1. Нормальный режим.

Условие (3.6) выполняется, проверим сеть в аварийном режиме.

Условия работы сети в аварийном режиме выполняются. Проверим провода на допустимые отклонения напряжения.

, (3.7)

где k_макс = 5% и k_мин = 1% отклонение напряжения на шинах ГПП в относительных единицах.

Определим напряжение на шинах ТП3 (наиболее удаленной трансформаторной подстанции) в режимах max и min нагрузках.

. (3.8)

В связи с тем, что режим работы сетей, а также их нагрузок, постоянно меняется, меняется и напряжение у приемников электроэнергии. Плавные длительные изменения называют установившимся отклонением напряжения. Эту величину определяют как разность между напряжением на зажимах электроприемников и их номинальным напряжением, %:

. (3.9)

δU_{макс(мин)} ≤ δU_доп., (3.10)

Т.е. выбранные провода АС 50 удовлетворяют условию (3.10).

3.2 Электрический расчет схемы двухстороннего питания сети напряжением 10 кВ

Надежность электроснабжения при магистральной схеме питания можно повысить, если применять кольцевую магистраль с двухсторонним питанием. В этом случае магистраль начинается и заканчивается на шинах одного и того же пункта питания. Схемы двухстороннего питания имеют ряд преимуществ перед разомкнутыми. Во-первых, в случае двухстороннего питания повышается надежность электроснабжения и исключается пауза в подаче питания. Во-вторых, уменьшаются потери напряжения и потери активной мощности и электроэнергии: в замкнутых контурах сети автоматически устанавливается потокораспределение в соответствии с законами Кирхгофа, естественным образом стремящееся к минимальным потерям. В-третьих, такая сеть обладает высокой гибкостью управления. Трудности расчета замкнутых сетей обусловлены прежде всего наличием замкнутых контуров в схемах. Без специального расчета невозможно даже ориентировочно представить распределение потоков мощностей по отдельным ветвям сети, а ведь именно потокораспределение обусловливает потери напряжения. Расчетная схема двухстороннего питания сети 10 кВ приведена на рисунке 3.

Рисунок 3  Расчетная схема двухстороннего питания сети 10 кВ

Как было сказано выше, сложность расчета кольцевых (замкнутых) схем питания заключается в том, что невозможно сразу определить точку сети, до которой будет максимальное падение напряжения (при одностороннем питании максимальные потери напряжения всегда будут до наиболее удаленного приемника энергии). Такая точка получила название точки раздела (или потокораздела) мощностей. В общем случае точки раздела мощностей для активной и реактивной мощностей могут не совпадать (т.к. одни потребители могут потреблять больше активной мощности, другие – реактивной).

Последовательность расчета кольцевых схем следующая:

• «разрезать» схему по пункту питания (в нашем случае ГПП ), в результате чего она преобразуется в схему двустороннего питания с двумя условными источниками питания, у которых напряжения по равны по модулю и совпадают по фазе;

• после преобразования схемы найти распределение потоков мощностей между двумя условными источниками питания (определить точки раздела мощностей);

• разбить схему по точке раздела, в результате чего получится две (если точки раздела активных и реактивных мощностей совпадают) или четыре (если точки раздела не совпадают) схемы одностороннего питания;

• найти эквивалентный ток для каждой из полученных схем одностороннего питания и для наибольшего тока определить экономическое сечение, которое необходимо проверить по условиям потерь и отклонения напряжения в нормальном и аварийном режимах.

Расстояние от ГПП до ТП3 определяется по формуле, км:

, (3.11)

Схема разбивается по источнику питания ГПП, в результате чего получается схема двустороннего питания с условными источниками 1 и 2 (рисунок 4).

Рисунок 4  Схема двухстороннего питания с условными источниками 1 и 2

Распределение мощностей между пунктами 1 и 2 при прочих равных условиях обратно пропорционально зависит от расстояния между подстанциями и этими пунктами. Мощности, потребляемые нагрузкой от условных источников 1 и 2, можно определить по формулам:

, (3.12)

где P_ТП1, P_ТП2, P_ТП3, Q_ТП1, Q_{ТП 2}, Q_{ТП 3} – мощности, потребляемые первой, второй и третьей подстанциями с учетом потерь в трансформаторах.

Если мощности, потребляемые нагрузкой от условных источников, определены правильно, то должны выполняться условия:

, (3.13)

Таким образом, условие (3.13) выполняется, т.е. мощности, потребляемые нагрузкой от условных источников, определены правильно.

Точка потокораздела активной мощности определяется следующим образом: из мощности P₁ вычитается сначала мощность подстанции ТП1 P_ТП1 , затем сумму мощностей подстанций ТП1 и ТП2 (P_ТП1+P_ТП2) и т. д. до тех пор, пока разность не получится отрицательной. Именно у этой подстанции и будет находиться точка раздела потоков активной мощности. Аналогично определяется точка потокораздела реактивной мощности.

Расчетная схема с точкой раздела потоков активной и реактивной мощности у подстанции ТП3 приведена на рисунке 5.

Рисунок 5  Расчетная схема с точкой раздела потоков активной и реактивной мощности у подстанции ТП3

Это значит, что данная подстанция получает питание с двух сторон: часть мощности она потребляет слева (получившаяся положительная разность), а часть – справа (отрицательная разность).

Для определения сечения проводов необходимо рассчитать эквивалентные токи для двух схем по формуле (3.3) и выбрать максимальный.

По найденной площади сечения выбираем алюминиевый провод АC25, у которого электрическое сопротивление постоянному току r₀=1,28 Ом/км, индуктивное сопротивление х₀=0,377 Ом/км.

Проверим выбранные провода по допустимым потерям напряжения.

, (3.14)

Условия (3.6) и(3.14) выполняются.

Проверим работу в сети в аварийном режиме т.е. когда одна из подстанций отключена. На практике наиболее тяжелым будет режим при отключении одной из головных линий (между ГПП и ТП1 длиной l₁ или между ГПП и ТП3 длиной l₄). По первому участку передается большая мощность в нормальном режиме и в качестве наиболее тяжелого аварийного режима следует принять, когда из строя вышел именно этот участок. Так как Р₁>Р₂, то допустим, что вышел из строя участок между ГПП и ТП1, тогда все потребители будут питаться через головной участок l₄ кольца схемы (рисунок 8). Исходя из этого предположения, далее определяется потеря напряжения от ГПП до ТП1.

Условия отклонения напряжения в аварийном режиме выполняется.

Рисунок 6  Расчетная схема сети двухстороннего питания при аварийном режиме

Проверим провода на допустимые отклонения напряжения.

Определим напряжение на шинах ТП1 (наиболее удаленной трансформаторной подстанции) в режимах max и min нагрузках.

Условие (3.10) выполняется, следовательно, окончательно выбираем провод АC25.

4 Расчет потерь электрической энергии в элементах сети

4.1 Потери электроэнергии в сети напряжением 10 кВ системы одностороннего и двухстороннего питания

Потери электроэнергии в различных элементах сети пропорциональны квадрату тока (или мощности), протекающего через эти элементы, а также сопротивлению элементов. В линии, выполненной проводами одинакового сечения по всей длине, потери электроэнергии составят, кВт^.ч:

, (4.1)

где τ_i – время максимальных потерь для участка с номером i или условное время, в течение которого в линии, работающей с максимальной нагрузкой, выделяются те же потери энергии, как и при работе по действительному графику I(t) за год.

Учитывая, что время использования максимума активной нагрузки Т_макс задано для всех потребителей одинаковым, в работе можно принять τ_i одинаковым для всех участков.

Время максимальных потерь можно найти по эмпирической формуле, ч:

, (4.2)

Для односторонней схемы питания:

Для двухсторонней схемы питания:

Потери электроэнергии в трансформаторах подстанций определяются потерями холостого хода и короткого замыкания по формуле, кВт^.ч;

, (4.3)

где t – время, в течение которого трансформатор находится в работе (принять t = 8760 ч).

Суммарные потери в сети 10 кВ для вариантов одностороннего и двухстороннего питания, кВт^.ч:

, (4.4)

Для односторонней схемы питания:

Для двухсторонней схемы питания: