Проектирование питающих электрических сетей энергосистем

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования

«Омский государственный  технический университет»

кафедра «Электроснабжение  промышленных предприятий»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

По дисциплине: «Электроэнергетические системы и сети»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ПИТАЮЩИХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ  ЭНЕРГОСИСТЕМ

Шифр задания: 26;5;5;14;10;5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                      

Выполнил: ст.гр. ЭР-311

Ефимов И.В.

Проверил:  к.т.н., доцент Прусс С.Ю.

 

 

 

 

 

Омск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА  ПРОЕКТИРОВАНИЕ  .   .   .   .   .   .   .   .   .    3          

2. ВЫБОР КОНФИГУРАЦИИ СЕТИ  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   4

3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ  .   .   .   .   6

4. ВЫБОР НОМИНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   15

5. ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ  ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ .   .   .   .  16

6. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   30

7. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ  РАСЧЕТ  ПОТЕРЬ  МОЩНОСТИ И  ЭНЕРГИИ И

    СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСА  МОЩНОСТЕЙ .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 32

8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 45

9. ТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 50

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ     ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ      ПОКАЗАТЕЛЕЙ

    СПРОЕКТИРОВАННОЙ СЕТИ    .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 56

ЛИТЕРАТУРА .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Шифр задания: 26;5;5;14;10;5.

Координаты источников питания  и подстанций, км: РЭС (источник неограниченной мощности) – 0, 0; подстанция №1 – 25, 25; подстанция №2 – 40, 25; подстанция №3 – 60, 15; подстанция №4 – 35, 0.

Наибольшие зимние активные нагрузки подстанций и источников ограниченной мощности: подстанция №1 – P1 = 50 МВт; подстанция №2 – P2 = 40 МВт; источник ограниченной мощности – P3 = -55 МВт; подстанция №4 – P4 = 40 МВт.

Коэффициенты мощности (cosφ) нагрузок и источников ограниченной мощности (электростанций): подстанция №1 – cosφ1 = 0,8; подстанция №2 – cosφ2 = 0,75; источник ограниченной мощности – cosφ3 = 0,75; подстанция №4 – cosφ4 = 0,85.

Числа часов использования максимума  нагрузки: подстанция №1 – Tmax,1 = 3500 ч; подстанция №2 – Tmax,2 = 3000 ч; подстанция №4 – Tmax,4 = 5500 ч.

Процентный состав потребителей электроэнергии по категориям надежности: подстанция №1 – 21/21/58; подстанция №2 – 32/34/34; подстанция №4 – 33/33/34.

Отношение наименьших летних нагрузок к наибольшим зимним нагрузкам составляет 0,8.

Напряжение на шинах РЭС в  нормальном режиме максимальных нагрузок и в послеаварийном режиме равно 1,1Uн, а в режиме минимальных нагрузок – 1,05Uн, где Uн – номинальное напряжение сети.

Средний номинальный коэффициент  мощности cosφср генераторов системы, в которую входит проектируемый район, составляет 0,85.

Сеть проектируется для Западной Сибири.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. ВЫБОР КОНФИГУРАЦИИ СЕТИ 

Согласно исходным данным, источник питания и нагрузки имеют следующие  координаты,РЭС – 0, 0; подстанция №1 – 25, 25; подстанция №2 – 40, 25; подстанция №3 – 60, 15; подстанция №4 – 35, 0.

Часть потребителей каждой подстанции относится к первой или второй категориям. Поэтому они должны получать электроэнергию минимум от двух источников питания по отдельным линиям электропередач. В качестве независимых источников питания будем рассматривать раздельно работающие секции шин источника неограниченной мощности. В соответствии с этим выбираем 2 варианта сети:

1. Кольцевая сеть с пятью линиями  Л1, Л2, Л3, Л4, Л5 (рис. 2.2).

