Расчет районной электрической сети

1.Задание и исходные данные для проектирования

Спроектировать электрическую сеть для электроснабжения указанных потребителей от электрической системы. Месторасположение источника питания и потребителей электроэнергии указано на рисунке 1.1, а их характеристики - в таблице 1.1. электрическая сеть расположена в объединенной энергосистеме Сибири (ОЭС), 2-м районе по гололеду.

В таблице 1.1 даны значения активной, реактивной и полной мощности нагрузок потребителей в максимальном режиме , МВт.

Рисунок 1.1 - Месторасположение источника питания и потребителей электроэнергии

Расстояния между точками:

Рисунок 1.2 - Схема расположения расстояний между потребителями электроэнергии и источником питания

Таблица 1.1 - Характеристика источника питания и потребителей электроэнергии

ПараметрPi, МВтQi, МВтSi, МВтcos?Tmi, чUннi, кВДоля нагрузки 3-й категории d3i, %Источник питания 0---0,65---ПС 14428,4211952,38090,843700100ПС 24018,2245443,95600,914500105ПС 33930,267349,36700,795900610ПС 42011,867323,25580,8633001025ПС 53628,8821346,15380,7839001050

Полная мощность нагрузок потребителей МВА определяется исходя из активной мощности нагрузки , МВт и коэффициента мощности потребителей, указанных в таблице 1.1.

.Составление вариантов схемы электрической сети и выбор наиболее рациональных вариантов

2.1Варианты радиально-магистральной схемы электрической сети

Составляются варианты радиально - магистральной схемы электрической сети (рисунок 2.1.1). На рисунке 2.1.1 а) привдена радиальная схема, на рисунках 2.1.1 б) в) г) - радиально - магистральные. Характеристика вариантов радиально - магистральной схемы электроснабжения приведена в таблице 2.1.1.

а) б)

в) г)

Рисунок 2.1.1 - Варианты радиально - магистральной схемы

Таблица 2.1.1 - Характеристика вариантов радиально - магистральной схемы

вариантУчастокl ЛЭП, кмl ЛЭП, кмНомер ПСКол-во выключателей n, шт.n, шт.Pi нагрузки, МВтМомент мощности МВт·кма0; 1241221321263120; 24623235290; 33033274050; 42243262860 (РЭС)9б0; 12410013 (7)17 (25)263121; 22623235750; 42233 (7)272973; 42843266500 (РЭС)5в0; 12410213 (7)19 (23)263121; 22623235290; 33033274050; 42243262860 (РЭС)7г0; 12410413 (7)17 (21)263121; 22623235751; 33233277560; 42243262860 (РЭС)5

2.2Варианты схемы электрической сети, имеющей замкнутый контур

Составляются варианты схем электрической сети, имеющей замкнутый контур. Схема является простейшей замкнутой (кольцевой) схемой. Характеристика вариантов схем электрической сети, имеющей замкнутый контур.

а) б)

в) г)

Рисунок 2.2.1 - Варианты схем имеющих замкнутый контур

Таблица 2.2.1 - характеристика вариантов схем имеющих замкнутый контур

вариантУчастокl ЛЭП, кмl ЛЭП, кмНомер ПСКол-во выключателей n, шт.а0; 11269131; 213232; 319333; 414430; 4110 (РЭС)3б0; 11288131; 213232; 023330; 315433; 4140 (РЭС)54; 011в0; 11279171; 226231; 316333; 414434; 0110 (РЭС)3г0; 11281131; 213232; 319333; 015434; 0220 (РЭС)7

Вывод о выборе варианта схемы, имеющей замкнутый контур: исходя из упрощенных критериев, наилучшим вариантом исполнения сети из предложенных является вариант, приведенный на рисунке 2.2.1 а.

3.Приближенный расчет потокораспределения в электрической сети

3.1Приближенный расчет потокораспределения в радиально-магистральной сети в нормальном режиме

Составляется схема радиально - магистральной сети в нормальном режиме (рисунок 3.1.1).

