2. Проектирование питающей электрической сети промышленного района

   1. Потребление и покрытие потребностей промышленного района в активной мощности

Рассмотрим потребление активной мощности в сети для периода наибольших нагрузок. Это потребление слагается из нагрузок понижающих подстанций (P_ni), потерь мощности в линиях и понижающих трансформаторах сети. При определении одновременно потребляемой активной мощности учитывают возможность несовпадения во времени суток наибольших нагрузок отдельных пунктов. Ориентировочно можно считать, что одновременно потребляемая активная мощность составляет около 90% от суммы заданных наибольших нагрузок каждого из пунктов. Поэтому коэффициент разновременности максимумов активных нагрузок принимаем равным 0,9.

Суммарные потери активной мощности в линиях и трансформаторах проектируемой сети ( ) условно принимаем равными 6% от суммы заданных наибольших нагрузок ПС.

Выдаваемую в проектируемую сеть активную мощность энергосистемы приближенно можно определить по выражению:

. (2.1)

В том случае, если в качестве ЦП используется электростанция, то при оценке требуемой активной мощности генераторов системы для проектируемой сети дополнительно учитывают мощности резерва и собственных нужд электростанций. Эти мощности вместе составляют примерно 20% от суммарной активной мощности, выдаваемой в сеть, и определяются с учетом коэффициента резервирования (К_рез = 1,2) по формуле:

. (2.2)

Предполагаем, что установленная мощность генераторов энергосистемы достаточна для покрытия потребностей проектируемой системы электроснабжения района в активной мощности.

Для проектирования электроснабжения промышленного района с пятью понижающими подстанциями сделать предварительную оценку потребления активной мощности районом из энергосистемы от ЦП. Нагрузки ПС: ; ; ;

; .

Ориентировочная величина потерь активной мощности

12,9)= = 4,3 МВт.

Энергосистема в режиме наибольших нагрузок выдает в промышленный район:

.

2.2. Потребление и покрытие потребностей района в реактивной мощности. Предварительный расчет мощности компенсирующих устройств

Ориентировочный расчет мощности компенсирующих устройств (КУ) в проектируемой сети на основе приближенной оценки возможных составляющих баланса реактивной мощности рекомендуется выполнять до выбора схемы электрической сети. Это обусловлено тем, что КУ изменяют реактивную составляющую нагрузки, следовательно, и полную мощность, потребляемую из сети ПС. Последнее может повлиять на сечение проводов ВЛ, номинальные мощности трансформаторов, потери напряжения, мощности и энергии в сети и, как результат, - на правильность решения по выбору оптимального варианта сети.

Требуемая реактивная мощность проектируемой сети определяется реактивными нагрузками ПС и потерями реактивной мощности в элементах сети для периода наибольших нагрузок. При проектировании условно принимают совпадение по времени периодов потребления наибольших активных и реактивных нагрузок.

В среднем генераторы электростанций обеспечивают порядка 60 % потребления реактивной мощности в энергосистеме. Около 20% генерируют линии высокого и сверхвысокого напряжения. В качестве дополнительных источников реактивной мощности используют КУ: синхронные компенсаторы и батареи конденсаторов.

Баланс реактивной мощности в проектируемой сети устанавливается уравнением:

, (2.3)

где - располагаемая энергосистемой реактивная мощность;

- суммарная мощность компенсирующих устройств;

- суммарная зарядная мощность линий;

- суммарная реактивная нагрузка всех ПС;

- суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах подстанций;

- суммарные потери реактивной мощности линий;

- коэффициент разновременности максимумов реактивных нагрузок, принимаемый равным 0,95.

Возможность энергосистемы по обеспечению района реактивной мощностью определяют по формуле:

, (2.4)

где - коэффициент реактивной мощности, соответствующий заданному .

Определяем наибольшую реактивную нагрузку на низшей стороне каждой из подстанций

, (2.5)

где - коэффициент реактивной мощности ПС, соответствующий заданному .

Реактивную мощность, генерируемую ВЛ, при предварительных расчетах можно оценивать для одноцепных линий 110 кВ уровнем 30 квар/км и для 220 - 130 квар/км.

Потери реактивной мощности в индуктивных сопротивлениях ВЛ приближенно могут быть найдены по величине модуля полной передаваемой по линии мощности . В ВЛ 110 кВ они ориентировочно составляют (4-6%) от , а в ВЛ 220 кВ - (15-20)% от .

Для приближенной оценки баланса реактивной мощности считаем, что генерация и потери реактивной мощности в линиях 110 кВ примерно равны ( ). Потери в трансформаторах (автотрансформаторах) принимаем равными 10% от полной мощности нагрузки и определяем их по выражению:

. (2.6)

Мощность КУ, необходимых к установке в сети для обеспечения баланса реактивной мощности, находим на основании уравнения (2.3) с учетом принятых допущений:

. (2.7)

Отрицательное значение покажет на отсутствие необходимости в КУ.

При положительном значении расчет мощности КУ на подстанциях производится по условию равенства средних значений коэффициента мощности в узлах сети, для чего необходимо определение балансного коэффициента реактивной мощности нагрузки по формуле:

, (2.8)

где - угол треугольника суммарных мощностей всех ПС после установки КУ.

Расчетная мощность компенсирующих устройств в каждом пункте потребления (на каждой ПС) определяют по выражению:

. (2.9)

Для компенсации реактивной мощности возможно использовать батареи конденсаторов типов КСКГ-1,05-125 и КС2-1,05-60, мощностью соответственно 6,5 и 3,2 Мвар каждая при напряжении 10 кВ.

