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

Вариант 5

Вариант 6

Таблица 1

Суммарные длины линий и трасс.

Номер варианта	1	2	3	4	5	6
длина трассы, км	206	238	215	219	211	188
длина линии, км	281	392	257	284	271	292

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: U_нб   U_доп.

Проверка производится в двух режимах работы сети – максимальном и аварийном.

Допустимые потери  U_доп принимаются равными 13-15% от U_н сети в максимальном режиме и 17-20% – в аварийном.

Мощности в узлах сети:

= (36+j 21,946) МВА, S_н1= 42,162 МВА,

= (18+j 10,973) МВА, S_н2= 21,08 МВА,

= (20+j 12,192) МВА, S_н3= 23,423 МВА,

= (30+j 18,288) МВА, S_н4= 35,135 МВА,

= (10+j 6,096) МВА, S_н5= 11,711 МВА.

Проверка варианта 3

Режим максимальных нагрузок.

Рассекаем кольцо 1-3-2-5-4 в точке 1.

Распределение мощности:

Проверка правильности нахождения полной мощности на участке 1-4:

Проверка показала правильность расчета распределения мощности.

Полные мощности, протекающие в линиях:

= ; S_1-3= 46,507 МВА,

= ; S_3-2= 23,085 МВА,

= ; S_2-5= 2,004 МВА,

= ; S_4-5= 9,708 МВА,

= ; S_1-4= 44,842 МВА,

Принимаем, что номинальное напряжение в проектируемом районе U_ном=110 кВ.

Находим ток в линиях в режиме максимальных нагрузок:

,

где S_ij – полная мощность, протекающая в линии i-j,

n – количество параллельных цепей в линии i-j,

U_ном – номинальное напряжение на участке i-j.

А,

А,

А,

А,

А,

Расчётное сечение провода воздушной линии определяется по закону экономической плотности тока j_эк:

где I_max - максимальный рабочий ток; А; n – число цепей в воздушной линии.

Выбирается ближайшее к расчётному стандартное сечение провода F_станд. 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, j_эк=1 А/мм² (Идельчик. Электрические сети и системы. стр. 266).

Условие потерь на корону при U_ном=110 кВ имеем F_min=70 мм²,

при U_ном=220 кВ имеем F_min=240 мм².

Сечения проводов:

мм², выбираем провод АС-240,

мм², выбираем провод АС-150,

мм², выбираем провод АС-70,

мм², выбираем провод АС-150 (AC-70 не проходит),

мм², выбираем провод АС-240,

Выбранные сечения проводов необходимо поверить по допустимому току в аварийном режиме.

Обрыв участка 1-4:

Распределение мощности:

(30+j 18,288) МВА,

(30+j18,288)+(10+j6.096)=(40+j24.384) МВА,

(40+j24.384)+(18+j10.973)=(58+j35.357) МВА,

(58+j35.357)+(20+j12.192)=(78+j47.549) МВА,

Мощности, протекающие в линиях:

= (30+j 18,288) МВА, S_4-5=35.135 МВА,

= (40+j24.384) МВА, S_2-5=46.846 МВА,

= (58+j35.357) МВА, S_3-2=67.927 МВА,

= (78+j47.549) МВА, S_1-3=91.35 МВА,

Ток в линиях в аварийном режиме:

479,463 А,

356,524 A,

245,878 А,

184,411 А,

Обрыв участка 1-3:

Схема принимает вид:

Распределение мощности:

(20+j12,192) МВА,

(20+j12.192)+(18+j10.973)=(38+j23,165) МВА,

(38+j23,165)+(10+j6.096)=(48+j29,261) МВА,

(48+j29,261)+(30+j18.288)=(78+j47,549) МВА,

Мощности, протекающие в линиях:

= (20+j12,192) МВА, S_2-3=23,423 МВА,

= (38+j23,165) МВА, S_2-5=44,504 МВА,

= (48+j29,261) МВА, S_4-5=56,216 МВА,

= (78+j47,549) МВА, S_1-4=91,35 МВА,

Ток в линиях в аварийном режиме:

122,939 А,

233,585 А,

295,057 А,

479,463 А,

Из двух аварийных режимов выбираем максимальные токи в ветвях:

I_{max 1-3}=479,463 А, провод АС-240 I_доп=610 А,

I_{max 3-2}=356,524 А, провод АС-150 I_доп=450 А,

I_{max 2-5}=245,878 А, провод АС-704 I_доп=265 А,

I_{max 4-5}=295,057 А, провод АС-150 I_доп=450 А,

I_{max 1-4}=479,463 А, провод АС-240 I_доп=610 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 U_нб сравнивается с U_доп: 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.

= ; S_1-4= 44,842 МВА,

Падение напряжения в нормальном режиме.

Участок 1-3.

Провод АС-240, l=30 км, R₀=0,121 Ом/км, Х₀=0,435 Ом/км.

R_Л= R₀l=0,12130=3,63 Ом, Х_Л= Х₀l=0,43530=13,05 Ом.

Р= МВт, Q= Мвар.

4,182 кВ.

0,649 МВт.

Участок 3-2.

Провод АС-150, l=18 км, R₀=0,198 Ом/км, Х₀=0,41 Ом/км.

R_Л= R₀l=0,19818=3,564 Ом, Х_Л= Х₀l=0,4118=7,38 Ом.

Р= МВт, Q= Мвар.

1,445 кВ.

0,157 МВт.

Участок 2-5.

Провод АС-70, l=48 км, R₀=0,428 Ом/км, Х₀=0,444 Ом/км.

R_Л= R₀l=0,42848=20,544 Ом, Х_Л= Х₀l=0,44448=21,312 Ом.

Р= МВт, Q=1,043 Мвар.

0,522 кВ.

0,007 МВт.

Участок 4-5.

Провод АС-150, l=44 км, R₀=0,198 Ом/км, Х₀=0,41 Ом/км.

R_Л= R₀l=0,19844=8,712 Ом, Х_Л= Х₀l=0,4144=18,04 Ом.

Р= МВт, Q=5.053 Мвар.

1,485 кВ.

0,068 МВт;

= ; S_1-4= 44,842 МВА,

Участок 1-4.

Провод АС-240, l=33 км, R₀=0,121 Ом/км, Х₀=0,435 Ом/км.

R_Л= R₀l=0,12133=3,993 Ом, Х_Л= Х₀l=0,43533=14,355 Ом.

Р= МВт, Q=23.341 Мвар.

4,436 кВ.

0,664 МВт;

U_1-3-2-5=4,182+1,445+0,522=6,149 кВ,

U_1-3-2-5% 5,59 %,

U_1-4-5=4,436+1,485=5,921 кВ,

U_1-4-5% 5,38 %.

U_нб=U_1-3-2-5%=1,25% < U_доп=15 %.

Падение напряжения в аварийном режиме.

Обрыв участка 1-4:

Мощности, протекающие в линиях:

= (30+j 18,288) МВА, S_4-5=35.135 МВА,

= (40+j24.384) МВА, S_2-5=46.846 МВА,

= (58+j35.357) МВА, S_3-2=67.927 МВА,

= (78+j47.549) МВА, S_1-3=91.35 МВА,

Участок 4-5.

R_Л=8,712 Ом, Х_Л=18,04

Р=30 МВт, Q=18,288 Мвар.

5,375 кВ.

Участок 2-5.

R_Л=20,544 Ом, Х_Л=21,312 Ом

Р=40 МВт, Q=24,384 Мвар.

12,195 кВ.

Участок 3-2.

R_Л=3,564 Ом, Х_Л=7,38 Ом.

Р=58 МВт, Q=35,357Мвар.

4,251 кВ.

Участок 1-3.

R_Л=3,63 Ом, Х_Л=13,05 Ом R_Л.

Р=78 МВт, Q=47,549Мвар.

8,215 кВ.

U_1-3-2-5-4=8,215+4,251+12.195+5,375=30,036 кВ,

U_{1-3-2-5-4%} 27,3 %.

Данная схема проходит по допустимым потерям напряжения в нормальном режиме, но не проходит в аварийном режиме.

Далее рассмотрим участок РЭС-1.

Мощность, протекающая в линии:

+( )+(36+j21,946)=

=(114+j69,495) МВА.

Полная мощность: =(114+j69,495) МВА, S_РЭС-1=133,512 МВА.

Принимаем, что номинальное напряжение в проектируемом районе U_ном=110 кВ.

Ток в линии в режиме максимальных нагрузок:

350,378 А.

Сечение провода:

350,378 мм²,

При напряжении 110 кВ сечение провода по j_эк не должно быть больше 300 мм², поэтому рассмотрим возможность использования для проектируемого района напряжения 220 кВ.

А,

мм², выбираем провод АС-185,

Выбранное сечение провода необходимо поверить по допустимому току в аварийном режиме.

Ток в линии в аварийном режиме при обрыве одного провода:

350,378 А, провод АС-240 I_доп=610 А.

Выбранный провод прошел проверку по допустимому току в аварийном режиме.

Провод АС-240, l=42 км, R₀=0,121 Ом/км, Х₀=0,435 Ом/км.

R_Л= R₀l= 0,12142=2,541 Ом, Х_Л= Х₀l= 0,43542=9,135 Ом.

Р=114 МВт, Q=69,495 Мвар.

4,202 кВ.

0,936 МВт.

Послеаварийный режим будет характеризоваться обрывом одного из проводов в двухцепной линии.

Провод АС-240, l=36 км, R₀=0,121 Ом/км, Х₀=0,435 Ом/км.

R_Л= R₀l=0,12142=5,082 Ом, Х_Л= Х₀l=0,43542=18,27 Ом

Р=114 МВт, Q=69,495 Мвар.

8.404 кВ.

3,82 %.

Результаты расчетов для варианта 3.

Участок	РЭС-1	1-3	3-2	2-5	4-5	1-4
Uном, кВ	220	110	110	110	110	110
I, А	175,189	244,098	121,165	10,518	50,954	235,359
Jэк, А/мм2	1	1	1	1	1	1
Fрасч, мм2	175,189	244,098	121,165	10,518	50,954	235,359
Fст, мм2	240	240	150	70	150	240
Марка провода	АС-240	АС-240	АС-150	АС-70	АС-150	АС-240
Iдл.доп, А	610	610	450	265	450	610
l, км	42	30	18	48	44	33
R0, Ом/км	0,121	0,121	0,198	0,428	0,198	0,121
Х0, Ом/км	0,435	0,435	0,41	0,444	0,41	0,435
Rл, Ом	2,541	3,63	3,564	20,544	8,712	3,993
Хл, Ом	9,135	13,05	7,38	21,312	18,04	14,355
Р, МВт	114	39,711	19,711	1,711	8,289	38,289
Q, Мвар	69,495	24,208	12,016	1,043	5,053	23,341
	4,202	4,182	1,445	0,522	1,485	4,436
	0,936	0,649	0,157	0,007	0,068	0,664