Расчет радиальной сети

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

Институт дистанционного образования

Специальность 080502 «Экономика и управление

на предприятии (в электроэнергетике)»

 

 

 

Контрольная работа

 

Расчёт простой радиальной сети

 

по учебной дисциплине «Электроэнергетика»

 

 

 

Выполнила:

__________________

« ___ » ____________2013г.

 

 

Проверил преподаватель

 

______________

« ___ » ____________2013г.

 

 

 

г. Томск

2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

1 Исходные данные для расчета

 

В данном контрольном задании предлагается выполнить электрический расчет радиальной электрической сети, схема которой приведена ниже на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема электрической сети

 

Для расчёта даны следующие данные:

1. Номинальное напряжение электроприемников кВ.

2. По надежности электроснабжения потребители отнесены к 1-й и 2-й категориям.

3. Напряжение источника питания :

– в максимальном и послеаварийном режиме…….37.5 кВ;

– в минимальном режиме………………………..….36.5 кВ.

4. Активная мощность потребителя :

– в максимальном и послеаварийном режиме, …….8 МВт;

– в минимальном режиме, ………………………..….5 МВт.

5. Коэффициент мощности нагрузки .

6. Число часов использования наибольшей нагрузки час.

7. Длина линии электропередач (ЛЭП) км.

Пользуясь исходными данными, выполнить электрический расчет заданной на рисунке 1.1 схемы в соответствии с приведенным ниже заданием:

1. Расчет электрических параметров сети.

1.1 Выбор числа цепей и сечения проводов ЛЭП.

1.2 Выполнение необходимых проверок выбранного провода.

1.3 Выбор количества и мощности трансформаторов на подстанции (ПС).

1.4 Составление схемы замещения электропередачи и определение ее параметров.

2.Расчет электрических режимов.

2.1 Расчет потоков мощности по участкам схемы.

2.2 Расчет напряжения в узлах схемы сети.

2.3. Выполнение регулирования напряжения на шинах подключения потребителя.

2.4. Расчет годовых потерь электроэнергии.

3. Выводы.

Примечание: Расчет режимов в объеме, указанном в пп. 2.1-2.3, следует выполнить для максимального режима.

 

 

2 Расчёт электрических параметров сети

 

2.1 Выбор числа цепей  и сечения проводов линий

 

Число цепей ЛЭП выбирается в зависимости от величины нагрузки и категории потребителей по степени бесперебойности электроснабжения. Для потребителей первой категории выбираются две цепи ЛЭП ( ). При выборе сечений проводов основным является экономический критерий. В практических расчетах этот критерий заложен, например, в понятие экономической плотности тока , А/мм2. В этом случае расчетная величина сечения провода , мм-3 определяется по следующей формуле:

,      (2.1)

где – ток максимального режима в одной цепи линии электропередач.

Ток максимального режима в одной цепи линии можно вычислить следующим образом:

,     (2.2)

где – активная мощность потребителя в режиме максимальных нагрузок;

 – коэффициент мощности потребителя;

 – номинальное напряжение линии электропередач;

 – число цепей линии электропередач.

Здесь номинальное напряжение сети равно 35 кВ. Полученное в расчете сечение округляется до ближайшего стандартного, имеющегося в справочниках. Рекомендуется выбирать сталеалюминевые провода (АС).

Проведём расчёт, определим ток максимального режима в одной цепи линии электропередач по формуле (2.2):

 А.

По значению числа часов использования наибольшей нагрузки час, выбираем нормативную экономическую плотность тока для алюминиевых проводников А/мм2.

Определим расчетную величину сечения провода по формуле (2.1):

 мм2.

Для высоковольтной линии (ВЛ) выбираем из стандартного ряда сталеалюминиевый провод АС 150/24 со следующими расчётными характеристиками:

 Ом/км – удельное погонное активное сопротивление провода,

 Ом/км – удельное погонное реактивное сопротивление провода.

Сечения проводов, выбранных по экономическому критерию, проверяются на соответствие ряду технических условий. При номинальном напряжении 35 кВ сечения проверяются:

– по «короне»;

– по механической прочности проводов и опор ЛЭП;

– по допустимой токовой нагрузке (по нагреву);

– по допустимым потерям напряжения.

Проверке «по короне» подлежат воздушные линии 110 кВ и выше, проходящие выше 1500 м над уровнем моря. При более низких отметках проверка не производится, т.к. при использовании метода экономической плотности тока при выборе сечения следует принимать его неменьшим допустимого по условию «короны». Экономические интервалы нагрузки подсчитаны для сечений, допустимых по условию «короны». Так как напряжение в нашей линии (35 кВ) не превышает 110 кВ, то проверка «по короне» не производится.

Воздушные ЛЭП напряжением 35 кВ со сталеалюминевыми проводами должны иметь сечение не менее 35 и не более 150 мм2. Тем самым гарантируется механическая прочность проводов и опор. В нашем случае полученное значение величины сечения провода укладывается в  условия:

 мм2 > мм2 > мм2,

что удовлетворяет требованию по механической прочности.

При проверке «по нагреву» рассматриваются режимы, когда по проверяемой линии протекают наибольшие токи. В этом случае сечение проводов двухцепной линии проверяется при отключении одной из цепей ( ) в период максимальной нагрузки. При этом значение тока в послеаварийном режиме не должно превышать значение длительно допустимого тока для выбранного сечения провода. Рассчитаем максимальный ток для проверки проводов по нагреву по формуле:

 А.

Для провода АС 150/24 значение длительно допустимого тока А, тогда  условие А  А выполняется, что говорит о том, что данный провод прошёл проверку «по нагреву».

Проверке по потерям напряжения воздушные линии 35 кВ и выше не подлежат, так как повышение уровня напряжения путем увеличения сечения проводов по сравнению с применением на понижающих подстанциях трансформаторов с РПН, экономически не оправдано.

 

 

2.2 Выбор количества и мощности трансформаторов на понижающих подстанциях

 

Для сети с преобладанием потребителей первой и второй категории на подстанциях предусматривается установка не менее двух трансформаторов ( ). При выборе мощности трансформатора необходимо учесть, что в послеаварийных режимах допускается на ограниченное время перегрузка одного трансформатора сверх номинальной мощности дополнительно до 40 %. Тогда при установке на подстанции нескольких трансформаторов, расчетная мощность каждого из них определяется по формуле:

 МВА,         (2.3)

где – модуль полной мощности нагрузки в максимальном режиме;

 – коэффициент допустимой перегрузки одного трансформатора.

По расчетной мощности трансформатора в справочнике выбираем больший по номинальной мощности понижающий трансформатор ТМН – 10000/35 со следующими параметрами:

 

 

2.3 Схема замещения электрической сети и определение ее параметров

 

Параметры схемы замещения сети (сопротивления и проводимости) рассчитываются для каждого элемента электрической сети. В сетях 35 кВ зарядная мощность ЛЭП оказывается несоизмеримо меньше реактивной мощности нагрузки , поэтому для упрощения расчетов в схему замещения (рисунок 2.1) в данном контрольном задании ее можно не вводить.

Рис. 2.1 – Схема замещения электрической сети

 

На схеме замещения электрической цепи, приведенной на рисунке 2.1, обозначены параметры, расчет которых приведен ниже:

Сопротивление ЛЭП:

 Ом,   (2.4)

где и – погонные активное и реактивное сопротивления проводов ЛЭП;

 – число цепей ЛЭП;

 – длина ЛЭП.

Сопротивление трансформаторов:

.      (2.5)

Расчет параметров трансформатора производится по каталожным данным трансформатора. При этом значения сопротивлений приводятся к высшему напряжению.

Активное сопротивление трансформатора:

 Ом,

где кВт – потери активной мощности трансформатора;

 кВ и МВА – номинальные значения напряжения обмотки высшего напряжения и мощности трансформатора.

Индуктивное сопротивление трансформатора:

 Ом,

где % – напряжение короткого замыкания трансформатора.

Определим сопротивление трансформаторов по формуле (2.5):

 Ом.

 

 

2.4 Электрический расчет режимов

 

Для электрической сети рассчитываются максимальный режим нагрузки:

Рассчитать режим работы электрической сети - значит, найти все потоки мощности по всем участкам сети с учетом потерь мощности в них и рассчитать напряжения во всех узлах, учитывая потери напряжения в элементах сети. В качестве примера ниже приводится методика расчета максимального режима. Другие режимы рассчитываются аналогично, используя значения параметров, соответствующих рассчитываемому режиму.

 

 

2.4.1 Расчет потоков мощности по всем участкам сети

 

Приступая к расчету режима, следует на схеме замещения обозначить все потоки мощности по участкам сети и напряжения во всех узлах сети. Как показано на рисунке 2.1, где обозначены:

, , – комплексные значения потоков мощности по участкам сети;

, , , – модули напряжений в узлах сети.

Расчет потоков мощности по элементам сети проводится от «конца» схемы (где подключена нагрузка) к ее началу (где подключен источник питания).

При расчете потерь мощности в элементах сети используются мощность и напряжение одного и того же узла.

Потери мощности в сопротивлении трансформатора в максимальном режиме можно вычислить по формуле:

,     (2.6)

где – напряжение на шинах низшего напряжения трансформатора, приведенное к высшей ступени трансформации.

Аналогично для ЛЭП:

.     (2.7)

 

 

Поскольку на первом этапе расчетов напряжения в узлах не известны, то в первом приближении вместо них можно принять кВ, тогда формулы (2.6) и (2.7) для расчёта потерь мощности примут вид:

 кВА;

 кВА.

Определим полную мощность нагрузки:

 МВА,

где МВар – реактивная мощность нагрузки.

Определим полную мощность потерь холостого хода трансформатора:

 кВА,

где кВт – активные потери холостого хода трансформатора;

 кВар – реактивные потери холостого хода трансформатора.

Расчет потоков мощности по участкам сети производится в следующей последовательности:

 МВА;

 МВА;

 МВА.

 

 

2.4.2 Расчет напряжений на шинах потребителей электроэнергии

 

Расчет напряжений проводится в направлении от источника питания, где напряжение задано, и к данному моменту рассчитана мощность начала линии. При расчете потерь напряжения также используются значения мощности и напряжения одного и того же узла схемы. Так, потери напряжения на сопротивлении ЛЭП определяются как:

 кВ    (2.8)

напряжение в узле 1:

 кВ.      (2.9)

Аналогично:

 кВ   (2.10)

напряжение в узле 2:

 кВ.     (2.11)

Оценить величину напряжения, получаемого электроприемником, можно воспользовавшись номинальным коэффициентом трансформации :

 кВ,

где и – номинальные напряжения для обмоток низшего и высшего напряжений трансформатора, которые принимаются по каталожным данным.

 

 

2.5 Выводы по работе

 

В результате работы был проведён расчёт простой радиальной сети. Был рассчитан и выбран сталеалюминиевый провод АС 150/24 для высоковольтной линии, затем были проведены проверки провода, которые показали возможность применения этого провода при реализации нашей ЛЭП.