3. Выбор схемы, номинального напряжения и основного электрооборудования линий и подстанций сети
3.1 Выбор схемы сети по протяженности и длине трассы
Возможные варианты схем предоставлены ниже.
Результаты вычислений длин линий и трасс введем в таблицу 1.
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Таблица 1
Суммарные длины линий и трасс.
Номер варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
длина трассы, км |
236 |
273 |
268 |
231 |
длина линии, км |
472 |
396 |
386 |
462 |
Произведем проверку следующих вариантов: №3, 4 и 2
3.2 Проверка отобранных вариантов по допустимым потерям напряжения
На втором этапе каждый из отобранных вариантов проверяется по допустимым потерям напряжения: Uнб Uдоп.
Проверка производится в двух режимах работы сети – максимальном и аварийном.
Допустимые потери Uдоп принимаются равными 13-15% от Uн сети в максимальном режиме и 17-20% – в аварийном.
Мощности в узлах сети:
=
(25+j
6,5) МВА, Sн1=
25,83 МВА,
=
(30+j
7,8) МВА, Sн2=
30,99 МВА,
=
(15+j
3,9) МВА, Sн3=
15,5МВА,
=
(18+j
4,7) МВА, Sн4=
18,6 МВА,
=
(12+j
3,1) МВА, Sн5=
12,39
МВА.
Проверка варианта 3
Режим максимальных нагрузок.
Распределение мощности:
Проверка
правильности нахождения полной мощности
на участке РЭС-1:
Проверка показала правильность расчета распределения мощности.
Полные мощности, протекающие в линиях:
Sрэс-2=
; Sрэс-2=
46,29 МВА,
S1-2=
; S1-2=
15,7 МВА,
Sрэс-1=
; Sрэс-1=
57,03 МВА,
=
; S4-5=
12,39 МВА,
=
; S2-4=
31 МВА,
S1-3=(15+j3,9)МВА, S1-3=15,5МВА,
Принимаем, что номинальное напряжение в проектируемом районе Uном=110 кВ.
Находим ток в линиях в режиме максимальных нагрузок:
,
где Sij – полная мощность, протекающая в линии i-j,
n – количество параллельных цепей в линии i-j,
Uном – номинальное напряжение на участке i-j.
А,
А,
А,
А,
А,
Расчётное
сечение провода воздушной линии
определяется по закону экономической
плотности тока jэк: 
где Imax - максимальный рабочий ток; А; n – число цепей в воздушной линии.
Выбирается ближайшее к расчётному стандартное сечение провода Fстанд. Выбранное сечение необходимо проверить по условию потерь на корону и по максимально допустимой нагрузке в аварийном режиме. В случае нарушения ограничений сечения проводов увеличиваются. При выборе сечений проводов окончательно уточняется напряжение отдельных участков сети.
По заданию, продолжительность использования наибольшей нагрузки Тнб=5300 ч/год.
Следовательно, jэк=1 А/мм2 (Идельчик. Электрические сети и системы. стр. 266).
Условие потерь на корону при Uном=110 кВ имеем Fmin=70 мм2,
при Uном=220 кВ имеем Fmin=240 мм2.
Сечения проводов:
32,52мм2, выбираем
провод АС-70,
81,36мм2,
выбираем провод
АС-95,
40,68мм2,
выбираем провод
АС-70,
мм2,
выбираем провод
АС-240,
FРЭС-1=149,7мм2, выбираем провод АС-240,
мм2, выбираем
провод АС-240,
Выбранные сечения проводов необходимо поверить по допустимому току в аварийном режиме.
Обрыв участка РЭС-1:
Распределение мощности:
(40+j
10,4) МВА,
(40+j10,4)+(60+j15,6)=(100+j26)
МВА,
Мощности, протекающие в линиях:
=
(40+j10,4)
МВА, S1-2=41,33
МВА,
=
(100+j26)
МВА, SРЭС-2=103,32
МВА,
Ток в линиях в аварийном режиме:
271,15
А,
108,47
A,
Обрыв участка РЭС-2:
Схема принимает вид:
Распределение мощности:
(60+j15,6)
МВА,
(60+j15,6)+(40+j10,4)=(100+j26)
МВА,
Мощности, протекающие в линиях:
= (60+j15,6) МВА, S1-2=61,99 МВА,
=
(100+j26)
МВА, SРЭС-1=103,32
МВА,
Ток в линиях в аварийном режиме:
162,69
А,
271,15
А,
Из двух аварийных режимов выбираем максимальные токи в ветвях:
Imax РЭС-2=271,15 А, провод АС-240 Iдоп=605 А,
Imax 1-2=162,69 А, провод АС-240 Iдоп=605 А,
Imax РЭС-1=271,15 А, провод АС-240 Iдоп=605 А,
Выбранные провода прошли проверку по допустимому току в аварийном режиме.
