Расчет питающей электрической сети

 

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Системы электроснабжения»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Электроэнергетические системы и сети»

на тему: «Расчет питающей электрической сети»

.62.636

Выполнил: Бушуев А.А.

Проверил: Демина Л.С.

Хабаровск

Оглавление

Введение

. Выбор расчетных режимов и определение мощности потребителей подстанции

.1 Определение мощности потребителей на шинах электростанции

.2 Определение нагрузок потребителей понизительных подстанций

.3 Определение мощностей потребителей на шинах тяговых подстанций

.3.1 Расчет тяговой подстанции a

.3.2 Расчет тяговой подстанции b

. Выбор количества и типов трансформаторов подстанций

.1 Определение мощности трансформаторов подстанций.

.2 Выбор трансформаторов подстанций.

. Определение приведенных нагрузок подстанции

.1 Определение параметров схемы замещения трансформатора

.2 Определение приведенных нагрузок подстанции

. Нахождение предварительного распределения мощностей в сети

. Определение сечений и выбор типа проводников линии электропередачи

.1 Определение сечения проводников по экономической плотности тока

.2 Определение параметров схемы замещения линии электропередачи

. Определение расчетных нагрузок подстанций

. Уточнение распределения мощностей в сети для расчетных режимов с учетом потерь мощности

.1 Расчет мощности с учетом сопротивления в линии

.2Распределение мощности с учетом потерь активной и реактивной мощностей

.Определение напряжения на шинах понижающей подстанции

.Выбор рабочих ответвлений трансформаторов подстанций.

.1Определение уровня напряжения на шинах СН и НН трансформатора

.2Определение реального значения уровня напряжения на шинах потребителей

.3Выбор рабочих ответвлений понижающего трансформатора

.3.1Выбор рабочих ответвлений для потребителей на шинах НН

.3.2Выбор рабочих ответвлений для потребителей на шинах СНписок литературы

Введение

В данном курсовом проекте рассчитана заданная питающая линия, питающая потребителей, как тяговых, так и не тяговых, заданных своими максимальными активными мощностями. Для линии рассчитаны следующие параметры:

1. количество и тип трансформаторов подстанции;
2. сечение проводников ЛЭП;
3. определение потокораспределения мощностей;
4. напряжения на шинах потребителей;
5. себестоимость передаваемой электрической энергии.

1. Выбор расчетных режимов и определение мощности потребителей подстанции

электростанция трансформатор сеть мощность

1.1 Определение мощности потребителей на шинах электростанции

.2 Определение нагрузок потребителей понизительных подстанций

.3 Определение мощностей потребителей на шинах тяговых подстанций

.3.1 Расчет тяговой подстанции b

.3.2 Расчет тяговой подстанции a

Таблица 1. Мощности нагрузок на шинах подстанций в расчетных режимах.

Обозначение подстанцииОбмоткаПолная мощность на шинах подстанции, МВАв нормальном установившемся режиме максимальных нагрузокв нормальном установившемся режиме минимальных нагрузокв установившемся послеаварийном режимеBННСНВНCННСНВНaННСНВНbННСНВН

2. Выбор количества и типов трансформаторов подстанций

.1 Определение мощности трансформаторов подстанций

.2 Выбор трансформаторов подстанций

Табл. 2. Данные трансформаторов подстанции.

ПараметрПодстанцияBCabТип трансформатораАТДЦТН-63000/220/110ТДТН-63000/220/110ТДТН- 63000/220/110ТДТНЖ-40000/220/110Номинальная мощность, МВА63634040Количество, шт. (с учетом резерва)1111Коэффициент загрузки (НБ)0,820,710,710,76Коэффициент загрузки (ПАВ)0,470,710,710,76Номинальные напряжения обмотки, кВ:ВН230230230230СН12138,538,538,5НН116,66,611Напряжение КЗ между, %:ВН-СН1112,512,512,5ВН-НН35242422СН-НН2210,510,59,5Мощность потерь КЗ, кВТ150320320200Мощность потерь ХХ, кВТ45919154Ток холостого хода, %0,5110,55Пределы РПН на СН±6×12%±8×1,5%±8×1,5%±8×1,5%3. Определение приведенных нагрузок подстанции

.1 Определение параметров схемы замещения трансформатора

Для определения параметров трансформатора составляется Г-образная схема замещения трансформатора.

