2.3.4. Предварительный расчет установившихся режимов проектируемых вариантов сети промышленного района

Решением задачи расчета является ответ на вопрос о технической реализуемости варианта схемы сети. Расчет производят для каждого из рассматриваемых вариантов. При проектировании сети одновременно с разработкой вариантов схемы конфигурации решаются вопросы выбора номинального напряжения сети. Комплексное решение данных вопросов требует определения потоков мощности по ВЛ в нормальном и послеаварийных режимах по отдельным участкам и напряжению в узлах сети.

На первом этапе предварительного сравнения и отбора конкурентоспособных вариантов схемы нагрузки в узлах сети определяют приближенно, без учета потерь мощности в трансформаторах и реактивной мощности, генерируемой линиями. Исходными данными для расчета потокораспределений в нормальном и послеаварийных режимах на данном этапе проектирования являются нагрузки ПС на стороне НН.

Приближенный расчет потокораспределений производят без учета потерь мощности в элементах сети, при условиях равенства напряжений вдоль ветвей схемы номинальному и однородности сети.

Расчет потоков мощности в магистральных сетях проводится в направлении от наиболее электрически удаленной ПС к ЦП путем последовательного суммирования расчетных нагрузок в узлах сети. В простых замкнутых сетях нагрузки ПС учитывают в узлах замкнутой сети ВН и определяют потоки мощности на головных участках пропорционально длине участков сети и, исходя из условий баланса мощности, находят потоки мощности на других участках.

В процессе расчета потоков мощности на головных участках линии с

двухсторонним питанием используют уравнения [1, с.138]:

; ; (2.14)

где , - поток мощности в сеть на головных участках отисточников питания А и В соответственно;

- нагрузка i-й ПС;

, - сопряженные комплексы сопротивлений линий от i-й ПС до источников питания В и А соответственно;

- сопряженный комплекс суммарного сопротивления всех линий сети с двухсторонним питанием между источниками А и В;

N - количество ПС в сети с двухсторонним питанием.

На данном этапе расчета сечения проводов F_i, а, следовательно, и их сопротивления Z _i - неизвестны. Допуская, что сечения проводов ВЛ одинаковы, в формулу (2.14) подставляют длины линий 1_i, вместо сопротивлений Z _i .

; ; (2.15)

Для расчета по формулам (2.14), (2.15) кольцевую сеть представляют в виде линии с двухсторонним питанием. При этом, кольцевую сеть разрывают в ЦП, заменяя источник питания в ЦП двумя источниками питания: А и В.

При расчетах режимов сложных замкнутых сетей может быть использован метод преобразования сети. Этот метод заключается в том, что сеть постепенными преобразованиями приводится к ВЛ с двухсторонним питанием, в которой находят распределение мощностей, как в простой замкнутой сети. Затем развертыванием схемы определяют распределение мощностей в исходной сети [1].

Преобразование сложной замкнутой сети основано на использовании следующих эквивалентных преобразований: замены нескольких ветвей одной эквивалентной, переноса нагрузок (исключение узла), преобразование треугольника в звезду и обратно. Например: эквивалентирование двух параллельных ветвей производят по выражению:

. (2.16)

При проведении эквивалентных преобразований и, в частности, расчетов по формуле (2.16) оперируют значениями длин линий вместо сопротивлений так, как это сделано в формуле (2.15).Перенос нагрузки определяют по уравнению расчета мощности на головных участках линии с двухсторонним питанием по (2.15).

На основании предварительной оценки расчетных нагрузок линий производится выбор номинального напряжения. Номинальное напряжение U_НОМ определяется, в основном, передаваемой активной мощностью Р (МВт) и длиной 1 (км).

Для ориентировочного определения величины экономически целесообразного напряжения линий U_НОМ (кВ) можно воспользоваться эмпирической формулой, предложенной Г.А. Илларионовым :

. (2.17)

Однако, автоматически пользоваться данной формулой недопустимо. Необходимо учитывать диапазоны фактически передаваемых по одной цепи ВЛ мощностей при том или ином номинальном напряжении, а также предельные протяженности ВЛ. Так, например, для ВЛ 110 кВ при диапазоне сечений проводов от 70 до 240 мм² передаваемая мощность лежит в пределах от 15 до 65 МВт при предельной длине ВЛ до 150 км. Для ВЛ 220 кВ при сечениях 240 - 400 мм² диапазон мощностей лежит в пределах от 100 - 200 МВт при предельной длине ВЛ до 250 км.