Учитывая, что в режиме зимнего максимума нагрузок по условиям встречного регулирования напряжение на низшей стороне ПС должно не менее чем на 5% превышать номинальное значение, мощность каждой из установленных батарей КУ возможно определить по формуле:

, (2.10)

где - мощность принятых типов батарей конденсаторов при номинальном напряжении;

U - фактическое напряжение в месте установки КУ;

U_НОМ - номинальное напряжение батарей КУ.

Фактическая мощность КУ, установленных на каждой из ПС, определяется по формуле:

(2.11)

где n - количество ПС;

N_i - количество КУ каждого из типов на каждой ПС.

После установки на подстанциях компенсирующих устройств, изменится и величина потребляемой на них реактивной мощности. Для определения наибольшей реактивной и полной нагрузки на низшей стороне подстанций воспользуемся выражениями:

; (2.12)

. (2.13)

Полученные данные вносим в табл. 2.1.

Таблица 2.1 Нагрузки подстанций с учетом мощности КУ

№ п/п	Расчетная величина	Ед. изм.	Обозн	Подстанции
				1	…	N
1	Наибольшая активная нагрузка на низшей стороне подстанций
2	Коэффициент мощности нагрузки
3	Коэффициент реактивной мощности нагрузки
4	Наибольшая реактивная нагрузка на низшей стороне подстанций
5	Расчетная мощность КУ на ПС
6	Количество и мощность батарей кон­денсаторов типа КС 2-1,05-60
7	Количество и мощность батарей кон­денсаторов типа КСКГ-1,05-125
8	Фактическая мощность КУ на ПС		-kyi
9	Наибольшая реактивная нагрузка на низшей стороне ПС с учетом КУ
10	Наибольшая полная нагрузка на низ­шей стороне ПС с учетом КУ

В предварительных расчетах допускается учет КУ по их расчетной мощности без привязки к конкретным устройствам. При этом подходе в формуле (2.12) вместо следует подставить , а из табл.1 - исключить строки 6, 7, 8.

Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки. Первый, более сложный, точнее учитывает нагрузки на ПС, но распределение КУ не привязано к проектируемой сети и ее режимам, так как они еще отсутствуют на этой стадии проектирования. При дальнейшем проектировании может возникнуть потребность перераспределения КУ.

Второй подход проще. КУ распределяют после выбора схемы сети и расчета режимов. При этом возможны заметные изменения потокораспределения и напряжений в узлах после расстановки реальных КУ. В таком случае требуется перерасчет установившихся режимов.

Составить предварительный баланс реактивных мощностей, выбрать КУ, определить нагрузки, подстанций с учетом КУ. Данные для расчета реактивных мощностей: ; ; ; ; ; .

Выдаваемую из ЦП реактивную мощность определяем по формуле (2.4). Коэффициент реактивной мощности находим по тригонометрической формуле:

;

.

Наибольшие реактивные нагрузки, подстанций на стороне НН находим по формуле (2.5), например, для ПС1:

,

где .

Произведем предварительную оценку мощности компенсирующих устройств, выберем подстанции на которых целесообразна их установка и типы батарей конденсаторов, определим наибольше реактивные и полные нагрузки на низшей стороне каждой из подстанций с учетом компенсирующих устройств.

Суммарные реактивные нагрузки всех подстанций равны:

.

По формуле (6) определяем ориентировочную величину потерь реактивной мощности в трансформаторах:

.

Необходимую суммарную мощность компенсирующих устройств определяем по формуле (2.7):

.

Определяем величину балансного коэффициента реактивной мощности по формуле (2.8):

.

Расчетную мощность компенсирующих устройств в каждом пункте потребления находим по выражению (2.9), например, для ПС1:

.

Распределение КУ по ПС производим в зависимости от их расчетной мощности. Для компенсации реактивной мощности необходимо использовать 4 батареи конденсаторов типа КСКГ-1, 05-125 и 1 батарею конденсаторов типа КС 2-1, 05-60.

Учитывая, что напряжение на стороне низшего напряжения ПС в режиме зимнего максимума нагрузок будет на 5% превышать номинальное значение, определим мощность соответствующего КУ по формуле (10):

.

При этом суммарная мощность компенсирующих устройств составит 17,5 Мвар, что незначительно превышает требуемую величину (15,95 Мвар).

По формуле (2.11) определяем фактическую мощность КУ на каждой ПС:

.

После установки на подстанциях компенсирующих устройств, изменится и величина потребляемой на них реактивной мощности. Для определения наибольшей реактивной и полной нагрузки на низшей стороне подстанций необходимо воспользоваться выражениями (2.12), (2.13), например, для ПС1:

.

Результаты расчетов заносим в табл. Пр.2.1

Таблица Пр.2.1 Нагрузки подстанций с учетом мощности КУ

№ п/п	Обозначение	Единицы изм.	ПОДСТАНЦИИ
			1	2	3	4	5
I			14,2	21,6	13,7	9,8	12,9
3			0,82	0,89	0,9	0,81	0,84
3			0,698	0,51	0,48	0,72	0,65
4			9,9	11,02	6,57	7,06	8,4
5			14,78	7,66	4,24	1,43	2,75
6			_	_	_	_
7					_
8			3,5	3,5	_	3,5	3,5
9			6,4	7,52	6,57	3,56	4,9
10			15,6	22,87	13,7	10,43	13,8