Выбор основных параметров и анализ режимов системы электропередачи

Министерство  образования Республики Беларусь 

Белорусский национальный технический университет 

Кафедра «Электрические системы» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа 

Дисциплина  «Технико-экономические основы передачи энергии»

Тема  работы: «Выбор основных параметров и  анализ режимов системы электропередачи» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Минск 2009

       СОДЕРЖАНИЕ 
 

    Введение……….……...………………………………………...…………………..4

1. Исходные данные……………………………………………………..……...…….5

2. Основные теоретические сведения…………………………………….……...…..6

3. Выбор конструкции и типов проводов…………………….………………...…..10

4. Сопоставление сопротивлений и проводимостей, вычисленные по формулам и     определенными с помощью нормативно-справочной литературы……………....12

5. Расчет волновых параметров ЛЭП по точным и приближенным формулам с учетом и без учета потерь………………………………………………………………………………………15

6. Расчет критериальных параметров ЛЭП и их зависимостей…………….…….17

7. Расчет режимов ЛЭП в режиме максимальных и минимальных нагрузок с учетом и без учета потерь…………………………………………...………………22

8. Построение зависимости стоимости передачи электроэнергии от КПД ЛЭП..26

9. Повышение пропускной способности электропередачи………………….……27

10. Технико-экономические показатели электропередачи………………………..29

    Заключение………….………………………………………………………….….32

    Литература……….………………………………………………………...………33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       ВВЕДЕНИЕ 
 

       В данной курсовой работе разрабатывается  линия электропередач повышенной дальности  и напряжения, что обуславливает  наличие ряда особенностей в расчете  и выборе тех либо иных технических  решений.

       В работе рассматриваются следующие  вопросы:

• выбор конструкции и типов проводов, который проведен на основе расчетов и данных нормативно-справочной литературы.
• сопоставление параметров ЛЭП, принятых по нормативно-справочной литературе и рассчитанных по формулам, приводится сводная таблица результатов сопоставления и кратки анализ причин отличия.
• расчет волновых параметров ЛЭП.
• расчет критериальных параметров и их зависимостей, где на основе функциональных зависимостей построены графики.
• расчет ЛЭП в режимах наибольших и наименьших нагрузок, где рассчитаны потоки мощностей в линии, потери мощностей и напряжений. По результатам расчетов построены векторные диаграммы.
• расчет зависимости стоимости ЛЭП от ее КПД, где результаты расчетов отображены в графическом виде.
• повышение пропускной способности ЛЭП. Здесь анализируются результаты предыдущих расчетов и даются рекомендации по повышению пропускной способности ЛЭП.
• технико-экономические показатели ЛЭП.

       В конце работы дан краткий обзор результатов расчетов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 
 

       1). Протяженность ЛЭП: 

= 950 км. 

       2). Номинальное напряжение: 

= 750 кВ. 

       3). Передаваемая мощность в максимальном режиме: 

                                    .  

       По  [1, табл. 4.3] для = 750 кВ принимаем .

       Тогда: 
 
 

       4). Число часов использования максимума (4600 8600): 
 
 

       5). Нагрузка (): 
 
 

       Принимаем  

       6). Передаваемая мощность в минимальном режиме: 

. 
 
 

       7). Стоимость передачи 1 кВт×ч электроэнергии: 
 
 

       По [2, стр. 186] принимаем 0,03 руб/кВт ч. 
 

       _{2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ} 
 

       Все процессы в линиях электропередачи  определяются дифференциальными уравнениями  в частных производных: 

                                              (2.1)

                                            (2.2) 

где    u и i – мгновенные значения напряжения и тока в какой-либо точке линии, отстоящей на расстоянии l от конца (в левой части берется знак +) или начала линии (тогда берется знак -).

       Первое  уравнение выражает изменение напряжения на единицу длину, а второе – изменение  тока на единицу длины. В общем  виде эти уравнения решения не имеют. Когда линия питается от источника  с синусоидальным напряжением, эти  уравнения решаются на основе символического метода.

