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

2.1 Отбор вариантов схемы сети по длине цепей и трасс линий

Возможные варианты схем предоставлены ниже.

Результаты вычислений длин линий и трасс введем в таблицу 1.

Вариант 1:

Вариант 2:

Вариант 3:

5 4

Вариант 4:

5 4

Вариант 5:

5 4

Вариант 6:

Вариант 7:

5 4

Вариант 8:

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 1. Суммарные длины линий и трасс

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
длина трассы, км	175	180	171	167	166	201	208	206
длина линии, км	350	360	342	334	332	244	320	270

На первом этапе намеченные варианты с одинаковой степенью надёж­ности приближенно сравниваются лишь по основным натуральным количест­венным показателям: по суммарной длине цепей и по длине трасс.

Следует подчеркнуть, что такое сравнение, как правило, не должно иск­лючать из дальнейшего рассмотрения все варианты какого-то одного принци­пиального типа, например, все варианты кольцевого или магистрального типа. Такие схемы сети обладают различными качествами и их сопоставление должно производиться по приведенным расчётным затратам.

Были отобраны на проверку следующие варианты: №1 и 6.

2.2 Проверка вариантов сети по допустимым потерям напряжения

На втором этапе каждый из отобранных вариантов проверяется по допустимым потерям напряжения в двух режимах работы сети – максимальном и послеаварийном.

При определении наибольших потерь напряжения в сети следует руководствоваться следующими положениями: суммируются относительные потери напряжения по участкам сети одной ступени напряжения, так как в уз­лах понижения или повышения напряжения имеются средства регулирования напряжения 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.

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

Мощности в узлах сети:

= (33+j 14,28) МВА, S_н1= 35,96 МВА;

= (27+j 11,68) МВА, S_н2= 29,42 МВА;

= (40+j 17,31) МВА, S_н3= 43,58 МВА;

= (20+j 8,65) МВА, S_н4= 21,75 МВА;

= (10+j 4,33) МВА, S_н5= 10,9 МВА.

Проверка варианта 1:

Режим максимальных нагрузок

Распределение мощности:

Полные мощности, протекающие в линиях:

= ; S_2-3= 43,58 МВА;

= ; S_1-2= 72,88 МВА;

= ; S_5-4= 21,75 МВА;

= ; S_1-5= 32,69 МВА;

= ; S_р-1= 141,65 МВА.

Принимаем, что номинальное напряжение в проектируемом районе U_ном=110 кВ на линиях 1-2, 2-3, 1-4, 4-5. На участке р-1 U_ном=220 кВ.

Находим ток в линиях в режиме максимальных нагрузок:

,

где S_ij – полная мощность, протекающая 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 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 Тнб=4400 ч/год.

Следовательно, j_эк=0,9 А/мм² [2].

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

Сечения проводов:

127 мм², выбираем провод АС-120;

мм², выбираем провод АС-185;

мм², выбираем провод АС-70;

мм², выбираем провод АС-95;

мм², выбираем провод АС-240.

Выбранные сечения проводов всех линий необходимо поверить по допустимому току в послеаварийном режиме:

Послеаварийный режим для двухцепной линии обусловлен отключением одной цепи из двух. В этом случае оставшаяся в работе цепь должна выдержать максимальный рабочий ток, то есть:

При отключении одной цепи в линии РЭС-1:

А I_доп= 610 А [2];

Выбранные провода удовлетворяют условиям проверки 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.

Таблица 2. Погонные сопротивления

Марка провода	R0,Ом	X0,Ом
Провод АС-70	0,422	0,444
Провод АС-240	0,118	0,435
Провод АС-95	0,301	0,434
Провод АС-185	0,159	0,413
Провод АС-120	0,244	0,427

Линия РЭС-1:

l=43 км, провод АС-240;

R_Л= R₀l= 0,11843 = 2,537 Ом;

Х_Л= Х₀l= 0,43543 = 9,3525 Ом;

Р=130 МВт, Q= Мвар;

3,89 кВ;

1,05 МВт;

1,77 % < U_доп=15 %.

Линия 1-2:

l=35 км, провод АС-185;

R_Л= R₀l= 0,15935=2,78 Ом;

Х_Л= Х₀l= 0,41335=7,2275 Ом;

Р= МВт, Q= Мвар;

3,58 кВ;

1,22 МВт;

3,25 %.

