Энерг. системы и сети Плешкова

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

А. В. Вычегжанин,

Г.А. Черепанова

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТЕВОГО РАЙОНА

Учебно-методическое пособие

по курсовому проектированию

Дисциплина "Электроэнергетические системы и сети"

Специальности 140204, 140205, 140211, 140610, III курс

дневного отделения

Киров, 2009

УДК 621.311 П 30

Вычегжанин А.В., Черепанова Г.А. Проектирование сетевого района: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию. - Киров, Изд.

ВятГУ, 2009. - 66 с.

В учебно-методическом пособии рассмотрены основные принципы проектирования электросетевого района, приведена

структура проектирования с указанием ключевых положений и этапов проекта. Даны рекомендации по выполнению каждого из

рассматриваемых разделов с подробным описанием действующих методик, ссылками на нормативную документацию и примерами решения. В пособии также нашли отражение принципы системного подхода к компенсации реактивной мощности, подробно освещены вопросы выбора главных схем подстанций, приведена методика

выбора экономически целесообразного варианта по минимуму дисконтированных издержек. В приложении приведены укрупненные

показатели стоимости основного электротехнического оборудования для рыночных условий.

Работа подготовлена на кафедре электроэнергетических систем Вятского государственного университета.

Рис. 30, табл. 19, библиогр. 10 назв.

Р е ц е н з е н т: канд. техн. наук, доцент Кушкова Е.И., кафедра "Электрические станции" ВятГУ

ãВятский государственный университет, 2009

ãА. В. Вычегжанин, 2009

ãГ. А. Черепанова, 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ………………………………………………………………	3
1. Характеристика задач проектирования…………………………...	3
1.1. Исходные данные для проектирования сетевого района…..	3
1.2. Содержание расчетно-пояснительной записки и графической
части курсового проекта …………………………………..…………….	4
2. Выбор схемы электроснабжения сетевого района………………	6
2.1. Выбор конфигурации электрической сети ………………..	6
2.2. Выбор номинального напряжения сети……………………	8
2.3. Выбор мощности компенсирующих устройств……………	9

2.4.Выбор сечений и марок проводов линий электропередачи……… 12

2.5.Выбор главных схем электрических соединений подстанций... … 19

2.6.Структурные схемы подстанций. Выбор числа и мощности трансформаторов подстанций…………………………………….. 19

2.7.Схемы электрических соединений подстанций…………………. .. 25

2.8.Технико-экономическое обоснование принимаемого проектного решения…………………………………………….…………………….. . . 33

3.Расчеты параметров режимов работы электрической сети……………. 38

3.1.Составление схемы замещения электрической сети……….………. . 38

3.2.Расчет режима максимальных нагрузок……………………………… 39

3.3.Пример расчета параметров режима работы замкнутой сети………. 43

3.4.Расчет режима максимальных нагрузок по программе RSET……….. 49

3.5.Расчет режима минимальных нагрузок……………………………….. 50

3.6.Расчет после аварийных режимов…………………………………….. 51

4.Анализ результатов расчета режимов спроектированной сети………... 52

5.Регулирование напряжения в электрической сети……………………… 53

6.Основные технико-экономические показатели сети…………………..… 56

Приложение………………………………………………………………….... 59

Библиографический список……………………………………………….…. 63

ВВЕДЕНИЕ

Теоретические вопросы проектирования, расчетов и анализа режимов электрических сетей закрепляются, углубляются и обобщаются при

комплексном решении вопросов в процессе работы студентов над курсовым проектом «Проектирование сетевого района». При выполнении курсового

проекта студент приобретает практические навыки самостоятельного решения инженерных задач, развивает творческие способности к исследованию технических вопросов в области специальности, обучается пользованию технической, справочной литературой и другими справочно- информационными материалами для проектирования.

В курсовом проекте разрабатывается электрическая сеть напряжением 35-220 кВ, предназначенная для электроснабжения промышленного района, содержащего пять предприятий или населенных пунктов. Электроснабжение

этих пунктов осуществляется от крупной узловой подстанции или электрической станции (или сразу от двух указанных источников питания).

Большая часть методической разработки посвящена наиболее сложному для студентов вопросу, требующему определенных инженерных навыков, - выбору экономически целесообразной схемы районной сети. Изложены вопросы компенсации реактивной мощности, расчета основных режимов работы спроектированной сети, регулирования напряжения. В пособии приведены общие требования к содержанию и объему проекта, а также рекомендации по оформлению графического материала и расчетно- пояснительной записки.

