Проектирование районной электрической сети. 2

Министерство образования и науки  Российской Федерации 


федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение 

высшего профессионального образования

 «Алтайский государственный  технический университет им. И.И.  Ползунова»

 

                Факультет (институт)   Энергетический      

                Кафедра    Электроснабжение промышленных предприятий        

                                                     наименование кафедры                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

                                                Курсовой проект защищен с  оценкой   

                                                Руководитель

                                                проекта(работы)                            И.А. Гутов

                                                                                  (подпись)                        (и. о., фамилия)

                                                                                  “  4  ”   мая   2013 г.

 

 

      Проектирование районной электрической сети

                      _______________________________        ________                                                  _____________  

тема проекта (работы)

 

Пояснительная записка

к курсовому проекту (работе)

 

по дисциплине   Электрические сети

                                            наименование дисциплины

 

КП140211.02.000 ПЗ


обозначение документа

 

 

 

 

               Студент группы  Э-93                                                                   Я. С. Винтер

                                                                                                                                                                                             и. о., фамилия

               Руководитель

                проекта (работы)                    доцент    к. т. н.                              И. А. Гутов

                                                                должность, ученое звание                                                   и. о., фамилия

                                                                                                         

 

 

БАРНАУЛ 2013


Введение

 

Объем данного курсового  проекта составляет 28 листов пояснительной  записки и 2 листа графической  части. Пояснительная записка содержит 39 таблиц, 12 рисунков, 6 источников литературы. Курсовой проект содержит 14 разделов.

Ключевые слова: электрическая сеть, мощность, номинальное напряжение, подстанция, оборудование, батареи конденсаторов, трансформатор, компенсирующее устройство.

Основными разделами являются: составление вариантов схемы  электрической сети и выбор наиболее рациональных вариантов; Выбор номинальных  напряжений электрической сети; определение  необходимости установки и выбор  компенсирующих устройств в электрической  сети; выбор трансформаторов на подстанциях; выбор сечений проводов воздушных  линий электропередачи; технико-экономическое  обоснование окончательного варианта исполнения электрической сети; уточненный расчет компенсирующих устройств в  электрической сети; точный электрический расчет установившихся режимов работы электрической сети; выбор устройств регулирования.

Данный курсовой проект является учебным.

 

 
Содержание

 

1 Задание и исходные данные для проектирования 4

2 Составление вариантов схемы электрической сети и выбор наиболее рациональных вариантов 5

3 Приближённый расчёт потокораспределения в электрической сети 6

4 Выбор номинальных напряжений электрической сети 6

5 Баланс активной и реактивной мощностей в электрической сети 8

5.1 Приближённый баланс активной мощности в сети 8

5.2 Приближённый баланс реактивной мощности в сети 10

6 Определение необходимости установки и выбор компенсирующих устройств в электрической сети 9

7 Выбор трансформаторов на подстанциях 10

8 Выбор сечений проводов воздушных линий электропередачи 11

9 Составление схемы замещения электрической сети и определение ее параметров 12

10 Разработка схемы соединений 13

11 Технико-экономическое обоснование окончательного варианта исполнения электрической сети 15

11.1 Определение  капиталовложений  на сооружение электрической сети ...15

11.2 Определение ежегодных издержек на эксплуатацию электрической сети….. …………………………………………………………………………………….16

11.3 Определение окончательного варианта исполнения электрической сети…………………………………………………………………………………………18

12 Уточненный расчет компенсирующих устройств в электрической сети 19

12.1 Определение нескомпенсированной реактивной нагрузки 19

12.2 Определение суммарной реактивной мощности компенсирующих устройств на основании точного расчета мощностей 21

12.3 Расчет суммарных мощностей компенсирующих устройств 22

12.4 Корректировка нагрузки 23

13 Точный электрический расчет установившихся режимов работы электрической сети 24

14 Выбор устройств регулирования напряжения в электрической сети .27

                      Заключение……………………………………………………………..……..29

Список использованных источников 30

 

1 Задание и исходные данные для проектирования

 

Спроектировать  электрическую сеть для электроснабжения указанных потребителей от электрической  системы в соответствии с вариантом СУ. Месторасположение источника питания и потребителей электроэнергии указано на рисунке 1.1, а их характеристики – в таблице 1.1. Электрическая сеть расположена в объединенной энергосистеме (ОЭС) Сибири, II районе по гололеду.