Рис. 2. Г-образная схема замещения трехобмоточного трансформатора.

Пример расчета: электростанция В:

Активная проводимость ветви намагничивания:

Реактивная проводимость ветви намагничивания:

Активное сопротивления в схеме замещения:

Напряжения КЗ обмоток:

Реактивные сопротивления для обмоток ВН, СН и НН в схеме замещения:

Табл. 3. Параметры схемы замещения трансформаторов.

П/cBC0,4921,131,927,525,21a0,5733,283,0369,587,523,31b0,7633,283,0369,581,824,55

3.2 Определение приведенных нагрузок подстанции

Для определения приведенных нагрузок подстанции необходимо составить расчетную схему, на которой нужно указать все искомые параметры.

Рис. 3. Расчетная схема для определения приведенной нагрузки подстанции.

Пример расчета: электростанция в режиме максимальных нагрузок:

Потери активной и реактивной мощности в ветви СН определяются по следующим формулам:

Потери активной и реактивной мощности в ветви НН:

Активная и реактивная мощности в начале звеньев СН и НН:

Активная и реактивная мощности в конце обмотки ВН:

Потери активной и реактивной мощностей в обмотке ВН:

Активная и реактивная мощности в начале ветви ВН:

Постоянные потери мощности в трансформаторе (потери мощности в поперечной ветви трансформатора):

Приведенная нагрузка подстанции:

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Табл.4. Приведенные нагрузки подстанций.

РежимП/с, МВА, МВА, МВА, МВА, МВА, МВАМакс. нагрузокBCabМин. нагрузокBCabПАВBCab

4. Нахождение предварительного распределения мощностей в сети

Для начала необходимо преобразовать исходную кольцевую схему питания в схему с двусторонним питанием.

Рис.4. Исходная схема.

Рис.5. Схема с двусторонним питанием.

Табл.5. Длина линии ЭП для участка сети.

Обозначение участка ЛЭПAaAcabBbBcСумма LДлина, км4052495860259

В качестве примера рассчитаем распределение мощностей для режима максимальных нагрузок.

Мощности, протекающие по головным участкам:

Распределение мощностей по остальным участкам:

Проверка баланса мощностей:

Баланс мощностей сходится, значит, расчет распределения мощностей в сети для режима максимальных нагрузок выполнен верно.

Расчет для нормального установившегося режима минимальных нагрузок производится аналогично.

Для расчета установившегося послеаварийного режима отключается головной участок Bb, т.к. по нему протекает большая мощность. Расчет предварительного распределения мощностей для установившегося послеаварийного режима при обрыве линии электропередачи на наиболее загруженном участке производится аналогично.

Расчеты распределения мощностей для оставшихся режимов, проверив по балансу мощностей, сводим в таблицу 6.

Табл.6. Мощности участков линии.

Участок ЛЭППолная мощность в расчетном режиме, МВАНормальный установившийся режим максимальных нагрузокНормальный установившийся режим минимальных нагрузокУстановившийся послеаварийный режимBc4,89+j1,70-46,71-j36,9058,43+j45,20Bb13,08+j14,05-32,79-j24,930Bc+ Bb17,95+j15,75-79,50-j61,8358,43+j45,20?Sпривj17,95+j15,75-79,50-j61,8358,43+j45,20cA-33,33-j26,36-58,22-j44,8420,21+j17,14ba-12,12-j9,26-40,36-j31,1425,20+j23,31Aa-31,91-j24,02-48,77-j24,9353,19+j54,80

5. Определение сечений и выбор типа проводников линии электропередачи

При проектировании воздушных линий электропередачи напряжением до 500 кВ включительно выбор сечения проводов производится по нормированным обобщенным показателям. В качестве таких показателей используются нормированные значения экономической плотности тока.