1.ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1.Исходные данные для проектирования сетевого района

Проектирование развития электроэнергетических систем (ЭЭС) является самостоятельным звеном в структуре управления развития отрасли. Общей задачей этого звена является обоснование решений, определяющих состав, основные параметры и последовательность сооружения электрических станций, электросетевых объектов, средств управления ими. Совокупность задач проектирования развития ЭЭС делится на три уровня:

-оптимизация структуры генерирующих мощностей;

-обоснование оптимальной динамики сооружения электростанций;

-обоснование рационального варианта развития электрических сетей.

Учебное проектирование соответствует низшему из перечисленных

уровней, т.е. разработке схем развития отдельных сетевых районов.

Исходные данные для проектирования электрической сети районного значения содержат необходимые сведения об источниках и потребителях

электроэнергии. Источниками питания проектируемой сети служат шины крупной подстанции энергосистемы “А” и электрической станции (ТЭЦ) “В”. Количество и мощность турбогенераторов, номинальные мощности трансформаторов на ТЭЦ, мощности нагрузки на генераторном напряжении указаны в задании. Взаимное расположение источников питания и пунктов потребления электроэнергии указано на плане района, масштаб которого определяется в зависимости от варианта задания. Наибольшая зимняя нагрузка для каждого пункта потребления, коэффициенты мощности cosϕ,

состав потребителей по категориям надежности приведены в виде таблиц. В задании указываются номинальные напряжения Uном распределительных устройств подстанции “А” и электростанции “В”, продолжительность использования наибольшей нагрузки потребителями данного района Tнб ,

стоимостная оценка потерь электроэнергии.

Применительно к проектируемой сети в задании также указываются:

-район климатических условий по гололеду;

-конфигурация суточных графиков нагрузки пунктов потребления для зимнего и летнего периодов, пример которого приведен в табл.1.1;

-значения средних летних и зимних температур.

Коэффициент попадания максимума нагрузки пунктов 1-5 в максимум нагрузки энергосистемы условно принимается равным 1.

В случае наличия дефицита реактивной мощности в рассматриваемой части системы на шинах низшего напряжения подстанции “А” предусматривается установка синхронных компенсаторов.

Таблица 1.1

Характеристика суточных графиков нагрузки

	Период				Значения Рн, о.е., для часов суток
		0-3	3-5	5-7	7-9	9-11	11-13	13-15	15-17	17-19	19-21	21-23	23-24
	Зима	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6	1,0	1,0	1,0	0,6	0,6	0,6
	Лето	0,35	0,35	0,35	0,35	0,35	0,35	0,55	0,55	0,55	0,35	0,35	0,35

В современных условиях развития электрических сетей различных классов напряжения на территории европейской части России и в регионах развитой промышленности азиатской ее части практически не осталось районов, где отсутствует электрификация в том или ином ее виде. Поэтому в

ходе проектирования электрических сетей для указанных территорий необходимо учитывать данное обстоятельство. В связи с этим в задании

кроме перечисленной выше информации указывается на наличие в районе проектирования развитых сетей низших классов напряжения, которые в

течение ограниченного интервала времени могут быть загружены дополнительно на определенную мощность. Эту мощность следует рассматривать как некоторый оперативный резерв, который может быть

использован персоналом электрических сетей для питания части вновь

подключаемых нагрузок в случае аварий без ущерба для уже существующих потребителей.

1.2.Содержание расчетно-пояснительной записки

играфической части курсового проекта

Основным содержанием курсового проекта является проектирование рациональной схемы сети, определение параметров наиболее характерных режимов ее работы и выбор средств регулирования напряжения.

В проекте должны быть разработаны следующие разделы (их ориентировочный объем указан в скобках):

-выбор конфигурации сети и номинального напряжения линий (5 %);

-расчет компенсации реактивной мощности (5 %);

-выбор схемы электрических соединений и номинальных параметров линий и трансформаторов (40 %);

-расчет параметров схемы замещения сети и основных режимов ее работы (20 %);

-анализ результатов режимов работы спроектированной сети (5 %);

-регулирование напряжения на шинах подстанций (10 %);

-определение основных технико-экономических показателей

спроектированной сети (5 %).

Оформление расчетно-пояснительной записки (ПЗ) выполняется в соответствии с требованиями стандарта предприятия и ЕСКД [1]. В расчетно- пояснительной записке должен содержаться следующий материал: оригинал задания на проект, содержание, введение, основные разделы, включающие в себя расчеты и их результаты, описание и обоснование принятых решений, заключение и библиографический список источников информации. Деление на главы, как правило, совпадает с основными разделами проекта. Каждая

глава и изложение каждого вопроса в ПЗ должны начинаться с четкой формулировки задачи, решаемой в рассматриваемом разделе, а заканчиваться выводами.