Для нахождения потери напряжения суммируются относительные потери напряжения по участкам сети одной ступени напряжения, так как в узлах понижения или повышения напряжения имеются средства регулирования напряжения; в случае разветвлённой сети одного номинального напряжения потери напряжения определяются от источника питания до каждой концевой подстанции, наибольшая Uнб сравнивается с Uдоп: в замкнутой сети или в сети с двухсторонним питанием наибольшие потери напряжения определяются от источника питания до точки раздела мощности; среди аварийных режимов требуется выбирать такой, при котором потери напряжения увеличиваются на наибольшую величину. В разветвлённой сети с двухцепными линиями такой послеаварийный режим обусловлен обрывом одной цепи в линии с наибольшим значением потерь напряжения. В кольцевой сети послеаварийный режим обусловлен, как правило, обрывом одного из головных участков.
Падение напряжения в нормальном режиме.
Участок РЭС-2.
Провод АС-240, l=68 км, R0=0,121 Ом/км, Х0=0,435 Ом/км.
RЛ=
R0l=0,12168=8,228
Ом, ХЛ=
Х0l=0,43568=29,58
Ом.
Р=
МВт, Q=
Мвар.
3,24
кВ.=1,47%
0,36
МВт.
Участок РЭС-1.
Провод АС-240, l=45 км, R0=0,121 Ом/км, Х0=0,435 Ом/км.
RЛ= R0l=450,121=5,445 Ом, ХЛ= Х0l=0,43545=19,575 Ом.
Р=
МВт, Q=
Мвар.
2,6
кВ.=1,2%
0,37
МВт.
Участок 1-2.
Провод АС-240, l=37 км, R0=0,121 Ом/км, Х0=0,435 Ом/км.
RЛ= R0l=0,12137=4,477 Ом, ХЛ= Х0l=0,43537=16,095 Ом.
Р=
МВт, Q=3,95
Мвар.
0,598
кВ.=0,27%
0,023
МВт.
Участок 4-5.
Провод АС-70, l=35 км, R0=0,428 Ом/км, Х0=0,444 Ом/км.
RЛ= R0l=0,428*35/2=7,49 Ом, ХЛ= Х0l=0,44435/2=7,77 Ом.
Р=
МВт, Q=3,1
Мвар.
1,036
кВ.=0,94%
0,095
МВт;
Участок 2-4.
Провод АС-95, l=35 км, R0=0,306 Ом/км, Х0=0,434 Ом/км.
RЛ= R0l=0,30635/2=5,355 Ом, ХЛ= Х0l=0,43435/2=7,595 Ом.
Р=
МВт, Q=7,8
Мвар.
2
кВ.=1,8%
0,425
МВт;
Участок 1-3.
Провод АС-70, l=48 км, R0=0,428 Ом/км, Х0=0,444Ом/км.
RЛ= R0l=0,42848/2=10,272 Ом, ХЛ= Х0l=0,44448/2=10,656 Ом.
Р=
МВт, Q=3,9
Мвар.
1,778
кВ.=1,6%
0,248
МВт;
UРЭС-1-2=1,74%<Uдоп=15%,
U2-4-5=2,74%<Uдоп=15%,
U1-3%=1,6% < Uдоп=15 %.
Падение напряжения в аварийном режиме.
Обрыв участка РЭС-1:
Мощности, протекающие в линиях:
= (40+j10,4) МВА, S1-2=41,33 МВА,
= (100+j26) МВА, SРЭС-2=103,32 МВА,
Участок РЭС-1.
RЛ=8,228 Ом, ХЛ=29,58 Ом,
Р=100 МВт, Q=26 Мвар.
7,2358
кВ.=3,3%
Участок 1-2.
