Электрические станции сети и системы»

Электрические станции сети и системы»

 

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

на тему: Проектирование электрической сети 220кВ в г. Брянск

КЭТ.З.13.02.03.03.06.20.ТО

 

Работу выполнил

студент ____ Смирнов М.Н. __________________ группы_ 5 з ЭТО __

Руководитель курсового проекта

преподаватель________________ Разживин А.Н. 

 

 

 

2020

ЗАДАНИЕ

На дипломный проект по специальности «Электрооборудование электрических станций и сетей»

Тема проекта: Расчет районной электрической сети

Исходные данные:

1. План расположения нагрузок проектируемой электрической сети (масштаб: в 1 см 20 км)

 

						2					1
		А						3

 

ВЛ - 220 кВ. Климатический район г. Брянск

пункт	Нагрузка, МВт/cos j при напряжениях						Значение Тмах час
	U=6 кВ		U=10 кВ		U=35 кВ
	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.
1			24/0,85	22/0,83	20/0,84	17/0,82	4700
2			68/0,86	65/0,83			5900
3	58/0,84	51/0,82					3700

 

Напряжение системы (пункт «А») относительно номинального напряжения ЛЭП принимается равным:

а) в режиме максимальных нагрузок 1,06 U_ном

б) в режиме минимальных нагрузок 1,03 U_ном

в) в послеаварийном режиме            1,08 U_ном

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. Задачи проектирования

1. ВЫБОР ТИПА И МОЩНОСТИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

1.1 Исходные положения…………………………………………………………………………

1.2 Вычисление суммарной мощности нагрузок ПС…………………………………………..

1.3. Выбор типа трансформаторов……….………………………………………………………

2. СОСТАВЛЕНИЕ ВАРИАНТОВ СХЕМ СЕТИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВУХ НАИВЫГОДНЕЙШИХ ВАРИАНТОВ ПРИ МАКСИМАЛЬНЫХ НАГРУЗКАХ

2.1 Исходные положения………………………………………………………………………… 2.2 Описание вариантов…………………………………………………………………………..

2.3 Выбор двух вариантов………………………………………………………………………...

2.4 Предварительный электрический расчет двух вариантов………………………………….

2.5 Составление вариантов схем трансформаторных подстанций…………………………….  

3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ СХЕМЫ

3.1 Расчет эксплуатационных затрат на содержание ЛЭП……………………………………..

 3.2 Расчет годовых затрат на содержание оборудования ТП…………………………………..

4. РАСЧЕТ ПОТОКОВ МОЩНОСТЕЙ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА СХЕМЫ СЕТИ

4.1 Исходные положения…………………………………………………………………………

4.2 Расчет параметров и составление схем замещения трансформаторов, приведение нагрузок каждой из подстанций к шинам ВН и определение расчетной мощности, потребляемой ПС…………………………………………………………………….

4.4 Распределение мощности в сети по расчётным нагрузкам без учёта потерь

мощности в ЛЭП…………………………………………………………………………….......... 14.5 Вычисление потерь мощности в линиях…………………………………………………….

4.6 Распределение мощности в сети с учетом потерь мощности в линиях…………………...

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Разраб.

Провер.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Лит.

Листов

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ШИНАХ ПОДСТАНЦИЙ ВО ВСЕХ РЕЖИМАХ И ВЫБОР СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

5.1 Вычисление напряжений на шинах ВН подстанций……………………………………….. 5.2 Вычисление приведенных напряжений в обмотках трансформаторов……………………

5.3 Регулирование напряжения на ТП…………………………………………………………...

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………

 

 

Выбор типа и мощности силовых трансформаторов

Исходные положения

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Для проектирования мне предложены три  пункта потребления электроэнергии, где указаны нагрузки в МВт в максимальном и минимальном режимах.

Трансформаторы выбираю по режиму максимальной нагрузки. Ввиду того, что во всех пунктах имеются потребители как первой, так второй  и третьей категории, принимаем решение устанавливать по два трансформатора в каждом пункте. Для этого вычисляем мощность в максимальном режиме для каждого трансформатора.

Поскольку в пункте №1 имеются потребители разных напряжений принимаем решение установить в этом пункте трехобмоточный трансформатор 220/35/10кВ.

