2. Выбор схемы, номинального напряжения и основного электрооборудования линий и подстанций сети

2.1 Выбор схемы сети по длине цепей трасс линий

Возможные конкурентоспособные варианты схем представлены на рис. 3.1.1-3.1.6.

Результаты подсчета длин цепей и трасс для каждого представленного варианта сети сведены в таблицу 3.1.1.

Рисунок 3.1.1 - Вариант 1

Рисунок 3.1.2 - Вариант 2

Рисунок 3.1.3 - Вариант 3

Рисунок 3.1.4 - Вариант 4

Рисунок 3.1.5 - Вариант 5

Рисунок 3.1.6 - Вариант 6

Так как по условию задания на проектирование во всех пунктах 1-5 имеются потребители I категории бесперебойности в электроснабжении, то во всех вариантах схем сети предусматриваем их надежное электроснабжение, т.е. радиальные варианты сети требуют - двухцепные линии; замкнутые варианты сети - одноцепные линии.

Варианты с одинаковой степенью надёжности приближенно сравниваем лишь по основным натуральным количественным показателям: по суммарной длине линий в одноцепном измерении (длина двухцепной линии удваивается) и по длине трасс линий. При определении длин надо учитывать, что длина из-за не прямолинейности и неровностей рельефа местности на 5-15% больше расстояния по прямой между рассматриваемыми пунктами. Составляем сводную таблицу суммарных длин цепей и трасс.

Таблица 3.1.1. Суммарные длины цепей и трасс.

Номер варианта	1	2	3	4	5	6
Длина трасс, км	198	173	155	180	168	175
Длина цепей, км	198	346	310	227	330	217

Для проверки мы выберем вариант № 2, потому что именно при такой схеме достигается большая эксплуатационная гибкость и повышенная надежность электроснабжения. Также для проверки мы выберем варианты 1 и 6, потому что они простые и требуют для осуществления сети наименьшее количество линий.

2.2 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 послеаварийном.

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

Мощности в узлах сети:

= (30+11.241i) МВА;

= (24+j13,92) МВА;

= (16+5.995i) МВА;

= (8+2.998i) МВА;

= (36+13.49i) МВА.

Проверка варианта 1

Режим максимальных нагрузок.

1. Рассмотрим кольцо РЭС-1-5-4-2-3-РЭС’:

Распределение мощности:

.

Проверка правильности нахождения полной мощности на участке:

+ ;

54.818+20.541i+59.182+22.176i=114+42.717i

114+42.717i=114+42.717i.

Проверка показала правильность расчета распределения мощности.

Полные мощности, протекающие в линиях:

МВА;

МВА;

МВА;

МВА;

МВА;

МВА.

Определим токи в цепи 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.

Находим токи в линиях:

А;

А;

А;

А;

А;

А.

Рассчитаем сечение провода воздушной линии, определяемое по закону экономической плотности тока j_эк: где

I_max - максимальный рабочий ток, А,

n – количество линий.

Выбирается ближайшее к расчётному стандартное сечение провода F_станд. Выбранное сечение необходимо проверить по условию потерь на корону и по максимально допустимой нагрузке в послеаварийном режиме. В случае нарушения ограничений сечения проводов увеличиваются. При выборе сечений проводов окончательно уточняется напряжение отдельных участков сети.

По заданию продолжительность использования наибольшей нагрузки Т_нб=4200 ч/год.

По ПУЭ при Т_нб = 4200 час/год для Забайкалья и Дальнего востока

j_эк = 0,9 А/мм².

Сечения проводов:

На стадии проектирования техническое ограничение по сечению для сети 220кв составляет 240 мм^2.

170.698 мм², выбираем провод АС-240/39;

мм², выбираем провод АС-240/39;

52.37 мм², выбираем провод АС-240/39;

мм², выбираем провод АС-240/39;

мм², выбираем провод АС-240/39;

109.553мм², выбираем провод АС-240/39.

Послеаварийный режим.

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

1. Рассмотрим кольцо РЭС-1-4-5-3-2:

Отключение линии РЭС’-2:

Распределение мощности:

(24+8.993i) МВА;

(24+8.993i)+( 16+5.995i)=( 40+14.988i) МВА;

(40+14.988i)+( 36+13.49i)=( 76+28.478i) МВА;

(76+28.478i)+( 8+2.998i) =(84+31.476i) МВА;

(84+31.476i)+( 30+11.241i)=( 114+42.717i) МВА;

Мощности, протекающие в линиях:

= (24+8.993i) МВА;

= (40+14.988i) МВА;

= (76+28.478i) МВА;

= (84+31.476i) МВА;

=(114+42.717i) МВА.