RЛ=4,477 Ом, ХЛ=16,095 Ом
Р=40 МВт, Q=10,4 Мвар.
1,57
кВ.=0,7%
Обрыв участка РЭС-1:
Участок РЭС-2.
RЛ=5,445 Ом, ХЛ=19,575 Ом.
Р=100МВт, Q=26Мвар.
4,788
кВ.=2,18%
Участок 1-2.
RЛ=4,477 Ом, ХЛ=16,095Ом RЛ.
Р=60 МВт, Q=15,6Мвар.
2,36
кВ.=1,07%
Рассмотрим участок 4-5.
RЛ=14,98 Ом, ХЛ=15,54Ом.
Р=12МВт, Q=3,1Мвар.
2,07
кВ.=2%
Рассмотрим участок 2-4.
RЛ=10,71 Ом, ХЛ=15,19Ом.
Р=30МВт, Q=7,8Мвар.
4
кВ.=3,6%
Рассмотрим участок 1-3.
RЛ=20,544 Ом, ХЛ=21,312Ом.
Р=15МВт, Q=3,9Мвар.
3,55
кВ.=3,23%
UРЭС-1-2= 4% < Uдоп=20% кВ, на 220кв,
U2-4-5= 5,6% < Uдоп=20% кВ, на 110кв,
U1-3= 3,23% < Uдоп=20% кВ, на 110кв,
Результаты расчетов для варианта 3.
Участок |
РЭС-1 |
РЭС-2 |
1-2 |
4-5 |
2-4 |
1-3 |
Uном, кВ |
220 |
220 |
220 |
110 |
110 |
110 |
I, А |
149,7 |
121,48 |
41,2 |
32,52 |
81,36 |
40,68 |
Jэк, А/мм2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Fрасч, мм2 |
149,7 |
121,48 |
41,2 |
32,52 |
81,36 |
40,68 |
Fст, мм2 |
240 |
240 |
240 |
70 |
95 |
70 |
Марка провода |
АС-240 |
АС-240 |
АС-240 |
АС-70 |
АС-95 |
АС-70 |
Iдл.доп, А |
605 |
605 |
605 |
265 |
265 |
265 |
l, км |
45 |
68 |
37 |
35 |
35 |
48 |
R0, Ом/км |
0,121 |
0,121 |
0,121 |
0,428 |
0,306 |
0,428 |
Х0, Ом/км |
0,435 |
0,435 |
0,435 |
0,444 |
0,434 |
0,444 |
Rл, Ом |
5,445 |
8,228 |
4,477 |
7,49 |
5,355 |
10,272 |
Хл, Ом |
19,575 |
29,58 |
16,095 |
7,77 |
7,595 |
10,656 |
Р, МВт |
55,2 |
44,8 |
15,2 |
12 |
30 |
15 |
Q, Мвар |
14,35 |
11,65 |
3,95 |
3,1 |
7,8 |
3,9 |
|
2,6 |
3,24 |
0,598 |
1,036 |
2 |
1,778 |
|
0,37 |
0,36 |
0,023 |
0,095 |
0,425 |
0,248 |
Проверка варианта 4
Режим максимальных нагрузок.
Находим ток в линиях в режиме максимальных нагрузок:
,
где Sij – полная мощность, протекающая в линии i-j,
n – количество параллельных цепей в линии i-j,
Uном – номинальное напряжение на участке i-j.
54,23
А,
40,68
А,
81,34
А,
81,36
А.
32,52
А.
Расчётное сечение провода воздушной линии определяется по закону экономической плотности тока jэк:
где Imax - максимальный рабочий ток; А; n – число цепей в воздушной линии.
Выбирается ближайшее к расчётному стандартное сечение провода Fстанд. Выбранное сечение необходимо проверить по условию потерь на корону и по максимально допустимой нагрузке в аварийном режиме. В случае нарушения ограничений сечения проводов увеличиваются. При выборе сечений проводов окончательно уточняется напряжение отдельных участков сети.
По заданию, продолжительность использования наибольшей нагрузки Тнб=5700 ч/год.
Следовательно, jэк=1 А/мм2 (Идельчик. Электрические сети и системы, стр. 266).
Условие потерь на корону при Uном=110 кВ имеем Fmin=70 мм2,
при Uном=220 кВ имеем Fmin=240 мм2.
Сечения проводов:
54,23
мм2, выбираем
провод АС-240,
40,68 мм2, выбираем провод АС-70,
81,34 мм2, выбираем провод АС-240,
81,36 мм2, выбираем провод АС-120.
32,52 мм2, выбираем провод АС-70.
Ток в послеаварийном режиме при обрыве одного провода,
108,47
А,
81,36
А,
162,69
А,
162,7А.
65,03
А.
Падение напряжения в нормальном режиме.
Участок РЭС-1.
Провод АС-240, l=45 км, R0=0,121 Ом/км, Х0=0,435 Ом/км.
RЛ= R0l=0,12145/2=2,7 Ом, ХЛ= Х0l=0,43545/2=9,8 Ом.
Р=40 МВт, Q=10,4 Мвар.
0,95
кВ.=0,43%
0,095МВт.
Участок 1-3.
Провод АС-70, l=48 км, R0=0,428 Ом/км, Х0=0,432 Ом/км.
RЛ= R0l=0,42848/2=10,272 Ом, ХЛ= Х0l=0,43248/2=10,368 Ом.
Р= МВт, Q=3,9Мвар.
1,77
кВ.=1,6%
0,2 МВт.
Участок РЭС-2.
Провод АС-240, l=68 км, R0=0,121 Ом/км, Х0=0,435 Ом/км.
RЛ= R0l=0,12168/2=4,114 Ом, ХЛ= Х0l=0,43568/2=14,79Ом.
Р=
МВт, Q=
Мвар.
2,17
кВ.=0,986%
0,33
МВт.
Участок 2-4.
Провод АС-120, l=35 км, R0=0,249 Ом/км, Х0=0,414 Ом/км.
RЛ= R0l=0,24935/2=4,36 Ом, ХЛ= Х0l=0,41435/2=7,245 Ом.
Р=
МВт, Q=
Мвар.
1,7
кВ.=1,5%
0,346
МВт.
Участок 4-5.
Провод АС-70, l=35 км, R0=0,248 Ом/км, Х0=0,432 Ом/км.
RЛ= R0l=0,24835/2=4,34 Ом, ХЛ= Х0l=0,43235/2=7,56 Ом.
Р=12 МВт, Q=3,1 Мвар.
1,03
кВ.=0,9%
0,095
МВт.
U РЭС-2-4-5%=3,386% < Uдоп=15 %.
Падение напряжения в аварийном режиме.
Участок 1-3.
Провод АС-70, l=48 км, R0=0,428 Ом/км, Х0=0,432 Ом/км.
RЛ= R0l=0,42848=20,544 Ом, ХЛ= Х0l=0,43248=20,736 Ом.
Р=15 МВт, Q=3,9 Мвар.
3,5
кВ.=3,2%
0,4
МВт.
U РЭС-2-4-5%=0,986+3+0,9% < Uдоп=20 %.
Результаты расчетов для варианта 4.
Участок |
РЭС-1 |
РЭС-2 |
1-3 |
2-4 |
4-5 |
Uном, кВ |
220 |
220 |
110 |
110 |
110 |
I, А |
54,23 |
81,34 |
40,68 |
81,36 |
32,52 |
Jэк, А/мм2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Fрасч, мм2 |
54,23 |
81,34 |
40,68 |
81,36 |
32,52 |
Fст, мм2 |
240 |
240 |
70 |
120 |
70 |
Марка провода |
АС-240 |
АС-240 |
АС-70 |
АС-120 |
АС-70 |
Iдл.доп, А |
605 |
605 |
265 |
390 |
265 |
l, км |
45 |
68 |
48 |
35 |
35 |
R0, Ом/км |
0,121 |
0,121 |
0,428 |
0,249 |
0,428 |
Х0, Ом/км |
0,435 |
0,435 |
0,432 |
0,414 |
0,432 |
Rл, Ом |
2,7 |
4,114 |
10,272 |
4,36 |
7,49 |
Хл, Ом |
9,8 |
14,79 |
10,368 |
7,245 |
7,56 |
Р, МВт |
40 |
60 |
15 |
30 |
12 |
Q, Мвар |
10,4 |
15,6 |
3,9 |
7,8 |
3,1 |
|
0,95 |
2,17 |
1,77 |
1,7 |
1,03 |
|
0,095 |
0,33 |
0,2 |
0,346 |
0,095 |