Технико-экономическое обоснование варианта схемы развития электрической сети районной энергосистемы

Содержание:

	Введение	стр. 3
	Задание на проектирование	стр. 4
1.	Выбор варианта схем соединений ЛЭП	стр. 5
2.	Выбор номинальных напряжений сооружаемых ЛЭП	стр. 8
3.	Определение сечений  проводов сооружаемых ЛЭП	стр. 11
4.	Выбор трансформаторов  на понижающих подстанциях	стр. 14
5.	Составление расчетных  схем вариантов	стр. 16
6.	Расчет режима максимальных нагрузок	стр. 18
7.	Баланс реактивной мощности	стр. 30
8.	Выбор схем присоединения  к сети понижающих подстанций	стр. 31
9.	Технико-экономическое  сопоставление вариантов сооружения электрической сети	стр. 33
	Список использованных источников	стр. 40

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Развитие энергетики России, усиление связей между энергосистемами  требует расширения строительства электроэнергетических объектов, в том числе линий электропередач и подстанций напряжением 35-110кВ переменного тока.

В настоящее  время ЕЭС России включают в себя семь параллельно работающих объединений энергосистем: Центра, Средней Волги, Урала, Северо-запада, Востока, Юга и Сибири.

Производство электроэнергии растет во всем мире, что сопровождается ростом числа электроэнергетических систем, которое идет по пути централизации выработки электроэнергии на крупных электростанциях и интенсивного строительства линий электропередач и подстанций.

Проектирование электрической сети, включая разработку конфигурации сети и схемы подстанции, является одной из основных задач развития энергетических систем, обеспечивающих надёжное и качественное электроснабжение потребителей. Качественное проектирование является основой надёжного и экономичного функционирования электроэнергетической системы.

Задача проектирования электрической сети относится к  классу оптимизационных задач, однако не может быть строго решена оптимизационными методами в связи с большой сложностью задачи, обусловленной многокритериальностью, многопараметричностью и динамическим характером задачи, дискретностью и частичной неопределенностью исходных параметров.

В этих условиях проектирование электрической сети сводится к разработке конечного  числа рациональных вариантов развития электрической сети, обеспечивающих надёжное и качественное электроснабжение потребителей электроэнергией в нормальных и послеаварийных режимах. Выбор наиболее рационального варианта производится по экономическому критерию. При этом все варианты предварительно доводятся до одного уровня качества и надежности электроснабжения. Экологический, социальный и другие критерии при проектировании сети учитываются в виде ограничений. 
Задание на проектирование

Выполнить технико-экономическое обоснование варианта схемы развития электрической сети  районной энергосистемы для электроснабжения узлов нагрузки.

Исходные данные:

1. Карта-граф проектируемой электрической сети (рис.1).
2. Геометрическое расположение мест сооружения подстанций для питания потребителей в декартовой системе координат (табл.1).
3. Мощность режима максимальных нагрузок потребителей (табл.1).
4. Время использования максимальной нагрузки Т_мах = 5600 ч.
5. Коэффициент участия в максимуме нагрузки энергосистемы К_мах = 0.9.
6. Напряжения пункта питания (ПП) в режиме максимальных нагрузок поддерживается на уровне 242 кВ.
7. Номинальное напряжение на шинах низкого напряжения подстанции – 10 кВ.
8. Все потребители имеют в своем составе электроприемники I, II и III категорий.
9. Место строительства – Западная Сибирь.
10. Район по гололеду – 2.
11. Материал опор для ВЛ всех напряжений – железобетон.

 

Таблица 1

Подстанция	х	у	Р МВт	QМвар
1	80	5	1200	100
2	97	41	30	20
3	124	11	20	15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выбор варианта схем соединений ЛЭП

Имеются данные о расположении новых подстанций ПС-1, ПС-2 и ПС-3 в принятых координатах, табл. П.1.1.

 

Таблица П.1.1

Подстанция	Х км	У км	Р МВт	Q Мвар
ПС-1	80	5	120	100
ПС-2	97	41	30	20
ПС-3	124	110	20	15

 

На рис. П.1.1 приведена карта –  граф проектируемой электрической  сети (без учета количества цепей  ЛЭП) и точки размещения подстанций. Намечаем несколько вариантов соединения точек подстанций. Варианты схем с линиями (с учетом количества цепей ЛЭП) приведены на рис. П.1.2.

 

Рис. П.1.1 Карта – граф проектируемой  электрической сети

 

Передача электроэнергии от источника питания к пункту потребления должна производиться по наикратчайшему пути:

Пункт 1 расположен ближе всех к ПП и мощность его нагрузки самая большая, следовательно, надо сразу предусмотреть его питание по кратчайшему пути и наметить двухцепную линию от ПП до 1. Питание остальных двух пунктов нагрузки может быть выполнено по различным вариантам через пункт 1:

. Вариант (а) имеет самую маленькую суммарную длину линий;

Сопоставим намеченные варианты по критерию суммарной длины ЛЭП  для питания нагрузок.

 

Рис. П.1.2. Варианты конфигурации схем электрической сети

 

Радиальные другие варианты:

Минимальное значение для варианта (а).

Кольцевой вариант:

 

Вариант кольцевого типа (б) ничем не уступает по надежности электроснабжения и ориентировочной стоимости сооружения сети вариантам разомкнутого типа (линии, входящие в кольцо одноцепные, а, следовательно, дешевле двухцепных). Дать сравнительную оценку потерь энергии в этом варианте на этапе предварительного выбора конфигурации сети нельзя.

Из приведенных вариантов  для дальнейшего рассмотрения выбираем радиально-магистральный вариант (а) и вариант замкнутой сети (б), как варианты, имеющие минимальную суммарную длину ВЛ.

 

 

2.Выбор номинальных напряжений сооружаемых ЛЭП

 

   Номинальные напряжения электрических сетей в России, установлены действующим стандартом (ГОСТ721-77) и для вновь проектируемых электрических сетей составляет следующий ряд: 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ.

 

  Для радиально-магистральной сети:

S_L3 = 20+j15 МВА

S_L2 =30+j20 МВА

S_L1 = (20+j15) + (30+j20) + (120+j100) = 170 + j135 МВА

 

Напряжения отдельных  участков сети:

ВЛ	L, км	Р, МВт	Цепей	U, кВ	Uном, кВ
0-1	80,1	170	2	167,5	220
1-2	40	30	2	74,7	110
1-3	44,4	20	2	62	110

 

Для выбора номинальных напряжений замкнутой сети найдем приближенное потокораспределение в линии с двухсторонним питанием (1-2) (2-3) (3-1) с расстояниями, соответственно 40; 40,4; 44,4 км.

 

 

 

                   

 

 

 

 

Кольцевую сеть представим в развернутом виде:

 

Потоки мощности по отдельным  линиям:

       По    первому закону Кирхгофа для узла 3 находим:

Напряжения отдельных участков сети:

Выбираем стандартное U_ном 110 кВ

Для линии L1

При длине линии L1 = 80,1 км напряжение одной цепи:

Выбираем стандартное U_ном 220 кВ

Л	L, км	Р, МВт	Цепей	U, кВ	Uном, кВ
0-2	80,1	170	2	167,5	220
1-2	40	27,5	1	98	110
2-3	40,4	22,5	1	90	110
3-1	44,4	7,5	1	54	110

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение сечений проводов сооружаемых ЛЭП

 

Выбор сечений проводов выполним по токовым интервалам.

Расчетная токовая нагрузка линии:

где I₅ – максимальный рабочий ток на пятый год эксплуатации линии, соответствующая мощность приведена в исходных данных;

        - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации линии, = 1.05;

             - коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной нагрузки линии и коэффициент ее попадания в максимум нагрузки энергосистемы, выбирают по   [“ Методические указания и задания по курсовому проектированию ”, с.21, таблица 3], для Ти=5600час: =1,5.

Выбор сечений проводов для радиально-магистральной сети:

Расчет токов нагрузки линий:

 

ЛЭП	Цепей	Сечение, мм2	Провод	Iдоп., А
L3	2	70	АС-70/11	265
L2	2	120	АС-120/19	390
L1	2	120	АС-240/32	605

 

Выбранные сечения следует  проверить по условиям короны, механической прочности и допустимому току нагрева в послеаварийных режимах:                                       

Наметим послеаварийные режимы.

Для радиально-магистральной  сети:

1. обрыв одной цепи L3:

2. обрыв одной цепи L2:

3. обрыв одной цепи L1:

Выбор сечений проводов для замкнутой сети:

Расчетная токовая нагрузка линии:

где I₅ – максимальный рабочий ток на пятый год эксплуатации линии, соответствующая мощность приведена в исходных данных;

        - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации линии, = 1.05;

              - коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной нагрузки линии и коэффициент ее попадания в максимум нагрузки энергосистемы, выбирают по  

[“ Методические указания и задания по курсовому проектированию ”, с.21, таблица 3], для Ти=5600час: =1,5.

 

ЛЭП	Цепей	Сечение, мм2	Провод	Iдоп., А
L4	1	120	АС-120/19	390
L3	1	120	АС-120/19	390
L2	1	150	АС-150/24	450
L1	2	500	АС-500/27	960

 

В кольцевой схеме  все провода выбираются по мах. сечению, т.е. L₂, L₃, L₄ – 150мм², АС-150/24.

Наметим послеаварийные режимы.

Для замкнутой сети:

1. обрыв одной цепи L3:

2. обрыв одной цепи L2:

3. обрыв одной цепи L1:

По условию короны выбираем окончательно провод АС-300/39.

 

 

ЛЭП	Цепей	Сечение, мм2	Провод	Iдоп., А
L4	1	240	АС-240/32	605
L3	1	240*2	АС-240/32*2	605*2
L2	1	240*2	АС-240/32*2	605*2
L1	2	240*2	АС-240/32*2	605*2