Проектирование районной электрической сети 110/10 кВ

Содержание

Аннотация. 7

Введение. 8

1 Расчет дальней электропередачи сверхвысокого напряжения. 10

1.1 Исходные данные. 10

1.2 Выбор генераторов и трансформаторов электрической станции. 11

1.3 Выбор числа ЛЭП и сечения проводников. 13

1.4 Расчет удельных и волновых параметров воздушной линии 500 кВ.. 14

1.5 Определение реактивных мощностей по концам электропередачи. 16

1.6 Расчёт напряжения в середине ЛЭП и определение запаса по предельной передаваемой мощности. 19

1.7 Проверка генераторов по допустимой загрузке реактивной мощности. 19

1.8 Определение необходимости установки компенсирующих устройств. 23

2 Проектирование районной электрической сети 110/10 кВ.. 27

2.1 Задание на проектирование. 27

2.2 Выбор вариантов схем электрической сети. 28

2.3 Выбор номинального напряжения электрической сети. 32

2.4 Баланс активной и реактивной мощности в электрической сети. 38

2.5 Выбор типа, мощности и места установки компенсирующих устройств. 42

2.6 Выбор силовых трансформаторов понизительных подстанций. 45

2.7 Выбор сечения проводников воздушных линий электропередач. 47

2.8 Выбор схем электрических подстанций. 55

2.8.1 Применение схем РУ 10 кВ.. 57

2.9 Технико-экономический расчёт РЭС.. 58

2.9.1 Расчет капиталовложений в строительство РЭС.. 58

2.9.2 Расчет годовых эксплуатационных расходов РЭС.. 65

2.9.3 Расчет себестоимости передачи электроэнергии проектируемой РЭС.. 69

2.9.4 Расчет прибыли и срока окупаемости капиталовложений в строительство РЭС 72

2.10 Расчет режимов сети. 73

2.10.1 Максимальный режим. 73

2.10.2 Расчет перетоков мощностей с учетом потерь в линии. 76

2.10.3 Определение значения напряжения в узловых точках (в точках на стороне ВН) в максимальном режиме. 78

2.10.4 Регулирование напряжения в электрической сети в максимальном режиме. 79

2.10.5 Послеаварийный режим. 85

2.10.6 Определение значения напряжения в узловых точках в послеаварийном режиме 86

2.10.7 Регулирование напряжения в электрической сети в послеаварийном режиме 88

3 Выбор оборудования понижающей подстанции 110/10 кВ.. 90

3.1 Исходные данные. 90

3.2 Расчёт токов короткого замыкания. 91

3.3.Выбор электрических аппаратов, токоведущих частей и измерительных приборов на стороне 110 кВ.. 93

3.4 Выбор оборудования на стороне НН.. 99

4 Безопасность жизнедеятельности. Безопасность при работах под напряжением на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения. 103

4.1 Особенности и достоинства метода работ под напряжением. 103

4.2 Принцип, положенный в основу метода работ под напряжением. 104

4.2.1 Электрическая схема. 104

4.2.2 Ограничение емкостного тока. 106

4.3 Приспособления для выполнения работ под напряжением. 107

4.4 Анализ возможных опасностей при работе под напряжением. 109

5 Специальный вопрос. Выключатели высоковольтные типа ВГП колонкового типа с элегазовой изоляцией и гидроприводом. 112

5.1 Коммутации в электроэнергетических системах. 112

5.2 Преимущества выключателя ВГП-110. 113

5.3 Коммутационная способность выключателя ВГП-110. 115

5.4 Изоляционные свойства выключателя ВГП-110. 116

5.5 Стойкость к воздействию внешней среды.. 117

5.6 Безопасность эксплуатации. 117

5.7 Технические характеристики ВГП-110. 118

Заключение. 121

Перечень принятых сокращений. 122

Список литературы.. 123

 

 

 

Введение

Важной особенностью развития ЭЭС является обеспечение надежного и бесперебойного питания потребителей. Бесперебойность электроснабжения воплощает в себе множество взаимозависимых составляющих: начиная от разработки и изготовления огромного количества разнотипного оборудования и аппаратуры, качества проектов, монтажа, наладки и до ввода в действие оборудования и доведения режима его работы до нормы.

