Вычисление суммарной мощности нагрузок ПС

По теореме Пифагора:

Рис.2      

Вычисляем  значение синуса и тангенса до пункта № 1:

В максимальном режиме  U = 10 кВ:

     

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

В минимальном режиме U = 10 кВ:

        

 

В максимальном режиме  U = 35 кВ:

 

В минимальном режиме U = 35 кВ:

     

Вычисляем значение синуса и тангенса до пункта №2.

В максимальном режиме U = 10 кВ:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

В минимальном режиме U = 10 кВ:

   

Вычисляем значение синуса и тангенса до пункта № 3. 

В максимальном режиме U = 6 кВ:

В минимальном режиме U = 6 кВ:

     

Изображаем нагрузки каждого пункта в виде схем трансформаторов и указываем на этой схеме результаты расчетов.

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’:

                          

,  - активный и реактивный моменты мощностей, рассчитанные выше, ;

 - длина всей ЛЭП, км.

Распределяем потоки мощностей по участкам:

Рис. 20

Вычисляем токи участков схемы:

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Вычисляем T_max на всех участках схемы:

Определяем F_эк и выбираем провод для всех участков линии

F_экА-3 = 262А; выбираем провод АС 300/39 (I_доп 710 А)

F_эк3-2 = 171,8А; выбираем провод АС 240/39 (I_доп 610 А)

F_эк2-1 = 75,02А; выбираем провод АС 240/39 (I_доп 610 А)

  Для строительства заданной линии выбираем стальную многогранную промежуточную двухцепную опору ПБМ 220-2.

Вычисление параметров каждого из участков ЛЭП. Рассчитываем активное сопротивление участков: , где l-длина участка, r₀ –удельное сопротивление, находим значение из таблицы;      

Данная схема является двухцепной, поэтому активное и индуктивное сопротивление делится на 2. А зарядная мощность увеличивается в 2 раза.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 Рис. 21

B

Определяем среднее геометрическое расстояние между проводами для выбранной мною опоры:

A

D

5500

5000

2000

 

   

C

Рис. 22

                  

;

;

BC = 10500 мм;

Вычисляем значение индуктивного сопротивления участков:

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

 - табличные данные

- табличные данные

 

 Рассчитываем емкостную проводимость: , где        

 - удельная емкостная проводимость, ;

      

      

 

Вычисляем зарядную мощность по участкам ЛЭП:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Результаты всех вычислений сводим в таблицу №5:

Таблица №5

Величина/параметр	Участок линии
	А - 3	3 - 2	2 - 1
Длина, км	55	38	40
Поток мощности, МВА	170+j104,92	112+j67,8	44+j27,68
Ток, А	262,13	171,8	68,2
Т мах, ч	5376,5	6031,7	4700
F эк, мм²	262	171,8	75,02
Выбранный провод	АС 300/39	АС 240/39
Удельное активное сопротивление 1 км, Ом/км	0,107	0,132	0,132