Рисунок 3.1.1 - Схема радиально - магистральной сети в нормальном режиме

Расставляются направления потоков мощности на участках сети (рисунок 3.1.1).

Рассчитываются потоки мощности на участках сети:

Рассчитываем мощность, передающуюся через радиальный участок 012 -

Рассчитываем мощность, передающуюся через радиальный участок 03 -

Рассчитываем мощность, передающуюся через радиальный участок 04 -

3.2Приближенный расчет потокораспределения в радиально-магистральной сети в послеаварийном режиме

Составляется схема радиально - магистральной сети в послеаварийном режиме (рисунок 3.2.1). В данном случае подстанция 1 является ответвительной.

Рисунок 3.2.1 - Схема радиально - магистральной сети в послеаварийном режиме

Расставляются направления потоков мощности на участках сети (рисунок 3.2.1).

Расставляются направления потоков мощности на участках сети.

Рассчитываем мощности, передающиеся через радиальный участок 012 -

Рассчитываем мощность, передающиеся через радиальный участок 03 -

Рассчитываем мощность, передающуюся через радиальный участок 04 -

3.3Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети в нормальном режиме

Составляется схема кольцевой сети в нормальном режиме (рисунок 3.3.1).

Расставляются направления потоков мощности на участках сети (рисунок 3.3.1).

Рассчитываются потоки мощности, передающейся по участкам кольцевой сети 012340.

Рисунок 3.3.1 - Схема кольцевой сети в нормальном режиме

Потоки мощности для головных участков сети 01 и 04 рассчитываются по правилу электрических моментов:

Потоки мощности для остальных участков сети (промежуточных) 12, 23, 34, рассчитываем по первому закону Кирхгофа:

В кольцевой сети точка 3 является точкой потокораздела активной и реактивной мощностей.

3.4Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети в послеаварийном режиме

Составляется схема кольцевой сети в послеаварийном режиме (рисунок 3.4.1).

В данном случае в кольцевой сети 012340 наиболее загруженным головным участком в нормальном режиме является участок 04. При рассмотрении послеаварийного режима сети предполагается, что данный участок 04 вышел из строя. Тогда в послеаварийном режиме кольцевая сеть 012340 преобразуется в разомкнутую сеть 01234 (рисунок 3.4.1).

Рисунок 3.4.1 - Схема кольцевой сети в послеаварийном режиме

Расставляются направления потоков мощности на участках сети (рисунок 3.4.1).

Рассчитываются потоки мощности для участков сети:

4.Выбор номинальных напряжений для радиально - магистральной сети

4.1Выбор номинальных напряжений для радиально-магистральной сети

Номинальные напряжения , кВ для каждого участка сети вычисляются по формуле Стилла:

Полученные нестандартные значения номинального напряжения округляются до ближайших стандартных. Ближайшим меньшим и большим стандартными значениями для всех участков схемы являются: и .

Полученные значения номинальных напряжений проверяются по допустимой суммарной потере напряжения в сети в нормальном и послеаварийном режимах.

Принимаем номинальные напряжения на всех участках сети равными .

Проверка в нормальном режиме:

Так как условие в нормальном режиме не выполняется для одного из участков схемы, следовательно, данное условие не выполняется для всей схемы.

Отсюда, номинальное напряжение для радиально - магистральной сети не подходит.

Номинальное напряжение сети на всех участках схемы принимаются .

Проверка в нормальном режиме:

Для участка 012 -

Для участка 03 -

Для участка 04 -

Проверка в послеаварийном режиме:

Для участка 012 -

Для участка 03 -

Для участка 04 -

Таким образом, для номинального напряжения все условия проверки: в нормальном режиме и в послеаварийном выполняются. Значит выбранное нами номинальное напряжение сети подходит для всех участков радиально - магистральной сети.