В таблице 1.1 приведены значения активной мощности нагрузок потребителей в максимальном режиме Рi=Рмаксi.

Расстояния  между точками:

l01=42 км; l12=22 км; l23=20 км; l34=48 км; l04=14 км; l02=62 км; l03=54 км; l13=22 км; l14=40 км; l24=58 км.

Рисунок 1.1 – Месторасположение источника  питания и потребителей электроэнергии

 

Таблица 1.1 – Характеристика источника питания  и потребителей электроэнергии

№п/с

Pнрi, Мвт

Qнрi,

Мвар

|Sнрi|,

Мва

Pпаврi, Мвт

Qпаврi,

Мвар

|Sпаврi|,

Мва

cosφi

Tмi, ч

Uннi

кВ

Доля нагрузки 3-й категории d3i  %

Источник питания

-

-

-

-

-

-

0,9

-

-

-

Подстанция 1

40

19,37

44,44

32

15,45

35,56

0,90

3000

10

20

Подстанция 2

20

10,25

22,47

20

10,25

22,47

0,89

4100

0

Подстанция 3

25

25,50

35,71

17,5

17,85

25

0,7

3800

30

Подстанция 4

32

15,50

35,55

32

15,5

35,56

0,9

4400

0


 

Определяются значения полной мощности нагрузок потребителей , исходя из активной мощности нагрузки и коэффициента мощности cosji потребителей, указанных в таблице 1.1.

   

Определение электрической нагрузки на подстанциях в  послеаварийном режиме   

 

2 Составление вариантов схемы  электрической сети и выбор  наиболее рациональных вариантов

 

Составляются  варианты разомкнутой схемы электрической сети. Результаты сводятся в таблицу 2.1.

 

Таблица 2.1 – Характеристика вариантов  схем

Вариант

Участок

lЛЭП, км

ΣlЛЭП, км

Номер п/ст

Количество выключателей n, шт

Σn,

шт

Pi, Вт

Pi ·lc,

МВт

Σ Pi ·lc, МВт

радиально-магистральная сеть

а)

01

84

344

1

2

17

40

1680

4718

02

124

2

2

20

1240

03

108

3

2

25

1350

04

28

4

2

32

448

   

0(РЭС)

9

    

б)

01

84

200

1

9

20

40

1680

5008

04

28

4

2

32

448

12

44

2

2

20

1280

13

44

3

2

25

1600

   

0(РЭС)

5

    

в)

01

84

196

1

2(7)

13(23)

40

1680

5508

04

28

4

2

32

448

12

44

2

2(7)

20

1280

23

40

3

2

25

2100

   

0(РЭС)

5

    

г)

01

84

196

1

2(7)

13(23)

40

1680

5408

04

28

4

2

32

448

13

44

3

2(7)

25

1600

23

40

2

2

20

1680

   

0(РЭС)

5

    

сеть, имеющая замкнутый контур

а)

01

42

146

1

3

15

-

-

-

12

22

2

3

-

-

23

20

3

3

-

-

34

48

4

3

-

-

04

14

0(РЭС)

3

  

--

б)

01

42

166

1

3

19

-

-

-

13

22

2

3

-

-

23

40

3

7

-

-

32

48

4

3

-

-

04

14

0(РЭС)

3

-

-

в)

01

42

166

1

3

17

-

-

-

12

22

3

3

-

-

23

20

2

3

-

-

34

54

4

3

-

-

04

28

0(РЭС)

5

-

-

г)

01

42

176

2

3

19

-

-

-

12

22

1

7

-

-

23

40

3

3

-

-

24

58

4

3

-

-

04

14

0(РЭС)

3

-

-


 

 

Из предложенных схем наилучшим вариантом исполнения радиально-магистральной сети является вариант г), а кольцевой – в).

