(4 оценок, среднее: 4,75 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Разработка схемы питания районной распределительной сети
Введение
В курсовом проекте осуществляется проектирование электронной сети района с 3-мя пт употребления электроэнергии, в каких будут сооружаться понижающие подстанции ПС1, ПС2. ПС3. Питание подстанций ПС1, ПС2, ПС3 осуществляется от шин 110 кВ узловой подстанции 220/110/10 кВ. Напряжение на шинах питающей подстанции в режиме наибольших нагрузок составляет Uип. Подстанции ПС1, ПС2, ПС3 питают потребителей I группы, время наибольшей перегрузки охарактеризовывает групповые графики нагрузок потребителей.
Главный задачей курсового проекта является: спроектировать электронную сеть для электроснабжения потребителей, запитанных от трёх подстанций (ПС1, ПС2, ПС3); высчитать рабочие режимы электронной сети; выполнить регулирование на стороне высочайшего напряжения трансформаторов в согласовании с критериями встречного регулирования .
Задание на курсовой проект
Начальные данные для расчёта курсового проекта приведены в таблице 1.
Таблица 1. Начальные данные для курсового проекта.
Перегрузки ПС
Расстояние от
ИП до ПС, км
Расстояние
меж ПС, км
Т макс, час
Uип,
кВ
ПС-1
ПС-2
ПС-3
Р,
МВт
Q,
МВАР
Р,
МВт
Q,
МВАР
Р,
МВт
Q,
МВАР
ИП-
ПС-1
ИП-
ПС-2
ИП-
ПС-3
ПС-1-
ПС-2
ПС-2-
ПС-3
ПС-1
ПС-2
ПС-3
10
6
15
9
21
13
20
25
20
20
21
3720
4530
5250
119,4
Схема варианта электроснабжения представлена на рисунке 1.
Набросок 1. Схема варианта электроснабжения электронной сети района.
1. Расчет электронной сети района с 3-мя пт употребления электроэнергии
1.1 Выбор силовых трансформаторов подстанции
Выбор числа и мощности силовых трансформаторов ПС1, ПС2, ПС3 определяется мощностью присоединенной перегрузки в режиме наибольших нагрузок и категорийностью потребителей. Если в составе перегрузки подстанции имеются пользователи I группы, то число устанавливаемых трансформаторов обязано быть не наименее 2-ух. Мощность трансформаторов выбирают таковой, чтоб при выходе из работы 1-го из их 2-ой воспринял основную нагрузку ПС с учётом допустимой перегрузки в послеаварийном режиме. Корректность выбора числа и мощности трансформаторов инспектируют по коэффициенту загрузки в обычном и послеаварийном режимах[1].
Определяем наивысшую мощность перегрузки Smax, ПС1:
(1)
где Р=10 МВт — активная перегрузка ПС1;
Q=6Мвар — реактивная перегрузка ПС1;
МВА.
Мощность 1-го трансформатораSтр, МВА, определяют по формуле
Sтр=0,7Smax (2)
Sтр=0,7*11,66=8,16 МВА.
Для установки на ПС1 избираем силовой трансформатор типа ТДН-10000/110, а потому что ПС1 питает потребителей I группы, то их количество принимается равным двум (n=2).
Проверим выбор трансформаторов загрузки в обычном и послеаварийном режимах.
Коэффициент загрузки трансформатора в обычном режиме, кз.н.р.,%, определяется по формуле
(3)
Коэффициент загрузки трансформатора в послеаварийном режиме, кз.п/ав..р,%, определяется по формуле
(4)
где Sн.тр.=25 МВА -мощность ПС1 в аварийном режиме;
Трансформаторы типа ТДН-10000/110 удовлетворяют требованиям расчётов и принимаются к установке.
Расчёт наибольшей мощности ПС2 и ПС3, выбор силовых трансформаторов и проверка корректности их выбора осуществляется аналогично выше приведенному расчёту для ПС1.
Результаты расчётов приведены в таблице 2.
Таблица 2 — Результаты выбора силовых трансформаторов на ПС1, ПС2, ПС3.
Подстанция
Наибольшая перегрузка ПС, МВА
количество тр-ов, шт
Расчётная мощность тр. ПС, МВА
Тип трансформатора
Коэфф. эагрузки, Кз,%
Н.р.