Выбор типа, мощности, числа и мест размещения источников питания является сложной самостоятельной задачей проектирования. Эта задача решается с учетом влияния соответствующей электрической сети. Обычно уменьшение числа источников питания при снижении их стоимости приводит к утяжелению электрической сети и ее удорожанию. В некоторых случаях в связи с этим приходится вводить коррективы даже и при размещении потребителей электроэнергии.

Задачей проектирования энергосистем является разработка с учётом новейших достижений науки и техники, и технико-экономическое обоснование решений, определяющих формирование энергетических объединений и развитие электрических станций, электрических сетей и средств их эксплуатации и управления, при которых обеспечивается оптимальная надёжность снабжения потребителей электрической и тепловой энергией в необходимых размерах и требуемого качества с наименьшими затратами.

Проектирование развития энергосистем и электрических сетей осуществляется в иерархической последовательности и включает в себя выполнение комплекса вне стадийных проектных работ.

Проект развития электрических сетей выполняется в качестве самостоятельной работы, именуемой «Схемой развития электрической сети энергосистемы» (объединённой, районной, города, промышленного узла и др.), или как составная часть «Схемы развития энергосистемы».

В процессе проектирования осуществляется взаимный обмен информацией и увязка решений по развитию электрических сетей различных назначений и напряжений.

При различном составе и объёме задач, решаемых на отдельных этапах проектирования электрических сетей, указанные работы имеют следующее примерное содержание:

• анализ существующей сети рассматриваемой энергосистемы, включающей её рассмотрение с точки зрения загрузки, условий регулирования напряжения, выявления узких мест в работе;

• определение электрических нагрузок потребителей и составление балансов активной мощности по отдельным подстанциям и энергоузлам, обоснование сооружения новых подстанций;

• выбор расчётных режимов работы электростанций, и определение загрузки проектируемой электрической сети;

• электрические расчёты различных режимов работы сети и обоснование схемы построения сети на рассматриваемые расчётные уровни; проверочные расчёты статической и динамической устойчивости параллельной работы электростанций, выявление основных требований к системной противоаварийной автоматике;

• составление баланса реактивной мощности и выявление условий регулирования напряжения в сети, обоснование пунктов размещения компенсирующих устройств, их типа и мощности;

• расчёты токов короткого замыкания в проектируемой сети и установление требований к отключающей способности коммутационной аппаратуры, разработка предложений по ограничению токов короткого замыкания;

• сводные данные по намеченному объёму развития электрической сети натуральные и стоимостные показатели, очерёдность развития.

 

Проектирование районной электрической сети 110/10 кВ

Задание на проектирование

Требуется спроектировать электрическую сеть напряжением 110 кВ для электроснабжения пяти потребителей от одного источника питания. Схема расположения точек нагрузки в электрической сети приведена на рисунке 2.1.

			3
					А

 

Рис. 2.1. Географическое расположение источника питания «А» и 5 узлов нагрузки

 

- Масштаб: в 1 клетке - 8 км;

- Коэффициент мощности на подстанции "А", отн. ед. 0,92;

- Напряжение на шинах подстанции "А", кВ: ;

- Число часов использования максимальной нагрузки ;

- Максимальная активная нагрузка на подстанции, МВт: , , , ,

- Коэффициенты мощности нагрузки на подстанциях имеют следующие значения: , , , ,

- Район по гололеду II;

- Рельеф местности – равнинный.

2.2 Выбор вариантов схем электрической сети

Выбор схемы электрической сети производится на перспективу 5 – 10 лет, на основе технико-экономического сопоставления ряда её вариантов. При составлении вариантов конфигурации сети следует исходить из следующих соображений.