 

3 Приближённый расчёт потокораспределения в электрической сети

Схемы потокораспределения приведены на рисунке 3.1.


  

 

 

 

 


 

Рисунок 3.1 – Схема потокораспределения  в сети:

а) для разомкнутой сети в максимальном режиме; б) для разомкнутой сети в послеаварийном режиме; в) для сети с замкнутым контуром в максимальном режиме; г) для и сети с замкнутым контуром в послеаварийном режиме.

Рассчитываются  потоки мощности для участков сети в максимальном и послеаварийном режимах в соответствии с формулами, приведенными ниже. Результаты сводятся в таблицу 3.1.

Для разомкнутой  сети:

 

 

Для сети с замкнутым контуром:                  

Точка 2 - точка потокораздела активной и реактивной мощностей.

В послеаварийном режиме из строя выходит наиболее загруженный участок 01.

 

Таблица 3.1 - Расчет потокораспределения  в электрической сети

Участок

lуч, км

Pнрi, Мвт

Qнрi, Мвар

|Sнрi|, Мва

Pпаврi, Мвт

Qпаврi, Мвар

|Sпаврi|, Мва

Разомкнутая сеть

01

42

44

31,3

53,99

88

62,6

107,99

13

22

29

18,05

31,16

58

36,1

68,32

23

20

14

7,55

15,91

28

15,1

31,81

04

14

17

21,5

27,41

34

43

54,82

Сеть с замкнутым контуром

01

42

47,6

34,7

58,91

-

-

-

12

22

17,6

8,2

19,42

30

26,5

40,03

23

20

10,4

6,8

12,43

58

41,5

71,32

03

54

40,4

27,8

49,04

88

62,5

107,93

04

14

17

21,5

27,41

34

43

54,82


 

4 Выбор номинальных напряжений электрической сети

 

Номинальное напряжение Uном для каждого участка сети вычисляется по формуле Стилла: , а потери напряжения по формуле:

Результаты  расчетов, а так же ближайшие стандартные  наибольшие и наименьшие напряжения приведены в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1 – Результаты расчетов напряжения для электрической сети

Уч-к

lуч, км

Pучi, МВт

Qучi, Мвар

Pучпавi, МВт

Qучпавi, Мвар

Uномуч, кВ

Uном=35 кВ

Uном=110 кВ

Uном=220 кВ

r0

x0

ΔUучнр

ΔUучпав

r0

x0

ΔUучнр

ΔUучпав

r0

x0

ΔUучнр

Разомкнутая сеть

01

42

44

31,3

88

62,6

118,5

0,3

0,4

-

-

0,2

0,4

8,14

16,24

0,1

0,4

3,2

13

22

29

18,05

58

36,1

95,7

0,3

0,4

-

-

0,2

0,4

2,6

5,2

0,1

0,4

1,01

23

20

14

7,55

28

15,1

67,8

0,3

0,4

-

-

0,2

0,4

1,06

2,12

0,1

0,4

0,4

04

14

17

21,5

34

43

73,4

0,3

0,4

5,48

-

0,2

0,4

1,53

3,06

0,1

0,4

-

Сеть с замкнутым контуром

01

42

47,6

34,7

-

-

123

0,3

0,4

-

-

0,2

0,4

8,93

-

0,1

0,4

3,55

12

22

17,6

8,2

30

26,5

123

0,3

0,4

-

-

0,2

0,4

1,36

3,32

0,1

0,4

0,5

23

20

10,4

6,8

58

41,5

123

0,3

0,4

-

-

0,2

0,4

0,87

5,13

0,1

0,4

0,34

03

54

40,4

27,8

88

62,5

123

0,3

0,4

-

-

0,2

0,4

9,43

8,15

0,1

0,4

3,75

04

14

17

21,5

34

43

73,39

0,3

0,4

5,48

-

0,2

0,4

1,53

3,05

0,1

0,4

-


 

Произведя проверку номинального напряжения, результаты проверки сведем в таблицу 4.2.