П/ав.р.
ПС1
11,66
2
8,16
ТДН-10000/110
58,3
116,6
ПС2
17,49
2
12,24
ТДН-16000/110
54,66
109,3
ПС3
27,4
2
17,29
ТРДН-25000/110
49,4
98,8
свойства силовых трансформаторов, установленных на подстанциях приведены в таблице 3.
Таблица 3 — свойства силовых трансформаторов [2].
Тип трансформатора
UВН,
кВ
UНН,
кВ
ДРКЗ,
кВт
ДРХХ,
кВт
UК,
%
IХХ,
%
Ступени регулирования
ТДН-10000/110
115
11
60
14
10,5
0,7
9±1,78%
ТДН-16000/110
115
11
85
19
10,5
0,7
9±1,78%
ТРДН-25000/110
115
10,5
120
27
10,5
0,7
9±1,78%
1.2 Выбор сечения проводов варианта электронной сети
трансформатор подстанция электронный сеть
В согласовании с заданием ПС1, ПС2 и ПС3 должны быть запитаны от шин 110 кВ узловой подстанции. В качестве варианта схемы электроснабжения, рассматривается схема, представленная на рисунке 1.
На воздушных линиях ВЛ1, ВЛ2, ВЛ3 предусматривается применение проводов марки АС. Выбор сечения проводов ВЛ осуществляется по экономической плотности тока.
Для двухцепной ВЛ определяем ток в каждой цепи в обычном режиме по уравнению:
(5)
где Smax=26,9 МВА — наибольшая мощность ПС1;
Uн=110 кВ — номинальное напряжение источника питания;
Исходя из времени использования наибольшей перегрузки (Тmax) ПС1 определяем экономическую плотность тока.
jэк=1,1 А/мм2
Экономическое сечение провода ВЛ1, Fэк2, мм2, определяется по формуле
(6)
где Iнб2=30,6 А — больший ток ВЛ1;
jэк=1,1 А/мм2 — финансовая плотность тока ПС1;
, мм2
Малый поперечник провода по условию утрат на корону для сети 110 кВ меньшие значения сечения провода АС-70, допустимый долгий ток которого равен 265 А (Iдоп=265А).
Аспектом корректности выбора провода является его загрузка в послеаварийном режиме, Iнб2 п/ав, которая определяется по формуле
Iнб2 п/ав=2*Iнб2 <Iдоп (7)
где Iнб2=70,6 А — больший ток ВЛ2;
Iдоп=265А — допустимый долгий ток провода АС-70;
Iнб2 п/ав=2 30,6=61,2 < 265, А
Выше проведённый технический расчёт определения сечения провода для ВЛ питающую ПС-1 подтверждает что марка провода АС 70/11 удовлетворяет технические требования.
Для ПС3 определяем ток исходя из того, что на ВЛ 2 ложится суммарная перегрузка, так как линия является проходной по уравнению:
(8)
площади сечения проводов выбираются по нормативной экономической плотности тока. Для замкнутой сети определим средневзвешенное
(9)
Для ПС-2Тнб =4530 ч, для ПС-3 Тнб =5250ч
Подставляем данные в выражение (9):
Для Тср=4650 принимаем JЛ2= 1,1А/мм2, сечение проводов участков сети определим по формуле (6):
Сечение провода по экономической плотности тока для участка 1-3:
— для участка ВЛ2 избираем АС — 95/16;
Iнб2 п/ав=2*107,1=214,2<330, А
Рассчитаем для участка 3-4.
Исходя из времени использования наибольшей перегрузки (Тmax) ПС2 определяем экономическую плотность тока, jэк=1,0 А/мм2 потому что Тmax=5250>5000.
Таблица 4 Результаты выбора марки проводов электронной сети.
ВЛ
Длина
ВЛ
Число
цепей
Iнб, А
jэк
Fэк
Марка провода
Iдоп,А
R0,*
Ом/км
X0,*
Ом/км
В010-6
Cм/км
R, Ом
X, Ом
Л1
20
2
30,6
1,1
27,8
АС-70
265
0,46
0,440
2,55
4,6
4,4
Л2
20
2
117,8
1,1
107,1
АС-95
330
0,34
0,429
2,61
3,4
4,3
Л3
21
2
45,9
1,0
45,9
АС-70
265
0,46
0,440
2,55
4,8
4,6
*-при Dср = 5 м.
