Хусаинов И.М. Проектирование сети для электроснабжения промышленного района

Подождите немного. Документ загружается.

ния реактивной мощности и располагаемой реактивной мощности:

расптребкудеф

QQQQ

−

Для восполнения дефицита реактивной мощности на стороне 6-10 кВ

подстанций потребителей устанавливаются компенсирующие устройства. При

этом мощность компенсирующих устройств на i-той подстанции ориентиро-

вочно может быть определена по выражению:

(

)

сiiтрiiкуi

tgPPQQQ

∆

−

∆

Если среди источников имеется местная ТЭЦ, то вместо

в эту фор-

мулу нужно подставить:

).(

cТЭЦ

треб

ТЭЦ

tgtg

ϕϕϕϕ

−+=

Если требуемая мощность компенсирующих устройств превышает 10

Мвар, то для компенсации используют синхронные компенсаторы, если не пре-

вышает, то используют батареи статических конденсаторов. Далее определяют

количество компенсирующих установок:

ед

куi

n =

Здесь

- мощность одной установки. Естественно, необходимо ок-

руглить до ближайшего целого числа.

ед

куi

В результате компенсации части реактивной мощности непосредственно

на подстанциях потребителей реактивная мощность каждого потребителя

уменьшается до величины:

едкуiii

QnQQ

−

′

При этом полная мощность становится равной:

()

iii

QPS

′

Все данные по балансу мощности рекомендуется свести в таблицу. Форма

таблицы приведена в следующем параграфе.

2.2 Пример составления баланса мощности

Здесь и далее все примеры приведены для задания, представленного на с. 5.

Определяем активную мощность первого потребителя:

36,972,013

111

⋅

CosSP

МВт.

Потери активной мощности в линиях и трансформаторах, приходящиеся

на первый потребитель, принимаем в размере 5% от потребляемой активной

мощности:

47,036,905,005,0

⋅

=∆ PP

МВт.

Далее определяем реактивную мощность первого потребителя:

02,969,013

111

⋅

SinSQ

Мвар.

Зарядную мощность линий, а также потери реактивной мощности в лини-

ях не учитываем. Потери реактивной мощности в трансформаторах первого по-

требителя принимаем равными 6% от его полной мощности:

78,01306,006,0

⋅

=∆ SQ

тр

Мвар.

Повторяем эти расчеты для остальных потребителей и заносим результа-

ты в табл.3.1.

Таблица 3.1- Баланс активной и реактивной мощности

Потребитель 1 2 3 4 5 6 Итого

,МВА 13 15 8 19 17 11

,МВт 9,36 11,25 5,6 15,58 13,26 8,25

∆

,МВт

0,47 0,56 0,28 0,78 0,66 0,41

66,46

,Мвар 9,02 9,92 5,71 10,87 10,64 7,28

∆

трi

,Мвар

0,78 0,90 0,48 1,14 1,02 0,66

58,42

ку

, Мвар

5,91 6,15 3,87 5,54 6,16 4,52 32,15

ку

18 19 12 17 19 14 99

Q ,Мвар

3,08 3,65 1,75 5,26 4,37 2,66 20,77

По полученным результатам определяем требуемые активную и реактив-

ную мощности:

46,66

треб

МВт;

42,58

треб

Мвар.

Далее, по заданному коэффициенту мощности энергосистемы определяем

располагаемую реактивную мощность:

27,2640,046,66

⋅

Σ срасп

tgPQ

Мвар.

Сравнив располагаемую реактивную мощность с требуемой, приходим к

выводу, что имеется дефицит реактивной мощности, и необходима установка

компенсирующих устройств. Определяем необходимую мощность компенси-

рующих устройств для первого потребителя:

()

91,540,0)47,036,9(78,002,9

11111

=⋅

−

∆+−∆+=

cтрку

tgPPQQQ

Мвар.

Принимаем к установке компенсирующие устройства типа ККУ-6-1 и

ККУ-10-1 с единичной мощностью 0,33 Мвар [1, табл.6.92]. Определяем коли-

чество компенсирующих устройств у первого потребителя:

1891,17

33,0

91,5

≈===

ед

ку

штук.

