Районная электрическая сеть. 3
Министерство образования
Российской федерации
Тольяттинский государственный университет
Кафедра “Электроснабжение и электротехника”
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
”Электроэнергетика, часть 1.”
Тема проекта
“ Районная электрическая сеть”
Студент: Зверинцев И. С.
Руководитель: Елгин А.А.
Тольятти 2009
Содержание
1.Введение
2. Баланс мощности
в проектируемой сети, расчет
мощности компенсирующих
3.Совместный выбор
схемы, номинального
4.Расчет основных режимов
работы проектируемой
5.Регулирование напряжения
6.Технико-экономические показатели сети
Заключение
Литература
Аннотация
В данном курсовом проекте разработана электрическая схема электроснабжения пяти пунктов потребления электроэнергии от электростанции, которая входит в состав энергетической системы. Активная мощность электростанции достаточна для электроснабжения заданного района.
Проведено технико-экономическое обоснование выбранной схемы электроснабжения и проведен расчет ее при характерных режимах.
1. Введение
Энергетика обеспечивает
электроэнергией и теплом промышленные
предприятия, сельское хозяйство, транспорт,
коммунально-бытовые нужды горо
Электрификация страны
предусматривает сооружение электростанций,
электрических сетей и
Производство электроэнергии на тепловых, гидравлических и атомных электростанциях страны ежегодно возрастает.
Цель проекта - разработать вариант районной электрической сети. Оптимальный вариант проекта должен соответствовать наименьшим затратам при строительстве, монтаже электротехнических устройств, наибольшему удобству и надежности при эксплуатации обеспечивая надлежащее качество электроэнергии и минимум расходов.
2. Баланс мощности
в проектируемой сети, расчет
мощности компенсирующих
Потребление активной мощности в проектируемой сети рассматривается для периода наибольших нагрузок.
Расчет баланса реактивной мощности проектируемой районной сети преследует цель определения мощности и мест установки компенсирующих устройств.
При выборе компенсирующих устройств,
устанавливаемых в
- расчетные активные и
- Pмакс соответствует величине указанной в задании (Pмакс =Pн );
- Qэмакс, Qэмин – заданные энергосистемой входные величины реактивной мощности.
Пункт а.
Pa макс=32 МВт Paмин=32·0.5=16 МВт
tg φa=0,538
tg φэ=0.3- оптимальный тангенс угла, соответствующий установленным приемному пункту условиям получения от энергосистемы мощности Pмакс и Qмакс
Qa макс=Paмакс ·tg φa=32·0,538=17,219 МВар
Qa мин=Qa макс ·0.5= 17,219 ·0.5=8,6096 МВар
Qэмакс и Qэмин определяются по максимальным и минимальным активным нагрузкам:
Qэмакс а=Pa макс ·tg φэ=32·0.3=9,6 МВар
Qэмин а=Pa мин ·tg φэ=16·0.3=4,8 МВар
Необходимая мощность компенсирующих устройств приемного пункта с учетом резерва:
Qкумакс a=1.1·Qа макс-Qэмакс а=1.1·17,219-9,6=9,341 МВар
Qкумин a=Qа мин-Qэмин а=8,6096 -4,8 =3,8096 МВар
По результатам расчетов выбираем для данного пункта КУ типа КСА 0.66-40 с установленной мощностью 10.6 МВар в количестве 1 штука.
Q’кумакс а=10.6 МВар
Расчетная полная мощность для приемного пункта:
S’а=Pа макс+j(Qа макс-Q’кумакс а)=32+j(17,219-10,6)=32+j6,619 МВА
Пункт в:
Pв макс=25 МВт Pв мин=25·0.5=12,5 МВт
tg φв=0.559
tg φэ = 0,3 - оптимальный тангенс угла, соответствующий установленным приемному пункту условиям получения от энергосистемы мощности Pмакс и Qмакс
Qв макс=Pв макс ·tg φв=25·0.559=13,975 МВар
Qв мин=Qв макс ·0.5=13,975·0.5=6,9875 МВар
Qэмакс и Qэмин определяются по максимальным и минимальным активным нагрузкам:
Qэмакс в=Pв макс ·tg φэ=25·0,3=7,5 МВар
Qэмин в=Pв мин ·tg φэ=12,5·0,3=3,75 МВар
Необходимая мощность компенсирующих устройств приемного пункта с учетом резерва:
Qкумакс в=1.1·Qв макс-Qэмакс в=1,1·13,975-7,5=7,8725 МВар
Qкумин в=Qв мин-Qэмин в=6,9875-3,75=3,2375 МBар
По результатам расчетов выбираем для данного пункта КУ типа КСА 0.66-20 с установленной мощностью 5,3 МВар в количестве 1 штука.