1.3 Схема замещения варианта электронной сети
Для схемы электронной сети представленной на рисунке 1, составить схему замещения (набросок 2) и высчитать её характеристики.
Набросок 2. Схема замещения питающей сети подстанций
1.3.1 характеристики схем замещения воздушных линий
Определяем активное сопротивление ВЛ1, R, Ом, по формуле
(10)
где nц=2 — число веток ВЛ1;
r0=0,44 Ом/км — удельное активное сопротивление ВЛ1;
l=20 км — длина ВЛ1.
, Ом
Определяем индуктивное сопротивление ВЛ1, Х, Ом, по формуле
(11)
где nц=2 — число веток ВЛ1;
х0=0,44 Ом/км — удельное индуктивное сопротивление ВЛ1;
l=20 км — длина ВЛ1.
, Ом
Емкостная проводимость ВЛ1, В, См определяется по формуле
B=nц·b0·l (12)
где nц=2 — число веток ВЛ1;
b0=2,55мкСм/км — удельная емкостная проводимость полосы;
l=21 км — длина ВЛ1.
B=2·2,55·10-6·20=102·10-6 См
Зарядная емкостная мощность ВЛ1, Qс, МВар, определяется по формуле
Qс=Uн2·B (13)
где Uн2=110 кВ — номинальное напряжение источника питания;
B=102·10-6 См — емкостная проводимость полосы.
Qс=110·2102·10-6 = 1,234МВар
На рисунке 3 представлена схема замещения для ВЛ1.
Набросок 3. Схема замещения ВЛ1.
Расчёт характеристик схем замещения ВЛ2 и ВЛ3 делается аналогично выше приведённому расчёту для ВЛ1. Результаты расчётов приведены в таблице 5.
Таблица 5 — Результаты расчётов характеристик схем замещения воздушных линий
Заглавие ВЛ
l, км
R,Ом
Х, Ом
В, мкСм
Qc, МВар
ВЛ1
20
4,6
4,4
102
1,234
ВЛ2
20
3,4
4,3
96
1,162
ВЛ3
21
4,83
4,62
107,1
1,296
На рисунке 4 представлена схема замещения для ВЛ2.
Набросок 4. Схема замещения ВЛ2.
На рисунке 5 представлена схема замещения для ВЛ3.
Набросок 5. Схема замещения ВЛ3.
1.3.2 характеристики схем замещения трансформаторов
Характеристики схемы замещения двухобмоточного трансформатора определяются по формулам (для всякого трансформатора):
(14)
(15)
(16)
где ДРк ;Sном ; Uк ; ДРхх ;Uном — паспортные данные трансформатора.
ДQхх — намагничивающая мощность трансформатора, принимается равной:
(17)
Расчетные данные возьмем из [4]. Другие характеристики рассчитаем и занесем в таблицу 6.
Таблица 5. Расчетные данные для 1-го трансформатора.
Ном. ПС
Тип тр-ра
Xт, Ом
Rт, Ом
ДQхх, Мвар
ДSхх, МВА
ПС 1
ТДН-10000/110
139
7,95
0.070
0,071
ПС 2
ТДН-16000/110
86,7
4,38
0,112
0,114
ПС 3
ТРДН-25000/110
55,9
2,54
0,175
0,177
Потому что у нас работают по два параллельно работающих трансформатора, то рассчитаем по формулам (18), (19) и (20) и занесем в таблицу 7.
(18)
(19)
(20)
Для трансформаторов подстанций ПС 2 и ПС 3 расчёт проводится аналогично.
характеристики схем замещения трансформаторов подстанций представлены в таблице 7.
Таблица 6. характеристики схемы замещения трансформаторов подстанций.