Рекомендуется выполнять проектируемую сеть с одним уровнем напряжения. При этом определяющим следует считать номинальное напряжение, полученное по (2.17) для более загруженных головных участков.

Зная потоки мощностей по ВЛ номинальное напряжение U_НОМ , можно перейти к выбору сечений проводов. Для этого определяют токи в ВЛ:

, (2.18)

где - число параллельно работающих ВЛ;

S _л - полная мощность, передаваемая по ВЛ, определяемая выражением:

. (2.19)

Сечения проводов выбирают по токовым экономическим интервалам в зависимости от расчетного тока [1, с. 268 - 274]:

, (2.20)

где - ток линии на пятый год ее эксплуатации;

- коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации ВЛ;

- коэффициент, учитывающий время наибольшей нагрузки T_Hб и коэффициент ее попадания в максимум нагрузки энергосистемы K_M.

Для ВЛ 110 - 220 кВ = 1,05; - выбирают по таблице. При выполнении курсового проекта можно принять K_M = 0,8; . Таблица для выбора коэффициента дана в приложении.

Сечения проводов ВЛ выбирают по экономическим интервалам токовых нагрузок в зависимости от номинального напряжения, района по гололеду, материала опор и количества цепей на них [2]. Таблица экономических интервалов дана в приложении П6.

Если расчетный ток I_P превышает верхнюю границу интервала использования максимального сечения для данного напряжения, то данный вариант может быть исключен из дальнейшего рассмотрения как технически нереализуемый. В данном случае рекомендуется рассмотреть возможность введения дополнительных ВЛ, параллельных цепей либо перевода сети на более высокую ступень напряжения.

Выбранные сечения проводов должны быть проверены по допустимому току на нагрев в наиболее тяжелых после аварийных режимах. Для магистральных и радиальных ВЛ - это отключение одной цепи, для кольцевых и сложнозамкнутых сетей - отключение головных участков сети. Условие проверки:

, (2.21)

где - ток через рассматриваемую ВЛ в наиболее тяжелом из послеаварийных режимов;

- допустимые токовые нагрузки на провода согласно [2.с. 292], значения которых приведены в Приложении П6;

- поправочный коэффициент на температуру воздуха; в проекте его рекомендуется принять равным 1.

Если условие (2.21) не выполняется, то данный вариант является технически нереализуемым и должен быть исключен из дальнейшего рассмотрения.

Далее определяют активное сопротивление проводов линии - r_л и индуктивное сопротивление фазы линии x_л:

r _Л = r ₀·l / n _Л ;x _Л = x ₀·l / n _Л, (2.22)

где r ₀ и x ₀ – удельные активные и реактивные сопротивления воздушной линии, Ом/км (Приложение П6);

l – протяженность линии, км;

n _Л – число параллельных линий (цепей).

Потом рассчитывают потери напряжения в линиях в процента от номинального в нормальном ∆U^Н и послеаварийных ∆U^А режимах, используя уравнения:

∆U^Н % = ·100; (2.23)

∆U^А % = ·100, (2.24)

где P^Н_Л,Q^Н_Л и P^А_Л,Q^А_Л – потоки активной и реактивной мощности в линии в нормальном и послеаварийных режимах.

Суммарные потери напряжения от ЦП до электрически наиболее удаленной точки не должны превышать 13-15% в нормальном и 18-20% в послеаварийных режимах. Если эти условия выполняются, то предполагают, что диапазон устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) двухобмоточных трансформаторов достаточен для обеспечения встречного регулирования на шинах 10 кВ. Если это условие не выполняется, то рассматриваемый вариант может быть исключен из дальнейшего рассмотрения как технически нереализуемый.

На основании положений ранее изложенного материала последовательно намечают и рассчитывают три - пять возможных вариантов схем соединения сети с соответствующими номинальными напряжениями. На схеме варианта показывают расположения ЦП и ПС, нагрузки ПС, проектируемые ВЛ (с указанием их длин и сечений проводов). Наносят направления стрелками и значения потоков мощности в ВЛ, напряжение на ЦП и ПС. Результаты по вариантам заносят соответственно в табл.2.2. После каждой таблицы приводят выводы по результатам анализа произведенных расчетов соответствующих вариантов.