Определяем токи в линиях в послеаварийном режиме:

А;

А;

А;

А;

А.

Из послеаварийного режима выбираем максимальные токи в линиях:

I_{max 3-2}= А, провод АС-240/39, I_доп=610 А;

I_{max 5-3}= А, провод АС-240/39, I_доп=610 А;

I_{max 4-5}= А, провод АС-240/39, I_доп=610 А;

I_{max 1-4}= А, провод АС-240/39, I_доп=610 А;

I_{max РЭС-1}=319.486 А, провод АС-240/39, I_доп=610 А;

Выбранные провода прошли проверку по допустимому току в послеаварийном режиме.

2.Рассмотрим кольцо РЭС’-2-3-5-4-1:

Отключение линии РЭС-1:

Распределение мощности:

(30+11.241i) МВА;

(30+11.241i)+( 8+2.998i)=( 38+14.239i) МВА;

(38+14.239i)+( 36+13.49i)=( 74+27.729i) МВА;

(74+27.729i)+( 16+5.995i) =(90+33.724i) МВА;

(90+33.724i)+( 24+8.993i)=( 114+42.717i) МВА.

Мощности, протекающие в линиях:

= (30+11.241i) МВА;

= (38+14.239i) МВА;

= (74+27.729i) МВА;

= (90+33.724i) МВА;

=(114+42.717i) МВА.

А;

А;

А;

А;

А.

Из послеаварийного режима выбираем максимальные токи линиях:

I_{max 4-1}=84.075 А, провод АС-240/39, I_доп=610 А;

I_{max 5-4}=106.495 А, провод АС-240/39, I_доп=610 А;

I_{max 3-5}=207.386 А, провод АС-240/39, I_доп=610 А;

I_{max 2-3}=252.226 А, провод АС-240/39, I_доп=610 А;

I_{max РЭС’-2}= А, провод АС-240/39, I_доп=610 А.

Выбранные провода прошли проверку по допустимому току в послеаварийном режиме.

Потери напряжения в максимальном 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 послеаварийных режимов требуется выбирать такой, при котором потери напряжения увеличиваются на наибольшую величину. В разветвлённой сети с двухцепными линиями такой послеаварийный режим обусловлен отключением одной цепи в линии с наибольшим значением потерь напряжения. В кольцевой сети послеаварийный режим обусловлен, как правило, отключением одного из головных участков.

Линия РЭС-1:

Провод АС-240/39, l=47 км, r₀=0,118 Ом/км, x₀=0,435 Ом/км.

Сопротивления линии:

R_Л= ∙ r₀∙l=0,11847 =5.546 Ом, Х_Л= ∙x₀∙l=0,43547 =20.445 Ом.

Потери напряжения составят:

3.134 кВ;

Потери активной мощности в линии:

0.393 МВт.

Линия 1-4:

Провод АС-240/39 l=33 км, r₀=0,118 Ом/км, x₀=0,435 Ом/км.

R_Л= r₀∙l=0,11833=3.894Ом, Х_Л= ∙x₀∙l=0,43533=14.355Ом.

0.996 кВ;

0.057 МВт.

Линия 4-5:

Провод АС-240/39 l=25 км, r₀=0,118 Ом/км, x₀=0,435 Ом/км.

R_Л= ∙r₀∙l=0,11825=2.95 Ом, Х_Л= ∙x₀∙l=0,43525=10.875 Ом.

0.511кВ;

0.02МВт.

Линия 3-5:

Провод АС-240/39, l=29 км, r₀=0,118 Ом/км, x₀=0,435 Ом/км.

Сопротивления линии:

R_Л= ∙ r₀∙l=0,11829=3.422 Ом, Х_Л= ∙x₀∙l=0,43529=12.615 Ом.

0.658 кВ;

0.03МВт.

Линия 2-3:

Провод АС-240/39, l=22 км, r₀=0,118 Ом/км, r₀=0,435 Ом/км.

R_Л= ∙r₀∙l=0,11822=2.596Ом, Х_Л= ∙x₀∙l=0,43522=9.57Ом.

0.915 кВ;

0.076МВт.

Линия РЭС’-2:

Провод АС-240/32 l=42 км, r₀=0,118 Ом/км, x₀=0,435 Ом/км.

R_Л= ∙r₀∙l=0,11842=4.956 Ом, Х_Л= ∙x₀∙l=0,43542=18.27 Ом.

3.024 кВ;

0.409 МВт.

Найдем суммарные потери мощности и напряжения в максимальном режиме:

Так как кольцо , потери напряжения до наиболее удаленной нагрузки будут равны на участке РЭС-1-4-5 и РЭС-2-3-5.