.1 Определение сечения проводников по экономической плотности тока

Расчетная токовая нагрузка для участка сети:

Средневзвешенная продолжительность использования максимальной нагрузки в расчете определяется по схемам условного одностороннего питания с учетом количества подстанций, входящих в эту систему:

Экономическая плотность тока jэк выбираем для голых алюминиевых проводов и шин по табл. 7 [1]. jэк=1,1.

Необходимое значение сечения провода:

По расчетным значениям сечений из справочной литературы производится выбор проводов марки АС для каждого участка сети.

Все провода должны удовлетворять механической прочности.

По условиям короны проверке подлежат воздушные линии электропередачи класса напряжения 110 кВ и выше. Условие для выбора определяется следующим неравенством:

Допустимая длительная токовая нагрузка должна соответствовать условию:

Табл. 7. Выбор проводов.

Участок сетиРасчетная токовая нагрузка, АTср, чjэк, А/мм2 [1]Расчетное сечение проводов, мм2Тип проводаFmin.короны, мм2 [1]Iдоп, АBc193,8744191,1176,25АС-240240610Bb50,3745,79АС-240240610cA90,0963,23АС-240240610ba200,4281,90АС-240240610Aa182,20182,20АС-240240610

5.2 Определение параметров схемы замещения линии электропередачи

Для определения параметров линии электропередачи составляется П-образная схема замещения:

Рис.6. П-образная схема замещения линии электропередачи.

В зависимости от класса напряжения среднегеометрическое расстояние можно принять по табл. 12 [1]:

Для выбранного типа проводника линии с учетом среднегеометрического расстояния, определяются параметры схемы замещения ЛЭП по формулам:

Все расчеты занесены в табл. 8.

Табл.8. Параметры схемы замещения ЛЭП.

ПараметрРасчетный участок сетиBcBbcAbaAaМарка проводаАС-240АС-240АС-240АС-240АС-240Длина участка сети, км6058524940r0, Ом/км [2]0,118x0, Ом/км [2]0,435b0?10-6, См/км [2]2,604Rл, Ом7,086,846,145,784,72Xл, Ом26,1025,2322,6221,3217,40Zл, Ом27,0426,1423,4422,0918,03Bл?10-6, См156,2151,0135,4127,5104,2

6. Определение расчетных нагрузок подстанций

Под расчетной нагрузкой подстанции подразумевается нагрузка подстанции на шинах ВН с учетом зарядных мощностей примыкающих линий.

,

где - зарядная мощность i-го участка ЛЭП, примыкающего к подстанции.

Пример расчета для подстанции «С»:

Рис. 7. Расчетная однолинейная схема подстанции «С».

Половина зарядной мощности участка Bc:

Половина зарядной мощности участка cA:

Расчетная нагрузка подстанции:

Расчеты для остальных нагрузок аналогичны. Результаты сводим в табл.9.

Табл. 9. Расчетные нагрузки подстанций для рассматриваемых режимов.

ПодстанцияРежим наибольших нагрузкокПАВ режимРежим наименьших нагрузокBCabСумма

7. Уточнение распределения мощностей в сети для расчетных режимов с учетом потерь мощности

.1 Расчет мощности с учетом сопротивления в линии

Уточнение распределения мощности предполагает перерасчет в схеме двухстороннего питания, только вместо приведенной мощности используется расчетная мощность. Также необходимо учесть сопротивление в линии.

Рис. 8. Схема распределения мощности

Значение полной мощности на головных участках с учетом сопротивлений в линиях:

Общее сопротивление линии:

Мощности головных участков для режима максимальных нагрузок:

Распределение мощностей по остальным участкам:

Расчеты для остальных режимов аналогичны, результаты заносим в табл. 10.

Табл.10. Мощности на участках с учетом сопротивления в линии.

Участок ЛЭППолная мощность в расчетном режиме, МВАНормальный установившийся режим максимальных нагрузокНормальный установившийся режим минимальных нагрузокУстановившийся послеаварийный режимBcBb0cAbaAa

7.2Распределение мощности с учетом потерь активной и реактивной мощностей

Потери мощности рассчитываются аналогично определению потерь мощности в трансформаторе. Необходимо учесть направления протекания активной и реактивной мощностей.