1. Суммарная длина всех линий должна быть как можно меньше;

2. Передача электрической энергии от источника к пунктам потребления должна производиться по кратчайшему пути с меньшим числом трансформации;

3. Необходимо стремиться к отсутствию незагруженных линий;

4. Разработку вариантов следует начинать с наиболее простых конфигураций сетей - радиальных, магистрально-радиальных, кольцевых;

5. Каждый составленный вариант конфигурации электрической сети должен удовлетворять условиям надежности, среди которых важно отметить следующее:

- потребители первой категории должны питаться от двух независимых источников, т.е. к потребителям первой категории должны подходить не менее двух линий;

- в аварийных режимах линии не должны перегружаться.

Рассмотрим следующие варианты схем районной электрической сети:

1) Смешанная схема:

			> 3					> 1
					> А

 

 

Линия	А-1	А-3	1-3	А-4	А-5	А-2	2-5
Длина, км	20.8	25.6	40.0	102.4	36.8	28.8	33.6

 

 

2) Смешанная схема:

			> 3					> 1
					А
> 4

 

Линия	А-1	А-3	1-3	А-2	А-4	А-5	4-5
Длина, км	20.8	25.6	40.0	57.6	51.2	36.8	38.4

 

 

3) Смешанная схема:

 

			> 3
					А

 

 

Линия	А-1	А-2	1-2	А-5	А-3	3-4	3-3
Длина, км	20.8	28.8	32.0	73.6	38.4		28.8

 

4) Смешанная схема:

			> 3					> 1
					А

 

Линия	А-1	А-3	1-3	А-2	А-5	5-4	5-5
Длина, км	20.8	25.6	40.0	57.6	54.4	48.0	51.2

 

 

5) Радиальная схема:

 

			> 3
					А

 

Линия	А-1	А-3	3-3	3-4	А-2	2-2	2-5
Длина, км	41.6	38.4	28.8	44.8	32.0	51.2	41.6

 

 

6) Смешанная схема:

					А

 

Линия	А-1	А-2	1-2	А-3	3-3	3-5	5-5	5-4
Длина, км	20.8	28.8	32.0	38.4	28.8	16.0	51.2	48.0

 

7) Смешанная схема:

 

			> 3
					А

 

Линия	А-1	1-2	А-2	А-3	А-5	5-5	5-4
Длина, км	20.8	28.8	32.0	51.2	54.4	51.2	48.0

 

8) Радиальная схема:

			> 3
,					> А
> 4

 

Линия	А-1	1-2	А-2	А-3	А-4	А-5	4-5
Длина, км	20.8	32.0	28.8	51.2	51.2	36.8	38.4

 

 

Рис.2.2. Варианты схем электрической сети с определением длин линий

 

Проведем расчет суммарных длин линий (км) каждой схемы и определим необходимое количество выключателей для каждой схемы. Результаты расчета представим в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Сравнительная характеристика схем электрической сети 110 кВ

Схема №
∑ L (км)	288.0	270.4	286.4	297.6	278.4	264.0	286.4	259.2
∑ В

 

Где ∑L – суммарная длина проводов для линий электропередач (км), ∑В – суммарное количество выключателей. Для дальнейших расчетов выбираем схемы № 5 и № 7.

 

Применение схем РУ 10 кВ

 

На подстанциях № 2, 3, 4, 5 (вариант I и II) для стороны низшего напряжения применяем схему

10(6) - 2 - две секционированные выключателями системы шин, применяются при двух трансформаторах с расщепленными обмотками НН присоединенных каждый к двум секциям [схема 10(6) - 2, рис. 1.13б].

На подстанции №1 (вариант I и II) для стороны низшего напряжения применяем схему

10(6) - 1 – одна секционированная выключателем система шин, применяется при двух трансформаторах, каждый из которых присоединен к одной секции, [схема 10(6) - 1, рис. 1.13а].

