Расчет системы электроснабжения

                   

           а                                                               б       

Рисунок 4.2– Схемы подключения подстанции Песчанка к сети 110 кВ согласно вариантам

1 (а) и 2 (б)

Вариант 2. Подключение подстанции Песчанка шлейфовым заходом в ВЛ 110 кВ Галкино–КС-13 . Длина вновь строящегося участка воздушной линии составит 6,5 км (рисунок. 4.2 б). 

                                 а                                                                 б

Рисунок 4.3.– Схемы подключения подстанции Песчанка к сети 110 кВ согласно вариантам

3 (а) и 4 (б)

Вариант 3. Строительство двух ВЛ 110 кВ КС-13–Песчанка  и Песчанка–Пуктыш (рисунок 4.3 а). Длины линий 27,5 км и 21 км соответственно.

Вариант 4. Строительство двух ВЛ  110 кВ: отпайка от ВЛ Галкино КС-13 длиной 6,5 км и строительство отпайки от ВЛ Пуктыш-Кузнецовская, длиной 21 км (рисунок 4.3 б).

Рисунок 4.4 – Схема подключения подстанции Песчанка к сети 110 кВ согласно варианту 5

 

Вариант 5. Строительство 2-х ВЛ 110 кВ КС-13–Песчанка (длиной 27,7 км) и Песчанка–Галкино длиной 15 км (рисунок. 4) . 

   В вариантах 1, 3, 4, 5 замыкание транзита не предполагается.

Все рассматриваемые  варианты обеспечивают необходимую  надежность электроснабжения потребителей подстанции Песчанка, соответствующей второй категории.  Но  варианты 3 и 5 наименее целесообразны ввиду значительной протяженности строящихся линии, а также значительных затрат, вызванных необходимой реконструкцией существующих подстанций. Так в варианте 3 суммарная длина строящихся линии составляет 49,3 км, а для его реализации необходимо осуществить полную реконструкцию  схем РУ 110 кВ на  подстанциях КС-13 и Пуктыш. Аналогичная ситуация наблюдается и в случае с вариантом  5: суммарная длина строящихся ЛЭП – 39,9 км, и также необходима реконструкция подстанций КС-13 и Пуктыш. 

Вариант 4 по сравнению  с вариантами 3 и 5 имеет несколько  меньшую  протяженность, строящихся ЛЭП (28,1 км), и не требует реконструкции  подстанций, так как предполагается вблизи ПС Пуктыш выполнить  отпайку до ПС Песчанка.

Вариант 1 отличается незначительной протяженностью строящейся  2-х цепной ВЛ (длина 15,2 км). Но он требует реконструкции  РУ 110 кВ ПС Галкино. Еще одним негативным моментом данного варианта является возможность полного обесточивания подстанции в случае аварийных ситуаций на ПС Галкино.

Вариант 2 обладает самой  минимальной протяженностью строящейся ВЛ  6,5 км, не требует реконструкции  других подстанций . Но ввиду того, что  в данном случае подстанция работает в транзите, то сечение провода ВЛ должно быть  несколько больше, чем в остальных вариантах. К тому же дороже становится схема самой ПС Песчанка за счет установки секционного выключателя и оборудования с большим номиналом токов. Но из всех вариантов этот является наиболее экономичным. Докажем это проведя технико-экономическое сравнение вариантов. Для дальнейшего рассмотрения возьмем варианты 2 и 4, как наиболее целесообразные.

 

4.2 ВЫБОР СХЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ  УСТРОЙСТВ ПОДСТАЦИИ ДЛЯ РАССМАТРИВАЕМЫХ ВАРИАНТОВ

 

На стороне низкого напряжения для двух принятых вариантов РУ выполняем по схеме секционированная система шин. Данная схема наиболее дешевая, простая, и при этом обеспечивает достаточную надежность электроснабжения для потребителей второй категории.

Для распределительных устройств напряжением 110 кВ и при четырех присоединениях существующие нормативно-технические документы рекомендуют использовать мостиковые схемы. Поэтому для варианта 2 выбираем схему мостика с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов.  Выбор обусловлен тем, что на стороне высокого напряжения  подстанция работает в транзите, и для сохранения питания потребителей и быстрой ликвидации коротких замыканий на линии необходима установка выключателя в цепи мостика. Наличие же выключателей в цепи трансформаторов необходимо для того, чтобы в случае аварийного отключения трансформатора обеспечить непрерывность транзита мощности по линиям 110 кВ.

Для варианта 4 необходимость в выключателе в цепи мостика отсутствует, ввиду того, что в данном варианте подстанция является отпайчной. Поэтому выбираем схему два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой. Наличие выключателей в цепях трансформатора необходимо для    предотвращения отключения ВЛ КС-13–Галкино и Кузнецовская – Пуктыш в случае повреждения трансформаторов.

 

 

4.3 ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ ПИТАЮЩИХ ЛИНИЙ

 

Выбираем сечение провода  линии для варианта 4. При этом в качестве основного метода используем метод экономической плотности тока. [28]. Для определения сечения провода находим ток линии на пятый год ее эксплуатации в нормальном режиме. Для распределительных сетей он определяется расчетом потокораспределения при прохождении системой максимума нагрузки в нормальном  режиме. В данном варианте максимальный поток мощности по линии определяется нагрузкой подстанции Песчанка. Поэтому ток в линии равен

             

= ,                                            (4.1)

где - максимальная мощность нагрузки ПС Песчанка, МВА; – номинальное напряжение ВЛ, кВ.

                                    = А.

Вычисляем расчетный  ток линии Ip:

                  

,                                            (4.2)

где –коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации линии; – коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной нагрузки Тмах и коэффициент ее попадания в максимум энергосистемы kм.

Коэффициент – для ВЛ 110-220 кВ может быть принят равным 1,05. Коэффициент для Тмах =4800 часов и kм =0,9 по таблице 3.13 [28] равен 1,2.

Тогда расчетный ток равен

                                 А.

Определяем расчетное  сечение линии:

                          

,                                                (4.3)

где  – экономическая плотность тока, .

Экономическая плотность  тока выбирается согласно таблице 1.3.36 [16], исходя из значения  Тмах .  В данном случае она равна  1,1 .

  .

Сечение округляем до ближайшего стандартного. Но если также учесть, что для ВЛ 110 кВ по условиям короны минимальное сечение провода ВЛ должно составлять 70 , Исходя их этого принимаем в качестве провода ВЛ провод марки АС-70/11 с длительным допустимым током, равным 265 А.

Проверим провод по допустимой токовой  нагрузке.  Для этого определим  максимальный нагрузочный ток по линии.  Он равен удвоенному значению тока в нормальном режиме (при отказе одной параллельной ветви).

                                       Imax=2∙Iр=2∙31,5=63 А.

Как видно, значение данного  тока не превышает длительно допустимый ток провода.

Выбор сечения  провода для варианта 2. В данном варианте линия работает в транзите,  поэтому максимальный нагрузочный ток по строящимся ВЛ определяется не только мощностью нагрузки  самой ПС, но и величиной транзитного перетока мощности. Поскольку, использование провода меньшего сечения для данной ЛЭП нецелесообразно, так как возможны ситуации при которых транзитный переток будет значительным, и это может привести к перегрузке проектируемого участка ЛЭП. Наиболее лучшим вариантом в данном случае будет принять сечение данного участка ЛЭП таким же, как и у существующей ЛЭП КС-13–Галкино, т.е. АС-120/19. Проверку провода по нагреву выполним в ходе расчета электрических режимов вариантов.

 

4.4 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  РЕЖИМОВ ВАРИАНТОВ СХЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 

Расчеты электрических режимов позволяют оценить условия, в которых будут работать потребители и оборудование электрической сети. Также с их помощью можно оценить допустимость  анализируемого режима при передаче мощностей по сети, при подключении новых и отключении действующих элементов сети. Кроме того, они позволяют при их анализе наметить мероприятия для обеспечения требуемого качества электрической энергии, оптимизации работы энергосистем, а также для выработки мер по предотвращению возможных аварийных ситуаций.

Расчет электрического режима ведем для сетевого района, лежащего между ПС 110 кВ Уксянка и ПС 220/110 кВ Щучанская. Схемы сети для двух вариантов приведены в графической части дипломного проекта. При этом нагрузка ПС Рудная разнесена между   ПС Уксянка и ПС КС-13 нагрузка ПС Белоярская незначительна, и ею можно пренебречь.

Ввиду отсутствия расчетных  эквивалентов внешней сети, примем шины 110 кВ ПС Щучанской и шины ПС Уксянка за два источника питания бесконечной мощности, и расчет ведем относительно двух этих ПС.  Расчет режимов проводим в программном комплексе RastrWin. Нагрузки для подстанций рассматриваемого  сетевого района приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1– Нагрузки подстанции рассматриваемого сетевого района

№ п/п	Подстанция	Р, МВт	Q, Мвар
1	КС-13	4,4	3,9
2	Галкино	1,5	0,9
3	Свердловская	0,7	0,2
4	Кузнецовская	3	0,9
5	Объектовая	4	1
6	Пуктыш	0,4	0,2
7	Песчанка	8,8	3,5

Для расчета электрического режима необходимо составить схему  замещения, определив при этом электрические  параметры основного оборудования. В расчетную модель ПК RastrWin для линий вводятся параметры П-образной схемы замещения ЛЭП: продольные активные и индуктивные сопротивления – в Омах, емкостную проводимость линии – в микросименсах. Они определены ниже.

Отметим также, что при  расчете электрического режима рассматриваем  только систему внешнего электроснабжения подстанции, т.е. сеть 110 кВ.

Расчет электрических режимов для варианта 4. Расчетная схема сети для данного варианта  приведена на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Расчетная схема электрической сети для варианта 4

Определяем параметры  линии 110 кВ Песчанка–отп. Песчанка. Активное погонное сопротивление для провода АС-70/11 равно Ом/км, реактивное погонное сопротивление Ом/км, емкостная проводимость мкСм/км [13, таблица 7.38]. Тогда:

     

,                                               (4.4)

                           ,                                              (4.5)

     

                                                  (4.6)

где - длина отпайки от ВЛ КС-13–Галкино до ПС Песчанка.

            Ом.

        Ом.

        мкСм.

Параметры остальных  ВЛ определяются аналогично. Результаты расчета параметров ВЛ сводим в таблицу 4.2. 

     Таблица 4.2 – Параметры схемы замещения ВЛ 110 кВ в рассматриваемом варианте № 4

№ п/п	Наименование ВЛ	Марка провода	Допустимый ток, А	Длина ВЛ, км	R, Ом	Х, Ом	В, мкСм
1	Уксянка–КС13	АС-120	390	21,6	6,4	9,4	54,2
2	КС-13–отп. Песчанка	АС-120	390	23,6	6,8	10,0	57,9
3	Галкино–Свердловская	АС-120	390	16,0	4,7	6,9	40,2
4	Свердловская–Кузнецовская	АС-95	330	29,6	9,1	12,5	77,3
5	отп.Пуктыш–Кузнецовская	АС-70	265	10	4,2	4,4	25,5
6	Отп.Пуктыш–Пуктыш	АС-70	265	9,7	4,2	4,2	24,7
7	Отп.Пуктыш–Объектовая	АС-120	390	1,3	0,3	0,5	3,5
8	Щучанская-Кузнецовская	АС-120	390	8,46	2,5	3,7	21,2
9	Галкино–отп. Песчанка	АС-120	390	9,4	2,7	3,9	22,7
10	отп. Песчанка-Песчанка	АС-70	265	6,5	2,73	2,9	16,6
11	Пуктыш-Песчанка	АС-70	265	21	8,82	9,3	53,6