При выполнении расчетов приводится обоснование или пояснение применяемого расчетного метода, а также расчетные формулы в общем виде.

Далее приводится пример численной подстановки конкретных данных в формулы и окончательный результат вычисления. Для всех остальных расчетов, проводимых по изложенному методу, даются результаты, сведенные в таблицы.

Таблицы и рисунки в тексте ПЗ оформляются в соответствии с [1]. По ходу изложения должны даваться ссылки на источники информации.

Графическая часть проекта выполняется в виде чертежа формата А1. На чертеже изображаются:

-план района, для которого проектируется электрическая сеть (с соблюдением масштаба);

-основные рассматриваемые варианты конфигурации сети, с указанием номинальных напряжений линий электропередачи (ЛЭП);

-полная принципиальная схема электрических соединений спроектированной сети. Здесь должны быть показаны все линии, трансформаторы, выключатели, разъединители напряжением 35-220 кВ. Схемы подстанций на стороне низшего напряжения 6-10 кВ показываются условно в

виде секционированной системы шин с изображением секционного выключателя, выключателей в цепи трансформаторов и нескольких (двух- четырех) линий. Подключение компенсирующих устройств условно предусматривается к секциям шин 6-10 кВ. В действительности компенсация реактивной мощности производится не только в сети 6-10 кВ, но и в сети 0,38 кВ.

На чертеже указываются наименование источников питания и номера понижающих подстанций, номинальные напряжения на шинах подстанций, длины линий в километрах, марки проводов, типы и мощности трансформаторов

ит.д.;

-основные результаты расчета режимов сети вместе с исходными данными, мощности нагрузок и компенсирующих устройств в режимах максимальных и минимальных нагрузок, напряжение на шинах 6-10 кВ подстанций до и после регулирования, рабочие ответвления устройств регулирования (РПН, ПБВ и др.).

2.ВЫБОР СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕТЕВОГО РАЙОНА

2.1.Выбор конфигурации электрической сети

Ксхемам электрических сетей предъявляются следующие требования:

-экономичность сооружения и эксплуатации электрической сети.

Развитие ее должно производиться без омертвления капитальных вложений на начальном этапе. Переход от одного этапа к другому должен производиться без существенного переустройства сети;

-обеспечение требуемого уровня надежности;

-обеспечение качества электрической энергии на зажимах приемников;

-гибкость сети, т.е. приспособленность сети к различным режимам ее

работы;

-простота, наглядность и удобство в процессе эксплуатации.

Выбор схемы электрической сети представляет собой сложную технико-экономическую задачу. Порядок ее решения приведен на рис. 2.1.

Конфигурация районной электрической сети представляет собой структуру связей пунктов потребления и источников питания, которая зависит от их взаимного расположения на плане района, и также от категорий приемников электрической энергии по надежности. Конфигурация сети

находится в тесной взаимосвязи с величиной номинального напряжения ее отдельных участков, поэтому, разрабатывая топологическую структуру сети,

следует одновременно выполнить оценку номинального напряжения ее звеньев. При составлении и анализе вариантов конфигурации сети

необходимо исходить из основных положений рационального построения схем сети:

1.Наметить 3-4 варианта конфигурации сети

2.Рассчитать перетоки активной мощности по участкам сети.

Выбрать номинальное напряжение ЛЭП

3.Из намеченных вариантов конфигурации сети путем логических

рассуждений оставить для дальнейшего рассмотрения два варианта

4.Выбрать количество, тип и мощность компенсирующих устройств

в пунктах потребления электроэнергии для всех вариантов

5.Определить токи на всех участках сети в рассматриваемых

вариантах . Выбрать сечения проводов

6.Проверить выбранные провода по нагреву и по потере напряжения

7.Выбрать тип, количество и мощность трансформаторов и

автотрансформаторов на подстанциях для всех вариантов

8.Разработать схемы электрических соединений сети для всех

вариантов

9.Рассчитать дисконтированные издержки для каждого из вариантов,

сравнить результаты и выбрать оптимальную схему сетевого района

Рис.2.1. Структурная схема выполнения первой части курсового

проекта

а) число цепей на любом участке проектируемой сети определяется

условиями обеспечения требуемой надежности электроснабжения потребителей. В связи с тем, что, согласно заданию, в состав некоторых пунктов входят потребители I категории, для их электроснабжения следует предусматривать радиальные или радиально-магистральные схемы, выполненные двумя одноцепными линиями, либо кольцевые схемы с одноцепными линиями. Сооружение одноцепных радиальных линий для питания потребителей II и III категорий должно рассматриваться как первый этап развития сети;

б) питание потребителей района следует осуществлять воздушными линиями по кратчайшим связям с использованием, по возможности, одной

трассы для передачи электроэнергии к пунктам сети, расположенным в одном направлении по отношению к источнику питания (ИП);

в) передача электроэнергии потребителям должна осуществляться в направлении общего потока мощности от ИП к потребителям района. Следует избегать обратных потоков мощности даже на отдельных участках сети, так как

это приводит к повышенным капиталовложениям и увеличению потерь мощности;

г) применение замкнутых схем для питания нескольких пунктов потребления района экономически целесообразно, если:

-суммарная длина линий замкнутой схемы значительно меньше суммарной длины линий разомкнутой резервированной схемы в одноцепном исполнении, так как это обеспечивает меньшие капиталовложения и расход цветного металла;

-при объединении в замкнутый контур нескольких пунктов потребления не образуется протяженных малозагруженных в нормальных режимах работы участков сети.

Следует иметь в виду, что двухобмоточные трансформаторы с высшим напряжением 220 кВ выпускаются с номинальной мощностью не менее

32 МВ×А и их установка часто бывает нецелесообразна из-за низкой загрузки трансформаторов. Это обстоятельство также необходимо учитывать при составлении вариантов конфигурации сети.

Более подробно с выбором конфигурации электрической сети можно познакомиться в [5, стр. 311-321; 6, стр. 44-48].

2.2.Выбор номинального напряжения сети

Вобщем случае выбор номинального напряжения производится одновременно со схемой электрических соединений на основе технико-

экономических расчетов. Величиной Uном определяются параметры линий

электропередачи и электрооборудования подстанций, а, следовательно, размеры капиталовложений, расход цветного металла, потери электроэнергии и эксплуатационные расходы.

В энергосистемах бывшего СССР наибольшее распространение получила система напряжений (6-10)-35-110-220-500 кВ. Однако

современная тенденция их перспективного развития ориентируется на исключение напряжения 35 кВ в схемах электроснабжения городов и промышленных предприятий, оно используется лишь для электроснабжения мелких (с нагрузкой 5-10 МВт) промышленных предприятий и сельскохозяйственных потребителей.

Номинальное напряжение определяется передаваемой активной мощностью и длиной линии электропередачи. Поэтому для каждого варианта необходимо определить распределение активных мощностей в схеме. Для замкнутых схем предполагается, что все участки сети выполнены проводами

одного сечения, поэтому потокораспределение находится по длинам линий [2, стр. 38].

Для предварительной оценки номинального напряжения можно воспользоваться данными табл. 2.2 или провести расчет по эмпирическим формулам. Так, при l = 50 ÷ 250 км и P = 5 ÷ 60 МВт на одну цепь используют формулу, кВ,

U = 4,34×				.	(2.1)
	l +16× P
Для двухцепных линий при	P ×l = 5 ¸50000 МВт ×км				возможно
использование формулы, кВ,
U =16×4			,		(2.2)
		P ×l
где Р - передаваемая мощность по двум цепям линии, МВт.

Таблица 2.2

Область характерного применения различных значений номинального напряжения

Uном , кВ	l , км		P , МВт
35	5 ÷20		5 ÷ 20
110	50 ÷100		15	÷60
220	150 ÷300		150	÷300
При определении длины линий надо учитывать, что длина трассы из-за
непрямолинейности и неровностей рельефа местности на			5 ÷15 % больше
расстояний по прямой между рассматриваемыми пунктами.

Иногда сложно произвести выбор Uном по таблицам и формулам, так

как не учитываются, например, дополнительные трансформации с одного номинального напряжения на другое. В этом случае окончательное решение можно получить только при технико-экономическом сравнении вариантов, имеющих одинаковую конфигурацию, но различные номинальные напряжения участков.

Для всех участков замкнутой части схемы рекомендуется выбирать одинаковые значения номинального напряжения Uном .

Пример 1. Электроснабжение пунктов 1 - 5 предполагается осуществлять от системной подстанции "А", которая имеет распределительные устройства с номинальными напряжениями 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ. Взаимное географическое расположение пунктов потребления электроэнергии и узловой подстанции "А" с указанием масштаба приведены на рис. 2.2. В табл. 2.3 даны мощности потребителей, соответствующие режиму наибольших нагрузок, а также процентный состав потребителей по категориям надежности электроснабжения. Оперативный резерв по сетям низших классов напряжения в режиме наибольших нагрузок составляет 10% от мощности подстанции. Требуется наметить несколько вариантов схем

электрической сети для электроснабжения указанных потребителей и произвести выбор номинального напряжения для каждого участка.