а) б)

Рис.1.13. а)Схема 10(6) – 1 б) Схема 10(6) - 2

 

 

Расчет режимов сети

Максимальный режим

Целью расчета максимального режима сети обычно является проверка выполнения технических условий, то есть соответствие токов в отдельных элементах и напряжений в узлах сети допустимыми значениями.

Определим расчетные нагрузки ПС и произведем расчет потерь в трансформаторах.

Расчетная нагрузка ПС определяется по формуле:

, (35)

где - нагрузка i-ой ПС;

- потери полной мощности в трансформаторе, МВА;

- реактивные мощности, генерируемые в начале линии da и конце линии ab, Мвар.

Емкостные мощности линий определяются по номинальным напряжениям:

, (36)

, (37)

где - емкостные проводимости линий.

Для двухцепных линий емкостная проводимость определяется следующим образом:

(39)

где - удельная емкостная проводимость линии (выбирается по [1,табл.3.9], исходя из марки провода), см/км;

- длина линии, км.

Потери мощности в трансформаторе определяются согласно выражениям:

, (40)

, (41)

где k – количество одинаковых трансформаторов ПС;

- полная мощность i-ой ПС;

, , , - каталожные данные.

Потери полной мощности в трансформаторе определяются по формуле:

(42)

Определим потери мощности в трансформаторах для каждой подстанции проектируемой сети согласно выражениям 40, 41, 42.

Для ПС № 1 ():

Для ПС № 2 ():

Для ПС №3():

Для ПС №4():

Для ПС № 5 ():

Определим расчетные нагрузки по каждому трансформатору соответствующих ПС:

;

;

;

;

;

Послеаварийный режим

Особо тяжелыми для работы сети могут оказаться так называемые послеаварийные режимы, которые возникают поле каких-либо отключений, вызванные повреждением оборудования. Рассмотрим послеаварийные режим, возникающий при наибольших нагрузках сети, когда требуется мобилизация всех имеющихся возможностей.

Рассмотрим обрыв одной цепи линии А – 1. Определим расчетную мощность линии:

.

Рассмотрим обрыв одной цепи линии А – 2’.

.

Рассмотрим обрыв одной цепи линии 2’-5

.

.

Рассмотрим обрыв одной цепи линии 2’-2.

.

.

Рассмотрим обрыв одной цепи линии A-3’:

.

Рассмотрим обрыв одной цепи линии 3’-4:

Рассмотрим обрыв одной цепи линии 3’-3:

Список литературы

1. Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д. Л. Файбисовича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ЭНАС, 2007. – 352 с.: ил.

2. Справочник по проектированию электроэнергетических систем./Под ред. С.С.Рокотяна и И.М.Шапиро. Третье издание, перераб. и доп.–М.:Энергоатомиздат, 1985.

3. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Рыжов Ю. П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения: учебник для вузов / Ю. П. Рыжов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 488 с.: ил.

5. Электроэнергетические системы и сети в примерах и иллюстрациях. Учеб. пособие для вузов/Ю. Н. Астахов, В. А. Веников, В. В. Ежков и др., Подред. В. А. Веникова. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 504с., ил.

6. Правила устройства электроустановок, М.: ЗАО «Энергосервис», 2009.

7. Лыкин А. В. Электрические системы и сети: Учеб. пособие. - М.: Университетская книга; Логос, 2006. – 254с

8. Герасименко А. А. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие/ А. А. Герасименко, В. Т. Федин. – Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. – 720 с. (Серия «Высшее образование»).

9. Электрические системы. Электрические сети: Учеб. для энерг. спец. вузов/ В.А.Веников, А.А.Глазунов, Л.А.Жуков и др.; Под ред. В.А.Веникова. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Высш.шк.,1994.

10. Макаров Е. Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4 – 35 кВ и 100 – 1150 кВ / Под редакцией И. Т. Горюнова, А. А. Любимова – М.: Папирус Про, 2005. – 640 с.

11. Электротехнический справочник: В 4т. Т.3. Производство, передача и распределение электрической энергии/ Под общ. ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова и др. (гл.ред. А. И. Попов). - 8-е изд., испр. и доп.-М.: Издательство МЭИ, 2002-964 с.