Распределение мощностей в сети рассчитывается с учетом потерь активной и реактивной мощностей на участках ЛЭП. Для расчета расчетную схему режима разделяем на две части в точке раздела мощностей.

Пример расчета для режима максимальных нагрузок. Принимаем направление мощностей как показано на рисунке.

Рис. 8. Распределение мощностей с учетом потерь для режима максимальных и минимальных нагрузок.

Рис. 9. Распределение мощностей с учетом потерь в послеаварийном режиме.

Т.к активная и реактивная составляющая мощности не совпадают, то определим потери мощности на участке B``a по следующей формуле:

Другие расчеты производятся аналогично. Все расчеты заносим в таблицу.

Участок ЛЭППолная мощность на участках в расчетных режимах, МВАВ начале SнПотери ?SВ конце SкРежим максимальных нагрузокB'ссBBaabbB''Режим минимальных нагрузокB'ссBBaabbB''Послеаварийный режимB'ссBBaabbB''

8.Определение напряжения на шинах понижающей подстанции

Отклонение напряжения на шинах источника питания определяется по формуле.

Для режима наибольших нагрузок:

Для режима наименьших нагрузок:

Для примера рассчитаем напряжение на подстанции с.

Падение напряжения на участке Bс.

Напряжение на шинах ВН подстанции с равно

кВ

Остальные расчеты приведены в таблице.

Табл. 12. Напряжение на шинах ВН подстанции в расчетных режимах.

ПодстанцияНапряжение на шинах ВН подстанции, кВНаибольших нагрузокНаименьших нагрузокПАВB'220cBabB''

.Выбор рабочих ответвлений трансформаторов подстанций

Для определения напряжений на шинах потребителей составим Г-образную схему замещения трансформатора.

Рис. 10. Г-образная схема замещения трансформатора.

Расчет ведется на основании схемы замещения. Определение падений напряжений в звеньях ведется по формулам, где вместо мощности линии берется мощность, протекающая по звену трансформатора.

9.1Определение уровня напряжения на шинах СН и НН трансформатора

Приведем пример расчета для подстанции с.

Падение напряжения в звеньях ВН

кВ

Падение напряжения в звеньях СН

Падение напряжения в звеньях НН

Данные расчетов остальных режимов представлены ниже.

Табл. 13. Напряжение на шинах потребителей в расчетных режимах.

РежимПараметрНапряжение на шинах потребителей, кВBcabМаксимальных нагрузокU221,6+j0,4224,8+j2,3226,6+j3,1Uвн221,31+j18,30217,25+j11,37200,65+j18,70Uсн221,31+j18,30206,15+j18,79200,11+j18,19Uнн221,68+j34,92205,31+j19,35194,14+j35,08Минимальных нагрузокU218,4+j1,7220,8+j4,7221,4+j5,9226,1+j8,8Uвн229,22+j14,26216,50+j1,34219,26+j5,63214,62+j2,31Uсн229,62+j14,21216,37+j1,23217,07+j5,25214,49+j2,18Uнн237,80+j65,41212,92+j4,47207,36+j12,28210,35+j6,53Послеаварийный режимU214,17-j8,14215,08-j6,11213,57-j10,18208,53-j14,50Uвн212,30-j9,59206,72-j26,77201,51-j62,94171,85-j40,07Uсн202,32-j9,57206,17-j24,34182,22-j62,50171,16-j39,58Uнн198,23-j5,13194,29-j43,11171,20-j95,87155,71-j61,16

9.2Определение реального значения уровня напряжения на шинах потребителей

Определяем коэффициенты трансформации.

Остальные расчеты приведены в таблицах.

Табл. 14. Коэффициенты трансформации подстанций.

ПСcBabКсн6,281,828,88,8Кнн36.6722,0036.6622,00

Табл. 15. Напряжение на шинах ВН, СН и НН потребителей подстанций.

