблица 4 Результаты выбора марки проводов электрической сети.

*-при Dср = 5 м.

1.3 Схема замещения варианта электрической сети Для схемы электрической сети представленной на рисунке 1, составить схему замещения (рисунок 2) и рассчитать её параметры.

Рисунок 2. Схема замещения питающей сети подстанций

1.3.1 Параметры схем замещения воздушных линий Определяем активное сопротивление ВЛ1, R, Ом, по формуле

(10)

где nц=2 — число ветвей ВЛ1;

r0=0,44 Ом/км — удельное активное сопротивление ВЛ1;

l=20 км — длина ВЛ1.

, Ом Определяем индуктивное сопротивление ВЛ1, Х, Ом, по формуле

(11)

где nц=2 — число ветвей ВЛ1;

х0=0,44 Ом/км — удельное индуктивное сопротивление ВЛ1;

l=20 км — длина ВЛ1.

, Ом Емкостная проводимость ВЛ1, В, См определяется по формуле

B=nц· b0·l (12)

где nц=2 — число ветвей ВЛ1;

b0=2,55мкСм/км — удельная емкостная проводимость линии;

l=21 км — длина ВЛ1.

B=2· 2,55·10−6·20=102·10−6 См Зарядная емкостная мощность ВЛ1, Qс, МВар, определяется по формуле

Qс=Uн2· B (13)

где Uн2=110 кВ — номинальное напряжение источника питания;

B=102· 10−6 См — емкостная проводимость линии.

Qс=110· 2102·10−6 = 1,234МВар На рисунке 3 представлена схема замещения для ВЛ1.

Рисунок 3. Схема замещения ВЛ1.

Расчёт параметров схем замещения ВЛ2 и ВЛ3 производится аналогично выше приведённому расчёту для ВЛ1. Результаты расчётов приведены в таблице 5.

Таблица 5 — Результаты расчётов параметров схем замещения воздушных линий

На рисунке 4 представлена схема замещения для ВЛ2.

Рисунок 4. Схема замещения ВЛ2.

На рисунке 5 представлена схема замещения для ВЛ3.

Рисунок 5. Схема замещения ВЛ3.

1.3.2 Параметры схем замещения трансформаторов Параметры схемы замещения двухобмоточного трансформатора определяются по формулам (для каждого трансформатора):

(14)

(15)

(16)

где ДРк ;Sном; Uк; ДРхх ;Uном — паспортные данные трансформатора.

ДQхх — намагничивающая мощность трансформатора, принимается равной:

(17)

Расчетные данные возьмем из. Остальные параметры рассчитаем и занесем в таблицу 6.

Таблица 5. Расчетные данные для одного трансформатора.

Так как у нас работают по два параллельно работающих трансформатора, то рассчитаем по формулам (18), (19) и (20) и занесем в таблицу 7.

(18)

(19)

(20)

Для трансформаторов подстанций ПС 2 и ПС 3 расчёт проводится аналогично.

Параметры схем замещения трансформаторов подстанций представлены в таблице 7.

Таблица 6. Параметры схемы замещения трансформаторов подстанций.

Составим схемы замещения трансформаторов.

Рисунок 6. Схема замещения трансформатора № 1

Рисунок 7. Схема замещения трансформатора № 2

Рисунок 8. Схема замещения трансформатора № 3

1.4 Расчётные нагрузки подстанции Расчетная нагрузка ПС определяется нагрузкой на стороне низкого напряжения трансформатора, потерями мощности в сопротивлениях и проводимостях трансформатора, мощностями генерируемыми в начале и в конце линии, примыкающих к подстанции.

Рассчитаем расчётные нагрузки схемы замещения расположенной на рисунке 4, расчёт проводим согласно уравнению:

(21)

где: — расчётная мощность n-го узла, МВА;

— заданная мощность n-го узла, МВА;

— потери мощности в трансформаторе, примыкающего к n-узлу, куда входят — потери холостого хода трансформатора примыкающего к n-узлу, МВА;

— суммарная зарядная мощность линий, примыкающих кn-узлу, МВар.

Определим потери мощности трансформатора в ПС1.

(22)

где ДPT — потеря активной мощности в сопротивлениях двухобмоточного трансформатора, ДQT — потеря реактивной мощности в трансформаторе.