Ном. ПС
Тип тр-ра
Xт(эк), Ом
Rт(эк), Ом
ДQхх, Мвар
ДSхх, МВА
ПС 1
ТДН-10000/110
69,5
3,96
0,070
0,14
ПС 2
ТДН-16000/110
43,35
2,2
0,112
0,23
ПС 3
ТРДН-25000/110
27,95
1,27
0,175
0,35
Составим схемы замещения трансформаторов.
Набросок 6. Схема замещения трансформатора №1
Набросок 7. Схема замещения трансформатора №2
Набросок 8. Схема замещения трансформатора №3
1.4 Расчётные перегрузки подстанции
Расчетная перегрузка ПС определяется перегрузкой на стороне низкого напряжения трансформатора, потерями мощности в сопротивлениях и проводимостях трансформатора, мощностями генерируемыми сначала и в конце полосы, примыкающих к подстанции.
Рассчитаем расчётные перегрузки схемы замещения расположенной на рисунке 4, расчёт проводим согласно уравнению:
(21)
где: — расчётная мощность n-го узла, МВА;
— данная мощность n-го узла, МВА;
— утраты мощности в трансформаторе, примыкающего к n-узлу, куда входят — утраты холостого хода трансформатора примыкающего к n-узлу, МВА;
— суммарная зарядная мощность линий, примыкающих кn-узлу, МВар.
Определим утраты мощности трансформатора в ПС1.
(22)
где ДPT — утрата активной мощности в сопротивлениях двухобмоточного трансформатора, ДQT — утрата реактивной мощности в трансформаторе.
(23)
(24)
Рассчитаем:
Для того чтоб отыскать зарядную мощность сначала и в конце полосы, необходимо отыскать напряжение в конце полосы. Найдем по формуле:
(25)
где и — сумма активной и реактивной перегрузки с потерями в трансформаторе и , соответственно. и реактивное и активное сопротивление полосы №1.
Найдем зарядную мощность сначала и в конце полосы:
(26)
Рассчитаем:
Найдем расчетную мощность ПС1 согласно уравнению (21)
Расчётные перегрузки других подстанций определяются аналогично, результаты определения расчётных нагрузок схемы электронной сети представлены в таблице 8.
Таблица 7 характеристики расчета нагрузок подстанций
ПС
Перегрузка ПС, Sн, МВА
Утраты мощности
Генерируемая ВЛ мощность
Расчетная перегрузка ПС, Sр, МВА
ДРT
ДQT
ДST
ДSxx
јQ12(н)
јQ12(к)
ПС1
10+ј6
0,069
0,854
3,03
0,857
0,727
0,722
10,07+ј5,4
ПС2
15+ј9
0,089
1,228
2,36
1,23
0,684
0,654
15,09+ј8,9
ПС3
21+ј13
0,105
1,927
2,33
1,93
0,729
0,703
21,11+ј13,5
1.5 Расчёт рабочих режимов электронной сети
Расчётные перегрузки разрешают поменять начальную схему замещения (рис. 2) на расчётную (рис. 9).
Набросок 9. Схема замещения.
Подмена начальной схемы на расчётную, содержащую лишь продольные ветки, не только лишь значительно её упрощает, да и дозволяет фактически воплотить инженерные методики расчёта и анализа режимов замкнутых электронных сетей.
Задачей данного раздела курсового проекта является расчёт рабочих режимов, а конкретно, определение потоков мощности по линиям электронной сети и напряжений на шинах подстанций с учётом утрат мощности и утрат напряжения в элементах сети.
нужно выполнить расчёт обычного, также послеаварийного режимов. В качестве послеаварийного режима рассматривается режим, соответственный отключению одной из линий сети[1].
1.5.1 Расчёт рабочих режимов электронной сети в обычном режиме
Для разомкнутой сети, схема которой представлена на рисунке 6, проведём расчёт обычного и послеаварийного режимов работы.
Зарядная мощность в конце ВЛ1:
Мощность в конце продольной части ВЛ1:
Мощность сначала полосы определяется по формуле:
(26)
где: — мощность в конце полосы, МВА;
— утраты мощность в полосы, МВА определяются по формуле 27:
(27)
где: — мощность в конце полосы, МВА;
U1 — номинальное напряжение в конце полосы, кВ;
— сопротивление участка1-2, Ом.