РежимПараметрНапряжение на шинах потребителей, кВcBabМаксимальных нагрузокU221,6221,19224,8226,6Uвн221,31207,44217,25200,65Uсн121,6033,1523,4322,74Uнн10,085,365,702,94Минимальных нагрузокU218,4220,8221,4226,1Uвн229,22216,5219,26214,62Uсн126,1634,4524,6724,37Uнн10,815,815,763,19Послеаварийный режимU214,17215,08213,57208,53Uвн212,3206,72201,51171,85Uсн111,1632,8320,7119,45Uнн9,015,304,762,36

9.3Выбор рабочих ответвлений понижающего трансформатора

Все трансформаторы подстанций оборудованы устройствами РПН на стороне ВН. Диапазон регулирования указан в таблице 2.

Регулировка выполнятся по принципу встречного регулирования, который заключается в следующем: в режиме наибольших нагрузок напряжение на шинах потребителей должно быть не менее 105% от номинального напряжения;

1. в режиме минимальных нагрузок напряжение должно быть не более номинального напряжения;
2. в послеаварийном режиме напряжения должно быть не менее номинального напряжения.

В соответствии с этими требованиями определяем желаемые коэффициенты трансформации. Результаты заносим в таблицу.

сн = Uном / Uжел

9.3.1Выбор рабочих ответвлений для потребителей на шинах НН

Табл. 16. Желаемые Кт на шинах НН трансформаторов.

РежимПараметрНапряжение на шинах потребителей, кВAabcМаксимальных нагрузокUжел, кВ10,65,66,03,1Uнн', кВ10,15,45,72,9Kнн.жел20,839,136,871,3Минимальных нагрузокUжел, кВ11,46,16,03,3Uнн', кВ10,85,85,83,2Kнн.жел19,436,136,465,7Послеаварийный режимUжел, кВ9,55,65,02,5Uнн', кВ9,05,34,82,4Kнн.жел23,339,544,088,8

Теперь определяем коэффициенты трансформации для каждого трансформатора подстанций по формулам.

,

где a% - ступень регулирования устройства РПН трансформатора, %.

.

Табл. 17. Коэффициенты трансформации ВН на НН для ПС b.

Ступень регулированияНомер отпайкиaрвнКоэффициент трансформации подстанции b12,0%11,1224,64010,5%21,1124,3109,0%31,0923,9807,5%41,0823,6506,0%51,0623,3204,5%61,0522,9903,0%71,0322,6601,5%81,0222,3300,0%91,0022,000-1,5%100,9921,670-3,0%110,9721,340-4,5%120,9621,010-6,0%130,9420,680-7,5%140,9320,350-9,0%150,9120,020-10,5%160,9019,690-12,0%170,8819,360

Табл. 18. Коэффициенты трансформации ВН на НН для ПС a.

Ступень регулированияНомер отпайкиaрвнКоэффициент трансформации подстанции a12,0%11,1241,06710,5%21,1140,5179,0%31,0939,9677,5%41,0839,4176,0%51,0638,8674,5%61,0538,3173,0%71,0337,7671,5%81,0237,2170,0%91,0036,667-1,5%100,9936,117-3,0%110,9735,567-4,5%120,9635,017-6,0%130,9434,467-7,5%140,9333,917-9,0%150,9133,367-10,5%160,9032,817-12,0%170,8832,267

Табл. 19. Коэффициенты трансформации ВН на НН для ПС c.

Ступень регулированияНомер отпайкиaрвнКоэффициент трансформации подстанции c12,0%11,1241,06710,5%21,1140,5179,0%31,0939,9677,5%41,0839,4176,0%51,0638,8674,5%61,0538,3173,0%71,0337,7671,5%81,0237,2170,0%91,0036,667-1,5%100,9936,117-3,0%110,9735,567-4,5%120,9635,017-6,0%130,9434,467-7,5%140,9333,917-9,0%150,9133,367-10,5%160,9032,817-12,0%170,8832,267

Табл. 20. Коэффициенты трансформации ВН на НН для ПС A.