(23)

(24)

Рассчитаем:

Для того чтобы найти зарядную мощность в начале и в конце линии, нужно найти напряжение в конце линии. Найдем по формуле:

(25)

где и — сумма активной и реактивной нагрузки с потерями в трансформаторе и, соответственно. и реактивное и активное сопротивление линии № 1.

Найдем зарядную мощность в начале и в конце линии:

(26)

Рассчитаем:

Найдем расчетную мощность ПС1 согласно уравнению (21)

Расчётные нагрузки остальных подстанций определяются аналогично, результаты определения расчётных нагрузок схемы электрической сети представлены в таблице 8.

Таблица 7 Параметры расчета нагрузок подстанций

1.5 Расчёт рабочих режимов электрической сети Расчётные нагрузки позволяют заменить исходную схему замещения (рис. 2) на расчётную (рис. 9).

Рисунок 9. Расчетная схема замещения.

Замена исходной схемы на расчётную, содержащую только продольные ветви, не только существенно её упрощает, но и позволяет практически реализовать инженерные методики расчёта и анализа режимов замкнутых электрических сетей.

Задачей данного раздела курсового проекта является расчёт рабочих режимов, а именно, определение потоков мощности по линиям электрической сети и напряжений на шинах подстанций с учётом потерь мощности и потерь напряжения в элементах сети.

Необходимо выполнить расчёт нормального, а также послеаварийного режимов. В качестве послеаварийного режима рассматривается режим, соответствующий отключению одной из линий сети[1].

1.5.1 Расчёт рабочих режимов электрической сети в нормальном режиме Для разомкнутой сети, схема которой представлена на рисунке 6, проведём расчёт нормального и послеаварийного режимов работы.

Зарядная мощность в конце ВЛ1:

Мощность в конце продольной части ВЛ1:

Мощность в начале линии определяется по формуле:

(26)

где: — мощность в конце линии, МВА;

— потери мощность в линии, МВА определяются по формуле 27:

(27)

где: — мощность в конце линии, МВА;

U1 — номинальное напряжение в конце линии, кВ;

— сопротивление участка1−2, Ом.

Напряжение в узле 2 определяется по формуле (25):

Потребляемая мощность с шин подстанции определяется из выражения:

(30)

Применяя формулы (26 — 30) рассчитываем режимы.

Режим максимальных нагрузок:

Потребляемая мощность с шин подстанции

Послеаварийный режим.

Потребляемая мощность с шин подстанции Расчёты остальных подстанций определяются аналогично, результаты определения расчётных нагрузок схемы электрической сети представлены в таблице 8.

Таблица 8 Нагрузки электрических сетей

Результаты расчёта потокораспределения на участках электрических сетей.

Таблица 9 Результаты расчёта напряжения в узлах электрической сети

1.6 Регулирование напряжения сети

1.6.1 Регулирование напряжения сети в нормальном режиме Сущность регулирования напряжения с помощью трансформаторов заключается в том что, при необходимости изменения напряжения на вторичной стороне трансформатора изменяют его коэффициент трансформации. С этой целью на всех трансформаторах выполняют специальные ответвления, каждое из которых соответствует определённому числу витков обмотки, и следовательно определённому коэффициенту трансформации. Переводя переключатель ответвлений из одного положения в другое, можно изменять номинальное напряжение обмотки ВН, что неизбежно приведёт к регулированию напряжения на шинах НН. Очевидно, что при увеличении номинального напряжения обмотки ВН, напряжение обмотки НН будет снижаться, а при уменьшении коэффициента трансформации — увеличивается.

Для расчёта РПН воспользуемся следующими уравнениями:

Напряжение на шинах НН приведённое к ВН определяем из выражения:

(31)

где — напряжение на шинах НН, приведённая к ВН, кВ;

— напряжение ВН, кВ;

— потери напряжения в трансформаторе, кВ определяется по формуле:

(32)

где и — значения потоков мощности на входе в трансформатор, МВт и МВар;

— активное сопротивление трансформатора, Ом;

— индуктивное сопротивление трансформатора, Ом.

Напряжение ответвления регулируемой части обмотки трансформатора обеспечиваемое желаемое напряжение на шинах НН. Определяем из выражения:

(33)

где — желаемое напряжение на шинах НН, кВ.