Q’кумакс в=5,3 МВар
Расчетная полная мощность для приемного пункта:
S’в=Pвмакс+j(Qвмакс-Qкумакс в)=25+j(13,975-5,3)=25+j8,375 МВА
Пункт г:
Pг макс=10 МВт Pг мин=10·0.5=5 МВт
tg φг=0,6446
tg φэ = 0,3 - оптимальный тангенс угла, соответствующий установленным приемному пункту условиям получения от энергосистемы мощности Pмакс и Qмакс
Qг макс=Pг макс ·tg φг=10·0,6446=6,446 МВар
Qг мин=Qг макс ·05=6,446·0.5=3,223 МВар
Qэмакс и Qэмин определяются по максимальным и минимальным активным нагрузкам:
Qэмакс г=Pг макс ·tg φэ=10·0.3=3 МВар
Qэмин г=Pг мин ·tg φэ=5·0,3=1,5 МВар
Необходимая мощность компенсирующих устройств приемного пункта с учетом резерва:
Qкумакс г=1,1·Qг макс-Qэмакс г=1.1·6,446-3=4,0906 МВар
Qкумин г=Qг мин-Qэмин г=3,223-1,5=1,723 МBар
По результатам расчетов выбираем для данного пункта КУ типа КСА 0,66-20 с установленной мощностью 5,3 МВар в количестве 1 штука.
Q’кумакс г=5,3 МВар
Расчетная полная мощность для приемного пункта:
S’г=Pг макс+j(Qг
макс-Q’кумакс
г)=10+j(6,446-5,3)=10+j1,
Пункт д:
Pд макс=32 МВт Pд мин=32·0.5=16 МВт
tg φд=0,7349
tg φэ = 0,3 - оптимальный тангенс угла, соответствующий установленным приемному пункту условиям получения от энергосистемы мощности Pмакс и Qмакс
Qд макс=Pд макс ·tg φд=32·0,7349=23,5168 МВар
Qд мин=Qд макс ·0.5=23,5168·0.5=11,7584 МВар
Qэмакс и Qэмин определяются по максимальным и минимальным активным нагрузкам:
Qэмакс д=Pд макс ·tg φэ=32·0.3=9,6 МВар
Qэмин д=Pд мин ·tg φэ=16·0.3=4,8 МВар
Необходимая мощность компенсирующих устройств приемного пункта с учетом резерва:
Qкумакс д=1.1·Qд макс-Qэмакс д=1.1·23,5168-4,8=16,2685 МВар
Qкумин д=Qд мин-Qэмин=11,7584-4,8=6,9584 МBар
По результатам расчетов выбираем для данного пункта КУ типа КСА 0.66-20 с установленной мощностью 5,3 МВар в количестве 3 штуки.
Q’кумакс д=5,3·3=15,9 МВар
Расчетная полная мощность для приемного пункта:
S’д=Pд макс+j(Qд
макс-Qкумакс д)=32+j(23,5168-16,2685)=32+7,
Пункт е.
Pе макс=24 МВт Pе мин=24·0.5=12 МВт
tg φе=0,5381
tg φэ=0.3- оптимальный тангенс угла, соответствующий установленным приемному пункту условиям получения от энергосистемы мощности Pмакс и Qмакс
Q е макс=Pе макс ·tg φе=24·0,5381=12,9144 МВар
Qе мин=Qе макс ·0.5= 12,9144 ·0.5=6,4572 МВар
Qэмакс и Qэмин определяются по максимальным и минимальным активным нагрузкам:
Qэмакс е=Pе макс ·tg φэ=24·0.3=7,2 МВар
Qэмин е=Pе мин ·tg φэ=12·0.3=3,6 МВар
Необходимая мощность компенсирующих устройств приемного пункта с учетом резерва:
Qкумакс е=1.1·Qе макс-Qэмакс е=1.1·12,9144-7.2=7,0058 МВар
Qкумин е=Qе мин-Qэмин е=6,4572 -3,6 =2,8572 МВар
По результатам расчетов выбираем для данного пункта КУ типа КСА 0.66-20 с установленной мощностью 5,3 МВар в количестве 1 штук.
Q’кумакс е=5,3 МВар
Расчетная полная мощность для приемного пункта:
S’е =Pе макс+j(Qе
макс-Qкумакс е)=24+j(12,9144-7,2)=24+j7,
3. Совместный
выбор схемы, номинального
3.1 Составление вариантов цепи
Составляем 5 вариантов цепи
Требования:
1) Передача электроэнергии
от источника питания сети
до приемных подстанций должна
осуществляться по возможно
2) На приемных подстанциях применяются упрощенные схемы ОРУ;
3) Электроснабжение пунктов, в которых есть потребители I категории должно осуществляться не менее чем по 2-м линиям;
4) Выключатели устанавливаются только в начале линии у источника питания;
5) Длина трассы линии увеличивается на 5-10 % за счет неровностей рельефа, и обхода естественных и искусственных препятствий, по ходу линии. Она определяется: lт=lсм·m·1.05, где lсм – длина трассы линии на плане в см,
m- масштаб линии
суммарная длина трассы, линии:
lT∑=∑lTi
lT∑=∑lTi(1) +2·∑lTi(2)
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Вариант 5
Таблица 1
Вариант |
I |
II |
III |
IV |
V |
8 |
6 |
5 |
4 |
4 | |
331,8 |
288,96 |
262,08 |
240,24 |
241,84 | |
545,16 |
459,48 |
432,6 |
410,76 |
424,04 |
По минимуму расхода оборудования для дальнейшего рассмотрения остаются варианты IV и V.
3.2 Выбор сечения линий
Для каждого из оставшихся вариантов определяется потокораспределение мощностей по линиям.
Для выяснения какому из номинальных напряжений (35, 110, 220 кВ) соответствуют варианты схемы сети проводим пробный расчет сечений проводов линии, причем наиболее загруженную линию при напряжении 35 кВ, а наименее загруженную при - 220 кВ.
[мм2] ,где Sj – полная мощность, протекающая по одной линии в данном направлении или по одной цепи двухцепной линии.
Uн – номинальное напряжение сети;
jэк – экономическая плотность тока.
jэк=1 [А/мм2] (справочная литература)
Вариант 4
- Самая загруженная линия Б-а
Сечение линии значительно больше рекомендованного (АС-35 – АС-300), поэтому:
- Наименее загруженная линия а-г
Сечение линии значительно меньше рекомендованного (АС-240 – АС-400), поэтому:
- Все сечения линии выбираются на напряжение 110 кВ
мм2
мм2
мм2
мм2
мм2
мм2
мм2
мм2
По данным расчетов составляем таблицу, где записываем выбранные стандартные сечения, сопротивления, активное и реактивное.
Таблица 2
АС,мм2 |
r0, Ом/км |
x0, Ом/км |
в0, Ом/км |
l, км |
r, Ом |
х, Ом | |
Б-аI |
300 |
0.108 |
0.389 |
2.87 |
47.88 |
5.171 |
18.6253 |
Б-аII |
120 |
0,270 |
0,423 |
2,69 |
45,36 |
12,2472 |
19,1873 |
а-2 |
185 |
0.170 |
0.409 |
2,82 |
31.08 |
5.2836 |
12.7117 |
2-г |
70 |
0.460 |
0.440 |
2,58 |
17,64 |
8,1144 |
7,7616 |
2-в |
150 |
0.210 |
0.416 |
2.74 |
47,04 |
9,8784 |
19,5686 |
Б-д |
95 |
0.330 |
0.429 |
2.65 |
78,96 |
26,0568 |
33,8738 |
Б-1 |
240 |
0.130 |
0.390 |
2.85 |
44,52 |
5,7876 |
17,3628 |
1-е |
150 |
0.210 |
0.416 |
2.74 |
22,68 |
4,7628 |
9,4349 |
1-д |
95 |
0.330 |
0.429 |
2.65 |
34,44 |
11,3652 |
14,7748 |
а-г |
70 |
0.460 |
0.440 |
2,58 |
49,56 |
22,7976 |
21,8064 |
Вариант 5
- Самая загруженная линия Б-3I
Сечение линии значительно больше рекомендованного (АС-35 – АС-150), поэтому:
- Наименее загруженная линия 2-г
Сечение линии значительно меньше рекомендованного (АС-240 – АС-400), поэтому:
- Все сечения линии выбираются на напряжение 110 кВ
мм2
По данным расчетов составляем таблицу, где записываем выбранные стандартные сечения, сопротивления, активное и реактивное.
