Основы проектирования энергосистем. В 2 ч. Ч. 1
.pdf
(минимуму стоимости трансформации электрической энергии) всегда выше, чем по минимуму суммарных потерь электроэнергии:
Uном, кВ |
kст |
|
|
|
|
k ст |
|||
6–20 |
1,43–2,33 |
0,89–1,46 |
||
35 |
1,65–1,96 |
1,03–1,23 |
||
110 |
1,89–2,23 |
1,18–1,40 |
||
220 |
1,65–1,95 |
1,03–1,25 |
||
330 |
1,70–2,01 |
1,06–1,25 |
||
5. По данным табл. 2.11 при принятых исходных условиях средняя экономическая загрузка проводов воздушных линий 110– 220 кВ составляет 0,62. Учет потерь на корону позволяет увеличить загрузку проводов до 0,76.
|
|
|
|
|
Таблица 2.12 |
Данные и результаты расчета трансформаторов 6–20 кВ |
|||||
|
|
|
|
|
|
Sном, кВ А |
|
Кт, тыс. у.д.е. |
|
Рхт, кВт |
Ркз, кВт |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
25 |
|
0,29 |
|
0,13 |
0,69 |
40 |
|
0,35 |
|
0,18 |
1,00 |
63 |
|
0,41 |
|
0,24 |
1,47 |
100 |
|
0,57 |
|
0,33 |
2,27 |
160 |
|
0,74 |
|
0,51 |
2,65 |
250 |
|
1,00 |
|
0,74 |
4,2 |
400 |
|
1,41 |
|
0,95 |
5,5 |
630 |
|
2,04 |
|
1,31 |
7,6 |
|
|
Результаты расчетов: |
|
||
|
рт = 0,254; хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
нт = 0,032 у.д.е./кВт ч; |
= 1500 ч |
|
||
25 |
|
0,43 |
|
1,05 |
1,67 |
40 |
|
0,42 |
|
1,01 |
1,54 |
63 |
|
0,40 |
|
0,98 |
1,40 |
100 |
|
0,38 |
|
0,92 |
1,32 |
160 |
|
0,44 |
|
1,06 |
1,43 |
250 |
|
0,42 |
|
1,01 |
1,33 |
400 |
|
0,42 |
|
1,0 |
1,36 |
94
|
630 |
|
0,42 |
|
1,00 |
1,36 |
Средние |
Ркз/ |
Рхт = 5,8 |
0,42 |
|
1,00 |
1,43 |
|
|
|
Результаты расчетов: |
|
||
|
|
рт = 0,254; хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
|
нт = 0,045 у.д.е./кВт ч; |
= 400 ч |
|
||
|
25 |
|
0,43 |
|
2,03 |
2,72 |
|
40 |
|
0,42 |
|
1,96 |
2,51 |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
|
63 |
|
0,40 |
|
1,89 |
2,28 |
|
100 |
|
0,38 |
|
1,78 |
2,16 |
|
160 |
|
0,44 |
|
2,05 |
2,33 |
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
|
250 |
|
0,42 |
|
1,96 |
2,18 |
|
400 |
|
0,42 |
|
1,94 |
2,23 |
|
630 |
|
0,42 |
|
1,94 |
2,26 |
Средние |
Ркз/ |
Рхт = 5,8 |
0,42 |
|
1,95 |
2,33 |
Таблица 2.13
Данные и результаты расчета трансформаторов 35 кВ (трансформаторы трехфазные двухобмоточные без РПН)
Sном, кВ А |
|
Кт, тыс. у.д.е. |
|
Рхт, кВт |
Ркз, кВт |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
100 |
|
1,6 |
|
0,5 |
1,9 |
160 |
|
2,2 |
|
0,7 |
2,6 |
250 |
|
2,9 |
|
1,0 |
3,7 |
400 |
|
4,3 |
|
1,9 |
7,6 |
630 |
|
6,4 |
|
2,7 |
11,6 |
1000 |
|
9,3 |
|
3,6 |
16,5 |
1600 |
|
10,1 |
|
5,1 |
26,0 |
2500 |
|
12,2 |
|
5,1 |
26,0 |
4000 |
|
15,2 |
|
6,7 |
33,5 |
6300 |
|
19,0 |
|
9,2 |
46,5 |
|
|
Результаты расчетов: |
|
||
|
рт = 0,254; хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
нт = 0,032 у.д.е./кВт ч; |
= 1500 ч |
|
||
100 |
|
0,51 |
|
1,24 |
2,31 |
95
|
160 |
|
|
0,52 |
|
1,25 |
2,32 |
|
250 |
|
|
0,52 |
|
1,26 |
2,25 |
|
400 |
|
|
0,50 |
|
1,21 |
1,96 |
|
630 |
|
|
0,48 |
|
1,17 |
1,93 |
|
1000 |
|
|
0,47 |
|
1,13 |
1,93 |
|
1600 |
|
|
0,44 |
|
1,07 |
1,65 |
|
2500 |
|
|
0,44 |
|
1,07 |
1,77 |
|
4000 |
|
|
0,45 |
|
1,08 |
1,76 |
|
6300 |
|
|
0,44 |
|
1,07 |
1,68 |
Средние |
Ркз/ |
Рхт = 4,43 |
|
0,48 |
|
1,15 |
1,96 |
|
|
|
Результаты расчетов: |
|
|||
|
|
рт = 0,254; |
хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
|
нт = 0,045 у.д.е./кВт ч, |
= 3000 ч |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
3 |
4 |
|
100 |
|
|
0,51 |
|
0,88 |
1,95 |
|
160 |
|
|
0,52 |
|
0,89 |
1,96 |
|
250 |
|
|
0,52 |
|
0,89 |
1,90 |
|
400 |
|
|
0,50 |
|
0,85 |
1,66 |
|
630 |
|
|
0,48 |
|
0,82 |
1,63 |
|
1000 |
|
|
0,47 |
|
0,80 |
1,63 |
|
1600 |
|
|
0,44 |
|
0,76 |
1,39 |
|
2500 |
|
|
0,44 |
|
0,76 |
1,50 |
|
4000 |
|
|
0,45 |
|
0,76 |
1,48 |
|
6300 |
|
|
0,44 |
|
0,76 |
1,42 |
Средние |
Ркз/ |
Рхт = 4,43 |
|
0,48 |
|
0,82 |
1,65 |
Таблица 2.14
Данные и результаты расчета трансформаторов 110 кВ (трансформаторы трехфазные трехобмоточные с РПН)
Sном, кВ А |
Кт, тыс. у.д.е. |
Рхт, кВт |
Ркз, кВт |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
6300 |
57,0 |
14,0 |
60,0 |
10000 |
67,0 |
19,0 |
80,0 |
96
16000 |
79,0 |
26,0 |
105,0 |
25000 |
91,0 |
36,0 |
145,0 |
40000 |
117,0 |
45,0 |
145,0 |
63000 |
154,0 |
63,0 |
200,0 |
80000 |
166,0 |
50,0 |
230,0 |
|
|
Результаты расчетов: |
|
|||
|
рт = 0,254; |
хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
нт = 0,032 у.д.е./кВт ч; |
= 1500 ч |
|
|||
|
6300 |
|
0,48 |
|
1,17 |
2,41 |
|
10000 |
|
0,49 |
|
1,18 |
2,29 |
|
16000 |
|
0,50 |
|
1,20 |
2,20 |
|
25000 |
|
0,50 |
|
1,20 |
2,04 |
|
40000 |
|
0,56 |
|
1,35 |
2,31 |
|
63000 |
|
0,56 |
|
1,36 |
2,27 |
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
|
80000 |
|
0,47 |
|
1,13 |
2,13 |
Средние |
Ркз/ Рхт = 3,93 |
|
0,51 |
|
1,23 |
2,23 |
|
|
Результаты расчетов: |
|
|||
|
рт = 0,254; |
хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
нт = 0,045 у.д.е./кВт ч; |
= 3000 ч |
|
|||
|
6300 |
|
0,48 |
|
0,83 |
2,04 |
|
10000 |
|
0,49 |
|
0,83 |
1,93 |
|
16000 |
|
0,50 |
|
0,85 |
1,86 |
|
25000 |
|
0,50 |
|
0,85 |
1,72 |
|
40000 |
|
0,56 |
|
0,95 |
1,95 |
|
63000 |
|
0,56 |
|
0,96 |
1,92 |
|
80000 |
|
0,47 |
|
0,80 |
1,80 |
Средние |
Ркз/ Рхт= 3,93 |
|
0,51 |
|
0,87 |
1,89 |
Таблица 2.15
Данные и результаты расчета трансформаторов 220 кВ (трансформаторы трехфазные двухобмоточные без РПН)