Напряжение в узле 2 определяется по формуле(25):
Потребляемая мощность с шин подстанции определяется из выражения:
(30)
Применяя формулы (26 — 30) рассчитываем режимы.
Режим наибольших нагрузок:
Потребляемая мощность с шин подстанции
Послеаварийный режим.
Потребляемая мощность с шин подстанции
Расчёты других подстанций определяются аналогично, результаты определения расчётных нагрузок схемы электронной сети представлены в таблице 8.
Таблица 8 Перегрузки электронных сетей
Участок расчётной полосы
; МВА
; МВА
; МВА
; МВА
Режим наибольших нагрузок
Л1
10,07 +j6,1
0,045 +j0,043
10,16+j6,14
10,16+j5,41
Л2
36,2+ j23,8
0,3+ j0,31
37,3+j24,1
37,3+j22,3
Л3
21,1+ j14,2
0,22+j0,21
21,3+j14,4
21,3+j13,7
Послеаварийный режим
Л1
10,07 +j6,1
0,091+j0,087
10,16 +j6,2
10,16 +j5,5
Л2
36,2+ j23,8
0,59+ j0,61
37,37+j24,17
37,8+j22,77
Л3
21,1+ j14,2
0,44+j0,4,2
21.54+j14,62
21,55+j13,93
Результаты расчёта потокораспределения на участках электронных сетей.
Таблица 9 Результаты расчёта напряжения в узлах электронной сети
Род сети; № узла
U, кВ
Режим наибольших нагрузок
ВЛ; №1
119
ВЛ; №2
116,7
ВЛ; №3
114,6
Послеаварийный режим
ВЛ; №1
118,6
ВЛ; №2
113,7
ВЛ; №3
112,6
1.6 Регулирование напряжения сети
1.6.1 Регулирование напряжения сети в обычном режиме
Суть регулирования напряжения при помощи трансформаторов состоит в том что, по мере необходимости конфигурации напряжения на вторичной стороне трансформатора изменяют его коэффициент трансформации. С данной для нас целью на всех трансформаторах делают особые ответвления, каждое из которых соответствует определённому числу витков обмотки, и как следует определённому коэффициенту трансформации. Переводя переключатель ответвлений из 1-го положения в другое, можно изменять номинальное напряжение обмотки ВН, что безизбежно приведёт к регулированию напряжения на шинах НН. Разумеется, что при увеличении номинального напряжения обмотки ВН, напряжение обмотки НН будет понижаться, а при уменьшении коэффициента трансформации — возрастает.
Для расчёта РПН воспользуемся последующими уравнениями:
Напряжение на шинах НН приведённое к ВН определяем из выражения:
(31)
где — напряжение на шинах НН, приведённая к ВН, кВ;
— напряжение ВН, кВ;
— утраты напряжения в трансформаторе, кВ определяется по формуле:
(32)
где и — значения потоков мощности на входе в трансформатор, МВт и МВар;
— активное сопротивление трансформатора, Ом;
— индуктивное сопротивление трансформатора, Ом.
Напряжение ответвления регулируемой части обмотки трансформатора обеспечиваемое хотимое напряжение на шинах НН. Определяем из выражения:
(33)
где — хотимое напряжение на шинах НН, кВ.
номер хотимого ответвления определяется по формуле:
(34)
где — хотимое напряжение на высочайшей стороне, кВ;
— ступень регулирования напряжения
приобретенная величина округляется до наиблежайшего числа.
Действительное значения напряжения на шинах подстанции определяется из выражения:
(35)
Отклонение напряжений реальных от хотимых определяем по формуле:
(36)
Для подстанций ПС 1; ПС 2; ПС 3; за счёт использования РПН требуется обеспечить на шинах низшего напряжения режим стабилизации напряжения, т.е. постоянное напряжение во всех режимах (больших нагрузок и послеаварийный) сети.
Для параллельно работающих трансформаторов ПС 1 (рис. 10)
Режим больших нагрузок:
Определяем напряжение на шинах НН приведённое к ВН по выражению (31)
=U2-ДUТ
где U2=117кВ — напряжение на шинах ПС1;
=119-3,5=115,5 кВ
Утраты в трансформаторе определяем по формуле (32)
Определяем напряжение ответвления регулируемой части обмотки трансформатора обеспечиваемое хотимое напряжение на шинах НН. из выражения (33)
Номер хотимого ответвления определяется по формуле (34)
принимаем = 0, тогда с учётом округления действительное значения напряжения на шинах подстанции определяется из выражения (35)
Отклонение напряжений реальных от хотимых определяем по формуле (36)
Проведённые расчёты разрешают создать последующие выводы: так как расчётное напряжение ответвления округлялось до наиблежайшего обычного (большего либо наименьшего), то при достаточности имеющегося на трансформаторе спектра регулирования и правильном выборе ответвлений отклонение реального напряжения на шинах низкого напряжения от хотимого недолжно превосходить половины ступени регулирования, т.е.
.
Данное условие производится для обычного режима.
1.6.2 Послеаварийный режим
Утраты в трансформаторе определяем по формуле (32)
Определяем напряжение на шинах НН приведённое к ВН по выражению (31)
=118,6-7=111,6 кВ
Определяем напряжение ответвления регулируемой части обмотки трансформатора обеспечиваемое хотимое напряжение на шинах НН. из выражения (33)
Номер хотимого ответвления определяется по формуле (34)
принимаем = -2, тогда с учётом округления действительное значения напряжения на шинах подстанции определяется из выражения (35)
Отклонение напряжений реальных от хотимых определяем по формуле (36)
как отмечалось ранее, отклонение напряжений реальных от хотимых не превосходит данного значения
Расчёт для ПС 2 и ПС 3 делается аналогично, результаты выбора ответвлений трансформаторов представлены в таблице 6.
Таблица 10 Результаты выбора ответвлений
№ ПС
Режим
;кВ
;
кВ
;
кВ
кВ
;%
ПС 1
Больших нагрузок
115,5
115,5
10,5
0,24
0
10,55
0,48
Послеаварийный
111,6
111,6
10,5
-1,66
-2
10,5
0,57
ПС 2
Больших нагрузок
113,1
113,1
10,5
-0,93
-1
10,52
0,19
Послеаварийный
109,3
109,3
10,5
-2,78
-3
10,54
0,38
ПС 3
Больших нагрузок
111,1
111,1
10,5
-1,9
-2
10,52
0,19
Послеаварийный
107,3
107,3
10,5
-3,76
-4
10,55
0,48
1.7 Выбор схем электронных соединений подстанций
Схема электронных соединений подстанции обязана обеспечивать надёжное электроснабжение присоединённых потребителей и надёжный транзит мощности через подстанцию в обычном, ремонтном и послеаварийном режимах.
Основная схема электронных соединений подстанции — это совокупа основного оборудования: трансформатор, воздушная линия, сборные шины, коммутационные аппараты.
Заключение
В данной курсовой работе, для данного варианта схемы электроснабжения района, были произведены расчёт и выбор: силовых трансформаторов на подстанциях с учётом их загрузки в обычном и послеаварийном режимах; сечения воздушных линий по экономической плотности тока, их загрузка в обычном и послеаварийном режимах. Был произведен расчёт утрат мощности трансформаторов, составлена и рассчитана схема замещения варианта электронной сети. Также выполнили расчёт рабочих режимов электронной сети и регулирование напряжения в сети в обычном и послеаварийном режимах, выбрана схема электронных соединений подстанций.
Перечень использованной литературы
1. Крутько Е. Г. Методические указания к курсовому проекту, Выбор хорошей конфигурации питающей сети с анализом рабочих режимов” по дисциплине ,,Электроэнергетические системы и сети” (для студентов специальности 140205) / Е. Г. Крутько, Липецк: ЛФ МИКТ, 2006. — 19с.
2. Справочник по проектированию электронных сетей / Под редакцией Д. Л. Файбисовича. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. — 320 с.
3. Правила устройства электроустановок — Шестое издание, переработанное и дополненное, с переменами; Санкт-Петербург: Изд-во БиС, 2001. — 720с.
4. Герасименко А.А. Федин В.Т. Передача и распределение электронной энергии / Герасименко А.А. Федин В.Т. — Изд. 2-е Ростов на дону н/Д: Феникс, 2008. — 715 с.- (высшее образование)
]]>