Проектирование электрической сети

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский  Томский политехнический университет

 

 

 

Энергетический институт

Кафедра: ЭСС

 

 

 

 

 

 

 

Проектирование и расчет электрической  сети 110-220кВ

(Пояснительная  записка к курсовому проекту по дисциплине «Электрические сети и системы»)  

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил                                                             _____________________________________________

студент гр.                                                        (Подпись)              (Дата)       (Фамилия И.О.)

 

Проверил                                                             _____________________________________________  

                                                                           (Подпись)              (Дата)       (Фамилия И.О.) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск – 2011

 

 

Содержание

 

Введение 3

1. Исходные данные…………………………………………………………………………………....................................4

2. Предварительные расчеты ..…5-23

2.1. Выбор вариантов схемы соединения  сети…………………………………………………...… …… 5

2.1.1Определение  длины ЛЭП………………………………………………………………………..…… ………5

      2.2.Определение мощности нагрузок подстанций……………………………….……  ……6

2.3. Определение потоков мощности 7-9

2.3.1. Радиальная схема 7

2.3.2. Кольцевая схема 8

3. Выбор номинальных напряжений  сети……………………………………………………………………9-11

3.1. Радиальная схема 9

3.2. Кольцевая схема 10

4. Выбор сечений проводов 11-15

4.1. Радиальная схема…………………………………………………………………   …   11

4.2. Кольцевая схема………………………………………………………………   ………13

5. Проверка сечений по техническим ограничениям 14-16

1.4.1. Радиальная схема……………………………………………………………………   14

1.4.2. Кольцевая схема………………………………………………………………………15

6. Определение  параметров ЛЭП……………………………………………………… ………..16

7. Выбор трансформаторов на подстанциях 17-18

8. Приближенный расчет потерь активной и реактивной мощностей 18-20

8.1. Радиальная схема………………………………………………………………   ……   18

8.2. Кольцевая схема…………………………………………………………………   …    19

9. Составление балансов активной и реактивной мощностей……  …… ………              20-21

9.1. Радиальная схема………………………………………………………………… …     20

9.2. Кольцевая схема………………………………………………………………… …      20

10. Составление полных схем электрических соединений.  21-22

10.1. Радиальная схема…………………………………………………………………  ……  21

10.2. Кольцевая схема……………………………………………………………………  ……22

11. Технико – экономическое сравнение вариантов сети 23-25

12. Точный электрический расчет выбранной сети (кольцевой) 26-27

Заключение 27

Перечень использованных источников 28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения  электрической энергии, состоящая  из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.

Рациональная  электроэнергетическая система, частью которой является электрическая  сеть, должна обеспечивать выполнение ряда условий, а именно: безопасности обслуживания и эксплуатации, надежности электроснабжения, качества электроэнергии по ГОСТ, экономичности, возможности частых перестроек технологического процесса, сведения к допустимым нормам или исключения вредного влияния на окружающую среду.

Основная  цель данной работы – спроектировать и рассчитать два варианта электрической сети 110-220кВ, отвечающей вышеперечисленным требованиям и предназначенной для обеспечения электрической энергии четырех подстанций, от которых запитаны потребители. Два рассматриваемых варианта сети: радиальная и замкнутая.

 Для того, чтобы проектируемые сети соответствовали требованиям потребуется решить комплекс вопросов как технического, так и экономического характера, а именно: выбрать сечения проводов ВЛЭП на различных участках схем, выбрать количество и мощности трансформаторов, выполнить необходимые проверки,  произвести приближенный расчет потерь активной и реактивной мощности, составить балансы активной и реактивной мощности, осуществить расчет затрат для каждого варианта сети.

Далее предстоит выбрать наиболее оптимальный вариант сети, то есть вариант с наименьшими затратами. Для рассматриваемого варианта электрической сети необходимо выполнить точный электрический расчет в максимальном режиме работы.

По  каждому пункту расчета необходимо провести детальный анализ и сделать  соответствующие выводы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. Исходные данные

Исходные  данные для типового проекта приведены  в методическом указании в виде пяти таблиц.