12. Зуев Э.Н. Технико-экономические основы проектирования электрических сетей. – М.: Моск.энерг.институт, 1988

13. Охрана труда в электроустановках: Учебник для вузов / Под ред. Б.А. Князевского. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 336 с., ил.

14. Безопасность жизнедеятельности: Учебник / Под ред. проф. Э. А. Арустамова. -7-е изд., перераб. И доп.-М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К⁰», 2004.-496с.

 

Содержание

Аннотация. 7

Введение. 8

1 Расчет дальней электропередачи сверхвысокого напряжения. 10

1.1 Исходные данные. 10

1.2 Выбор генераторов и трансформаторов электрической станции. 11

1.3 Выбор числа ЛЭП и сечения проводников. 13

1.4 Расчет удельных и волновых параметров воздушной линии 500 кВ.. 14

1.5 Определение реактивных мощностей по концам электропередачи. 16

1.6 Расчёт напряжения в середине ЛЭП и определение запаса по предельной передаваемой мощности. 19

1.7 Проверка генераторов по допустимой загрузке реактивной мощности. 19

1.8 Определение необходимости установки компенсирующих устройств. 23

2 Проектирование районной электрической сети 110/10 кВ.. 27

2.1 Задание на проектирование. 27

2.2 Выбор вариантов схем электрической сети. 28

2.3 Выбор номинального напряжения электрической сети. 32

2.4 Баланс активной и реактивной мощности в электрической сети. 38

2.5 Выбор типа, мощности и места установки компенсирующих устройств. 42

2.6 Выбор силовых трансформаторов понизительных подстанций. 45

2.7 Выбор сечения проводников воздушных линий электропередач. 47

2.8 Выбор схем электрических подстанций. 55

2.8.1 Применение схем РУ 10 кВ.. 57

2.9 Технико-экономический расчёт РЭС.. 58

2.9.1 Расчет капиталовложений в строительство РЭС.. 58

2.9.2 Расчет годовых эксплуатационных расходов РЭС.. 65

2.9.3 Расчет себестоимости передачи электроэнергии проектируемой РЭС.. 69

2.9.4 Расчет прибыли и срока окупаемости капиталовложений в строительство РЭС 72

2.10 Расчет режимов сети. 73

2.10.1 Максимальный режим. 73

2.10.2 Расчет перетоков мощностей с учетом потерь в линии. 76

2.10.3 Определение значения напряжения в узловых точках (в точках на стороне ВН) в максимальном режиме. 78

2.10.4 Регулирование напряжения в электрической сети в максимальном режиме. 79

2.10.5 Послеаварийный режим. 85

2.10.6 Определение значения напряжения в узловых точках в послеаварийном режиме 86

2.10.7 Регулирование напряжения в электрической сети в послеаварийном режиме 88

3 Выбор оборудования понижающей подстанции 110/10 кВ.. 90

3.1 Исходные данные. 90

3.2 Расчёт токов короткого замыкания. 91

3.3.Выбор электрических аппаратов, токоведущих частей и измерительных приборов на стороне 110 кВ.. 93

3.4 Выбор оборудования на стороне НН.. 99

4 Безопасность жизнедеятельности. Безопасность при работах под напряжением на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения. 103

4.1 Особенности и достоинства метода работ под напряжением. 103

4.2 Принцип, положенный в основу метода работ под напряжением. 104

4.2.1 Электрическая схема. 104

4.2.2 Ограничение емкостного тока. 106

4.3 Приспособления для выполнения работ под напряжением. 107

4.4 Анализ возможных опасностей при работе под напряжением. 109

5 Специальный вопрос. Выключатели высоковольтные типа ВГП колонкового типа с элегазовой изоляцией и гидроприводом. 112

5.1 Коммутации в электроэнергетических системах. 112

5.2 Преимущества выключателя ВГП-110. 113

5.3 Коммутационная способность выключателя ВГП-110. 115

5.4 Изоляционные свойства выключателя ВГП-110. 116

5.5 Стойкость к воздействию внешней среды.. 117

5.6 Безопасность эксплуатации. 117

5.7 Технические характеристики ВГП-110. 118

Заключение. 121

Перечень принятых сокращений. 122

Список литературы.. 123

 

 

 

Введение

Важной особенностью развития ЭЭС является обеспечение надежного и бесперебойного питания потребителей. Бесперебойность электроснабжения воплощает в себе множество взаимозависимых составляющих: начиная от разработки и изготовления огромного количества разнотипного оборудования и аппаратуры, качества проектов, монтажа, наладки и до ввода в действие оборудования и доведения режима его работы до нормы.

Выбор типа, мощности, числа и мест размещения источников питания является сложной самостоятельной задачей проектирования. Эта задача решается с учетом влияния соответствующей электрической сети. Обычно уменьшение числа источников питания при снижении их стоимости приводит к утяжелению электрической сети и ее удорожанию. В некоторых случаях в связи с этим приходится вводить коррективы даже и при размещении потребителей электроэнергии.

Задачей проектирования энергосистем является разработка с учётом новейших достижений науки и техники, и технико-экономическое обоснование решений, определяющих формирование энергетических объединений и развитие электрических станций, электрических сетей и средств их эксплуатации и управления, при которых обеспечивается оптимальная надёжность снабжения потребителей электрической и тепловой энергией в необходимых размерах и требуемого качества с наименьшими затратами.

Проектирование развития энергосистем и электрических сетей осуществляется в иерархической последовательности и включает в себя выполнение комплекса вне стадийных проектных работ.

Проект развития электрических сетей выполняется в качестве самостоятельной работы, именуемой «Схемой развития электрической сети энергосистемы» (объединённой, районной, города, промышленного узла и др.), или как составная часть «Схемы развития энергосистемы».

В процессе проектирования осуществляется взаимный обмен информацией и увязка решений по развитию электрических сетей различных назначений и напряжений.

При различном составе и объёме задач, решаемых на отдельных этапах проектирования электрических сетей, указанные работы имеют следующее примерное содержание:

• анализ существующей сети рассматриваемой энергосистемы, включающей её рассмотрение с точки зрения загрузки, условий регулирования напряжения, выявления узких мест в работе;

• определение электрических нагрузок потребителей и составление балансов активной мощности по отдельным подстанциям и энергоузлам, обоснование сооружения новых подстанций;

• выбор расчётных режимов работы электростанций, и определение загрузки проектируемой электрической сети;

• электрические расчёты различных режимов работы сети и обоснование схемы построения сети на рассматриваемые расчётные уровни; проверочные расчёты статической и динамической устойчивости параллельной работы электростанций, выявление основных требований к системной противоаварийной автоматике;

• составление баланса реактивной мощности и выявление условий регулирования напряжения в сети, обоснование пунктов размещения компенсирующих устройств, их типа и мощности;

• расчёты токов короткого замыкания в проектируемой сети и установление требований к отключающей способности коммутационной аппаратуры, разработка предложений по ограничению токов короткого замыкания;

• сводные данные по намеченному объёму развития электрической сети натуральные и стоимостные показатели, очерёдность развития.

 

Проектирование районной электрической сети 110/10 кВ

Задание на проектирование

Требуется спроектировать электрическую сеть напряжением 110 кВ для электроснабжения пяти потребителей от одного источника питания. Схема расположения точек нагрузки в электрической сети приведена на рисунке 2.1.

			3
					А

 

Рис. 2.1. Географическое расположение источника питания «А» и 5 узлов нагрузки

 

- Масштаб: в 1 клетке - 8 км;

- Коэффициент мощности на подстанции "А", отн. ед. 0,92;

- Напряжение на шинах подстанции "А", кВ: ;

- Число часов использования максимальной нагрузки ;