2. Разомкнутая сеть с четырьмя  линиями Л1, Л2, Л3, Л4 (рис. 2.3). В этом  варианте каждая линия электропередач является двухцепной (две чёрточки) или одноцепной (без чёрточек).

Сеть разбивается на две независимых  подсети, подключаемых к РЭС, как  на рис. 2.3, в той подсети, где нет  источника ограниченной мощности, все  линии должны быть двухцепными. Во второй подсети при условии, что мощность источника ограниченной мощности больше суммы мощностей потребителей первой и второй категорий, подключенных к этой подсети, линии должны намечаться как одноцепные. В противном случае они должны быть двухцепными.












Рис. 2.1. Взаимное расположение подстанций и источника питания

    

 

 

 

 

 

 

 






Рис. 2.2. Первый вариант сети (кольцевая сеть)

 






 

Рис. 2.3. Второй вариант сети (разомкнутая сеть) 

    1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Определим длины линий. Длина каждой линии равна корню квадратному  из суммы квадрата разности абсцисс  и квадрата разности ординат точек, соединяемых линией.

Первый вариант  сети (рис. 2.2).

Линия Л1 соединяет РЭС и подстанцию №1. Согласно исходным данным, координаты РЭС –0, 0 км; координаты подстанции №1 – 25, 25 км. Тогда длина линии равна:

 

Линия Л2 соединяет подстанцию №1 и подстанцию №2, координаты которой равны  40,25 км. Тогда:

 

Линия Л5 соединяет подстанцию №2 и подстанцию №3, координаты которой равны 60, 15 км. Тогда:

 

Линия Л4 соединяет подстанцию №3 и  подстанцию №4, координаты которой  равны  35, 0 км. Тогда

 

Линия Л3 соединяет подстанцию №4 и РЭС. Тогда:

 

Результаты расчета сведены  в таблицу 3.1.

Второй вариант  сети (рис. 2.3).

Длины линий определяются таким  же образом, как и в первом варианте сети. Результаты расчета сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1. Длины линий

Вариант сети

L1, км

L2, км

L3, км

L4, км

L5, км

Первый вариант (рис. 2.2)

35,36

15

35

29,15

22,36

Второй вариант (рис. 2.3)

35,36

15

35

29,15

_


 

 

 

 

 

 

 

 

Далее рассчитаем нагрузки потребителей.

Для потребителя №1 задано P1 = 50 МВт и cosφ1 = 0,8. Тогда модуль полной мощности, реактивная мощность и комплекс полной мощности потребителя №1 соответственно равны:

 

 

 

Для потребителя №2 задано P2 = 40 МВт и cosφ2 = 0,75. Тогда модуль полной мощности, реактивная мощность и комплекс полной мощности потребителя №2 соответственно равны:

 

 

 

Для потребителя №3 задано P3 = -55 МВт и cosφ3 = 0,75. Тогда модуль полной мощности, реактивная мощность и комплекс полной мощности потребителя №3 соответственно равны:

 

 

 

Для потребителя №4 задано P4 = 40 МВт и cosφ4 = 0,85. Тогда модуль полной мощности, реактивная мощность и комплекс полной мощности потребителя №4 соответственно равны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты расчета сведем в  таблицу 3.2.

 

 

№ потребителя

Активная мощность    i-го потребителя Pi, МВт

Коэффициент мощности i-го потребителя cosφi

Модуль полной мощности i-го потребителя Si, МВА

Реактивная мощность    i-го потребителя Qi, Мвар

Комплекс полной мощности i-го потребителя

МВА

1

50

0,8

62,5

37,5

50+j37,5

2

4,

0,75

53,33

35,27

40+j35,27

3

-55

0,75

-73,33

-48,5

-55-j48,5

4

40

0,85

47,05

24,79

40+j24,79


           Таблица 3.2. Расчет нагрузок потребителей

Первый вариант сети (кольцевая  сеть) изображен на рис. 2.2. В этой сети возможны следующие пять послеаварийных режимов: первый режим – отключение линии Л1; второй – отключение линии Л2; третий – отключение линии Л5; четвертый – отключение линии Л4; пятый – отключение линии Л3.

Второй вариант сети (разомкнутая  сеть) изображен на рис. 2.3. В этой сети возможны следующие четыре послеаварийных режима: первый режим – отключение одной цепи линии Л1; второй – отключение одной цепи линии Л2; третий – отключение одной цепи линии Л3; четвертый – отключение одной цепи линии Л4.          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предварительный расчет потокораспределения в нормальном режиме кольцевой сети.

  1. Развернутый вид сети изображен на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Развернутый вид кольцевой сети

2. Определим мощности на головных  участках сети.

 Линия Л1:

 

 

 

 

 

 

Линия Л3:

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определим мощности на остальных  участках сети:

                 узел 1:

                 узел 2:

                 узел 3:

                 узел 4:

Значения мощности определенные по правилу моментов и по первому закону Кирхгофа, совпали, что подтверждает правильность проведенных расчетов.

4. Так как активная мощность в линиях меняют направление при переходе через узел 1 и 4, то точки потокораздела по активной мощности находятся в этих узлах, также как и точки потокораздела по реактивной мощности. Сеть с обозначенными точками потокораздела представлена на рис. 3.2.

 



 

Рис. 3.2. Развернутый вид кольцевой сети с точками потокораздела

 

Предварительный расчет потокораспределения в послеаварийном режиме кольцевой сети, возникающем  после отключения линии Л1.

1. Схема для расчета режима  представлена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Схема для расчета послеаварийного режима кольцевой сети,

возникающего после отключения линии Л1

 

 

 

 

 

2. Мощности в линиях равны:

                  узел 1:

                  узел 2:

                  узел 3:

                  узел 4:

Предварительный расчет потокораспределения в послеаварийном режиме кольцевой сети, возникающем после отключения линии Л2.

1. Схема для расчета режима представлена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Схема для расчета послеаварийного режима кольцевой сети,

возникающего после отключения линии Л2

2. Мощности в линиях равны:

                  узел 1:

                  узел 2:

                  узел 3:

                  узел 4:

Предварительный расчет потокораспределения в послеаварийном режиме кольцевой сети, возникающем после отключения линии Л5.

1. Схема для расчета режима представлена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Схема для расчета послеаварийного режима кольцевой сети,

возникающего после отключения линии Л5

 

 

2. Мощности в линиях равны:

                  узел 2:

                  узел 1:

                  узел 3:

                  узел 4:

Предварительный расчет потокораспределения в послеаварийном режиме кольцевой сети, возникающем  после отключения линии Л4.

1. Схема для расчета режима представлена на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Схема для расчета послеаварийного режима кольцевой сети,

возникающего после отключения линии Л4

2. Мощности в линиях равны:

                  узел 4:

                  узел 3:

                  узел 2:                             

                  узел 1:

Предварительный расчет потокораспределения в послеаварийном режиме кольцевой сети, возникающем после отключения линии Л3.

1. Схема для расчета режима  представлена на рис. 3.7.


Рис. 3.7. Схема для расчета послеаварийного режима кольцевой сети,

возникающего после отключения линии Л3

 

 

 

 

2. Мощности в линиях равны:

                  узел 4:

                  узел 3:

                  узел 2:                             

                  узел 1:

            Сведём результаты расчёта в таблицу 3.3.

Таблица 3.3. Потокораспределение в  кольцевой сети

Наименование режима

 

 		        

Нормальный

46,82+j33.71

        

Послеаварийный при отключении Л1

_

        

Послеаварийный при отключении Л2

  

_

      

Послеаварийный при отключении Л3

    

_

    

Послеаварийный при отключении Л4

      

_

  

Послеаварийный при отключении Л5

        

_


 

Предварительный расчет потокораспределения в нормальном режиме и послеаварийном  режимах, разомкнутой сети.