4.2Выбор номинальных напряжений для кольцевой сети

По формуле Стилла рассчитаем номинальное напряжение для наиболее загруженного участка кольцевой сети, таковым является участок 04:

Полученное нестандартное значение номинального напряжения округляем до меньшего и большего стандартных - и .

Полученные значения номинальных напряжений проверяются по допустимой суммарной потере напряжения в сети в нормальном и послеаварийном режимах.

Номинальное напряжение для кольцевой сети 012340 принимается равным .

Проверка в нормальном режиме (условия должны выполняться до точки потокораздела 3):

Для участка 0123 -

Для участка 043 -

Проверка в послеаварийном режиме, когда из строя выходит наиболее загруженный участок 04 (условия должны выполняться до наиболее удаленной подстанции)

Так как для номинального напряжения в кольцевой схеме сети все условия проверки и выполняются, то номинальное напряжение подходит.

5.Баланс активной и реактивной мощностей электрической сети

5.1Приближенный баланс активной мощности электрической сети

5.2Приближенный баланс реактивной мощности в радиально - магистральной сети

5.3Приближенный баланс реактивной мощности в кольцевой сети

6.Определение необходимости установки компенсирующих устройств в электрической сети

6.1Определение необходимости и выбор компенсирующих устройств (КУ) в радиально - магистральной сети

Определяется мощность компенсирующих устройств (КУ), необходимых для радиально - магистральной сети:

Так как получилось равным > 0,4 то существует необходимость установки компенсирующих устройств в сети.

Суммарная мощность компенсирующих устройств распределяется по подстанциям:

Определяем необходимое количество и мощность батарей конденсаторов компенсирующих устройств (КУ) необходимых для радиально - магистральной сети:

-На подстанции 1 устанавливается батарея конденсаторов КСКГ - 1,05 - 125 номинальным напряжением 10 кВ мощностью, выдаваемой батареей, при

На подстанции 2 устанавливается батарея конденсаторов КСКГ - 1,05 - 125 номинальным напряжением 10 кВ мощностью, выдаваемой батареей, при

На подстанции 3 устанавливается батарея конденсаторов КСКГ - 1,05 - 125 номинальным напряжением 10 кВ мощностью, выдаваемой батареей, при

На подстанции 4 устанавливается батарея конденсаторов КСКГ - 1,05 - 125 номинальным напряжением 10 кВ мощностью, выдаваемой батареей, при

Уточняем мощности нагрузок подстанций на основании выбранных батарей конденсаторов:

Исходя из уточненных мощностей нагрузок подстанций, пересчитываются мощности, передаваемые по участкам сети.

Приближенный расчет потокораспределения в радиально - магистральной сети в нормальном режиме:

Приближенный расчет потокораспределения в радиально - магистральной сети в послеаварийном режиме:

6.2Определение необходимости и выбор компенсирующих устройств (КУ) в кольцевой сети

Определяется мощность компенсирующих устройств (КУ), необходимых для кольцевой сети:

Так как получилось равным > 0,4 то существует необходимость установки компенсирующих устройств в сети.

Суммарная мощность компенсирующих устройств распределяется по подстанциям:

Определяем необходимое количество и мощность батарей конденсаторов компенсирующих устройств (КУ) необходимых для кольцевой сети:

-На подстанции 1 устанавливается батарея конденсаторов КСКГ - 1,05 - 125 номинальным напряжением 10 кВ мощностью, выдаваемой батареей, при

На подстанции 2 устанавливается батарея конденсаторов КСКГ - 1,05 - 125 номинальным напряжением 10 кВ мощностью, выдаваемой батареей, при

На подстанции 3 устанавливается батарея конденсаторов КСКГ - 1,05 - 125 номинальным напряжением 10 кВ мощностью, выдаваемой батареей, при

На подстанции 4 устанавливается батарея конденсаторов КСКГ - 1,05 - 125 номинальным напряжением 10 кВ мощностью, выдаваемой батареей, при

Уточняем мощности нагрузок подстанций на основании выбранных батарей конденсаторов:

Исходя из уточненных мощностей нагрузок подстанций, пересчитываются мощности, передаваемые по участкам сети.

Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети в нормальном режиме. Потоки мощности для головных участков сети 01 и 04 рассчитываются по правилу электрических моментов:

Потоки мощности для остальных участков сети (промежуточных) 12, 23, 34 определяются по первому закону Кирхгофа:

Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети в послеаварийном режиме, когда из строя выходит участок 04:

Приближенный расчет потокораспределения в кольцевой сети в послеаварийном режиме, когда из строя выходит участок 01:

7.Выбор трансформаторов на подстанциях

Так как напряжение сети для радиально - магистральной и кольцевой сети получилось одинаковым - 110 кВ, то выбор трансформаторов для подстанций этих двух вариантов исполнения сети будет одинаковым.

7.1Выбор трансформаторов на подстанциях для радиально-магистральной сети

На подстанции 1 устанавливаем два трансформатора, необходимая мощность каждого из которых равна:

На подстанции 1 устанавливаем два трехфазных двухобмоточных трансформатора

ТРДН 25000/110.

На подстанции 2 устанавливаем два трансформатора, необходимая мощность каждого из которых равна:

На подстанции 2 устанавливаем два трехфазных двухобмоточных трансформатора

ТРДН 25000/110.

На подстанции 3 устанавливаем два трансформатора, необходимая мощность каждого из которых равна:

На подстанции 3 устанавливаем два трехфазных двухобмоточных трансформатора

ТРДН 25000/110.

На подстанции 4 устанавливаем два трансформатора, необходимая мощность каждого из которых равна:

На подстанции 4 устанавливаем два трехфазных двухобмоточных трансформатора ТРДН 25000/110.

7.2Выбор трансформаторов на подстанциях для кольцевой сети

Для кольцевой сети типы трансформаторов на подстанциях будут такими же, потому что мощности нагрузок подстанций у радиально - магистральной и кольцевой сети абсолютно совпадают.

Каталожные и расчетные данные трансформатора ТРДН 25000/110 выписываем из справочника.

Таблица 7.2.1 - Каталожные данные трансформатора ТРДН 25000/110

ТипSном, МВА±n×E0, %UномВН, кВUномНН, кВUкз, %DPкз, кВтDPхх, кВтIхх, %Rтр, ОмXтр, ОмDQхх, кварТРДН 25000/11025±9×1,7811510,5/10,510,5120270,72,5455,9175

8.Выбор сечений проводов воздушных линий электропередачи

Для воздушных ЛЭП напряжением 35 - 220 кВ выбираются сталеалюминевые провода марки АС, а для прокладки линий используют железобетонные опоры.

Результаты выбора сечений проводов воздушных ЛЭП сводятся в соответствующие таблицы, при этом используют следующие формулы:

- для нормального режима;

- для послеаварийного режима.

Для ВЛ 110 кВ будем использовать провод марки АС (сталеалюминевый). Для прокладки ЛЭП будем использовать железобетонные опоры. Цепность линии определяется по схеме рассматриваемой электрической сети.

Таблица 8.1 - Выбор сечений проводов ВЛ электропередач радиально - магистральной сети

УчастокSiнр, МВА| Siнр|, МВАIiнр, АМарка-F, мм2Iдоп, А0124,5+j5,59125,13131,897АС - 1203901211,5+ j2,24211,71761,496АС - 702650313,5+ j1,28413,56171,176АС - 953300413+ j1,28413,06368,564АС - 70265

Таблица 8.2 - Проверка сечений проводов ВЛ электропередач радиально - магистральной сети

УчастокSiпавр, МВА| Siпавр|, МВАIiпавр, АОкончательное F, мм2Iдоп, А0149+j11,18150,259263,794АС - 1203901223+ j4,48423,433122,991АС - 702650327+ j2,56827,122142,353АС - 953300426+ j5,74426,627139,755АС - 70265