       Рассчитать  режима ЛЭП с учетом потерь можно  с помощью системы уравнений: 

                                    (2.3)

                                         (2.4) 

       Рассчитать  режима ЛЭП без учета потерь позволяет  система уравнений: 

                                   (2.5)

                                     (2.6) 

       Протяженная ЛЭП может быть представлена определенными  параметрами – критериальными параметрами  ЛЭП.

       Критериальная длина ЛЭП: 

                                  (2.7) 

где     – отчисления, связанные с амортизацией и техническим обслуживанием линии;

         – стоимость сооружения 1 км линии;

         – активное сопротивление  провода, Ом/км;

          – время наибольших потерь, ч.

.                                  (2.8) 

       Экономический КПД линии: 

                                              (2.9) 

       Экономическая мощность: 

                                    (2.10) 

       Экономическая плотность тока: 

                                    (2.11) 

       Минимальная стоимость передачи электроэнергии по ЛЭП:

 

       Кроме критериальных параметров ЛЭП характеризуют  также волновые параметры.

       Волновые  параметры линии электропередачи  – волновое сопротивление  , коэффициент распространения волны , натуральная мощность линии и волновая длина . 

                             (2.13) 

               (2.14) 

где      – коэффициент изменения амплитуды волны на 1 км;

         – коэффициент изменения  фазы волны на 1 км;

        – фазовый угол.

                                (2.15) 

                                             (2.16) 

       Линии протяженностью , согласно [1], можно рассматривать вместо реальной линии – идеальную, без потерь. Для такой линии без потерь . Волновые параметры для такой линии можно определить по выражениям: 

                              (2.17) 

                                                   (2.18) 

       Волновая  длина линии: 

                    (2.19) 

       Длина волны: 

                                         (2.20) 

       Мощность  линии, выраженная в долях от натуральной, называется удельной нагрузкой линии  или удельной мощностью: 

                                       (2.21) 

                                      (2.22) 

       Чтобы выбрать наиболее экономически целесообразное сечение необходимо рассчитать технико-экономические  показатели ЛЭП и на их основе выбрать  окончательный вариант.

       Приведенные затраты З: 

                                              (2.23) 
 
 
 

       Стоимость передачи электроэнергии  

                                                             (2.24) 

       Годовые эксплуатационные расходы: 

                                       (2.25) 

       состоящие из расходов на амортизацию  , текущий ремонт и обслуживание принимаем по [1] и стоимости потерянной электроэнергии .

       Здесь - потерянная энергия за год в электропередаче;

          - стоимость 1 кВт×ч потерянной электроэнергии.

       Количество  электроэнергии выданной потребителю: 

                                              (2.26) 

         - это наибольшая мощность и число часов использования наибольшей мощности электропередачи.

       Себестоимость передачи электроэнергии: 

                                                    (2.27) 

       Коэффициент полезного действия при наибольшей нагрузке: 

                                               (2.28) 

где  - активная мощность конца участка электропередачи и потери активной мощности на этом участке.

       Экономический КПД, соответствующий минимальной  расчетной стоимости передачи электроэнергии по ЛЭП, находится по выражению 

                                                 (2.29) 
 
 
 

       3 ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И ТИПОВ ПРОВОДОВ 
 

       Для напряжения 750 кВ наибольшее применение получили алюминиевые провода со стальным сердечником. По [1, табл. 7.6] для дальнейших расчетов выбираем 3 провода марки АС со следующими номинальными сечениями: 5×300/66, 5×400/51, 4×500/64.

       Проверим  выбранные проводники:

       1).  По условию длительно допустимого тока нагрева: 

                                                  (3.1) 

       2). По условию 

                                              (3.2)

 

       Расчет  проведем для проводника АС-5×300/66, остальные результаты сведем в таблицу 3.1. 
 
 

где - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации линии, так как нагрузка неизменна принимаем .

- коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной нагрузки линии и коэффициент ее попадания в максимум энергосистемы. Принимаем

       Итак, 
 

       Для провода АС-5×300/66 , что удовлетворяет условию (3.1).  
 