Ступень регулированияНомер отпайкиaрвнКоэффициент трансформации подстанции A12%11,1224,64010%21,1024,2008%31,0823,7606%41,0623,3204%51,0422,8802%61,0222,4400%71,0022,000-2%80,9821,560-4%90,9621,120-6%100,9420,680-8%110,9220,240-10%120,9019,800-12%130,8819,360

Действительное напряжение на шинах НН потребителей определяется по формуле.

, кВ,

где Кт - ближайший к желаемому коэффициент трансформации, в соответствии с принципом встречного регулирования, в режиме наибольших нагрузок и послеаварийном коэффициент берется ближайший меньший, а в режиме минимальных нагрузок ближайший больший.

Отклонение напряжения от желаемого определяется по формуле.

, %

Результаты определения коэффициентов трансформаций, номеров отпаек, и отклонений приведены в таблице.

9.3.2Выбор рабочих ответвлений для потребителей на шинах СН

Табл. 21. Желаемые Кт на шинах СН трансформаторов.

РежимПараметрНапряжение на шинах потребителей, кВcBabМаксимальных нагрузокUжел, кВ127,6834,807524,601523,877Ucн', кВ121,633,1523,4322,74Kcн.жел1,7236,3208,9439,214Минимальных нагрузокUжел, кВ132,46836,172525,903525,5885Ucн', кВ126,1634,4524,6724,37Kcн.жел1,6616,0828,4938,598Послеаварийный режимUжел, кВ116,71834,471521,745520,4225Ucн', кВ111,1632,8320,7119,45Kcн.жел1,8856,38210,11710,772

Табл. 22. Коэффициенты трансформации ВН на СН для ПС b.

Ступень регулированияНомер отпайкиaрвнКоэффициент трансформации подстанции b12,0%11,128,96010,5%21,118,8409,0%31,098,7207,5%41,088,6006,0%51,068,4804,5%61,058,3603,0%71,038,2401,5%81,028,1200,0%91,008,000-1,5%100,997,880-3,0%110,977,760-4,5%120,967,640-6,0%130,947,520-7,5%140,937,400-9,0%150,917,280-10,5%160,907,160-12,0%170,887,040

Табл. 23. Коэффициенты трансформации ВН на СН для ПС a.

Ступень регулированияНомер отпайкиaрвнКоэффициент трансформации подстанции a12,0%11,128,96010,5%21,118,8409,0%31,098,7207,5%41,088,6006,0%51,068,4804,5%61,058,3603,0%71,038,2401,5%81,028,1200,0%91,008,000-1,5%100,997,880-3,0%110,977,760-4,5%120,967,640-6,0%130,947,520-7,5%140,937,400-9,0%150,917,280-10,5%160,907,160-12,0%170,887,040

Табл. 24. Коэффициенты трансформации ВН на СН для ПС c.

Ступень регулированияНомер отпайкиaрвнКоэффициент трансформации подстанции c12,0%11,127,04010,5%21,116,9469,0%31,096,8517,5%41,086,7576,0%51,066,6634,5%61,056,5693,0%71,036,4741,5%81,026,3800,0%91,006,286-1,5%100,996,191-3,0%110,976,097-4,5%120,966,003-6,0%130,945,909-7,5%140,935,814-9,0%150,915,720-10,5%160,905,626-12,0%170,885,531

Табл. 25. Коэффициенты трансформации ВН на СН для ПС B.

Ступень регулированияНомер отпайкиaрвнКоэффициент трансформации подстанции B12%11,122,03610%21,102,0008%31,081,9646%41,061,9274%51,041,8912%61,021,8550%71,001,818-2%80,981,782-4%90,961,745-6%100,941,709-8%110,921,673-10%120,901,636-12%130,881,600

Cписок литературы

[1] Д.Л. Файбисович, Справочник по проектированию электрических сетей, Москва: НЦ ЭНАС, 2013, p. 349.

[2] Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7, Новосибирск: Норматика, 2014, p. 464.

[3] Л.С. Дёмина, К.Е. Шалыгин, Расчет питающей электрической сети, Хабаровск: ДВГУПС, 2012, p. 46.

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреж

Больше работ по теме: