Введение
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
надёжности электроснабжения. Экологический,
социальный и другие критерии при проектировании
сети учитываются в виде ограничений.
Проектирование электрической
сети.
1. Разработка вариантов
сети.
На стадии выбора конкурентно способных
вариантов развития электрической сети
решаются две основные задачи – определение
рационального класса напряжения сети
и выбор конфигурации сети.
Определение рационального класса напряжения
зависит от района, в котором ведётся проектирование,
мощности присоединяемых узлов и их удалённости
от источников электроэнергии.
На практике обычно учитывают следующие
основные требования:
– целесообразно выделить подстанции,
потребители которых требуют 100% резерва
по сети и рассмотреть пути выполнения
этого требования;
– замкнутой сетью целесообразно связывать
потребители примерно одинаковой мощности;
– по возможности необходимо исключить
потоки мощности к источнику питания;
– не следует допускать малонагруженных
линий в замкнутых сетях;
– надо стремиться к передаче электроэнергии
потребителям по кратчайшему пути.
Исходя из этого, предлагаем 4 варианта
сетей.
Рисунок 1.1: по заданию на оси координат
чертим наши точки.
По соображениям надежности
и экономичности для расчетов выбираем
1 (рис. 1.2) и 2 (рис. 1.3) варианты электрической
сети.
Проводим расчет
для первого варианта.
Рассчитаем длины участков
А-П1, П1-П4, В-П4, А-П2, В-П3, П2-П3.
Используем теорему Пифагора,
применяем масштабный коэффициент ( в
1 см – 5 км) получаем:
Протяженность всех выбранных
линий принимаем на 15-20% больше воздушной
прямой. Получаем:
Проводим расчет
для второго варианта:
Рассчитаем длины участков
А-П1, П1-П4, ПВ-П4, А-П2, В-П3,
Протяженность всех выбранных
линий принимаем на 15-20% больше воздушной
прямой. Получаем:
2. Баланс мощностей.
Вариант 1.
Сеть имеет кольцевую схему.
Разрежем ее по источникам питания А и
В. В результате получим две расчетные
типовые схемы: замкнутые одинарные сети,
опирающиеся на два ЦП (рис. 2.1).
Рис. 2.1
Поскольку мы находимся на первой
стадии проектирования, сечения проводов
всех участков принимаем одинаковыми.
Расчет мощностей участков производим
по формуле (4.2) , используя вместо сопротивлений
участков их длины.
Рассчитаем мощности участков
А-П1, В-П4, А-П2, В-П3.
Осуществляем проверку баланса
мощностей для схемы а:
- равенство верно.
для схемы б:
- равенство верно.
Из условия баланса мощностей
находим мощность участков 1-4:
и 2-3:
Знак минус перед мощностями
участка 2-3 обозначает, что мощности направлены
не от ЦП А, а от ЦП В, и таким образом узел
2 является точкой потокораздела по мощностям.
Точкой потокораздела на участке 1-4 является
узел 4, т.е. в этой точке мощность, подтекающая
с двух сторон, потребляется полностью.
Потоки активных мощностей распределяются
следующим образом:
рис. 2.2
Вариант 2.
Сеть имеет радиальную схему.
Разрежем ее по источникам питания А и
В. В результате получим три расчетные
типовые схемы: одну замкнутую одинарную
сеть, опирающуюся на два ЦП и две двухцепные
сети.
Рис.2.3
Рассчитаем мощности участков
А-П1, В-П3, А-П2, В-П3:
Осуществляем проверку баланса
мощностей для схемы а:
– равенство
верно;
для схемы б:
– равенство
верно;
для схемы в:
– равенство
верно.
Из условия баланса мощностей
находим мощность участка 2-4:
Точкой потокораздела на участке
1-3 является узел 4, т.е. в этой точке мощность,
подтекающая с двух сторон потребляется
полностью.
Потоки активных мощностей
распределятся (рис. 2.4)
рис. 2.4
3. Выбор номинального
напряжения электрической сети.
Одновременно со схемой электроснабжения
выбирается и напряжение проектируемой
сети. Напряжение сети зависит от мощности
нагрузок и их удалённости от источников
питания. Выбор напряжения сети определяется
главным образом экономическими факторами.
С увеличением номинального напряжения
сети возрастают капитальные затраты
на её сооружение (включая стоимость подстанций),
но за счёт уменьшения потерь энергии
снижаются годовые эксплуатационные расходы.