Таблица 3
АС,мм2 |
r0, Ом/км |
x0, Ом/км |
в0, Ом/км |
l, км |
r, Ом |
х, Ом | |
Б-3I |
300 |
0.108 |
0.389 |
2.87 |
48.72 |
5.2618 |
18.9521 |
Б-3II |
120 |
0.270 |
0.423 |
2.69 |
46.2 |
12.474 |
19.5426 |
3-2 |
185 |
0.170 |
0.409 |
2.82 |
15.96 |
2.7132 |
6.5276 |
2-г |
70 |
0.460 |
0.440 |
2.58 |
30.24 |
13.9104 |
13.3056 |
2-в |
150 |
0.210 |
0.409 |
2.74 |
37.8 |
7.938 |
15.7248 |
3-аI |
95 |
0.330 |
0.429 |
2.65 |
23.52 |
7.7616 |
10.0901 |
а-3II |
95 |
0.330 |
0.429 |
2.65 |
14.28 |
4.7124 |
6.1261 |
3-г |
70 |
0.460 |
0.440 |
2.58 |
43.68 |
20.0928 |
19.2192 |
Б-д |
95 |
0.330 |
0.429 |
2.65 |
78.96 |
26.0568 |
33.8738 |
Б-1 |
240 |
0.130 |
0.390 |
2.85 |
44.52 |
5.7876 |
17.3628 |
1-е |
150 |
0.210 |
0.409 |
2.74 |
22.68 |
4.7628 |
9.4349 |
1-д |
95 |
0.330 |
0.429 |
2.65 |
34.44 |
11.3652 |
14.7748 |
3.3 Сравнение вариантов по потерям напряжения
Потери напряжения в j-ой линии
,где lj-длина линии
Pj, Qj – активная и реактивная мощности, протекающие по линии;
r0j, x0j – погонное активное и реактивное сопротивление линии
Лучшими считаются варианты, у которых меньше потери напряжения от источника питания до наиболее удаленного приемного пункта.
Нормальный режим
15 % от 110 кВ = 16.5 кВ.
Вариант 4
кВ ∆UБ-аI =2,3 %
кВ ∆Uа-2=2,25 %
кB ∆U2-г=0,37 %
∆Uа-г=1.05%
кВ ∆U2-в=3.4%
кВ ∆UБ-д=4,5 %
кB ∆UБ-1=3,55 %
∆U1-е=1,54 %
∆U1-д=1,97 %
∆UБ-аII=2.74 %
∆UБде = 12,7277кВ = 11,57 %
∆UБагв= 13,3307кВ = 12,12 %
Вариант 5
кВ ∆UБ-3I=3.9 %
кВ ∆UБ-3II=2.75 %
кВ ∆U3-аI=1.3%
кВ ∆Uв-г=0.79 %
кВ ∆U3-2=1,15 %
кВ ∆U3-г=0,92 %
кВ ∆U2-г=0,64 %
кВ ∆U2-в=2,73 %
кВ ∆UБ-д=4,51 %
кВ ∆UБ-1=3,55 %
кВ ∆U1-е=1,54 %
кВ ∆U1-д=1,96 %
∆UБде = 12,7277 кВ = 11,57 %
∆UБагв = 15,635 кВ = 14,21 %
Варианты IV и V пригодны для дальнейшего рассмотрения.
Послеаварийный режим
20 % от 110 кВ=22 кВ
Вариант 4
Обрыв линии а-1
∆Uа-1=2.47 кВ ∆Uа-1=2.25 %
Обрыв линии в-4
∆Uв-4=4.99 кВ ∆Uв-4=4.54 %
Обрыв линии 4-б
∆U4-б=2.48 кВ ∆UВ-б=2.25 %
Обрыв линии 1-4
∆U1-4=1.48 кВ ∆U1-4=1.35 %
Обрыв линии Д-1
∆UД-1=7.04 кВ ∆UД-1=6.4 %
Обрыв линии Д-г
∆UД-5=4.33 кВ
∆U5-г=2.71 кВ
∆UД-г=∆UД-5+∆U5-г =7.04 кВ ∆UД-г=6.4 %
Вариант 6
Обрыв линии Д-1
∆UД-1=5.88 кВ
Обрыв линии Д-в
∆UД-в=8.6 кВ
Варианты 4 и 6 пригодны для дальнейшего рассмотрения.
3.4 Проверка вариантов схем по допустимому нагреву Iдоп
Вариант 4
Наиболее загруженный участок
Д-5, АС – 185 Iдоп=510А
< Iдоп
Наименее загруженный участок
4-б, АС-70 Iдоп=265 А
< Iдоп
Вариант 6
Наиболее загруженный участок
Д-в, АС –150 Iдоп=445 А
< Iдоп
Наименее загруженный участок
1-б, АС-70 Iдоп=265 А
< Iдоп
По допустимому нагреву Iдоп варианты соответствуют нормам.
3.5 Технико-экономическое сравнение вариантов схемы сети по приведенным затратам
Определение мощности и типа трансформатора с учетом 40% перегрузки
SТi=
где Sj – полная мощность подстанции.
SТа= МВА ТДН-16000/110
SТб= МВА ТДН-10000/110
SТв= МВА ТРДН-25000/110
SТг= МВА ТДН-16000/110
SТе= МВА ТРДН-25000/110
Расчет приведенных затрат.
Количество выключателей на стороне низкого напряжения подстанции:
nв=nвф+nвс+nвр+nвв,
где nвф – число фидерных выключателей;
nвс – число секционных выключателей;
nвр – число резервных выключателей;
nвв – число вводных выключателей.
П/ст а:
nвф= nвс=1 nвр=2 nвв=2 nвку=2 nв=13
П/ст б:
nвф= nвс=1 nвр=2 nвв=2 nвку=1 nв=9
П/ст в:
nвф= nвс=2 nвр=4 nвв=4 nвку=2 nв=21
П/ст г:
nвф= nвс=1 nвр=2 nвв=2 nвку=2 nв=13
П/ст е:
nвф= nвс=2 nвр=4 nвв=4 nвку=2 nв=21
n∑в=77
Вариант 4
Капиталовложения в линии сети
Кл=∑Колi∙li,
где – расчетная стоимость одного километра одноцепной или двухцепной линии;
li – длина трассы одноцепной или двухцепной линии, в км.
Выбираем железобетонные одноцепные и двуцепные с подвеской обеих цепей, район по гололеду II.
Кол Б-а=КБ-а∙li=18,8·47,88=900,14 тыс.руб
Кол а-г=Ка-г∙li=16.4·26,88=440,83 тыс.руб
Кол 2-г=К 2-г ∙li=13,9·18,48=256,87 тыс.руб.
Кол Б-1=К Б-1∙li=17,7·44,52=788,01 тыс.руб.
Кол 1-д=К 1-д ∙li=14.3·34,44=492,49 тыс.руб.
Кол 1-е=К 1-е∙li=9·23,52=211,68 тыс.руб.
∑Кл=900,14+440,83+256,87+415,
Суммарная расчетная стоимость трансформаторов всех подстанций района:
Кт=∑Ктi∙ni,=(100+88+64+100+88)
где Ктi – расчетная стоимость одного трансформатора данной мощности;
ni – количество трансформаторов этой мощности.
Суммарная расчетная стоимость открытых распределительных устройств подстанций приемных пунктов:
Кору=∑Коруi∙ni=19+24+24+19+29=
где Коруi – расчетная стоимость ОРУ подстанций данной схемы;
ni - количество ОРУ этой схемы.
Расчетная стоимость закрытых распределительных устройств:
Кзру=Квно∙(nф∑+nс∑+nвв∑+nр∑+nк
где Квно – расчетная стоимость ячейки с выключателем;
nф∑, nс∑, nвв∑, nр∑, nку∑ - количество фидерных, секционных, вводных, резервных, установок КУ выключателей в ЗРУ 6-10 кВ приемных подстанций.
Расчетная стоимость конденсаторных установок:
Кку=∑Ккуоi∙ni=79+57+57+153+57=
где Ккуоi – расчетная стоимость конденсатроной установки данной мощности;
ni - количесво конденсатроных установок этой мощности.
Расчетная стоимость высоковольтных выключателей:
Кв=Квво∙mвв∑=32∙4=128 тыс. руб.
где Квво – расчетная стоимость высоковольтного выключателя 110 кВ;
mвв∑ - количество высоковольтных выключателей в схеме.
Постоянные затраты:
Кпост=Кпостi∙ni=130∙5=650 тыс. руб.,
где Кпостi - расчетные постоянные затраты на одну подстанцию, которые учитывают затраты на здания, дороги, ограждения и прочее.
n – число подстанций в проектируемой сети.
Капиталовложения в подстанции:
Кп=Кт+Кору+Кзру+Кку+Кв+Кпост=
Cуммарные годовые эксплуатационные издержки:
К∑=Кл+Кп=3505,82+2331=5848,82 тыс. руб.
Потери электроэнергии в линии:
МВт·ч
МВт·ч
МВт·ч
МВт·ч
МВт·ч
МВт·ч
МВт·ч
МВт·ч
кВт·ч
кВт·ч
Годовые эксплуатационные издержки: