Проектирование и расчет электрической сети 110-220кВ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ  ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Институт  дистанционного образования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Электроэнергетические сети и системы»

 

«Проектирование и расчет электрической сети 110-220кВ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель: студент _________    ____________    ______________________

                                                  группа            дата, подпись             Фамилия И.О.

 

 

Руководитель:    _____________    ____________    ______________________

                                          Должность              дата, подпись             Фамилия И.О.

 

 

 

 

 

 

 

Томск – 2011

 

Оглавление

Введение 3

Исходные данные для проектирования 4

1.Выбор вариантов распределительной  сети 6

1.1.Выбор вариантов схемы соединения  сети 7

1.2. Выбор номинальных напряжений сети 8

1.2.1. Радиальная схема 8

1.3. Выбор сечений проводов 11

1.3.1. Радиальная схема 12

1.3.2. Кольцевая схема 13

1.4. Проверка сечений по допустимой токовой нагрузке 14

1.4.1.Радиальная схема 14

1.4.2. Кольцевая сеть 15

1.5. Выбор трансформаторов на подстанциях 16

1.5.1. Радиальная схема 16

1.6. Приближенный расчет потерь активной и реактивной мощностей 18

1.6.1. Радиальная схема 18

1.6.2.Кольцевая схема 19

1.7. Составление балансов активной и реактивной мощностей 20

1.7.1.Радиальная схема 20

2. Составление полных схем электрических соединений 22

2.1.Радиальная сеть 22

2.2. Кольцевая сеть 23

3. Технико – экономическое сравнение вариантов сети 24

4.1. Таблица отпаек для трансформаторов кольцевой схемы 29

4.2. Максимальный режим 29

Заключение 31

Перечень использованных источников 33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

Задачей данного курсового  проекта является выполнение комплекса  работ, связанных с проектированием  системы внешнего электроснабжения района по заданным нагрузкам, их местоположению и размещению источников питания.

При проектировании системы  электроснабжения следует учитывать, что сеть должна удовлетворять требованиям  электропотребителей в отношении бесперебойности питания и передачи электроэнергии высокого качества. Также данная сеть должна быть экономически выгодной, удобной, надежной, должна иметь возможность дальнейшей реконструкции и модернизации без ее коренного переустройства.

В работе производится технико-экономическое  сравнение двух вариантов сети. В процессе расчета вариантов сети выполняется: выбор нескольких конфигураций сети, из которых выбираются два наиболее приемлемых варианта; выбор номинального напряжения сети исходя из мощности нагрузок и длин линий электропередач; выбор сечения проводов по полученным токам на участках; выбор трансформаторов по расчетным мощностям в узлах; приближенный расчет потерь активной и реактивной мощности; составление баланса активной и реактивной мощности; выбор компенсирующих устройств и места их размещения; расчет затрат для варианта сети.

В результате технико-экономического сравнения вариантов сети выбирается вариант с наименьшими приведенными затратами, который является наивыгоднейшим или экономически целесообразным. Для этого варианта выполняется точный электрический расчет максимального режима и выбор отпаек трансформаторов.

Таким образом, в процессе выполнения курсового проекта закрепляются знания приближенных и уточненных методов  расчета электрических сетей, методов  регулирования напряжения, компенсации  реактивной мощности, технико-экономического сравнения вариантов систем внешнего электроснабжения, укрепляются навыки работы с вычислительной техникой.

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные для проектирования

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 подстанции 1 определяем из таблицы 1 методического указания по первой букве фамилии-М. Представим выбранные данные для ПС 1 в виде таблицы 1:

 

Таблица 1

Вариант	М
	8,0
	1,5
	80
	3800
	0,82

 

2.Параметры нагрузок подстанции 2 определяем из таблицы 2 методического указания по второй букве фамилии-И. Представим выбранные данные для ПС 2  в виде таблицы 2:

 

Таблица 2

Вариант	И
	4,0
	3,0
	17
	3000
	0,77

 

3.Параметры нагрузок подстанции 3 определяем из таблицы 3 методического указания по третьей букве фамилии - К. Представим выбранные данные для ПС 3  в виде таблицы 3:

 

Таблица 3

Вариант	К
	6,0
	5,0
	26
	7900
	0,82

 

 

4.Параметры нагрузок подстанции 4 определяем из таблицы 4 методического  указания по первой букве имени  - А. Представим выбранные данные для ПС 4  в виде таблицы 4:

 

Таблица 4

Вариант	А
	8,0
	4,5
	10,0
	5300
	0,8

 

5.Параметры системы и режима определяем из таблицы 5 методического указания по первой букве отчества  - Г. Представим выбранные данные для системы и режима  в виде таблицы 5:

 

Таблица 5

Вариант	Г
	0,0
	3,0
	110
	107
	0,91
	51
Масштаб,	10

 

 

 