Номинальные напряжения электрических
сетей в России установлены действующим
стандартом (ГОСТ721-77) и для вновь проектируемых
электрических сетей составляют следующий
ряд: 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ.
Исходя из длин линий и величины
передаваемой по ним мощности, намечают
напряжения отдельных линий по:
- эмпирическим формулам
Стилла и Илларионова:
;
где l, P – длина линии, км, и мощность
на одну цепь линии, Мвт;
Поскольку наибольшая мощность
по заданию не превышает 60 мВт, применяем
формулу Стилла.
Вариант 1.
Рассчитываем напряжение на
участках сети по формуле Стилла:
Выбираем стандартное номинальное
напряжение 110 кВ.
Вариант 2:
Выбираем стандартное номинальное
напряжение 110 кВ.
4. Выбор сечений
и типа проводников по экономической
плотности тока.
Выбранное номинальное напряжение
110кВ < 500кВ, поэтому выбор сечений проводов
воздушных линий проводим с помощью экономической
плотности тока по формуле:
Найдем токи на каждом участке
сети.
Вариант 1.
Выбираем тип проводов для первого
варианта марки АС.
Находим экономическую плотность
тока по таблице 1.3.36 ПУЭ, применив число
часов использования максимума нагрузки
Тм = 6000ч и марку
провода АС:
Находим расчетное сечение
провода для каждого участка:
Выбираем ближайшее стандартное
сечение проводов :
Участок А-1 провод АС120/19
Участок В-4 провод АС120/19
Участок А-2 провод АС240/32
Участок В-3 провод АС150/24
Участок 1-4 провод АС50/8
Участок В-3 провод АС70/11
Вариант 2.
Выбираем тип проводов для второго
варианта марки АС.
Находим экономическую плотность
тока по таблице 1.3.36 ПУЭ, применив число
часов использования максимума нагрузки
Тм=6000ч и марку
провода АС:
Jэ=1 А/мм2
Находим расчетное сечение
провода для каждого участка:
Выбираем ближайшее стандартное
сечение проводов :
Участок А-1 провод АС120/19
Участок В-4 провод АС120/19
Участок А-2 провод АС240/32
Участок В-3 провод АС50/8
Участок 1-4 провод АС50/8
5. Проверка выбранных проводов
по условиям короны.
Напряжение ВЛ, кВ |
Фаза с проводами |
одиночными |
два и более |
110 |
11,4 (АС 70/11) |
– |
По таблице 2.5.6 ПУЭ минимальный диаметр
проводов ВЛ по условиям короны при напряжении
110 кВ - 11,4 (АС 70/11).
Вариант 1.
На участке 1-4 выбранный провод по условиям
короны не проходит, выбираем провод АС
70/11.
Вариант 2.
На участке 1-4 и В-3 выбранные провода
по условиям короны не проходит, выбираем
провод АС 70/11
6. Проверка выбранных
проводов по условию механической
прочности опор.
Для сооружения воздушной линии применяем
стальные опоры. По справочным данным
максимально допустимое сечение АС проводов
для напряжения 110 кВ – 240 мм2.
Вариант 1.
По условию механической прочности опор
все наши выбранные марки АС проводов
проходят.
Fрасч ≤ 240 мм2
Заполняем таблицу 6.1
Номер участка |
Марка провода |
Длительно допустимый ток, А |
А-1 |
АС120/19 |
380 |
В-4 |
АС120/19 |
380 |
А-2 |
АС240/32 |
605 |
В-3 |
АС150/24 |
425 |
1-4 |
АС70/11 |
265 |
2-3 |
АС70/11 |
265 |
Вариант 2.
По условию механической прочности опор
все наши выбранные марки АС проводов
п проходят.
Fрасч ≤ 240 мм2
Заполняем таблицу 6.2
Номер участка |
Марка провода |
Длительно допустимый ток, А |
А-1 |
АС120/19 |
380 |
В-4 |
АС120/19 |
380 |
А-2 |
АС240/32 |
605 |
В-3 |
АС70/11 |
265 |
1-4 |
АС70/11 |
265 |
7. Проверка выбранных
проводов по нагреву.
Выбранные сечения проводов
должны быть проверены по допустимому
длительному току (по нагреву) в послеаварийном
режиме работы электрической сети, под
которым подразумевается отключение любой
линии. Значения для проводов различных
сечений выбираем из табл. 6 [1].
Проверка выбранных сечений
по допустимому нагреву осуществляется
по формуле: где - наибольший ток в послеаварийном
режиме, А; - допустимый
ток по нагреву, А.