номер желаемого ответвления определяется по формуле:

(34)

где — желаемое напряжение на высокой стороне, кВ;

— ступень регулирования напряжения

полученная величина округляется до ближайшего числа.

Действительное значения напряжения на шинах подстанции определяется из выражения:

(35)

Отклонение напряжений действительных от желаемых определяем по формуле:

(36)

Для подстанций ПС 1; ПС 2; ПС 3; за счёт использования РПН требуется обеспечить на шинах низшего напряжения режим стабилизации напряжения, т. е. неизменное напряжение во всех режимах (наибольших нагрузок и послеаварийный) сети.

Для параллельно работающих трансформаторов ПС 1 (рис. 10)

Режим наибольших нагрузок:

Определяем напряжение на шинах НН приведённое к ВН по выражению (31)

=U2-ДUТ где U2=117кВ — напряжение на шинах ПС1;

=119−3,5=115,5 кВ Потери в трансформаторе определяем по формуле (32)

Определяем напряжение ответвления регулируемой части обмотки трансформатора обеспечиваемое желаемое напряжение на шинах НН. из выражения (33)

Номер желаемого ответвления определяется по формуле (34)

принимаем = 0, тогда с учётом округления действительное значения напряжения на шинах подстанции определяется из выражения (35)

Отклонение напряжений действительных от желаемых определяем по формуле (36)

Проведённые расчёты позволяют сделать следующие выводы: поскольку расчётное напряжение ответвления округлялось до ближайшего стандартного (большего или меньшего), то при достаточности имеющегося на трансформаторе диапазона регулирования и правильном выборе ответвлений отклонение действительного напряжения на шинах низкого напряжения от желаемого недолжно превышать половины ступени регулирования, т. е.

.

Данное условие выполняется для нормального режима.

1.6.2 Послеаварийный режим Потери в трансформаторе определяем по формуле (32)

Определяем напряжение на шинах НН приведённое к ВН по выражению (31)

=118,6−7=111,6 кВ Определяем напряжение ответвления регулируемой части обмотки трансформатора обеспечиваемое желаемое напряжение на шинах НН. из выражения (33)

Номер желаемого ответвления определяется по формуле (34)

принимаем = -2, тогда с учётом округления действительное значения напряжения на шинах подстанции определяется из выражения (35)

Отклонение напряжений действительных от желаемых определяем по формуле (36)

как отмечалось ранее, отклонение напряжений действительных от желаемых не превышает заданного значения Расчёт для ПС 2 и ПС 3 производится аналогично, результаты выбора ответвлений трансформаторов представлены в таблице 6.

Таблица 10 Результаты выбора ответвлений

1.7 Выбор схем электрических соединений подстанций Схема электрических соединений подстанции должна обеспечивать надёжное электроснабжение присоединённых потребителей и надёжный транзит мощности через подстанцию в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах.

Главная схема электрических соединений подстанции — это совокупность основного оборудования: трансформатор, воздушная линия, сборные шины, коммутационные аппараты.

Заключение

В данной курсовой работе, для данного варианта схемы электроснабжения района, были произведены расчёт и выбор: силовых трансформаторов на подстанциях с учётом их загрузки в нормальном и послеаварийном режимах; сечения воздушных линий по экономической плотности тока, их загрузка в нормальном и послеаварийном режимах. Был произведен расчёт потерь мощности трансформаторов, составлена и рассчитана схема замещения варианта электрической сети. Также осуществили расчёт рабочих режимов электрической сети и регулирование напряжения в сети в нормальном и послеаварийном режимах, выбрана схема электрических соединений подстанций.

1. Крутько Е. Г. Методические указания к курсовому проекту, Выбор оптимальной конфигурации питающей сети с анализом рабочих режимов" по дисциплине, Электроэнергетические системы и сети" (для студентов специальности 140 205) / Е. Г. Крутько, Липецк: ЛФ МИКТ, 2006. — 19с.

2. Справочник по проектированию электрических сетей / Под редакцией Д. Л. Файбисовича. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. — 320 с.

3. Правила устройства электроустановок — Шестое издание, переработанное и дополненное, с изменениями; Санкт-Петербург: Изд-во БиС, 2001. — 720с.

4. Герасименко А. А. Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии / Герасименко А. А. Федин В.Т. — Изд. 2-е Ростов н/Д: Феникс, 2008. — 715 с.- (высшее образование)