1.Выбор вариантов распределительной  сети

Проведём предварительный  расчёт, в ходе которого рассчитаем полные мощности нагрузок подстанций:

 

Для ПС 1:

 

_{Для удобства представим полные мощности нагрузок четырех подстанций в виде таблицы 6.}

_{Таблица 6}

ПС	S, МВА
ПС 1	80+j55,8
ПС 2	17+j14,09
ПС 3	26+j18,15
ПС 4	10+j7,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.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

 

Рисунок 2 – Схема соединения замкнутой сети

 

Определим длины ВЛЭП для  кольцевой сети:

1.2. Выбор номинальных напряжений сети

Определим , , , , для замкнутой сети. Для расчета применим искусственный прием, связанный с мысленным разрезанием кольца по узловой подстанции (рисунок 3).

 

Рисунок 3 – 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 ВЛ-23 примет вид:

 

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

 

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:

_{Проверка:}

Условие равенства выполняется.

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

 

;

принимаем из стандартного ряда .

 

принимаем из стандартного ряда

;

принимаем из стандартного ряда .

На всех остальных  участках принимаем 

Найденные потоки мощности и номинальные напряжения для  каждой линии представим в виде таблицы 7.

 

Таблица 7

Схема	№ линии	nл	L, км	, МВА	Uрасч, кВ	Uном, кВ
Кольцевая сеть	0-2	2	34	133+j95,58	142,9	220
	2-3	1	23	53.84+j37.82	136,2	220
	3-4	1	18	27.74+j19,67	102,7	220
	4-1	1	25	17.74+j12.17	87,88	220
	2-1	2	35	62.26+j43,66	135	220

1.3. Выбор сечений проводов

В заданных вариантах электрической  сети с номинальным напряжением 110-220 кВ сечения проводов будем выбирать по методу нормативной экономической плотности токов [1, 3.1.2].

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 Т_МАХ.

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

Суммарное сечение проводов фазы проектируемой  ВЛ составляет:

,

где – нормированная плотность тока.

 

Определим значения Т_МАХ  и для каждого участка замкнутой схемы:

Участок 0-2:

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 провод АС 300/48, ;

Участок 2-3:

- принимаем провод АС 240/32, ;

Участок 4-3:

- принимаем провод АС 240/32, ;

 

Участок 1-4:

- принимаем провод АС 240/32, ;

Участок 2-1:

- принимаем сечение АС 300/48, ;

 

Представим полученные данные в виде таблицы 8.

Таблица 8

Схема	Участок					Марка провода
Кольцевая	0-2	2	220	610	225,6	АС-300/48
	2-3	1	220	610	87,4	АС-240/32
	4-3	1	220	610	94,7	АС-240/32
	1-4	1	220	610	22,96	АС-240/32
	2-1	1	220	610	268,7	АС-300/48

1.4. Проверка сечений по допустимой токовой нагрузке

 

Проверка по допустимой токовой  нагрузке.

Данную проверку выполняем для  ремонтного режима (для замкнутой  сети – отключение наиболее нагруженного участка).

 

Ток находим по формуле:

  .

Определим токи в послеаварийном режиме для радиальной и замкнутой сетей.

ВЛ- 02:

 

ВЛ-23 (Размыкаем ВЛ-21):

 

ВЛ-43  (Размыкаем ВЛ-21):

 

 

ВЛ-14 (Размыкаем ВЛ-21):

 

 

ВЛ-21 (Размыкаем ВЛ-23):

 

ВЛ-43 (Размыкаем ВЛ-23):

 

ВЛ-14 (Размыкаем ВЛ-23):

_{Представим все  полученные данные по ВЛ в виде таблицы 9.}

Таблица 9.Параметры ВЛ

Схема	Кольцевая
Участок	0-2	2-3	4-3	1-4	2-1
	220	220	220	220	220
	2	1	1	1	1
	34	23	18	25	35
	0,123	0,118	0,118	0,118	0,123
	0,429	0,435	0,435	0,435	0,429
	2.091	2.714	2.124	2.95	4.13
	7.293	10.005	7.83	10.87	15.015
	2,645	2,604	2,604	2,604	2,645
	179.86	59.89	46.87	65.1	92.57
	8.705	2.899	2.269	3.151	4.481
Марка провода	АС 300/48	АС 240/32	АС 240/32	АС 240/32	АС 300/48

 

Пример расчета:

1.5. Выбор трансформаторов на  подстанциях

Для потребителей первой и второй категорий на подстанциях предусматривается  установка не менее двух трансформаторов. Мощность трансформаторов определяем по формуле:

Таким образом, мощность трансформатора, устанавливаемого на подстанцию, должна бать не менее величины .

ПС 1:

Выбираем трансформатор ТРДН-40000/220/10;

 ПС 2:

Выбираем трансформатор ТРД(ДЦ)Н-100000/220/10

ПС 3:

Выбираем трансформатор ТРДН-40000/220/10;

 ПС 4:

Выбираем трансформатор ТРДН-40000/220/10.