 

Таблица 4.2 – Проверка напряжения для электрической сети

Участок

Uном -35 kB

Uном -110 kB

Uном -220 kB

Σ∆Umax

Σ∆Uпавр

Σ∆Umax

Σ∆Uпавр

Σ∆Umax

Σ∆Uпавр

Разомкнутая сеть

0123

-

-

11,8

23,6

4,62

-

04

5,48

-

1,53

3,05

-

-

Сеть с замкнутым контуром

012

-

-

10,3

-

4,06

-

032

-

-

10,3

-

6,6

-

0321

-

-

-

16,5

-

-

04

5,48

-

1,53

-

-

-





            Проверка Uном=35 кВ для разомкнутой сети.

Так как  условие SDUmax£15%Uном=5,25кВ в максимальном режиме не выполняется, то номинальное напряжение Uном=35 кВ не подходит.

Проверка  Uном=110 кВ для разомкнутой сети.

Так как для номинального напряжения Uном=110 кВ все условия проверки: SDUmax£15%Uном=16,5кВ в максимальном режиме и SDUпавр£20%Uном в послеаварийном режиме, не выполняются, то проводим проверку на Uном=220 кВ.

Так как для номинального напряжения Uном=220 кВ условия проверки: SDUmax£3%Uном=6,6кВ, то напряжение в радиально – магистральной сети Uном=220 кВ.

Проверка  Uном=35кВ для участка 04 сети с замкнутым контуром. 

Так как  условие SDUmax£15%Uном в максимальном режиме не выполняется, то номинальное напряжение Uном=35 кВ не подходит.

Номинальное напряжение для участка сети 04 принимается Uном=110 кВ

Так как  для номинального напряжения Uном=110 кВ все условия проверки: SDUmax£15%Uном=16,5кВ в максимальном режиме и SDUпавр£20%Uном в послеаварийном режиме, выполняются, то номинальное напряжение сети Uном=110 кВ подходит.

Проверка  Uном=110 кВ для кольцевого участка сети.

Так как  для номинального напряжения Uном=110 кВ все условия проверки: SDUmax£15%Uном=16,5кВ в максимальном режиме и SDUпавр£20%Uном в послеаварийном режиме, выполняются, то номинальное напряжение сети Uном=110 кВ подходит.

Проверка  Uном=220 кВ для кольцевого участка сети показывает что напряжение Uном=220 кВ завышено.

После проверки в максимальном и послеаварийном режимах, окончательно принимается для всех участков сети с замкнутым контуром номинальное напряжение Uном=110 кВ.

5 Баланс  активной и реактивной мощностей  в электрической сети

5.1 Приближённый баланс активной мощности в сети

 

Приближённый  баланс активной мощности в сети рассчитывается по выражению [2]:

 

 

 

Считается, что установленная мощность генераторов источника питания Pип достаточна для покрытия потребностей сети:

Реактивная  мощность, выдаваемая источником питания  в сеть Qип, определяется по выражению:

 

5.2 Приближённый баланс реактивной мощности в сети

 

Приближённый  баланс реактивной мощности в сети рассчитывается по выражению:

Результаты  расчетов сведены в таблицу 5.1.