Конкретный  вариант выбираем по первым трем буквам фамилии и инициалам.

1.Параметры нагрузок подстанций 1-4 определяем из таблиц 1-4 методического указания. Представляем выбранные данные в виде таблицы 1.1:

Таблица 1.1. Параметры нагрузок подстанций

Вариант

Г

У

Л

И

ПС1

ПС2

ПС3

ПС4

6,5

4,0

5,0

8,0

1,0

4,0

6,5

2,5

50

21

25

8

4000

2800

7800

5300

0,79

0,77

0,84

0,80

100

40

70

0


 

2.Параметры системы и режима определяем из таблицы 5 методического указания по первой букве отчества  - С. Представляем выбранные данные для системы и режима  в виде таблицы 1.2:

Таблица 1.2. Параметры системы и режима

Вариант

С

11

8,0

111

102

0,90

45

Масштаб,

20


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Предварительные  расчеты

2.1. Выбор вариантов схемы соединения  сети

Изобразим расположение всех подстанций и РЭС на координатной плоскости (рисунок 1).

Рисунок 1. Расположение на координатной плоскости РЭС и подстанций


 

Из нескольких вариантов схем соединения сети рассмотрим два следующих: радиальную схему  соединения сети (рисунок 2) и замкнутую  схему соединения сети (рисунок 3).

2.2.1. Определение длины ЛЭП

Определим длины ВЛЭП  для радиальной сети по формуле

 

где - длина линии на схеме, см., - масштаб

Для линии 02

 

Для остальных линий расчеты  проводим аналогично, и результат  расчетов сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2. Длины линий для радиальной сети

№ линии

Длина линии, км.

02

100

23

54

24

86

21

78


 

 

Для кольцевой  сети расчеты длин линий проводим так же, как и для радиальной , и результат расчетов сводим в  таблицу 2.3.

Таблица 2.3. Длины линий для кольцевой  сети

№ линии

Длина линии, км.

02

100

23

54

43

100

14

42

21

78


 

      1. Определение мощности нагрузок подстанций

Рассчитываем полные мощности нагрузок подстанций

 

 

 

Для первой подстанции

 

 

 

Для остальных подстанций расчет проводим аналогично, и результаты расчета сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Полные мощности нагрузок подстанций.

ПС

, МВА

S, МВА

ПС 1

63,29

    

ПС 2

27,27

    

ПС 3

29,73

    

ПС 4

10

    

 

      1. Определение потоков мощности

Произведем  предварительный расчет потоков  мощности. Для данного расчета  необходимо принять, что сеть однородная, то есть  .

2.3.1. Радиальная схема

Рис.3. Направление потоков мощности в радиальной сети

Для данной схемы соединения сети, представленной на рисунке 3, потоки мощности участков схемы равны полным мощностям нагрузок подстанций:

 

 

 

Поток мощности, идущий от РЭС равен  сумме полных мощностей нагрузок:

 

Численно 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.2 Кольцевая схема

Определим , , , , для замкнутой сети. Для расчета применим искусственный прием, связанный с мысленным разрезанием кольца по узловой подстанции (рисунок 4).

 

Рисунок 4. Развернутая  схема кольцевой сети

Уравнения для расчета потока мощности на “головных” участках сети , составляем по «правилу моментов», используя схему, представленную на рисунке. Уравнения включают в себя сопротивления линий сети, значения которых пока неизвестны, поэтому вместо сопротивлений используем длины линий. 

Уравнение для расчета потока мощности на головном участке ЛЭП-23 примет вид:

 

Численно 

 

Аналогично составляем уравнение для расчёта потока мощности на головном участке ЛЭП-21:

 

Численно 

 

Проверка: сумма потоков мощностей головных участков, должна быть равна сумме нагрузок подстанций (без узловой):

 

 

 

Проверка выполнилась.

Потоки мощности на внутренних участках схемы находим  по 1-му Закону  Кирхгофа:

 

Так как поток  получился с отрицательным знаком, то меняем направление потока на противоположное.

 

Так как поток  получился с отрицательным знаком, то меняем направление потока на противоположное.

