Электрическая сеть промышленного района

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БАЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

Энергетический факультет

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

по дисциплине «Электрические сети и системы»

 

Тема: Электрическая сеть промышленного района

 

 

 

 

Выполнил:                                                студент гр. 106119,

Талуевский А. А.

Принял:                                                    доцент

Прокопенко В.Г

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск,2012 

СОДЕРЖАНИЕ

 

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1 РАЗРАБОТКА 4-5 ВАРИАНТОВ КОНФИГУРАЦИИ СЕТИ 6

2 ПРИБЛИЖЕННЫЕ РАСЧЕТЫ ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ НАИБОЛЬШИХ НАГРУЗОК ДЛЯ ДВУХ ВАРИАНТОВ СЕТИ 9

3 ВЫБОР НОМИНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ И ЧИСЛА ЦЕПЕЙ ЛИНИЙ 16

4 ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ И (ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ), ОРИЕНТИРОВОЧНОЙ МОЩНОСТИ КОМПЕНСИРУЮЩИХ  
УСТРОЙСТВ 18

5 ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ   
ПОДСТАНЦИЙ 25

6 ФОРМИРОВАНИЕ ОДНОЛИНЕЙНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 26

7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ 28

8ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ ХАРАКТЕРНЫХ РЕЖИМОВ СЕТИ: НОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ НАИБОЛЬШИХ И НАИМЕНЬШИХ НАГРУЗОК, НАИБОЛЕЕ ТЯЖЕЛЫХ ПОСЛЕАВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ 38

9 ОЦЕНКА ДОСТАТОЧНОСТИ РЕГУЛИРОВОЧНОГО ДИАПАЗОНА ТРАНСФОРМАТОРОВ ИЗ УСЛОВИЯ ВСТРЕЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ 48

10 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 58

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 62

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

В наше время  продолжается увеличение производства электроэнергии, развитие энергосистем, рост мощностей станций, создание объединённых и единых энергетических систем. Это ставит перед инженерами ответственные задачи, одна из которых – проектирование электрических систем и сетей.

В данном проекте поставлена задача, рассчитать электрическую сеть промышленного района. Электрическая сеть представляет собой совокупность воздушных линий электропередач, подстанций с установленными на них трансформаторами и распределительных устройств, расположенных на определённой территории. Для того чтобы осуществить передачу и распределение электроэнергии потребителям, электрическая сеть должна быть рассчитана на прохождение по ней соответствующих потоков мощности, она должна обладать надёжностью, быть недорогой в эксплуатации и при строительстве, должна иметь достаточный срок службы. Для осуществления этих требований сеть должна быть предварительно рассчитана. Особенности проектирования электрических сетей заключается в тесной взаимосвязи технических и экономических расчётов. Выбор наиболее приемлемого варианта,

Любой проект электрической сети состоит из следующих  основных разделов:

1)выбор  наиболее рациональных вариантов  схем электрической сети и  электроснабжение потребителей;

2)Сопоставление  этих вариантов по различным  показателям;

3)выбор  в результате этого сопоставления  и технико-экономического расчёта  наиболее приемлемого варианта;

4)Расчёт  характерных режимов работы электрической  сети;

5)решение  вопросов, связанных с регулированием  напряжения;

6)определение  технико-экономических показателей  электрической сети.

В данном курсовом проекте решаются эти поставленные задачи.

 

 

1 РАЗРАБОТКА 4–5 ВАРИАНТОВ КОНФИГУРАЦИИ СЕТИ

 

 

Схемы электрических  сетей должны с наименьшими затратами  обеспечить необходимую надёжность электроснабжения, требуемое качество энергии у приёмников, удобство и безопасность эксплуатации. Для построения рациональной конфигурации сети применяют повариантный метод, согласно которому для заданного расположения потребителей намечается несколько вариантов, и из них выбирается лучший.

Основные  требования построения схемы конфигурации сети: электрические станции должны выдавать мощность не менее чем в два направления; потребители первой категории должны получать питание не менее чем от двух источников; потребители второй категории могут получать питание с двух сторон, или могут быть запитаны по двухцепным линиям; потребители третьей категории могут получать питание от одного источника, а также могут присоединяться с помощью отпаек от магистральных линий.

На рисунке 1 представлены варианты конфигурации сети.

В качестве критериев сопоставления вариантов сети на данном этапе проектирования используются: надежность электроснабжения, суммарная длина линий. В таблице 1 представлены суммарные длины линий выбранных вариантов конфигурации сетей.