 

Таблица 5.1 – Результаты расчетов мощности в сети

Уч-ок

Кол-во цепей n,шт

lуч, км

Sнр уч,

МВА

∆Qуч,

Мвар

Uном,

кВ

x0

∆Qлэп,

Мвар

∆Qнагр,

Мвар

∆Qтр,

Мвар

Qрез,

Мвар

QсΣ,

Мвар

Qсети,

Мвар

Разомкнутая сеть

01

2

42

53,99

8,1

110

0,4

10,83

105,6

16,32

10,56

10,83

127,2

13

2

22

31,16

1,7

32

2

20

15,91

0,33

04

2

14

27,41

0,7

Сеть с замкнутым контуром

01

1

42

58,91

4,82

110

0,4

10,18

105,6

16,32

10,56

10,18

127,2

12

1

22

19,42

0,27

13

1

22

12,43

0,1

03

1

54

49,04

4,29

04

2

14

27,41

0,7


 

6 Определение  необходимости установки и выбор  компенсирующих устройств в электрической  сети

 

Определяется  мощность компенсирующих устройств [1].

Так как , то это свидетельствует о недостаточной величине реактивной мощности в сети, и в этом случае необходимо устанавливать компенсирующие устройства.

 

Так как  реактивная мощность сети Qсети получилась одинаковой для разомкнутой сети и сети с замкнутым контуром, то и компенсирующие устройства устанавливаются одинаковые. Данные по расчету и выбору КУ приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Расчет и выбор КУ для сети

№ п/ст

QКУ i ,

Мвар

Тип БК

Qбк,

Мвар

Кол-во БК

QКУ, Мвар

U ном ,

кВ

tgφб

tgφi

Pi , Мвт

1

15,3

КСКГ-1,05-125

7,9

2

15,8

10

0,37

0,88

30

2

4,76

КСКГ-1,05-125

7,9

1

7,9

0,54

28

3

9,9

КСКГ-1,05-125

7,9

2

15,8

0,7

30

4

30,6

КСКГ-1,05-125

7,9

4

31,6

1,27

34


 

Производится уточнение мощности нагрузок п/ст на основании выбранных БК по формуле, приведенной ниже. Результаты сведены в таблицу 6.2.

 

Таблица 6.2 - Расчет уточненных мощностей нагрузок п/ст

№ п ст

Рнр псi ,

МВт

Qнеск i: Мвар

Qkv, Мвар

SНР i, MBA

| SНР i|

MBA

Sпавр I ,

MBA

| Sпавр i|, MBA

1

30

26,5

15,8

30+j10,7

31,85

24+j10,7

26,28

2

28

15,1

7,9

28+j7,2

28,91

28+j5,76

28,59

3

30

21

15,8

30+j5,2

30,45

21+j5,2

21,63

4

34

43

31,6

34+j11,4

35,86

34+j7,98

34,92


Рассчитываются  потоки мощности для участков сети в максимальном и послеаварийном режимах в соответствии с формулами  приведенными ниже. Результаты сводятся в таблицу 6.3.

Для разомкнутой  сети:

 

 

Для сети с замкнутым контуром:

  

Приближенный  расчет потокораспределения в сети c замкнутым контуром в послеаварийном режиме, когда выходит из строя участок 01.

Когда выходит  из строя участок 0:

 

Таблица 6.3 - Расчет потокораспределения  в электрической сети

Участок

lуч , км

Pнрi , МВт

Qнрi , МВар

|Sнрi| , МВА

Pпаврi , МВт

при выходе из строя уч-ка

Qпаврi , МВар

при выходе из строя уч-ка

|Sпаврi max| , МВА

01

03

01

03

Сеть с замкнутым контуром

01

42

47,6

13,3

49,42

-

88

-

23,1

90,98

12

22

17,6

2,6

17,79

30

58

10,7

12,4

59,31

23

22

10,4

4,6

11,37

58

30

17,9

5,2

60,7

03

54

40,4

9,76

41,56

88

-

23,1

-

90,98

04

14

17

5,7

17,93

34

34

11,4

11,4

35,86

Разомкнутая сеть

01

42

44

11,55

45,49

88

23,1

90,98

13

22

29

6,2

29,66

58

12,4

59,31

32

20

14

3,6

14,46

28

7,2

28,91

04

14

17

5,7

17,93

34

11,4

35,86

Проектирование районной электрической сети. 2