Согласно действующих положений мощность каждого трансформатора записывается в вольт-амперах ВА, это так называемая полная мощность, а в моем задании указана активная мощность в Вт соотношение этих мощностей выражается в треугольнике мощностей:

Рис.1   

Для двухобмоточных трансформаторов полная мощность равна:

В·А    

Кроме активной мощности Р, которая нам задана, необходимо знать также реактивную мощность Q, которую мы вычисляем по выражению           

Для того чтобы вычислить  строим треугольник геометрических величин

Выбор типа трансформаторов

44 + j27,68 = 51,98

Пункт №1 трехобмоточный трансформатор:

20 + j12,8

17 + j11,9

39 + j27,6

22 + j15,7

24 + j14,88

Рис.3

Пункт №2 двухобмоточный                            Пункт №3 двухобмоточный

трансформатор:                                            трансформатор:                                                           

Рис. 4                                                             Рис.5

78,95

68,86

51 + j35,7

58 + j37 ,12

6 кВ

220 кВ

65 + j43,55

68 + j40,12

10 кВ

220 кВ

                                                     

 

Согласно действующих правил, если в каком-либо из пунктов выйдет из строя один из трансформаторов, второй трансформатор берет всю нагрузку на себя с учетом допустимой перегрузки на 40%, исходя из этого мощность каждого трансформатора выбирается по условию:

             

Для пункта №1:

Для пункта №2:

Для пункта №3:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Таблица №1

Пункт	Тип трансформа тора	Пределы регулиро вания %	, кВ			∆ , кВт	∆ , кВт	, %
			UBH	UCH	UHH				UBH	UCH	UHH
1	ТДТН-40000/220		230	38,5	11	220	55	1,1	165	0	125
2	ТРДЦН-63000/220		230	-	11	300	82	0,8	12	-	-
3	ТРДЦН-63000/220		230	-	6,6	300	82	0,8	12	-	-

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Таблица №2

Наименование характеристик и обозначение величин	Числовые значения по подстанциям
	ПС 1	ПС 2	ПС 3
ΣР, МВт	44	68	58
ΣQ, Мвар	27,68	40,12	37,12
ΣS, МВА	51,98	78,95	68,86
Тип трансформатора	ТДТН 40000/220	ТРДЦН 63000/220	ТРДЦН 63000/220
SH, МВА	40	63	63
UBH, кВ	230	230	230
UCH, кВ	38,5	-	-
UHH, кВ	11	11	6,6
пределы регулирования РПН
Кз,норм	0,65	0,63	0,55
Кз,авар	1,2995	1,25	1,09
Параметры схем замещения
Rт ВН, Ом	3,6	3,9	3,9
Rт СН, Ом	3,6	-	-
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист Rт НН, Ом	3,6	-	-
Хт ВН, Ом	165	100,7	158,7
Хт СН, Ом	0	-	-
Хт НН, Ом	125	-	-
, кВт	55	82	82
, кВар	440	504	504

После выбора трансформаторов вычисляется коэффициент запаса в номинальном режиме ПС и коэффициент перегрузки в аварийном режиме   

В пункте №1:       

В пункте №2:       

В пункте №3:       

2. Составление вариантов схем сети, электрический расчет двух наивыгоднейших вариантов при максимальных нагрузках

Исходные положения

Исходными данными к составлению вариантов являются задания на проект с планами расположения нагрузок.

 

1

1

2

40

Рис. 6                                                                                            Рис. 7                                                                                   

40

2

48

48

55

55

 

38

 

А

3

А

3

55

 

 

Вариант №1                                                                Вариант №2

 

 

Рис. 8                                                                                               Рис. 9

1

2

3

А

38

55

40

1

2

40

А

3

48

55

55

 

Вариант №3                                                                 Вариант №4

 

2.2.Описание вариантов

Из всех вариантов сети необходимо выбрать два наиболее дешевых для решения вопроса о стоимости принимаем, что один километр одноцепной линии оценивается в одну единицу относительно единицы стоимости. Стоимость одного километра двухцепной линии составляет 1,47 единиц относительной стоимости.

Кроме линии электропередачи в каждом из пунктов имеются трансформаторные подстанции и ячейки, одна ячейка дороже по стоимости одного километра линии в 2,9 раза. Для того чтобы проанализировать относительную стоимость составляем таблицу по форме:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Таблица №3

№ Варианта	Одноцепные		Двухцепные		Ячейки		Общая стоимость, тыс.руб.
	Длина, км	стоимость	Длина, км	стоимость	Количество, шт.	стоимость
1	198	198	-	-	6	17,4	215,4
2	126	126	55	80,85	8	23,2	230,05
3	-	-	133	195,5	10	29	224,5
4	148	148	40	58,8	8	23,2	230

Для примерного расчета количество ячеек принимаем, что на каждую входящую и отходящую цепь на трансформаторной подстанции приходится по одной ячейке, так для варианта кольцо количество ячеек составляет шесть, а для варианта двухцепной линии десять.