Исходя из расчетов, выберем трансформаторы с учетом класса напряжения и представим данные по трансформаторам в виде таблицы 10.

 

Таблица 10. Таблица выбранных трансформаторов

Вариант схемы сети	ПС	Тип трансформатора	S, МВА	Пределы регулирования							Pk, кВт	Px, кВт	Ix, %							Qx, кВАр
					ВН	СН	НН	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН				ВН	СН	НН	ВН	СН	НН
Кольцевая	1	ТРД(ДЦ)Н-100000/220	100	±8×1,5%	230	---	11	12			360	115	0,7	1,9			63,5			700
	3	ТРДН-40000/220	40	±8×1,5%	230	---	11	12			170	50	0,9	5,6			158,7			360
	4	ТРДН-40000/220	40	±8×1,5%	230	---	11	12			170	50	0,9	5,6			158,7			360
	2	ТРДН-40000/220	40	±8×1,5%	230	---	11	12			170	50	0,9	5,6			158,7			360

1.6. Приближенный расчет потерь  активной и реактивной мощностей

ПС 1:

;

 ПС 2:

;

 ПС3:

;

 ПС 4:

.

;

Суммарные потери в трансформаторах  замкнутой сети:

 

Потери мощности в ВЛ:

ВЛ 0-2:

;;

 

ВЛ 2-3:

;

ВЛ 2-1:

;

ВЛ 1-4:

;

ВЛ 4-3:

.

Суммарные потери в ВЛ замкнутой сети:

1.7. Составление балансов активной  и реактивной мощностей

1.7.2.Кольцевая  схема

Баланс активной мощности:

Баланс реактивной мощности:

 

Устанавливаем  12 конденсаторных батарей КС2-1,05-60, [1, табл. 5.32.] на ПС 2 и ПС 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Кольцевая сеть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технико – экономическое сравнение вариантов сети

 

Основные технико - экономические показатели:

 

Капиталовложения (К) - это денежные средства для сооружения новых и  реконструкции существующих электросетей, расходуемые на приобретение и доставку оборудования, производство строительно-монтажных  работ;

 

Издержки эксплуатации (И) - расходы  на проведение профилактических осмотров, испытаний и ремонтов, а так  же на выплату процентов по кредитам и т.п.

 

Капитальные вложения на строительство  ВЛЭП определяются по формуле:

 

,

где

 – базовый показатель стоимости  сооружения 1 км ВЛЭП;

 – длина линии;   

 – зональный коэффициент (принимаем =1,5 для Сибири);

 – коэффициент усложнения (принимаем  =1);

-коэффициент индексации, =33,56.

 

Таблица 11. Капитальные вложения, ВЛЭП

Конфигурация сети	№ ЛЭП	Марка провода				Тип опор	Стоимость, тыс. руб.		Итого, тыс. руб.
							1 км	ЛЭП
Кольцевая	0-2	АС-240/32	34	220	2	стальные	72	2448	265191.12
	2-3	АС-240/32	23	220	1		54	1242
	4-3	АС-240/32	18	220	1		54	972
	1-4	АС-240/32	25	220	1		54	1350
	2-1	АС-240/32	35	220	1		54	1890

 

 

2.Капитальные вложения на сооружение  подстанций складываются из:

- стоимости ячейки трансформатора,

- стоимости распределительного  устройства ВН,

- стоимости компенсирующих устройств, 

- постоянной части затрат по  подстанциям с открытой установкой  оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 12. Капитальные вложения, ПС [1, табл. 7.15, 7.16, 7.17, 7.23, 7.28]

Конфигурация	№ПС	Наименование оборудования		Число, шт	Стоимость, тыс. руб.		Всего, тыс. руб.
					1 шт.	всех
	Итого						510447,6
Кольцевая	ПС-1:		2ХТРДН-40000/220-НН	2	400	800	2160
			5Н (5АН)-220	1	480	480
			6ХКС2-1,05-60 (3,8)	5	45	270
			Постоянная часть затрат	-	-	610
	ПС-3:		2ХТРДН-40000/220-НН	2	400	800	1890
			ОРУ-220 кВ по схеме 5Н	1	480	480
			Постоянная часть затрат	-	-	610
	ПС-2:		2ХТРД(ДЦ)Н-100000/220-НН	2	635	1270	5111
			ОРУ 220 с элегаз. выкл по схеме 7	4	600	2400
			ОРУ-220 кВ по схеме 4Н	1	411	411
			6ХКС2-1,05-60 (3,8)	5	45	270
			Постоянная часть затрат	-	-	780
	ПС-4:		ТРДН-40000/220	2	400	800	1890
			ОРУ-220 кВ по схеме 5Н	1	480	480
			Постоянная часть затрат	-	-	610
	Итого						556307,34