1. Схема для расчета нормального представлена на рис. 3.8.


Рис. 3.8. Схема для расчета нормального режима,

разомкнутой сети

 

 

 

2. Мощности в линиях равны:

                  узел 2:

                  узел 1:

                  узел 4:

                  узел 3:

Предварительный расчет потокораспределения в послеаварийном режиме разомкнутой сети, возникающем  после отключения линии Л4.


1. Схема для расчета ПАР   представлена на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Схема для расчета послеаварийного режима разомкнутой сети,

возникающего после отключения цепи в линии Л4

2. Мощности в линиях равны:

                  узел 2:

                  узел 1:

      узел 3:

      узел 4:

Предварительный расчет потокораспределения в послеаварийном  режиме разомкнутой сети, возникающем после отключения линии Л3.


1. Схема для расчета ПАР   представлена на рис. 3.10.


Рис. 3.10. Схема для расчета послеаварийного режима разомкнутой сети,

возникающего после отключения цепи в линии Л3

 

 

 

2. Мощности в линиях равны:

                  узел 2:

                  узел 1:

      узел 3:

      узел 4:

Сведём результаты расчёта в  таблицу 3.4.

Таблица 3.4. Потокораспределение в  разомкнутой сети

Наименование режима

 МВА

 МВА

 МВА

 МВА

Нормальный

        

Послеаварийный при отключении Л3

        

Послеаварийный при отключении Л4

        

 

 

 

 

    1. ВЫБОР НОМИНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ  

Кольцевая сеть.

1. Длины линий приведены в  таблице 3.1, а мощности – в  таблице 3.3. Определим рациональные напряжения в каждой линии, учитывая, что активная мощность является действительной составляющей полной мощности:

линия Л1:

линия Л2:  

линия Л3:    

линия Л4:    

линия Л5:    

2. Наибольшим рациональным напряжением  является напряжение в линии Л1, которое равно кВ. Ближайшим стандартным напряжением является напряжение 110 кВ. Поэтому в качестве номинального напряжения кольцевой сети принимаем напряжение 110 кВ.

 

 

 

 

Разомкнутая сеть.

1. Длины линий приведены в  таблице 3.1, а мощности – в  таблице 3.4. Рациональные напряжения в каждой линии равны:

линия Л1:

линия Л2:

линия Л3:

линия Л4:

2. Наибольшим рациональным напряжением  является напряжение в линии Л1, которое равно 120,2 кВ. Ближайшим стандартным напряжением является напряжение 220 кВ. Поэтому в качестве номинального напряжения разомкнутой сети принимаем напряжение 220 кВ.

    1. ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Кольцевая сеть.

Определим токи в линиях в нормальном режиме на основе данных таблицы 3.3.

 
 
 

 

Далее определим числа часов  использования максимума нагрузки в линиях. Точки потокораздела по активной мощности находятся в узлах 2 и 4. Соответственно числа часов использования максимума нагрузки в линиях Л2, Л3, Л4, Л5 примыкающих к точкам потокораздела, равны:

 

 

Электроэнергия, потребляемые каждой нагрузкой за год равны:

Подстанция №1:        

Подстанция №2:        

Источник огранич. мощности №3:

Подстанция №4:        

 

Определим годовые перетоки энергии  в линии Л2 через мощности в нормальном режиме и числа часов использования максимума нагрузки:

 

Определим годовые перетоки энергии в линии Л1 по балансу энергии в узлах:

 

 

Рассчитаем числа часов использования максимума нагрузки в линии Л1:

 

Для вычисленных значений , определим экономические плотности тока в линиях составят:

Экономические сечения линий равны:

 

 

 

 

 

Как видно из расчета, сечение линий Л1 Л5   получилось больше максимально допустимого (240 мм2) для данного класса напряжения. Поэтому  увеличим Uном до 220 кВ.

 

 В соответствии с Uном =220 кВ

 
 
 

 

Экономические сечения линий равны:

 

 

 

 

 

 

По условию короны Fmin=240 мм2 для данного класса напряжения, поэтому для линий Л1 Л2 ; Л3;  Л4; Л5 примем: F1= F2 = F3 =F4 =F5 =Fст=240 мм2. Теперь все значения полученных сечений попадают в допустимый диапазон для данного класса напряжения (220 кВ). Сечениям линии Л1 Л2 Л3 Л4 Л5 соответствует марка провода АС-240/32. Далее произведем проверку сечений по нагреву. Для этого определим максимальные рабочие токи в линиях как наибольшие из токов нормального и послеаварийных режимов. Расчёт токов сведём в таблицу 5.1. В ней же приведём максимальные рабочие токи линий, а также допустимые токи.

 

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения линии Л1.

 
 

 

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения линии Л2.

 
 

 

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения линии Л3.

 
 

 

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения линии Л4.

 
 
 

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения линии Л5. 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5.1. Рабочие и допустимые токи линий кольцевой сети

Номер линии

1

2

3

4

5

Ток нормального режима А

          

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения линии Л1, А

_

164,02

235,19

111,77

303,74

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения линии Л2, А

164,02

_

72,28

52,49

139,95

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения линии Л3, А

263,26

77,29

_

123,5

73,63

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения линии Л4, А

111,77

52,49

123,5

_

192,44

Ток послеаварийного режима, возникающего после отключения  линии Л5, А

303,74

139,95

73,63

195,44

_

Максимальный рабочий ток  А

303,74

164,02

235,19

195,44

303,74

Допустимый ток  А

605

605

605

605

605


 

Из таблицы 5.1 видно, что условие проверки по допустимому току ( ) выполняется  для всех линий.

 Проверка по потерям напряжения. Погонные сопротивления воздушной линии, выполненной проводом марки АС-240/32, равны Определим сопротивления линий.

 

Сопротивления линии Л1 равны:

 

 

  

Сопротивления линии Л2 равны:

 

 

 

 

 

 

Сопротивления линии Л3 равны:

 

 

 

Сопротивления линии Л4 равны:

 

 

 

Сопротивления линии Л5 равны:

 

 

 

Результаты расчета сведём в таблицу 5.2.

 

 

Таблица 5.2. Сопротивления линий кольцевой сети

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

         

Определим потери напряжения в каждой линии для каждого режима. Потери напряжения в линиях в нормальном режиме равны:

 

 

 

 

 

Потери напряжения в линиях в  послеаварийном режиме, возникающем  после отключения линии Л1 равны:

 

 

 

 

Потери напряжения в линиях в  послеаварийном режиме, возникающем  после отключения линии Л2 равны:

 

 

 

 

Потери напряжения в линиях в  послеаварийном режиме, возникающем  после отключения линии Л3 равны:

 

 

 

 

Потери напряжения в линиях в  послеаварийном режиме, возникающем  после отключения линии Л4 равны:

 

 

 

 

Потери напряжения в линиях в  послеаварийном режиме, возникающем  после отключения линии Л5 равны:

 

 

 

 

 

Потери напряжения сведем в таблицу 5.3.

 

 

 

 

Таблица 5.3. Потери напряжения в линиях кольцевой сети

Наименование режима

          

Нормальный

1,463

0,062

1,584

0,329

0,718

Послеаварийный, возникающий после  отключения линии Л1

 

–

0,683

2,617

    0,88

1,937

Послеаварийный, возникающий после  отключения линии Л2

1,61

_

0,573

0,449

0,919

Послеаварийный, возникающий после  отключения линии Л3

2,297

0,246

_

1,185

0,553

Послеаварийный, возникающий после  отключения линии Л4

1,065

0,231

1,113

_

1,264

Послеаварийный, возникающий после  отключения  линии Л5

3,063

0,617

0,865

1,647

 

–

Проектирование питающих электрических сетей энергосистем