Проверка:

 

Условие равенства выполняется.

Можно сделать  вывод о том, что предполагаемая точка потокораздела находится  на ПС3.

  1. Выбор номинальных напряжений сети

Номинальное напряжение – это базисное напряжение из стандартизированного ряда напряжений, определяющих уровень изоляции сети и электрооборудования.

Номинальные напряжения сети выбираются в зависимости от передаваемой мощности и дальности передачи.

Для определения номинальных напряжений на всех участках электрической сети воспользуемся формулой Илларионова:

 

где – длина линии, км; – передаваемая активная мощность, МВт.

Формула дает удовлетворительные результаты для всей шкалы номинальных напряжений переменного тока в диапазоне  напряжений 35-1150 кВ.

3.1. Радиальная схема

Для участка сети 02

 

принимаем из стандартного ряда 

Для остальных линий расчеты проводим аналогично.

      1. Кольцевая схема

Для участка сети 02

 

принимаем из стандартного ряда 

Для остальных линий расчеты проводим аналогично.

Найденные потоки мощности и номинальные  напряжения для каждой линии представим в виде таблицы 3.1.

Таблица 3.1.

Схема

№

линии

nц

L,

км

,

МВА

 

Uрасч,

кВ

Uном,

кВ

 

Кольцевая

сеть

0-2

2

100

  

185,57

220

2-3

1

54

  

114,09

220

4-3

1

100

  

70,68

220

1-4

1

42

  

41,61

220

2-1

1

74

  

126,92

220

Радиальная

сеть

0-2

2

100

  

185,57

220

2-3

2

54

  

95,67

110

2-4

2

86

  

56,05

110

2-1

2

78

  

133,14

220


 

  1.  Выбор сечений проводов

При проектировании ВЛ с номинальным напряжением 110-220 кВ выбор сечения проводов производится по нормативным значениям экономической плотности тока.

Суммарное сечение проводов фазы проектируемой  ВЛ составляет

 

где - расчетный ток, А;

      - нормированная плотность тока, А/мм2

Расчетный ток определяется по формуле:

,

где – коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации, для ВЛЭП 110-220 кВ ;

 – коэффициент, учитывающий  число часов использования максимальной  нагрузки линии ТМАХ.

 – ток в линии на пятый  год ее эксплуатации в нормальном  режиме, определяется по формуле:

4.1. Радиальная схема

Средневзвешенное время использования  сети

 

Определим значения ТМАХ  и для каждого участка схемы:

Участок 0-2:

 

 

Значение  для участка0-2

 

 

Для остальных  участков схемы коэффициенты мощности равны коэффициентам мощности нагрузок.

Участок схемы 2-3

 

 

Участок схемы 2-4:

 

 

 

Участок 2-1:

 

 

 

Определим значения и для каждого участка схемы:

Участок 0-2:

 

 

Участок 2-3:

 

 

Участок 2-4:

 

 

Участок 2-1:

 

 

Определим расчетные сечения проводов и выберем стандартные для  каждого участка рассматриваемой  схемы:

Участок 0-2:

принимаем сечение АС 240/32,

допустимый длительный ток ;

Участок 2-3:

 

принимаем сечение АС 150/24,

допустимый длительный ток  ;

Участок 2-4:

принимаем сечение АС 70/11,

допустимый длительный ток  ;

Участок 2-1:

 принимаем сечение АС 240/32,

допустимый длительный ток  .

4.1. Замкнутая схема

Определим значения ТМАХ  и для каждого участка схемы:

Участок 0-2:

 

 

Значение  для участка0-2

 

 

Участок схемы 2-3

 

 

Участок схемы 4-3:

 

 

 

Участок 1-4:

 

 

 

Участок 2-1:

 

 

 

 

Определим значения   и для каждого участка схемы:

Участок 0-2:

 

 

Участок 2-3:

 

 

Участок 4-3:

 

 

Участок 1-4:

 

 

Участок 2-1:

 

 

Определим расчетные сечения проводов и выберем стандартные для  каждого участка рассматриваемой  схемы:

Участок 0-2:

принимаем сечение АС 240/32,

допустимый длительный ток  ;

Участок 2-3:

принимаем сечение АС 240/32, ;

Участок 4-3:

Ссылаясь на ПУЭ п.2.5.81 принимаем сечение АС 240/32, ;

Участок 1-4:

принимаем сечение АС 240/32, ;

Участок 2-1:

 принимаем сечение АС 240/32, ;

Представим полученные данные в  виде таблицы 4.