=3.134+0.996+0.915+0.511=4.641кВ; % 2.1%;

U_нб220= =2.1% < U_доп=15%.

Потери напряжения в послеаварийном режиме

В разветвлённой сети с двухцепными линиями послеаварийный режим обусловлен отключением одной цепи в линии с наибольшим значением потерь напряжения. В кольцевой сети послеаварийный режим обусловлен, как правило, отключением одного из головных участков.

Отключение линии РЭС-1:

Линия 4-1:

Провод АС-240/39, l=33 км, R_Л= Ом, Х_Л= Ом.

1.264 кВ;

0,083 МВт.

Линия 5-4:

Провод АС-240/39, l=25 км, R_Л=2.95Ом, Х_Л=10.875Ом.

2.178 кВ;

0.1 МВт.

Линия 3РЭС-5:

Провод АС-240/32, l=29 км, R_Л=3.422 Ом, Х_Л=12.615 Ом.

2.741 кВ;

0.442 МВт.

Линия 2РЭС-3:

Провод АС-240/32, l=22 км, R_Л=2.596 Ом, Х_Л=9.57 Ом.

2.529 кВ;

0.653 МВт.

Линия РЭС’РЭС-2:

Провод АС-240/32, l=42 км, R_Л=4.956 Ом, Х_Л=18.27 Ом.

6.116 кВ;

1.048 МВт.

Определим суммарные потери напряжения в послеаварийном режиме:

U_1-4-5-3-2-РЭС’=1.264 +2.178 +2.741 +2.529 +6.116 =14.828 кВ;

U_1-4-5-3-2-РЭС’_% 8.74%;

U_нб220=U_1-4-5-3-2-РЭС’_%=8.74% < U_доп=20%.

Данная схема проходит по допустимым потерям напряжения в максимальном и послеаварийном режимах.

Отключение линии РЭС’-2:

Линия 3-2:

Провод АС-240/39, l=22 км, R_Л=2.596 Ом, Х_Л=9.57 Ом.

0.674 кВ;

0.035 МВт.

Линия 5-3:

Провод АС-240/39, l=29 км, R_Л=3.422 Ом, Х_Л=12.615 Ом.

1.482 кВ;

0.129 МВт.

Линия 4РЭС-5:

Провод АС-240/39, l=25 км, R_Л=2.95 Ом, Х_Л=10.875 Ом.

2.427 кВ;

0.401 МВт.

Линия 1РЭС-4:

Провод АС-240/39, l=33 км, R_Л=3.894 Ом, Х_Л=14.355 Ом.

3.541 кВ;

0.647 МВт.

Линия РЭСРЭС-1:

Провод АС-240/32, l=47 км, R_Л=6,844 Ом, Х_Л=25,23 Ом.

6.844 кВ;

1.698 МВт.

Определим суммарные потери напряжения в послеаварийном режиме:

U_ РЭС-1-4-5-3-2=0.674 +1.482 +2.427 +3.541 +6.844 =14.968 кВ;

U_ РЭС-1-4-5-3-2_% 8.83%;

U_нб220=U_ РЭС-1-4-5-3-2_%=8.83% < U_доп=20%.

Данная схема проходит по допустимым потерям напряжения в максимальном и послеаварийном режимах.

Таблица 3.2.1. Результаты расчетов для варианта 1.

Линия	РЭС-1	1-4	4-5	РЭС-2	2-3	3-5
Uном, кВ	220	220	220	220	220	220
I, А	153.628	51.204	47.133	165.858	98.597	53.757
Jэк, А/мм2	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
Fрасч, мм2	170.698	56.893	52.37	184.286	109.553	59.73
Fст, мм2	240	240	240	240	240	240
Марка провода	АС-240	АС-240	АС-240	АС-240	АС-240	АС-240
Iдл.доп, А	610	610	610	610	610	610
l, км	47	33	25	42	22	29
R0, Ом/км	0,118	0,118	0,118	0,118	0,118	0,118
Х0, Ом/км	0,435	0,435	0,435	0,435	0,435	0,435
Rл, Ом	5.546	3.894	2.95	4.956	2.596	3.422
Хл, Ом	20.445	14.355	10.875	18.27	9.57	12.615
Р, МВт	54.818	24.818	16.818	59.182	35.182	19.182
Q, Мвар	20.541	9.3	6.302	22.176	13.183	7.188
, кВ	3.135	0.996	0.511	3.024	0.942	0.677
, МВт	0.393	0,057	0,02	0.409	0,076	0,03

=4.1%

=0.983 МВт.