Таблица 8.3 - Выбор сечений проводов ВЛ электропередач для кольцевой сети

УчастокSiнр, МВА| Siнр|, МВАIiнр, АМарка - F, мм2Iдоп, А0150,072+j10,23851,108268,247АС - 2406101224,072+ j3,54124,331127,705АС - 150450231,072 - j0,9432,1687,494АС - 953303425,928+ j3,51126,165137,329АС - 1504504051,928+ j9,25552,746276,864АС - 240610

Таблица 8.4 - Выбор сечений проводов ВЛ электропередач для кольцевой сети

УчастокSiпавр, МВА При выходе из строя уч. №| Siпавр|, МВА При выходе из строя уч. №Iiпавр, А При выходе из строя уч. №Iiпаврmax, АОкончательное F, мм240014001400101102+j19,493-103,846-545,05-545,05АС - 2401276+ j12,79626+j6,69777,0726,849404,511140,919404,51АС - 1502353+ j8,31249+ j11,18153,64850,259281,578263,794281,57АС - 953426+ j5,74476+ j13,74926,62777,234139,755405,371405,37АС - 15040-102+ j19,493-103,846-545,05545,05АС - 240

9.Составление схемы замещения электрической сети и определение ее параметров

Схема замещения радиально - магистральной сети представлена на рисунке 9.1а, а схема замещения кольцевой сети - на рисунке 9.1б. Результаты расчета параметров схем замещения ВЛ и трансформаторов представлены в таблицах 9.1 и 9.2.

Параметры схем замещения ВЛ и трансформаторов определяются по сдледующим выражениям:

-Для одноцепной ЛЭП:

-Для двухцепной ЛЭП:

-Для однотранформаторной подстанции на которой установлен двухобмоточный трехфазный трансформатор:

-Для двухтрансформаторной подстанции на которой установлены два двухобмоточных трансформатора:

Таблица 9.1 - Параметры схем замещения ВЛЭП

УчастокКол-во цепей ЛЭПМарка-сечение F, мм2 проводаUном, кВlуч, кмr0, Ом/кмx0, Ом/кмb0×10-6, См/кмRуч, ОмXуч, ОмQсуч, МварРадиально - магистральная сеть012АС-120110120,2490,4272,661,4942,5620,38623122АС-70110130,4280,4442,552,7822,8860,40112032АС-95110150,3060,4342,612,2953,2550,47372042АС-70110110,4280,4442,552,3542,4420,33941Кольцевая сеть011АС-240110120,120,4052,811,444,860,20401121АС-150110130,1980,422,72,5745,460,21236231АС-95110190,3060,4342,615,8148,2460,30002341АС-150110140,1980,422,72,7725,880,22869401АС-240110110,120,4052,811,324,4550,18701

Заключение

электроэнергия сеть напряжение районный

В результате выполнения курсового проекта была спроектирована районная электрическая сеть. В качестве окончательного варианта исполнения принята полностью кольцевая сеть, напряжением 110 кВ. Это решение обосновано технико-экономическими расчетами методом приведенных затрат. Для данного варианта выбрано основное электрооборудование: сечения проводов линий электропередачи, трансформаторы и компенсирующие устройства на подстанциях.

Список литературы

1.А.А. Герасименко, В.Т. Федин Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие / Ростов на Дону, Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006 г.

.В.И. Идельчик Электрические системы и сети: Учебник для ВУЗов/М. Энергоатомиздат, 1989 г.

.И.А. Гутов Рачеты установишихся режимов работы электрических сетей/ Барнаул: издательство АлтГТУ, 2001 г.

.И.А. Гутов Районные электрические сети: Пример выполнения курсового проекта по дисциплине «Электрические сети» для студентов специальности 100400 «Электроснабжение (по отраслям)» / АлтГТУ имени Ползунова - Барнаул: издательство АлтГТУ, 2003 г.

.Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные данные для курсового и дипломного проектирования / М. Энергоатомиздат, 1989 г.