Таблица 4.

Схема

Участок

  

Марка провода

Материал

опор

РАДИАЛЬНАЯ

0-2

2

220

  

179,33

АС-240/32

сталь

2-3

2

110

  

106,6

АС-150/24

сталь

2-4

2

110

  

27,55

АС-70/11

сталь

2-1

2

220

  

87,2

АС-240/32

сталь

ЗАМКНУТАЯ

0-2

2

220

  

179,33

АС-240/32

сталь

2-3

1

220

  

161,25

АС-240/32

сталь

4-3

1

220

  

44,12

АС-240/32

сталь

1-4

1

220

  

15,21

АС-240/32

сталь

2-1

1

220

  

154,5

АС-240/32

сталь


 

  1.  Проверка сечений по техническим ограничениям

Согласно ПУЭ (п.1.3.2.) проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом нормальных и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин. Проведем проверку по допустимой токовой нагрузке для ремонтного режима (для радиальной сети – обрыв одной цепи ЛЭП; для замкнутой сети – обрыв наиболее нагруженного участка).

Допустимый длительный ток находим по формуле:

5.1. Радиальная сеть

Обрыв одной цепи в линии 0-2:

ВЛЭП 0-2:

;

Аналогично  проводим расчет допустимого длительного  тока для остальных цепей, и результаты сводим в таблицу 5.1.

Участок

02

341,59

610

23

156,21

450

24

52,49

265

21

166,1

610


 

На всех участках радиальной сети условие  выполняется.

5.2. Замкнутая сеть

ВЛЭП- 02:

ВЛЭП-23 (Размыкаем ВЛЭП-21):

ВЛЭП-21 (Размыкаем ВЛЭП-23):

 

ВЛЭП-43 (Размыкаем ВЛЭП-23 как показано на рисунке 6):

ВЛЭП-43 (Размыкаем ВЛЭП-21 как показано на рисунке 5):

ВЛЭП-14 (Размыкаем ВЛЭП-23 как показано на рисунке 6):

ВЛЭП-14 (Размыкаем ВЛЭП-21 как показано на рисунке 5):

  1. Определение параметров ЛЭП

Сопротивление линии рассчитываем по формуле 

где - удельное активное сопротивление линии, Ом/км

      - удельное реактивное сопротивление линии, Ом/км

Емкостная проводимость линии 

 

где – удельная емкостная проводимость линии, См/км

Реактивная мощность линии

 

Пример расчета:

Представим все полученные данные по ВЛЭП в виде таблицы 6.1.

Таблица 6.1. Параметры ВЛЭП

Схема

Радиальная

Замкнутая

Участок

0-2

2-3

2-4

2-1

0-2

2-3

4-3

1-4

2-1

220

110

110

220

220

220

220

220

220

2

2

2

2

2

1

1

1

1

100

54

86

78

100

54

100

42

74

0,118

0,204

0,422

0,118

0,118

0,118

0,118

0,118

0,118

0,435

0,420

0,444

0,435

0,435

0,435

0,435

0,435

0,435

5,9

5,508

18,146

4,602

5,9

6,372

11,8

4,956

8,732

21,75

11,34

19,092

16,965

21,75

23,49

43,5

18,27

32,19

2,604

2,707

2,547

2,604

2,604

2,604

2,604

2,604

2,604

520,8

292,4

438,1

406,2

520,8

140,6

260,4

109,4

192,7

25,21

14,15

21,2

19,66

25,21

6,81

12,6

5,3

9,3

Марка

провода

АС 240/32

АС 150/24

АС 70/11

АС 240/32

АС 240/32

АС 240/32

АС 240/32

АС 240/32

АС 240/32

Проектирование электрической сети