 

_где - коэффициент негладкости (шероховатости) провода,

      - коэффициент, учитывающий состояние погоды, при сухой и ясной           погоде , при тумане, дожде, инее, мокром снеге и гололеде ;

      - коэффициент, зависящий от температуры и давления воздуха, ;

      - эквивалентный радиус расщепленной конструкции фазы, см;

     - среднегеометрическое расстояние между фазными проводами, см. 
 

       _{Условие (3.2) также выполняется.                                                         Таблица 3.1 – Результаты проверки проводников}

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       4 СОПОСТАВЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ И  ПРОВОДИМОСТЕЙ, ВЫЧИСЛЕННЫХ ПО  ФОРМУЛАМ И ОПРЕДЕЛЕННЫХ С  ПОМОЩЬЮ НОРМАТИВНО-СПРАВОЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 
 

       Длинные линии электропередачи представляют собой цепи с равномерно распределенными  по длине продольными и поперечными  параметрами. К ним относятся: активное и реактивное сопротивления линии, активная и емкостная проводимость.

       Расчет  проведем для проводника 5×300/66, остальные результаты сведем в таблицу 4.1.

       Удельное  активное сопротивление линии: 

                                                     (4.1) 

где       - расчетное удельное активное сопротивление материала проводника, Ом×мм²/км;

         F - сечение проводника, мм²;

         - число проводников в фазе. 
 
 

       Индуктивное сопротивление линии с расщепленными  фазами определяется из соотношения: 

                                        (4.2) 

где - среднегеометрическое расстояние между фазными проводами, м, которое определяется по справочной литературе или исходя из соотношения: 

                                              (4.3)

       

где       - расстояния соответственно между проводами фаз А и В, В и С, С и А, м;

            -  магнитная проницаемость материала провода, при частоте 50 Гц для провода из цветных металлов ;

           - эквивалентный радиус расщепленной конструкции фазы, см. 

                                                    (4.4) 

где      - расстояние между проводами в фазе, равное 40-60 см;

          - радиус многопроволочного провода, определяется по справочной литературе.

         При отсутствии данных фактический  радиус  можно определить по суммарной площади сечения токоведущей части F и стальной части провода F_СТ, увеличив его с учетом скручивания на 15-20 %, т. е. 
 
 
 
 
 

                         

       Емкостная проводимость протяженной ЛЭП: 
 
 

       Активная  проводимость протяженной ЛЭП: 

                                               (4.5)                                        

где - потери на корону, кВт/км, которые зависят от погоды и в зависимости от характера задач принимаются максимальными или среднегодовыми. По [1, табл. 7.7] для ВЛ 5×300/66  примем  
 
 

       По [2, стр. 35], коэффициенты, учитывающие волновой характер линии , определим на основе соотношений: 
 
 
 
 
 
 

       С учётом коэффициентов: 
 
 
 
 
 

_{Таблица 4.1 – Удельные параметры  ЛЭП 750 кВ}

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       5 РАСЧЕТ ВОЛНОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛЭП  ПО ТОЧНЫМ И ПРИБЛИЖЕННЫМ ФОРМУЛАМ  С УЧЕТОМ И БЕЗ УЧЕТА ПОТЕРЬ 
 

       К волновым параметрам ЛЭП относятся: 

       1). Волновое сопротивление

       2). Коэффициент распространения волны

       3). Волновая длина .

       4). Натуральная мощность линии

       5). Коэффициент изменения амплитуды волны на 1 км

       6). Коэффициент изменения фазы волны на 1 км  

       Расчет проведем для проводника 5×300/66, остальные результаты сведем в таблицу.

       С учетом потерь: 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Без учета потерь: 
 
 
 
 
 
 
 
 

       _{Как видно результаты расчета ЛЭП с  учетом потерь и без  учета потерь различаются незначительно.} 

_{Таблица 5.1 – Волновые параметры ЛЭП 750 кВ}