2.2. Выбор двух вариантов

Принимаем к дальнейшему решению два наиболее экономичных варианта. В моем случае это варианты №1 и №3.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.4   Предварительный электрический расчет вариантов схемы электрической сети

1. вычисление потоков мощностей по участкам ЛЭП

2. вычисление токов по каждому участку

3. значений T_max и экономического сечения

4. выбор проводов и опор

5. вычисление параметров каждого участка ЛЭП

6. проверка выбранных проводов в послеаварийном режиме.

Вариант №1 «Кольцо»

Вычисление потоков мощностей по участкам для варианта кольцо, исходными данными к расчету является схема кольца с указанием длин каждого участка и электрических нагрузок, каждого пункта в режиме максимальной нагрузки.

Рис.10

5 8 + j37,12

44 + j27,68

68 + j40,12

2

55

48

55

40

А

1

^'

3

Для того чтобы вычислить потоки мощностей преобразуем эту схему в линию с двухсторонним питанием, разрезав эту схему по пункту А.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5 8 + j37,12

44 + j27,68

68 + j40,12

 

 

Рис. 11

Вычисляем моменты нагрузок:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Вычисляем активную и реактивную мощности противоположного участка :

                              

                              

Распределяем потоки мощностей по участкам в соответствии с первым законом Кирхгофа. Для этого чертим новую схему, на которой должны быть указаны мощности:

88,11 + j 53,69

81,89 + j 51,23

23,89 + j 14,11

20,11 + j 13,57

2

Рис.12

В нашем случае пункт №1 является пунктом раздела потока мощностей. Проверяем правильность распределения потоков. Для этого составляем уравнение по вычислению моментов нагрузки с противоположной стороны.

                              

         

Таким образом, проверка подтвердила правильность решения.

Определим токи участков схемы:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

,  А;

Вычисленный ток предопределяет выбор сечения проводов, на выбор сечения влияет также значение T_max по участкам:

Tmax 4700

Tmax 4700

Tmax 3700

Tmax 4700

Tmax 5900

Рис. 13

На участках ЛЭП, примыкающих к пункту раздела потоков мощностей, в нашем случае это пункт №3, T_max будет такое же, как и в пункте раздела на участках, удаленных от этого пункта. T_max вычисляется по формуле:

Сечение проводов выбирается из следующих четырех факторов:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

     1. По значению тока

     2. По материалу проводника.

3. По значению Т_max на участках.

4. По условиям короны.

При этом следует иметь ввиду, что минимальное сечение на линиях проводов 220 кВ минимальное сечение АС 240/39

Выбор сечения проводов

В энергетике введено понятие экономического сечения (F_эк):  ,

j_эк – экономическое сечение.

Значение экономического сечения находим в таблице ПУЭ, для сталеалюминиевых проводов оно определяется следующим значением при:    

Т_max до 3000 ч.    j_эк = 1,3 А/мм²

Т_max от 3000 до 5000 ч. j_эк = 1,1 А/мм²

Т_max от 5000 ч. j_эк = 1 А/мм²

  

F_экА-2 = 270,8 мм²; выбираем провод АС 300/39 (I_доп 710 А)

F_эк2-1 = 70,07 мм²; выбираем провод АС 240/39 (I_доп 610 А)

F_эк1-3 = 80,08 мм²; выбираем провод АС 240/39 (I_доп 610 А)

F_эк3-А' = 278,85 мм²; выбираем провод АС 300/39 (I_доп 710 А)

 

Выбираем опоры для каждого участка с учетом выбранных проводов и с учетом района по гололеду и ветровым нагрузкам. Согласно ПИЭ г.Брянск расположен в I районе по ветровым нагрузкам и гололеду. Для всех участков схемы выбираем промежуточную одноцепную металлическую унифицированную свободностоящую опору П220–1.

Проверяем выбранные провода в послеаварийном режиме по допустимому току I_п.а. ≤ I_доп

Составим новую расчетную схему:

 

170 + j 104,92

112 + j 67,8

68 + j 40,12

2

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Рис. 14

 провод АС 300/39 допустимый ток для данного провода равен 710 А, на участке А-2 вычисленный ток будет равен току на участке 3- .

 выбранный провод АС 240/39 (I_доп = 610 А)

 выбранный провод АС 240/39 (I_доп = 610 А)

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Рис.15

     Вычисление параметров каждого из участков ЛЭП.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Параметрами ЛЭП являются:

1. R - активное сопротивление проводов;

2. X - индуктивное сопротивление проводов;

3. B - емкостная проводимость и, вычисленная на ее основе, зарядная  мощность - Q;

Рассчитываем активное сопротивление участков: , где l-длина участка;  , где  - сечение алюминиевой части провода, ;

Определим среднее геометрическое расстояние между проводами для выбранной мною опоры.

 - удельное сопротивление 1 км, Ом/км;  

 - среднее геометрическое расстояние между проводами, м;

 - физический радиус провода, мм.

Рис.16                                   

6000,21 мм;

8485,28 мм;

BC

; ;

;

Определяем значение индуктивного сопротивления участков:

, где l – длина участка линии;  - удельное сопротивление;

 - табличные данные

 - табличные данные

          

 Рассчитываем емкостную проводимость: , где        

 - удельная емкостная проводимость, ;   

      

      

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Вычисляем зарядную мощность по участкам ЛЭП:

Результаты всех вычислений сводим в таблицу:

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Таблица №4

Величина/параметр	Участок линии
	А - 2	2 - 1	1 - 3	3 - А'
Длина, км	55	40	48	55
Поток мощности, МВА	88,11+j53,69	20,11+j13,57	23,89+j14,11	81,89+j51,23
Ток, А	270,8	63,7	72,8	253,5
Т мах, ч	6251,2	4700	4700	4435,3
F эк, мм²	270,8	70,07	80,08	278,85
Выбранный провод	АС 300/39	АС 240/39	АС 240/39	АС 300/39
Удельное активное сопротивление 1 км, Ом/км	0,107	0,132	0,132	0,107
Активное сопротивление, Ом	5,885	5,28	6,336	5,885
Среднее геометрическое расстояние между проводами, мм	7563,98
Удельное индуктивное сопотивление 1 км, Ом/км	0,419	0,43	0,43	0,419
Индуктивное сопротивление, Ом	23,045	17,63	20,64	23,045
Удельная емкостная проводимость, Ом^-1/ км ·10^-6	2,71	2,64	2,64	2,71
Емкостная проводимость,     Ом^-1·10^-6	149,05	105,6	126,72	149,05
Зарядная мощность, Мвар	7,2	5,1	6,1	7,2

 

Проверка выбранных проводов в послеаварийном режиме:

При этом просчитываем отключение одного из участков сети, примыкающих к пункту А. Наиболее сложным, по последствиям аварии, будет отключение того из двух примыкающих к точке А участков, у которого сечение проводов больше. В этом случае по оставшимся участкам сети с меньшим сечением пройдет вся нагрузка сети.

Составляем новую расчетную схему, на которой показываем все потоки мощностей в послеаварийном режиме.

Рис. 17

Рассчитываем значение токов по участкам в послеаварийном режиме:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Для выбранного мной провода АС 300/39 =710 А, условие I_ав ≤ I_доп соблюдается, поэтому выбранный провод в аварийном режиме нагрузку выдержит.

Выполняем проверку провода по допустимой потере напряжения:

 - допустимая потеря напряжения, в процентах;

Р, Q - активные и реактивные мощности, проходящие по участкам, МВт и Мвар;

U - номинальное напряжение линии, кВ;

R, X - активные и индуктивные сопротивления по участкам линии, Ом.

 

Вывод: Дополнительных средств регулирования напряжения не требуется, так как  выбранные трансформаторы могут регулировать напряжение в пределах .

 

Выполняем расчет для варианта №3.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Рис.18

Составляем схему с односторонним питанием для варианта «двухцепная сеть».

В первую очередь распределяем нагрузки по участкам линий. Так как энергия поступает из одного пункта, то:

A

3

2

1

170+j104,92

112+j67,8

44+j27,68

58+j37,12

68+j40,12

44+j27,68

Tmax 3700

Tmax 4700

Tmax 5900

55

38

40

 

Рис. 19

Так как энергия поступает с двух сторон, производим расчет моментов активной и реактивной мощности. При этом, если мы определяем поток мощности вытекающий из т. А’, то рассчитываем момент нагрузки относительно точки А.

, ,  - длины участков ЛЭП, км;

 и  - соответственно активные и реактивные мощности пунктов потребления электроэнергии, МВт и МВар.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Вычисляем активную и реактивную мощности участка 4- А’: