Электроэнергетические системы и сети. Расчет электроэнергетической сети

Курсовой проект. Эл-эн сис-мы и сети. Андреев В.А. Чертеж.dwg

Курсовой проект. Эл-эн сис-мы и сети. Андреев В.А..docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Кузбасский государственный технический университет
имени Т. Ф. Горбачева»
Кафедра электроснабжения горных и
промышленных предприятий
Курсовой проект по дисциплине
«Электроэнергетические системы и сети»
на тему: «Передача и распределение электрической энергии»
Андреев Виктор Александрович
Попова Ольга Владимировна
Выбор варианта распределительной сети5
1. Выбор варианта схем соединения цепей6
1.1. Разомкнутая схема7
1.2. Замкнутая схема9
2 Выбор номинального напряжения сети12
2.1 Разомкнутая схема12
2.2 Замкнутая сеть14
3 Выбор сечения проводов17
3.1 Разомкнутая сеть17
3.2 Замкнутая сеть19
4 Проверка сечений проводов по техническим ограничениям21
5 Определение сопротивления и проводимости ЛЭП22
6 Приближенное определение потерь напряжения24
7 Выбор трансформаторов27
8 Определение сопротивления трансформаторов28
9 Определение потерь активной и реактивной мощности в сетях31
9.1 Потери в линиях31
9.2 Потери в трансформаторах33
10 Баланс активной и реактивной мощности35
10.1 Разомкнутая сеть35
10.2 Замкнутая сеть36
Технико-экономическое сравнение вариантов сети38
1 Составление полных схем электрических соединений38
2 Определение экономических показателей и выбор целесообразного варианта41
2.1 Разомкнутая сеть41
2.2 Замкнутая сеть42
Точный электрический расчет выбранного варианта.46
1. Составление схемы замещения электрической сети.46
2. Расчет потокораспределений в сети с учетом потерь мощности47
3. Определение падений напряжения на головных участках сети и напряжений на шинах узловой подстанции60
Целью выполнения курсового проекта по дисциплине «Электроэнергетические сети и системы» является получение необходимых знаний в области проектирования электроэнергетических систем и сетей и расчета их режимов и овладение методами проектирования и их алгоритмами основами расчета установившихся режимов электроэнергетических систем и сетей ознакомление с методами энергосбережения в электроэнергетических системах и методами регулирования частоты и напряжения.
Задачей курсового проектирования является закрепление и углубление знаний полученных студентами при изучении курса развитие навыков самостоятельной творческой работы при решении инженерных задач и умения правильно использовать техническую и нормативную литературу.
Выбор варианта распределительной сети
В данном разделе рассматривается пять вариантов исполнения разомкнутой и замкнутой сети которые сравниваются по методике приведенной в [3]. Исходные данные для курсового проекта представлены в таблицах 1.1. и 1.2.
Таблица 1.1. Характеристики нагрузок
где X и Y – координаты потребителей
Рм – активные мощности нагрузок в максимальном режиме
Тм - время использования максимальной нагрузки
cos φ - коэффициент мощности нагрузки в максимальном режиме
Кк - доля нагрузки I и II категории.
Таблица 1.2. Характеристики системы и режима
Umax Umin - напряжения на шинах источника питания (РЭС) в максимальном и минимальном режимах в процентах от номинального напряже-ния
cos φРЭС - коэффициент мощности РЭС
Pmin - доля нагрузки в минимальном режиме по отношению к максималь-
Возможные варианты построения схем распределительной сети представлены на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1. Варианты схем
1. Выбор варианта схем соединения цепей
Протяженность сети для каждого варианта схем соединения сетей рассчитывается по формуле:
1.1. Разомкнутая схема
Рисунок 1.2. 1 вариант схемы
Для первого варианта схемы представленного на рисунке 1.2. протяженность сети равна:
Для остальных вариантов расчет проводится аналогично (рисунки 1.3.-1.6.).
Рисунок 1.3. 2 вариант схемы
Рисунок 1.4. 3 вариант схемы
Рисунок 1.5. 4 вариант схемы
Рисунок 1.6. 5 вариант схемы
К дальнейшим расчетам принимается четвертый вариант по принципу минимальности длины провода.
1.2. Замкнутая схема
Для замкнутой схемы расчет протяженности сети проводится аналогично (рисунки 1.7.-1.11.).
Рисунок 1.7. 1 вариант схемы
Рисунок 1.8. 2 вариант схемы
Рисунок 1.9. 3 вариант схемы
Рисунок 1.10. 4 вариант схемы
Рисунок 1.11. 5 вариант схемы
Исходя из принципа минимальности длины провода к дальнейшим расчетам принимается первый вариант.
2 Выбор номинального напряжения сети
2.1 Разомкнутая схема
Выбранная схема в развернутом виде представлена на рисунке 1.12.
Рисунок 1.12. Разомкнутая сеть
Мощность нагрузки рассчитывается для каждого узла по формулам:
Для четвертого узла:
Рассчитывается мощность линий:
Напряжение участка линии рассчитывается по формуле Илларионова:
где l – протяженность участка линии км
P – мощность участка линии МВт.
Для участка РЭС-2 напряжение принимается равным 220 кВ.
Выбранная схема замкнутой сети в развернутом виде представлена на рисунке 1.13. Для замкнутой сети расчеты проводятся аналогично.
Рисунок 1.13 Замкнутая сеть
Мощность нагрузки в каждом узле равна:
Далее рассчитывается активная реактивная и полная мощность на участках РЭС-2 и РЭС'-1
Далее рассчитывается полная мощность для остальных участков линии.
Напряжение участка линии также рассчитывается по формуле Илларионова.
Для участка РЭС-2: .
Для участка РЭС'-1: . Так как сеть замкнутая то для всех участков выбирается класс напряжения 220 кВ.
3 Выбор сечения проводов
3.1 Разомкнутая сеть
Максимальные токи протекающие по линии вычисляются по формуле:
где – номинальное напряжение питающей линии.
Активная составляющая тока нагрузки вычисляется по формуле:
Средневзвешенная величина числа часов использования максимума нагрузки вычисляется по формуле:
li – расстояние от начала линии до точки включения потребителя.
Выбор сечения проводов по экономической плотности основан на следующем расчете:
где – для голых алюминиевых проводов
Для участка РЭС-2 сечение проводов принимается FРЭС-2 – 185 мм2 длительный допустимый ток для данного сечения провода составляет Iдоп = 520 А.
Для участка 2-1: F21 – 150 мм2 Iдоп =450 А.
Для участка 1-4: F14 – 150 мм2 Iдоп = 450 А.
Для участка 4-3: F43 – 95 мм2 Iдоп = 330 А.
Для замкнутой сети расчеты проводятся аналогично.
Активная составляющая тока нагрузки:
Средневзвешенная величина числа часов использования максимума нагрузки
Для участка РЭС-2: FРЭС-2 – 185 мм2 Iдоп = 510 А
Для участка 2-3: F23 – 95 мм2 Iдоп =330 А
Для участка 3-4: F34 – 35 мм2 Iдоп = 175 А
Для участка РЭС'-1: Iдоп = 510 А
Для участка 4-1: Iдоп = 175 А
4 Проверка сечений проводов по техническим ограничениям
Результаты расчетов из предыдущих разделов сведены в таблицы 1.3 и 1.4. Для замкнутой сети ток в послеаварийном режиме считается по алгоритму расчета разомкнутой сети по п. 1.2.1 и 1.3.1.
Таблица 1.3 Разомкнутая сеть
I в рабочем режиме А
I в послеаварийном режиме А
Сечение выбранное по экономической плотности тока F мм2
Проверка сечения по условию нагрева F мм2
Сечение по условию короны F мм2
Таблица 1.4 Замкнутая сеть
5 Определение сопротивления и проводимости ЛЭП
Расчет сопротивлений и проводимостей ЛЭП для разомкнутой сети проводится по следующим формулам.
Активное сопротивление R Ом
где r – погонное активное сопротивление;
где ρ – удельное сопротивление (для алюминия 315 Оммм2км);
F – сечение провода мм2
Индуктивное сопротивление Х Ом
где Х – погонное индуктивное сопротивление Омкм.
Погонное индуктивное сопротивление рассчитывается по формуле:
где – rп радиус провода см;
Dср – среднее геометрическое расстояние между проводами см (для 220 кВ – 800 см для 110 кВ – 500 см).
Емкостная проводимость В См
где b – погонная емкостная проводимость Смкм.
Мощность генерируемая линией
Так как разомкнутая линия является двухцепной значения R и X делятся на 2 а значение В умножается на 2.
Расчет для других участков цепи проводится аналогично за исключением того что в замкнутой сети значения R. Х и В не нужно домножать на 05 и 2. Результаты расчета для удобства заносятся в таблицы 1.5 для разомкнутой сети и 1.6 – для замкнутой.
Таблица 1.5 Результаты расчетов
Таблица 1.6 Результаты расчетов
6 Приближенное определение потерь напряжения
В данном разделе проводится проверка вариантов сети по потерям напряжения с целью отобрать из них те которые обеспечивают требуемый уровень отклонений напряжения у потребителей с учетом возможности регулирования напряжений под нагрузкой. Потеря напряжения в сети в сети одного класса напряжения в нормальных режимах работы не должна превосходить 15 % от номинального напряжения а в наиболее тяжелых послеаварийных режимах – 25 %. Потеря напряжения более указанных величин или наоборот менее 5 % в нормальном режиме свидетельствует о неправильно выбранном номинальном напряжении сети или несоответствии между номинальным напряжением сети и ее схемой.
Продольная составляющая потерь напряжения рассчитывается по формуле
Для 110 кВ данная формула принимает следующий вид:
Поперечная составляющая потерь напряжения рассчитывается по формуле:
Для 110 кВ данная формула принимает следующий вид:
Суммарные потери напряжения рассчитываются как геометрическая сумма продольной и поперечной составляющей для каждого участка.
Уровень отклонения напряжения рассчитывается по формуле:
Таким образом отклонение напряжения в разомкнутой сети не превышает 15 %.
б) Расчет для замкнутой сети проводится аналогично
Отклонение напряжения в замкнутой сети также не превышает 15 %. Таким образом обе схемы удовлетворяют установленным требованиям.
7 Выбор трансформаторов
На подстанциях целесообразно устанавливать два трансформатора мощность которого выбирается так чтобы при отключении одного из них второй мог бы обеспечить питание потребителей I и II категории с допустимой перегрузкой 40 %. На основании проведенных расчетов выбираются трансформаторы для разомкнутой и замкнутой сети которые приведены в таблицах 1.7 и 1.8.
Таблица 1.7 Выбор трансформаторов для разомкнутой сети
Мощность всех трансформаторов на ПС
Таблица 1.8 Выбор трансформаторов для замкнутой сети
Kк – доля нагрузки первой и второй категории.
8 Определение сопротивления трансформаторов
В данном разделе проводится расчет сопротивлений для каждого выбранного трансформатора.
Активное сопротивление трансформатора находится по формуле:
где потери короткого замыкания кВт.
Реактивное сопротивление трансформатора находится по формуле:
Потери реактивной мощности в режиме холостого хода:
где ток холостого хода %.
Для трансформатора АТДЦТН-125000220.
В трехобмоточных трансформаторах потери короткого замыкания для каждой обмотки рассчитываются по формулам:
В трехобмоточных трансформаторах напряжения короткого замыкания для каждой обмотки рассчитываются по формулам:
Для трансформатора ТРДН-25000110.
Остальные расчеты проводятся аналогично и результаты заносятся в таблицу 1.9 и таблицу 1.10 для разомкнутой и замкнутой сети соответственно.
Таблица 1.9 Результаты расчетов для разомкнутой сети
Предел регулирования
± 615 % РПН на стороне СН
Таблица 1.10 Результаты расчетов для замкнутой сети
9 Определение потерь активной и реактивной мощности в сетях
Потери активной и реактивной мощности в линии можно определить по следующим формулам:
9.2 Потери в трансформаторах
Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе можно определить по следующим формулам:
10 Баланс активной и реактивной мощности
10.1 Разомкнутая сеть
Потребляемая активная мощность:
Сумма активных мощностей нагрузок:
Сумма потерь активной мощности:
Баланс реактивной мощности составляется для выбора мощности КУ при котором на шинах РЭС будет обеспечен коэффициент мощности не ниже заданного значения.
Потребляемая реактивная мощность
Сумма реактивных мощностей нагрузок:
Сумма потерь реактивной мощности сети:
Суммарная зарядая мощность для всех линий:
Реактивная мощность которой располагает сеть
На основании условия выбирается синхронный компенсатор типа КСВ 50-11.
Потребляемая реактивная мощность:
На основании условия выбирается синхронный компенсатор типа КС 16-11.
Технико-экономическое сравнение вариантов сети
1 Составление полных схем электрических соединений
Для проведения технико-экономического анализа сравниваемых вариантов электрической сети необходимо разработать схемы распределительных устройств высокого и низкого напряжений с такой степенью подробности при которой можно дать оценку основным экономическим показателям.
Для РУВН выбирается схема четырехугольник. Выбор схемы подстанции на стороне низшего напряжения в данной работе не производится. Схема электрических соединений представлена на рисунке 2.1 и рисунке 2.2.
2 Определение экономических показателей и выбор
целесообразного варианта
При экономическом сравнении принимаем следующие допущения:
Капиталовложения в сеть принимаются единовременными (срок строительства 1 год) эксплуатационные расходы – постоянными во времени.
По надежности варианты принимаются равноценными.
2.1 Разомкнутая сеть
Расчет потерь электроэнергии в линии проводится по формулам:
Время наибольших потерь
Потери электроэнергии в линии за год
Результаты заносятся в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 Потери электроэнергии в линии
Расчет потерь электроэнергии в трансформаторах проводится аналогично. Результаты заносятся в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 Потери электроэнергии в трансформаторах
Расчет потерь электроэнергии для замкнутой сети проводится аналогично.
Потери электроэнергии в линиях. Результаты заносятся в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 Потери электроэнергии в линиях
Потери электроэнергии в трансформаторах
Результаты заносятся в таблицу 2.4.
Таблица 2.4 Потери электроэнергии в трансформаторах
Согласно постановлению РЭК КО 2016 принимается к расчету тариф по региону на закупку электроэнергии = 91329 руб.(МВт*ч).
По принятому условию что срок возведения сети 1 год для нахождения приведенных затрат применяется формула:
где И – годовые эксплуатационные расходы;
К – капитальные затраты;
Е = 0125 – коэффициент дисконта.
Для расчета капитальных затрат на сооружение ВЛ используется [3 таблица 7.4 с. 340].
Зональный коэффициент к базовой стоимости берется из [3 таблица 7.2 с. 337].
Постоянная часть затрат на подстанции берется из [3 таблица 7.30 с. 359].
Стоимость трансформаторов и автотрансформаторов берется из [3 таблица 7.20 с. 353].
Сравнение приводится в таблице 2.5.
Таблица 2.5. Экономическое равнение вариантов схем
распределительной сети
Капитальные затраты на сооружение ВЛ
Зональный коэффициент 17
Постоянная часть затрат на ПС
Зональный коэффициент 16
Капитальные вложения по укрупненным показателям (сумма показателей из п. 1-4)
Ежегодные издержки на амортизацию облуживание и ремонт относительно капитальных затрат
Силовое оборудование 220 кВ
Силовое оборудование 110 кВ
Стоимость потерь электроэнергии
Годовые эксплуатационные расходы (сумма показателей из п. 6 и п. 7)
К дальнейшим расчетам принимается разомкнутая сеть такт как на разомкнутую сеть затраты меньше чем на замкнутую.
Точный электрический расчет выбранного варианта
1. Составление схемы замещения электрической сети
2. Расчет потокораспределений в сети с учетом потерь мощности
Расчет потокораспределений в сети делится на два этапа. На первом этапепроводится расчет потокораспределения в максимальном режиме начиная от нагрузки в направлении к источнику питания. На втором этапе по полученным величинам потоков мощности (с приближенным учетом потерь мощности) определяюттся падения напряжения на участках сети и напряжения в узлах. В минимальном режиме расчет выполняется аналогично учитывая то чтобы приток реактивной мощности не был направлен к источнику. При необходимости этого добиваются изменяя режим работы компенсирующих устройств либо отключая их. Мощности нагрузок пересчитываются с учетом их величины в режиме минимальных нагрузок. В послеаварийном режиме рассматривается наиболее тяжелая ситуация – отключение одной цепи от источника питания при питании по двухцепной линии (для разомкнутой схемы) отключение одной наиболее загруженной линии от источника питания (для замкнутой схемы).
А) Режим максимальной нагрузки
где Расчетная нагрузка подстанции:
где Потери мощности в трансформаторах:
Результаты расчеты отражены на рисунке 3.2.
Б) Режим минимальной нагрузки
Результаты расчетов для режима минимальной нагрузки отражены на рисунке 3.3.
В) Послеаварийный режим
Результаты расчетов для послеаварийного режима отражены на рисунке 3.4.
3. Определение падений напряжения на головных участках сети и напряжений на шинах узловой подстанции
А) Режим максимальных нагрузок
Продольная состовляющая падения напряжения:
Поперечная состовляющая падения напряжения:
Напряжение на шинах подстанции № 2.
Напряжение на шинах подстанции № 1.
Напряжение на шинах подстанции № 4.
Напряжение на шинах подстанции №3.
Б) Режим минимальных нагрузок.
Напряжение на шинах подстанции № 4
Напряжение на шинах подстанции № 3.
В данном курсовом проекте была выбрана по условиям технико-экономического сравнения разомкнутая сеть. Для данной сети было рассчитано потокораспределение в сети без учета потерь мощности и с учетом потерь мощности при разных режимах работы сети: максимальных и минимальных нагрузок послеаварийном режиме определено напряжение на головных подстанциях сети затем на оставшихся подстанциях. Выбраны отпайки для поддержания необходимого напряжения у потребителей.
На сегодняшний день электроэнергетика является неотъемлемой частью комфортной жизни людей именно поэтому необходимо уделять вопросом энергетики особое внимание. Для чего принимаю разные законы в Правительстве РФ направленные на повышение качества электрической энергии что в свою очередь направлено на бесперебойную работу энергосистемы в целом. Необходимо снижать потери электрической энергии при ее передаче потребителям для чего стоит грамотно подходить к вопросу проектирования электрических сетей.
Достоинством радиально-магистральной и кольцевой схем является независимость потокораспределения от потоков сети ВН отсутствие влияния токов коротких замыканий в прилегающих сетях возможность присоединения подстанций по простейшим схемам. Широкое применение находят замкнутая одинарная или двойная сеть опирающаяся на два ЦП (сеть с двусторонним питанием) что позволяет охватить значительную территорию между двумя источниками. Одинарная сеть от двух ЦП может быть образована в результате развития магистральных участков подключенных к разным источникам. Данная конфигурация применяется в сетях 110 кВ для электрификации сельской местности а также в распределительных сетях 220 кВ обеспечивая с наименьшими затратами максимальный охват территории.
Схемное построение и функционирование распределительных сетей определяется требуемой надёжностью электроснабжения отраслевой принадлежностью характером потребителей электрической энергии.
Идельчик В.И. Электрические системы и сети. – М.: Энергоатомиздат 1989;
Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие А.А Герасименко В.Т.Федин.-Ростов-на-Дону. Красноярск: Издательские просторы 2006;
Попова О.В. Передача и распределение электроэнергии: Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 100400 (140211) «Электроснабжение» дневной и заочной форм обучения – Кемерово ГУ КузГТУ 2011.
Справочник по проектированию электрических сетей И. Г. Карапетян [и др.]; под ред. Д. Л. Файбисовича. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС 2006;
Правила устройства электроустановок: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. 2-й выпуск (с изм. и доп. по состоянию на 1 ноября 2005 г.). – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во 2005.