 

Таблица 1–  Суммарные длины линий выбранных вариантов конфигурации сетей

Варианты

1

2

3

4

5

, км

216

184

219

211

227


 

 

Рисунок 1 –Варианты конфигурации сети

 

Принимаемая схема должна быть удобной  и гибкой в эксплуатации, желательно однородной, такими качествами обладают многоконтурные схемы. Отключение любой цепи в такой схеме сказывается в незначительной степени на ухудшении режима работы сети в целом.

Наилучшей конфигурацией  обладают схемы вариантов1 и 2, так как их суммарные длины линий являются минимальными из предложенных вариантов и питание узлов с наибольшими нагрузками достаточно надежное. Выбираем их для дальнейшего проектирования.

 

2 ПРИБЛИЖЕННЫЕ РАСЧЕТЫ ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ НАИБОЛЬШИХ НАГРУЗОК ДЛЯ ДВУХ ВАРИАНТОВ СЕТИ

 

Для приближенного расчета потокораспределения применим следующие допущения:

– Номинальные напряжения линий одинаковые.

– Сечение проводов линий одинаковые. Следовательно, их сопротивления пропорциональны их длинам. Проводимости линий не учитываются.

– Потери мощности в трансформаторах не учитываются. Следовательно, заданные нагрузки узлов можно подключить в узлы связи линий и трансформаторы в расчетах не учитывать.

Для расчета в программе RASTR принимаем, что удельное сопротивление линий равноОм. Тогда сопротивление линии найдем по формуле 1.

, (1)

где L– длина линии.

Также примем номинальное напряжение электрической сети заведомо завышенным, чтобы потери мощности и потери напряжения в ветвях существенно не искажали приближенное потокораспределение (U=750кВ).

На рисунке 2 приведена расчетная схема варианта 1.

Рисунок 2 –Расчетная схема варианта 1

 

На рисунке 3 приведена расчетная схема варианта 2.

Рисунок 3 –Расчетная схема варианта 2

 

На рисунках 2 и 3 сопротивления  приведены в Омах, а мощности в МВА.

Исходная информация по узлам отображена в таблице 2 (узел В представлен как узел 7), а исходные данные по ветвям сетей вариантов 1 и 2 приведены в таблицах 3 и 4 соответственно.

 

 

 

Таблица 2– Исходная информация по узлам

Номер

узла

Мощность генерации

Мощность нагрузки

Номинальное

напряжение

активная, Рг, МВт

реактивная, Qг, МВар

активная, Рн, МВт

реактивная, Qн, МВт

Uном, кВ

1

–

–

---

---

750

2

–

–

27,0

18,9

750

3

–

–

17,0

11,9

750

4

–

–

55,0

38,4

750

5

–

–

24,0

16,8

750

6

–

–

7,0

4,9

750

7

60

30

–

–

750


 

 

 

Таблица 3 – Исходная информация по ветвям сети для варианта 1

Номер узла

начала ветви

Номер узла конца ветви

Длина линии,

км

Сопротивление

активное R, Oм

реактивное Х, Ом

1

3

27,0

5,4

10,8

1

5

36,0

7,2

14,4

2

3

24,0

4,8

9,6

2

4

31,0

6,2

12,4

7

4

11,0

2,2

4,4

7

5

37,0

7,4

14,8

5

6

18,0

3,6

7,2

1

2

32,0

6,4

12,8


 

 

 

 

Таблица 4 – Исходная информация по ветвям сети для варианта 2

Номер узла

начала ветви

Номер узла конца ветви

Длина линии,

км

Сопротивление

активное R, Oм

реактивное Х, Ом

1

3

27,0

5,4

10,8

1

5

36,0

7,2

14,4

2

3

24,0

4,8

9,6

2

4

31,0

6,2

12,4

7

4

11,0

2,2

4,4

7

5

37,0

7,4

14,8

5

6

18,0

3,6

7,2


 

Результаты расчетов приближённого потокораспределения приведены в таблицах 5 и 6соответственно, для схемы 1 и для схемы2.

 

Таблица 5 – Приближённый расчет для схемы 1

Номер узла

начала ветви

Номер узла конца ветви

P, МВт

Q, Мвар

1

3

-41

-34

1

5

-29

-27

2

3

24

22

2

4

3

-3

7

4

-58

-35

7

5

-2

5

5

6

-7

-5

1

2

-53

-45


 

 

 

Таблица 6 – Приближённый расчет для схемы 2

Номер узла

начала ветви

Номер узла конца ветви

P, МВт

Q, Мвар

1

3

-41

-34

1

5

-29

-27

2

3

24

22

2

4

3

-3

7

4

-58

-35

7

5

-2

5

5

6

-7

-5


 

На рисунках 4 и 5 представлены режимные схемы вариантов схем 1 и 2соответственно с нанесенными значениями потоков мощностей в линиях.

Рисунок 4 – Приближённый расчет для схемы 1

 

 

Рисунок 5 – Приближённый расчет для схемы 2

 

 

3 ВЫБОР НОМИНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ И ЧИСЛА УЕПЕЙ ЛИНИЙ

 

 

Номинальное напряжение – это основной параметр сети, определяющий габаритные размеры линий, трансформаторов, подстанций, коммутационных аппаратов и их стоимость.

Предварительный выбор номинальных напряжений осуществляется по экономическим зонам или же эмпирическим формулам. В результате расчетов по программе RASTR получены приближенные потоки мощностей на участках, которые используются для определения номинального напряжения линий. Номинальное напряжение линий выбирается по экономическим зонам по графику “Экономические области номинальных напряжений” [1, с.45].При этом используются значения длины линий.

В таблицах 7, 8 приведены значения выбранных напряжений для вариантов схем 1 и 2 соответственно.

 

Таблица 3.1 – Напряжения для первого варианта схемы электрической сети

Номер линии

Длина линии,

км

Передаваемая активная мощность,

МВт

Номинальное напряжение, выбранное по экономическим зонам, кВ

Принятое номинальное напряжение, кВ

1-3

27,0

-41

110

110

1-5

36,0

-29

110

2-3

24,0

24

110

2-4

31,0

3

35

7-4

11,0

-58

110

7-5

37,0

-2

35

5-6

18,0

-7

35

1-2

32,0

-53

110


 

 

Таблица 8 – Напряжения для второго варианта схемы электрической сети

Номер линии

Длина линии,

км

Передаваемая активная мощность,

МВт

Номинальное напряжение, выбранное по экономическим

зонам, кВ

Принятое номинальное напряжение,

кВ

1-3

27,0

-41

110

110

1-5

36,0

-29

110

2-3

24,0

24

110

2-4

31,0

3

35

7-4

11,0

-58

110

7-5

37,0

-2

35

5-6

18,0

-7

35


 

 

По полученным номинальным напряжениям для отдельных линий выбираем номинальное напряжение всей сети– 110кВ для двух вариантов. Принимаем линии одноцепными.

 

4 ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ И (ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ), 
ОРИЕНТИРОВОЧНОЙ МОЩНОСТИ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ. УТОЧНЕНИЕ КОФИГУРАЦИИ СЕТИ

 

 

Выбор проводов воздушных линий, как правило, производится по экономическим соображениям, при этом выбранные сечения проверяются по допустимому току нагрева в послеаварийных режимах, а также по условию короны. Эти условия независимы друг от друга, и выбранное сечение провода должно удовлетворять каждому из них.

Для электрических  сетей напряжением 110кВ и выше наиболее целесообразно применять сталеалюминевые провода марки АС.

Для электрических сетей напряжением 110 кВ сечения проводов выбираем в соответствии со значением, полученным из формулы 2.

, (2)

где F – сечение провода, мм;

I – расчетный ток в линии, А;

Jэ – экономическая плотность тока, А/мм.

Для выбора экономической плотности тока необходимо рассчитать средневзвешенное значение времени использования наибольшей нагрузки, которое определяется по формуле (3)

, (3)

гдеi – номера узлов нагрузок;

Pнбi и Tнбi – наибольшая активная нагрузка и время использования наибольшей активной нагрузки в i-м узле.

 

Полученное  средневзвешенное значение времени использования наибольшей нагрузки принимаем для узлов 2, 3, 4, 5, а для узла 6 – 3400 ч.

Тогда значение плотности тока, которое соответствует  минимуму приведённых затрат в электропередачах можно определить из таблицы 9 (которая получена по рекомендациям руководителя).

 

Таблица 9 – Значения экономической плотности тока

Времени использования наибольшей нагрузки Tнб, ч

1000–3000

3000–5000

5000–8700

Экономическая плотность тока Jэ, А/мм

0,9

0,8

0,7


 

По таблице 9 получаем, что экономическая плотности  тока для всех линий (кроме линии 1–6) вариантов 1 и 2 равна 0,7 А/мм, а для линии 1–6 экономическая плотность тока равна 0,8 А/мм2.

Используя значения токов, которые рассчитаны в программе RASTR для линий, получим следующие значения сечений проводов:

– для  схемы 1

 

 

– для  схемы 2:

 

Тогда, используя то, что  по условиям короны для сетей с напряжением 110 кВ необходимы провода с диаметром не менее 70мм2, выбираем стандартные сечения проводов, которые приведены в таблицах 10 и 11 для схем 1 и 2 соответственно.

 

 

Таблица10 – Выбор сечений проводов воздушных линий для схемы 1

Номер линии

Ток нормального режима, А

Расчетное сечение провода, мм2

Принятое сечение и марка провода

1-3

154

220

АС 240/32

1-5

150

214,286

АС 240/32

2-3

51

72,857

АС 70/11

2-4

59

84,286

АС 95/16

7-4

290

414,286

2×АС 240/32

7-5

48

68,571

АС 70/11

1-2

168

240

АС 240/32

5-6

53,75

53,75

АС 70/11


 

Таблица11 – Выбор сечений проводов воздушных линий для схемы 2

Номер линии

Ток нормального режима, А

Расчетное сечение провода, мм2

Принятое сечение и марка провода

1-3

291

415,714

2×АС 240/32

1-5

216

308,571

2×АС 150/24

2-3

180

257,143

2×AС 150/24

2-4

34

48,571

АС 70/11

7-4

352

502,857

2×АС240/32

7-5

35

50

АС 70/11

5–6

46

57,5

АС 70/11


 

Принятые сечения проводов необходимо проверить по допустимому току нагрева в послеаварийных режимах. Это можно сделать с помощью программы RASTR: отключая поочередно линии схем, а в двухцепных линиях одну из цепей, необходимо сравнить токи в оставшихся включенных линиях (и цепях) с допустимым током нагрева для принятых сечений.

Расчет будем вести для схем, приведенных на рисунках 6 и 7.

 

Рисунок 6 –  Расчетная схема варианта 1

 

Рисунок 7 – Расчетная схема варианта 2

 

На рисунках 6 и 7 сопротивления заданы в Омах, мощности в МВА, реактивные проводимости в мкСм.

В таблицах 12, 13 приведены значения токов в  линиях (цепях) послеаварийных режимов для схем вариантов 1 и 2 соответственно.

 

 

 

 

Таблица12 – Токи в линиях послеаварийных режимов для схемы 1

Номер

линии

Допустимый ток, А

Отключенная линия

1–3

1–5

2–3

2–4

7–4

7–4

7–5

5–6

1–2

Токи в линиях послеаварийных режимов, А

1–3

605

–

224

106

135

161

161

149

151

283

1–5

605

207

–

185

236

163

163

198

143

236

2–3

265

111

114

–

26

52

52

40

42

172

2–4

330

41

249

51

–

73

73

70

51

22

7–4

605

168

75

155

180

–

280

167

155

183

7–4

605

168

75

155

180

280

–

167

155

183

7–5

265

32

227

42

66

64

64

–

40

53

5–6

265

45

53

45

46

45

45

45

–

46

1–2

605

309

307

214

143

191

191

163

172

–


 

 

Таблица13 – Токи в линиях послеаварийных режимов для схемы 2

Номер

линии

Допустимый ток, А

Отключенная линия

1–3

1–3

1–5

1–5

2–3

2–3

2–4

7–4

7–4

7–5

5–6

Токи в линиях послеаварийных режимов, А

1–3

605

–

265

157

157

137

137

140

150

162

151

142

1–3

605

265

–

157

157

137

137

140

150

162

151

142

1–5

450

117

117

–

188

114

114

112

102

110

99

87

1–5

450

117

117

188

–

114

114

112

102

110

99

87

2–3

450

77

77

100

100

–

162

83

93

101

94

84

2–3

450

77

77

100

100

162

–

83

93

101

94

84

2–4

265

41

41

44

44

35

35

–

33

36

61

34

7–4

605

184

184

159

159

178

178

171

–

356

169

173

7–4

605

184

184

159

159

178

178

171

328

–

169

173

7–5

265

36

36

31

31

34

34

56

31

34

–

28

5–6

265

45

45

46

46

45

45

45

45

48

45

–