С учетом компенсации реактивная мощность первого потребителя соста-

вит:

08,333,01802,9

111

⋅

−

−=

′

едку

QnQQ

Мвар.

Аналогично производим расчеты для остальных потребителей, и резуль-

таты заносим в табл.3.1.

Проверяем расчет баланса. Для этого определяем новое значение требуе-

мой реактивной мощности и сравниваем его с располагаемой реактивной мощ-

ностью.

.27,2675,2598,477,20

МварQQQQ

расптрiiтреб

=≈=+=Σ∆+Σ=

Баланс практически сошелся, поэтому все расчеты считаем правильными.

3. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА СХЕМЫ СЕТИ

Выбор оптимального варианта схемы сети включает в себя несколько по-

следовательных этапов. Первым из них является этап, на котором разрабаты-

ваются возможные варианты структуры связей источников питания с пунктами

потребления, то есть варианты конфигурации сети. На втором этапе делается

приближенная технико-экономическая оценка каждого варианта, и из них от-

бирается несколько

(не более двух-трех) наиболее конкурентоспособных. И,

наконец, на третьем этапе путем технико-экономического сравнения выбирает-

ся наиболее оптимальный вариант.

3.1 Порядок составления вариантов

При составлении вариантов конфигурации сети следует исходить из сле-

дующих соображений.

1.Электрическая сеть должна обеспечить определенную надежность элек-

троснабжения. Согласно ПУЭ, потребители 1-й и 2-й категории должны обес-

печиваться электроэнергией не менее чем от двух независимых источников пи-

тания. При питании потребителей района от шин распределительных устройств

электростанций или подстанций

энергосистемы независимыми источниками

можно считать разные секции шин этих распредустройств, если они имеют пи-

тание от разных генераторов или трансформаторов и электрически между со-

бой не связаны или имеют связь, автоматически отключаемую при нарушении

нормальной работы одной из секций.

Для питания потребителей 1-й категории применяют резервированные

схемы с АВР. Питание потребителей

2-й категории осуществляется, как прави-

ло, тоже по резервированным схемам, но включение резерва при этом может

быть ручным, то есть резервный источник включается обслуживающим персо-

налом. Допускается также питание потребителей 2-й категории и по нерезерви-

рованным схемам, но целесообразность такого решения должна доказываться

сравнением ущерба от недоотпуска электроэнергии в послеаварийном

режиме

при нерезервированной схеме с необходимым повышением затрат на создание

резервированной схемы.

Питание потребителей 3-й категории может осуществляться по нерезер-

вированной схеме.

Если в одном пункте имеются потребители разных категорий, то при вы-

боре конфигурации сети следует исходить из высшей категории потребителей

данного пункта.

Вместе с тем, обеспечивать более высокую

надежность, чем требуют

ПУЭ, не следует, так как дополнительные капитальные вложения трудно обос-

новать.

2.Проектируемая сеть должна быть по возможности простой. В районных

сетях применяют три типа схем электроснабжения:

−

разомкнутые нерезервированные сети, радиальные и магистральные, вы-

полняемые одноцепными линиями;

−

разомкнутые резервированные сети, радиальные и магистральные,

выполняемые двухцепными линиями;

−

замкнутые резервированные сети, (в том числе с двухсторонним питани-

ем), выполняемые одноцепными линиями.

Выбор конкретного типа схемы определяется взаимным расположением

пунктов потребления и составом потребителей по категориям. Составление ва-

риантов следует начинать с наиболее простых схем - радиальных и магист-

ральных, выбирая для них кратчайшие трассы. Для передачи электроэнергии к

пунктам, расположенным

в одном направлении от источника питания, исполь-

зуется одна трасса. Передача электроэнергии по линиям должна осуществлять-

ся только в направлении общего потока энергии от источника питания к потре-

бителям. Передача электроэнергии в обратном направлении даже на отдельных

участках сети приведет к повышению капиталовложений, повышению потерь

мощности и энергии. Кроме того,

следует учитывать, что радиальные и магист-

ральные схемы позволяют сооружать подстанции потребителей без выключате-

лей на стороне высшего напряжения, то есть более дешевые. Но в то же время

они характеризуются наибольшей суммарной длиной линий (в одноцепном ис-

числении).

3.Применение более сложных замкнутых схем повышает надежность

электроснабжения, но имеет и отрицательные

стороны. Как правило, примене-

ние замкнутой схемы электроснабжения экономически целесообразно только в

том случае, если суммарная длина линий замкнутой сети получается сущест-

венно ниже, чем суммарная длина линий разомкнутой сети (в одноцепном ис-

числении), то есть, если экономятся капиталовложения на строительство линий

и требуется меньший расход алюминия. Применение замкнутой сети, как

пра-

вило, экономически нецелесообразно, если при объединении линий в замкну-

тый контур образуется протяженный малозагруженный участок. Замкнутые

схемы требуют использования на подстанциях потребителей схем с выключа-

телями на стороне высшего напряжения, и это удорожает подстанции. Кроме

того, если простая замкнутая сеть охватывает 4...6 потребителей, то в послеава-

рийных режимах, возникающих при

отключении одного из головных участков,

в ней происходит недопустимо большая потеря напряжения. Впрочем, этот не-

достаток легко устранить, если расчленить кольцо на два взаимосвязанных кон-

тура (то есть перейти к сложнозамкнутой сети) или перевести сеть на более вы-

сокое номинальное напряжение. Поэтому применение замкнутой сети или отказ

от ее применения всегда

требуют экономического обоснования

4.Совершенно необязательно предусматривать для всей сети одно и то же

номинальное напряжение. Отдельные участки, обычно самые отдаленные и ма-

лозагруженные, могут иметь более низкое номинальное напряжение, чем ос-

тальная сеть. Однако при принятии такого решения следует иметь в виду, что

для соединения участков с разными номинальными напряжениями

потребуют-

ся трехобмоточные трансформаторы, причем на большую мощность, которые

более дороги, чем двухобмоточные.

Общее число всех теоретически возможных вариантов схемы сети может

быть очень большим. Поэтому, чтобы не создавать себе лишней работы, не

следует стремиться рассмотреть их все. Но с другой стороны, рассмотреть нуж-

но столько вариантов, чтобы в действительности лучший вариант с большой

степенью вероятности попал бы в их

число. Учитывая все это, рекомендуется

следующий порядок составления вариантов.

1.Составляется наиболее простой вариант радиально-магистральной се-

ти, где все линии прокладываются двух- или одноцепными линиями по крат-

чайшим трассам.

2.Полученный вариант анализируется с точки зрения его возможных не-

достатков (большая протяженность линий, большое количество выключателей,

дорогие подстанции и т.

д.), и составляются следующие варианты, в которых

эти недостатки в той или иной мере устраняются. При этом схема сети может

оставаться как чисто радиально-магистральной, так и становиться смешанной,

то есть включать в себя кольцевые участки.

3.Составляется вариант кольцевой сети, где все или большинство потре-

бителей объединяются в кольцо.

4.Этот

вариант также анализируется, и все следующие варианты составляются с

целью устранения его недостатков. При этом также не исключено, что могут

вновь появиться какие-то радиально-магистральные участки.

Все шаги по составлению вариантов нужно отразить в пояснительной за-

писке. При этом следует иметь в виду, что в каждом следующем варианте

должны

устраняться какие-то недостатки предыдущих вариантов. Не нужно со-

ставлять новые варианты просто так, “для количества”.

3.2 Электрические схемы подстанций

Рисунок 3.1-Тупиковые подстанции

К моменту выполнения данного курсового проекта студенты еще не изучали

курс “Станции и подстанции систем электроснабжения” и обычно грамотно

выбрать электрические схемы подстанций не могут. Поэтому ниже очень ко-

ротко описаны наиболее часто

используемые схемы подстанций

потребителей и даны рекоменда-

ции по их использованию. Это

необходимо по двум причинам.

Во-первых

, подстанции являются

неотъемлемой частью любой

электрической сети. Во-вторых,

стоимость распределительных

устройств высокого напряжения

подстанций потребителей сильно

выключателей. Поэтому для выбора целесообразного варианта сети необходи-

зависит от наличия в них

Рисунок станция

кольцевой линии

ка выключателей на некоторых

подстанциях

ствующих

типовых схем без детального технико-экон

п с т

е в

питается

станция

кольцевой линии

ка выключателей на некоторых

подстанциях потребителей.

ствующих

типовых схем без детального технико-экон

п с т

е в

питается

мо хотя бы в общих чертах представлять, на каких подстанциях потребуется ус-

тановка высоковольтных выключателей, и в каком количестве, и какие под-

станции могут собираться по упрощенным схемам, то есть без выключателей.

Здесь предлагается упрощенная методика выбора схем подстанций и определе-

ния числа выключателей. В частности, принимается по одному выключателю

на

каждом фидере, отходящем от источника питания (подстанция энергосисте-

мы). Кроме того, предусматривается установ

мо хотя бы в общих чертах представлять, на каких подстанциях потребуется ус-

тановка высоковольтных выключателей, и в каком количестве, и какие под-

станции могут собираться по упрощенным схемам, то есть без выключателей.

Здесь предлагается упрощенная методика выбора схем подстанций и определе-

ния числа выключателей. В частности, принимается по одному выключателю

на

каждом фидере, отходящем от источника питания (подстанция энергосисте-

мы). Кроме того, предусматривается установ

потребителей.

Рисунок 3.2-Проходные подстанции

Схема электрических соединений подстанций потребителей на стороне

высшего напряжения определяется категорией потребителей, а также местом и

ролью подстанции в электрической сети. При этом естественно, с целью уде-

шевления сети, стремятся применить наиболее

простую схему. В рамках данно-

го проекта допускается производить выбор схем подстанций из суще

Схема электрических соединений подстанций потребителей на стороне

высшего напряжения определяется категорией потребителей, а также местом и

ролью подстанции в электрической сети. При этом естественно, с целью уде-

шевления сети, стремятся применить наиболее

простую схему. В рамках данно-

го проекта допускается производить выбор схем подстанций из суще

3.3-Проходная подд

омического обоснования.

Если од танция упиковая (то есть

находится в конце радиальной или

магистральной линии), то применяется

упрощенные хемы подстанций с отде-

лителями и короткозамыкателями, без

выключателей, на сторон ысшего на-

пряжения. (ри

.1). Количество

трансформаторов на подстанциях

выбирается в зависимости от требуемой

надежности электроснабжения. Если все

потребители подстанции относятся к 3-й

категории, то подстанция по

одноцепной линии, и на ней

устанавливается ”блок с отделителем” и один трансформатор (рис.3.1, а). А ес-

ли среди потребителей есть потребители 1-й и 2-й категории, то питание

про-

изводится по двухцепной линии, устанавливаются ”два блока с отделителями и

автоматической перемычкой со стороны трансформаторов” и два трансформа-

тора (рис.3.1, б).

Поскольку аварийность воздушных линий выше, чем аварий-

омического обоснования.

Если од танция упиковая (то есть

находится в конце радиальной или

магистральной линии), то применяется

упрощенные хемы подстанций с отде-

лителями и короткозамыкателями, без

выключателей, на сторон ысшего на-

пряжения. (ри

.1). Количество

трансформаторов на подстанциях

выбирается в зависимости от требуемой

надежности электроснабжения. Если все

потребители подстанции относятся к 3-й

категории, то подстанция по

одноцепной линии, и на ней

устанавливается ”блок с отделителем” и один трансформатор (рис.3.1, а). А ес-

ли среди потребителей есть потребители 1-й и 2-й категории, то питание

про-

изводится по двухцепной линии, устанавливаются ”два блока с отделителями и

автоматической перемычкой со стороны трансформаторов” и два трансформа-

тора (рис.3.1, б).

Поскольку аварийность воздушных линий выше, чем аварий-

ность трансформаторов, то при такой схеме подстанции при повреждении од-

ной из цепей ВЛ оба трансформатора с помощью перемычки могут быть под-

тков одной цепи сохранить на всех ос-

тальн

нная на рис.3.2, б. Такая схема позволяет

пр

л с

х ри ре

нсф в“

кольцо в замкнутом

состо

двухсторонним питанием, ответвляется третья линия, одно- или двухцепная, то

ключены к цепи, оставшейся в работе

Остальные подстанции, подключенные к радиально-магистральной ли-

нии, являются проходными. Для проходных подстанций с двухцепными линия-

ми нашла применение схема ”два блока с отделителями и автоматической пе-

ремычкой со стороны трансформаторов”, показанная на рис.3.2, а. Она позво-

ляет при повреждении на оном из учас

Рисунок 3.4-Ответвительные подстанции кольцевой линии

ых

участках нормальный режим.

Если в радиально-магистральной сети проходная подстанция получает

питание по двухцепной линии, а дальше идет одноцепная, то может быть при-

менена упрощенная схема, представле

сохранить питание одноцепной

линии и повреждении любой из

цепей двухцепной линии. В

магистра ьных линиях двухсто-

ронним питанием, а также

кольцевы линиях п пов ждении

любого участка, он должен

отключаться с двух сторон. Такую

функцию выполняет подстанция в

виде “мостика с выключателем в

перемычке и отделителями в цепях

тра орматоро , представленная

на рис.3.3. еремычка из

разъединителей позволяет при

выводе в ремонт выключателя

сохранить

янии.

Если от подстанции, питающейся по кольцевой сети или по линии с

Рисунок 3.5-Узловая подстанция

применяются более сложные схемы: “двойной мостик” и ”тройной мостик”.

Они изображены на рис.3.4.

При числе присоединений на стороне высокого напряжения более четы-

рех подстанция становится узловой, и требования к надежности существенно

повышаются. Поэтому схема подстанции становится более сложной. Одна из

возможных схем, используемых на узловых подстанциях, показана на рис.3.5.

Она имеет рабочую систему шин, секционированную выключателем, и обход-

ную, с выключателями во всех присоединениях.

Дополнительные материалы по электрическим схемам подстанций мож-

но найти в [1,2].

3.3 Выбор наиболее конкурентоспособных вариантов

Все составленные варианты делятся на три группы: радиально-

магистральные схемы, кольцевые (в основном) схемы и смешанные. Для каж-

дой подстанции в соответствии с п. 3.2 определяется схема электрических со-

единений. Затем внутри каждой группы по каким-либо критериям, не требую-

щим больших трудозатрат, выбирается наиболее конкурентноспособный вари-

ант. В качестве таких критериев

можно использовать, например, общую длину

линий “в одноцепном исчислении” и общее количество выключателей. Во-

первых, эти критерии легко вычисляются, а во-вторых, отражают наиболее до-

рогостоящие элементы сети. Термин “в одноцепном исчислении” означает, что

при суммировании длин ВЛ учитывается разница в стоимости одно- и двухцеп-

ных линий. Длина одноцепных ВЛ

входит в сумму, как она есть, а длина двух-

цепных умножается на соответствующий коэффициент, отражающий их боль-

шую стоимость. Сечения проводов при этом вообще не учитываются.

Номинальное напряжение сети на этом этапе еще не определено, поэтому

во всех вариантах, принадлежащих к одной группе, его можно считать одним и

тем же и

при сравнении не учитывать.

При определении общего количества выключателей учитываются выклю-

чатели, устанавливаемые на фидерах, отходящих от источников и выключатели

распределительных устройств подстанций потребителей.

Что касается трансформаторов на подстанциях потребителей, то если во

всех вариантах одной группы предполагается использовать одинаковые транс-

форматоры, при сравнении вариантов их также не учитывают. Если

же транс-

форматоры разные, например, когда в части вариантов одной группы сеть со-

стоит из участков с разными номинальными напряжениями, и для связи между

ними будут использоваться трехобмоточные трансформаторы, то при сравне-

нии вариантов этой группы отличия в стоимости трансформаторов следует

учесть.

Далее удобно все полученные величины привести к какой-либо

одной,

например, к длине линий. Для этого по справочным данным определяют,

скольким километрам одноцепной линии будет по стоимости соответствовать

один выключатель, потом все выключатели, и общую длину линий увеличива-

ют на эту величину. Аналогично, в километрах линии можно выразить и до-

полнительные капитальные вложения в трехобмоточные трансформаторы. В

результате для каждого варианта получается некая приведенная длина линий.

Затем по приведенной длине линий выбирают лучший вариант из каждой груп-

пы, то есть имеющий наименьшую приведенную длину линий (а значит и наи

более дешевый). Таким образом, из всех предложенных вариантов для даль-

нейшего расчета остаются три наиболее конкурентоспособных: один с ради-

ально-магистральной схемой линий, один с кольцевой и один со смешанной.

3.4 Пример составления вариантов схемы сети

Для иллюстрации этих правил ниже рассматривается последовательность

составления вариантов сети для электроснабжения промышленного района с

шестью потребителями, а также процесс выбора из них ограниченного числа

вариантов для дальнейшего рассмотрения. Источник питания- сборные шины

110-220 кВ подстанции

А энер-

госистемы.

Географическое расположение

источника и потребителей

представлено на рис.3.6. Там же

указаны расстояния между пунктами

(в километрах). Предполагается, что

в пунктах 1, 2, 3 и 6 имеются

потребители 1, 2 и 3 категории, в

пункте 4 - только 2 и 3, а в пункте 5 -

только потребители 3 категории.

Составление вариантов начинаем с

наиболее простых схем.

Рисунок 3.6-Расположение источника

и потребителей

Вариант 1 (рис.3.7) представ-

ляет собой

радиально-

магистральную сеть, характеризую-

щуюся тем, что все ЛЭП

прокладываются по кратчайшим

трассам. Все линии, за исключением линии 4-5, двухцепные, линия 4-5 одно-

цепная, так как в п.5 имеются потребители только 3 категории. Предполагаем,

что длины линий и нагрузки таковы, что наиболее целесообразным напряжени-

ем в этом случае будет номинальное напряжение110 кВ.

Почти все

подстанции (за исключением ПС 2) могут быть выполнены по

упрощенным схемам без выключателей на стороне высшего напряжения. В ча-

стности, для подстанции ПС5 принята схема по рис.3.1,б, для подстанций ПС1,

ПС3, и ПС6 – по рис.3.1,а, а для подстанции ПС4 – по рис.3.2, б. В то же время

подстанция ПС2 является узловой, что требует использования на стороне 110

кВ

схемы повышенной надежности (с выключателями) и, следовательно, будет

довольно дорогостоящей. Для нее принимаем схему по рис.3.5.

Определяем общую длину линий. Ее легко получить, сравнивая схему

варианта с рис.3.6. Общая длина линий данного варианта в одноцепном исчис-

лении получается равной:

∑∑

352)3228576142(5,122

LkLL

км;

Здесь принято, что

стоимость сооружения одного

километра двухцепной линии в

полтора раза выше, чем од-

ноцепной. Поэтому длина всех

линий, кроме линии 4-5 взята с

коэффициентом 1,5.

Рисунок 3.7-Радиально-магистральная сеть,

вариант 1

Необходимое количество

выключателей складывается из

выключателей на подстанции

энергосистемы (по одному вы-

ключателю на каждый отходящий

фидер) и выключателей на

подстанциях потребителей. Общее

количество выключателей для

данного варианта составляет

16,

(6 - на отходящих фидерах подстанции

А и 10 - на узловой ПС2).

Общую длину линий и общее количество выключателей для этого вари-

анта и всех последующих показываем рядом с их схемами.

Основной недостаток рассмотренного варианта – сложность и дороговиз-

на ПС2.

Поэтому предлагаются ва-

риант 2 (рис.3.8) и вариант 3

(рис.3.9), в которых требования к

надежности ПС2 ниже. В варианте

питание ПС3 осуществляется от

ПС1, а в варианте 3 - питание ПС

6 осуществляется от ПС 5. В обо-

их вариантах ПС2 становится

проходной и, следовательно, зна-

чительно дешевле. Однако протя-

женность линий в этих вариантах

больше и затраты на строительст-

во линий выше.

Рисунок 3.8-Радиально-иагистральная сеть,

вариант 2

На этом все рациональные

варианты радиально-ма-

гистральной конфигурации сети по-видимому

исчерпываются, и далее предла-

гаются комбинированные варианты, где часть сети имеет по-прежнему ради-

ально-магистральную конфигурацию, а часть - кольцевую.