Линия 2-3:

l=35 км, провод АС-120;

R_Л= R₀l= 0,24435=4,27 Ом;

Х_Л= Х₀l= 0,42735=7,4725 Ом;

Р=40 МВт, Q= Мвар;

2,73 кВ;

0,67 МВт;

2,48 %;

U_нб = U_1-2% +U_2-3%=(3,25+2,48)% = 5,73 < U_доп=15 %.

Проходит по допустимым потерям напряжения.

Линия 1-5:

l=28 км, провод АС-95;

R_Л= R₀l= 0,30128=4,214 Ом;

Х_Л= Х₀l= 0,43428=6,076 Ом;

Р= МВт, Q= вар;

1,87 кВ;

0,37 МВт;

1,7 %.

Линия 5-4:

l=34 км, провод АС-70;

R_Л= R₀l= 0,42234=7,174 Ом;

Х_Л= Х₀l= 0,44434=7,548 Ом;

Р=20 МВт, Q= Мвар;

1,9 кВ;

0,28 МВт;

1,73 %;

U_нб = U_1-5% +U_5-4%=(1,7+1,73)% = 3,43 < U_доп=15 %.

Проходит по допустимым потерям напряжения.

Потеря напряжения в послеаварийном режиме

Послеаварийный режим характеризуется отключением одной из цепей двухцепной линии на участке с наибольшей потерей напряжения.

Линия РЭС-1:

l=43 км, провод АС-240;

R_Л= R₀l= 0,11843 = 5,74 Ом;

Х_Л= Х₀l= 0,43543 = 18,7 Ом;

Р=130 МВт, Q= Мвар;

7,78 кВ;

1,05 МВт;

3,54 % < U_доп=20 %.

Проходит по допустимым потерям напряжения.

Таблица 3. Результаты расчетов для варианта 1

Линия	1-РЭС	5-4	2-3	1-2	1-5
Uном, кВ	220	110	110	110	110
I, А	317,75	114,16	228,74	382,5	171,58
Jэк, А/мм2	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
Fрасч, мм2	176,5	63,4	127	212	95,3
Fст, мм2	240	70	120	185	95
Марка провода	АС-240/32	АС-70/11	АС-120/19	АС-185/19	АС-95/19
Iдл.доп, А	610	265	265	390	330
L, км	43	34	35	35	28
R0, Ом/км	0,118	0,422	0,244	0,158	0,301
Х0, Ом/км	0,435	0,444	0,427	0,415	0,434
Rл, Ом	2,537	7,174	4,27	2,78	4,214
Хл, Ом	9,3525	7,548	7,47	7,228	6,076
Р, МВт	130	20	40	67	30
Q, Мвар	56,25	8,65	17,31	28,69	12,98
	3,89	1,9	2,73	3,58	1,87
	1,05	0,28	0,67	1,22	0,37
3,59 МВт

Проверка варианта 2

Режим максимальных нагрузок

Рассекаем сеть в точке 1:

Находим потки мощностей, текущих в линиях:

Полные мощности, протекающие в линиях:

=( ) МВА, S_1-2= 57,66 МВА;

=( ) МВА, S_2-3= 28,24 МВА;

=( ) МВА, S_3-4= 15,34 МВА;

=( ) МВА, S_4-5= 37,13 МВА;

=( ) МВА, S_5-1= 48,03 МВА;

= ; S_р-1= 141,65 МВА.

Принимаем, что номинальное напряжение в кольце U_ном=220кВ, в участе сети РЭС-1 U_ном=220кВ.

Находим ток в линиях в режиме максимальных нагрузок:

371,7А;

151,32 А;

74,11 А;

97,44 А;

126 А.

Сечения проводов:

206,52 мм², выбираем провод АС-240;

168,13 мм², выбираем провод АС-240;

82,34 мм², выбираем провод АС-240;

44,73 мм², выбираем провод АС-240;

108,27 мм², выбираем провод АС-240;

140 мм², выбираем провод АС-240.

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

Отключение линии 1-2:

Распределение мощности:

27+j11,68 МВА;

(27+j11,68)+(40+j17,31)=67+j28,99 МВА;

(67+j28,99)+(20+j8,65)=87+j37,64 МВА;

(87+j37,64)+(10+j4,33)=97+j41,97 МВА;

= .

Мощности, протекающие в линиях:

97+j41,97 МВА; S_1-5=105,69 МВА;

= 87+j37,64 МВА, S_4-5=94,79 МВА;

= 67+j28,99 МВА, S_3-4=71,86 МВА;

= 27+j11,68 МВА, S_2-3=29,42 МВА;

= ; S_р-1= 141,65 МВА.

Ток в линиях в послеаварийном режиме:

При отключении одной цепи в линии РЭС-1:

А I_доп= 610 А [2];

Выбранные провода удовлетворяют условиям проверки по допустимому току в послеаварийном режиме.

Потери напряжения в максимальном режиме

Линия РЭС-1:

l=43 км, провод АС-240;

R_Л= R₀l= 0,11843 = 2,537 Ом;

Х_Л= Х₀l= 0,43543 = 9,3525 Ом;

Р=130 МВт, Q= Мвар;

3,89 кВ;

1,05 МВт;

1,77 %.

Линия 1-5:

R_Л= R₀l=0,11828=3,304 Ом;

Х_Л= Х₀l=0,43528=12,18 Ом;

Р= МВт, Q= Мвар;

1,72 кВ;

0,16 МВт;

U_{ 1-5%} 0,78 %.

Линия 5-4:

R_Л= R₀l=0,11834=4,012 Ом;

Х_Л= Х₀l=0,43534=14,79 Ом;

Р= МВт, Q= Мвар;

1,61 кВ;

0,114 МВт;

U_{ 5-4%} 0,73 %.

Линия 4-3:

R_Л= R₀l=0,11826=3,068 Ом;

Х_Л= Х₀l=0,43526=11,31 Ом;

Р= МВт, Q= Мвар;

0,51 кВ;

0,015 МВт;

U_{ 5-4%} 0,23 %;

U_нб = U_РЭС-1% + U_1-5% + U_5-4% + U_4-3% = (1,77 + 0,78 + 0,23 + 0,73)% =

= 3,51 < U_доп=15 %.

Проходит по допустимым потерям напряжения.

Потеря напряжения в послеаварийном режиме

Отключение линии 1-2.

Мощности, протекающие в линиях:

97+j41,97 МВА; S_1-5=105,69 МВА;

= 87+j37,64 МВА, S_4-5=94,79 МВА;

= 67+j28,99 МВА, S_3-4=71,86 МВА;

= 27+j11,68 МВА, S_2-3=29,42 МВА;

= ; S_р-1= 141,65 МВА.

Линия РЭС-1:

R_Л= 2,537 Ом;

Х_Л = 9,3525 Ом;

Р=130 МВт, Q= Мвар;

3,89 кВ.

Линия 1-5:

R_Л=3,304 Ом; Х_Л=12,18 Ом;

Р= 97 МВт, Q= 41,97 Мвар;

3,78 кВ.

Линия 5-4:

R_Л=4,012 Ом; Х_Л=14,79 Ом;

Р= 87 МВт, Q= 37,64 Мвар;

4,12 кВ.

Линия 4-3:

R_Л=3,068 Ом; Х_Л=11,31 Ом;

Р= 67 МВт, Q= j28,99 Мвар;

2,42 кВ;

Линия 3-2:

R_Л= R₀l=0,11835=4,13 Ом;

Х_Л= Х₀l=0,43535=15,225 Ом;

Р= 27 МВт, Q= 11,68 Мвар;

1,32 кВ;

U_{ РЭС-1-5-4-3-2} = 3,89 +3,78 +4,12 +2,42 +1,32 =15,53 кВ;

U_{ РЭС-1-5-4-3-2 %} 7 %;

U_нб =U_{ РЭС-1-5-4-3-2 %}=7 % < U_доп=20 %.

Проходит по допустимой потере напряжения.

Таблица 4. Результаты расчетов для варианта 2

Линия	РЭС -1	1-2	1-5	5-4	4-3	2-3
Uном, кВ	220	220	220	220	220	220
I, А	372,7	151,32	126	97,44	40,26	74,11
Jэк, А/мм2	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
Fрасч, мм2	206,52	168,13	140	108,27	44,73	82,34
Fст, мм2	240	240	240	240	240	240
Марка провода	АС-240/32	АС-240/32	АС-240/32	АС-240/32	АС-240/32	АС-240/32
Iдл.доп, А	610	610	610	610	610	610
l, км	43	35	28	34	26	35
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	2,537	4,13	3,304	4,012	3,068	4,13
Хл, Ом	9,3525	15,225	12,18	14,79	11,31	15,225
Р, МВт	130	52,92	44,08	34,08	14,08	25,92
Q, Мвар	56,25	22,9	19,07	14,74	6,09	11,22
	3,89		1,72	1,61	0,51
	1,05	0,28	0,16	0,114	0,015	0,068

1,69 МВт.