Sном, кВ А |
Кт, тыс. у.д.е. |
Рхт, кВт |
Ркз, кВт |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
97
80000 |
189,0 |
105,0 |
320,0 |
125000 |
231,0 |
135,0 |
380,0 |
200000 |
307,0 |
200,0 |
580,0 |
250000 |
343,0 |
240,0 |
650,0 |
400000 |
469,0 |
330,0 |
880,0 |
630000 |
692,0 |
380,0 |
1300,0 |
1000000 |
892,0 |
480,0 |
2200,0 |
|
|
Результаты расчетов: |
|
|||
|
рт = 0,254; |
хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
нт = 0,032 у.д.е./кВт ч; |
= 1500 ч |
|
|||
|
80000 |
|
0,57 |
|
1,38 |
2,03 |
|
125000 |
|
0,60 |
|
1,44 |
2,07 |
|
200000 |
|
0,59 |
|
1,42 |
1,96 |
|
250000 |
|
0,61 |
|
1,47 |
1,98 |
|
400000 |
|
0,61 |
|
1,48 |
1,99 |
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
|
630000 |
|
0,54 |
|
1,31 |
1,92 |
1000000 |
|
0,47 |
|
1,13 |
1,67 |
|
Средние |
Ркз/ Рхт= 3,16 |
|
0,57 |
|
1,38 |
1,95 |
|
|
Результаты расчетов: |
|
|||
|
рт = 0,254; |
хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
нт = 0,045 у.д.е./кВт ч; |
= 3000 ч |
|
|||
|
80000 |
|
0,57 |
|
0,98 |
1,71 |
|
125000 |
|
0,60 |
|
1,02 |
1,75 |
|
200000 |
|
0,59 |
|
1,00 |
1,66 |
|
250000 |
|
0,61 |
|
1,04 |
1,68 |
|
400000 |
|
0,61 |
|
1,05 |
1,69 |
|
630000 |
|
0,54 |
|
0,92 |
1,62 |
1000000 |
|
0,47 |
|
0,80 |
1,41 |
|
Средние |
Ркз/ Рхт = 3,16 |
|
0,57 |
|
0,98 |
1,65 |
Таблица 2.16
Данные и результаты расчета трансформаторов 330 кВ (трансформаторы трехфазные двухобмоточные без РПН)
98
Sном, кВ А |
Кт, тыс. у.д.е. |
Рхт, кВт |
Ркз, кВт |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
125000 |
273,0 |
145,0 |
360,0 |
200000 |
362,0 |
220,0 |
560,0 |
250000 |
378,0 |
240,0 |
695,0 |
400000 |
488,0 |
365,0 |
810,0 |
630000 |
718,0 |
405,0 |
1300,0 |
1000000 |
922,0 |
480,0 |
2200,0 |
1125000 |
1128,0 |
750,0 |
2300,0 |
|
|
Результаты расчетов: |
|
|||
|
рт = 0,254; |
хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
нт = 0,032 у.д.е./кВт ч; |
= 1500 ч |
|
|||
125000 |
0,63 |
|
1,53 |
2,28 |
||
200000 |
0,63 |
|
1,51 |
2,15 |
||
250000 |
0,59 |
|
1,42 |
1,98 |
||
400000 |
0,67 |
|
1,62 |
2,14 |
||
630000 |
0,56 |
|
1,35 |
1,96 |
||
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
1000000 |
0,47 |
|
1,13 |
1,69 |
||
1125000 |
0,57 |
|
1,38 |
1,90 |
||
Средние |
Ркз/ Рхт = 3,0 |
0,59 |
|
1,42 |
2,01 |
|
|
|
Результаты расчетов: |
|
|||
|
рт = 0,254; |
хт = 0,016 у.д.е./кВт ч; |
|
|||
|
нт = 0,045 у.д.е./кВт ч; |
= 3000 ч |
|
|||
125000 |
0,63 |
|
1,08 |
1,93 |
||
200000 |
0,63 |
|
1,07 |
1,82 |
||
250000 |
0,59 |
|
1,00 |
1,68 |
||
400000 |
0,67 |
|
1,15 |
1,81 |
||
630000 |
0,56 |
|
0,95 |
1,66 |
||
1000000 |
0,47 |
|
0,80 |
1,43 |
||
1125000 |
0,57 |
|
0,98 |
1,60 |
||
Средние |
Ркз/ Рхт = 3,0 |
0,59 |
|
1,00 |
1,70 |
|
2.16. Оптимальная загрузка электрических сетей в условиях эксплуатации
99
В параграфе 2.15 определены и проанализированы экстремальные значения оптимальных загрузок линий и трансформаторов, рассматриваемых изолированно, вне реальных условий эксплуатации электрических сетей. В линиях электропередачи такие идеализированные условия практически не встречаются, так как изменение нагрузки трансформаторов всегда влечет за собой изменение нагрузки линий. Для трансформаторов к ним можно отнести эксплуатацию трансформаторов на повышающих подстанциях электростанций и в качестве трансформаторов собственных нужд. Во всех других случаях речь идет исключительно об оптимальной загрузке сети в целом, а не ее отдельных элементов.
Ниже проведено исследование оптимальной загрузки электрических сетей в реальных условиях эксплуатации, т.е. при совместной работе линий и трансформаторов в сети. Оптимальную загрузку участка сети, состоящего из одиночных линии и трансформатора, можно также рассчитать по различным критериям.
1. По критерию минимума суммарных потерь электроэнергии в
сети k cW :
в режиме наибольших нагрузок
|
|
|
|
|
|
|
Sнб |
|
2 |
|
|
Sнб2 |
|
|
|
|
|
|
W |
P T |
P |
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
хт |
|
кз |
|
Sном |
|
|
т |
U 2 |
|
л л |
(2.80) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
2 |
|
|
c |
2 |
|
S 2 |
|
|
|
|
|
|
P T |
|
P |
k |
|
|
|
k |
|
|
ном |
R |
|
; |
|||||
|
W |
|
т |
|
W |
|
|
|
|
л |
||||||||
хт |
|
кз |
|
|
|
|
|
U 2 |
л |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
W |
|
P T |
|
|
|
|
|
S 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
* |
|
|
хт |
|
|
|
P |
|
|
ном |
R |
л |
|
0. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
k cW |
|
k cW |
2 |
|
|
кз т |
|
U 2 |
|
л |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Откуда при l = 1 км
100
|
|
k c |
|
|
PхтT |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
W |
|
|
Sном2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
P |
|
|
r |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
кз |
т |
|
U |
2 |
0 |
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Априори видно, что значение k cW для сети всегда будет меньше |
||||||||||||
k |
W |
(см. формулу (2.81)) на величину |
|
P T /[(S 2 |
/U 2 )r |
л |
] и |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
хт |
|
ном |
0 |
|
||
что это зависит прежде всего от конструктивного исполнения сети – ее конфигурации, марок и длин проводов (кабелей), числа и номинальных мощностей трансформаторов.
Несложно видеть, что в режиме средних нагрузок
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
U S |
|
|
Pхт |
|
|
|||
k |
W |
|
. |
||||||||
|
SномSнб P |
|
Sном2 |
|
|||||||
|
|
|
|
r |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
кз |
|
U 2 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. По критерию минимума стоимости передачи электрической
энергии kCc п :
в режиме наибольших нагрузок
Сп |
pтКт |
Wхт |
хт |
||
|
W |
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
2 |
|
|
|
нт |
Pкз |
Sнб |
|
т |
|
W |
Sном |
|||
pлКл 
W кор кор
W
нл |
|
Sнб |
2 Sном2 |
r |
. |
|
W |
|
Sном |
|
U 2 |
л л |
|
|
|
|
|
|||
Из условия |
Сп / kCc |
п |
0 |
найдем, что |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
pтКт |
|
PхтT хт |
pлКл |
PкорT кор |
|
(2.81) |
||
kCп |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
P |
т нт |
Sном |
r |
л нл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
кз |
U 2 |
0 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
101
После вывода формулы (2.81) легко получить выражение для определения значения k сCп в режиме средних нагрузок.
Приведенные рассуждения и полученные формулы относятся к простейшей электрической сети. В разветвленной сети суммарные
потери |
электроэнергии |
Wc |
с учетом (2.80) могут быть |
||||||||||||
определены следующим образом: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
m |
|
|
|
Sнб |
2 |
|
n Sнб2 i |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
W |
|
[ |
P |
T |
P |
|
|
|
] |
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
c |
|
1 |
хтj |
|
кзj |
Sном |
тj |
|
1 U 2 |
лi |
лi |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
Sнб |
2 |
|
n |
|
kз2j Sном2 j |
|
|||
|
|
[ |
PхтjT |
|
Pкзj |
тj ] |
|
|
1 |
|
|
rлi |
лi , |
||
|
1 |
|
Sном |
1 |
|
U 2 |
|
||||||||
где kзj |
Sнб2 j / Sном2 j ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
l – общее число трансформаторов, питающихся от i-го участка сети.
Требуется найти значения kзj , дающие минимум суммарных потерь Wc . Данная задача чрезвычайно сложна, и ее решение в
общем виде выходит за рамки настоящего пособия. Некоторые резуль-таты теоретических и практических наработок по этому вопросу при-ведены в главе 3 пособия. Здесь отметим следующее.
В значительной степени загрузка электрических сетей энергосистем определяется загрузкой распределительных сетей 6–20 кВ. Для этих сетей в рамках существующего уровня их режимной обеспеченности можно судить об оптимальной загрузке отдельной распределительной линии в целом, вычисляемой через отношение
Sнб / Sном и представленной в виде последовательной цепочки двух индивидуальных эквивалентных сопротивлений [12]: линейных участков схемы РЛ rэл и трансформаторных – rэт (здесь и далее все величины относятся к одной РЛ, в частности, Sнб – полная мощность на головном участке РЛ, Sном – суммарная
102
установленная мощность присоединенных трансформаторов). С учетом сказанного можно записать, что для одной РЛ
W |
P T |
|
Sнб2 |
r |
|
Sнб2 |
r |
|
|
|
|||
|
|
|
т |
|
|
л |
|
||||||
|
хт |
|
U 2 |
эт |
U 2 |
эл |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
Sном2 |
|
|
2 |
|
Sном2 |
|
||||
P T |
k |
|
|
|
r |
k |
|
|
|
|
r |
. |
|
W |
|
|
W |
U 2 |
|
||||||||
хт |
|
U 2 |
эт т |
|
|
эл л |
|
||||||
W |
|
P T |
|
S 2 |
|
S 2 |
|
|
, |
* |
|
хт |
|
ном r |
ном r |
|
|||
k W |
|
k 2W |
|
U 2 |
эт т |
U 2 |
эл |
л |
|
|
|
|
|
|
|
||||
откуда искомое значение k W в режиме наибольших нагрузок будет
k |
W |
U |
|
|
PхтT |
, |
(2.82) |
Sном |
|
rэт т |
rэл л |
||||
|
|
|
|
|
а средняя загрузка РЛ составит
|
|
U |
|
|
PхтT |
|
|
k |
W |
|
|
. |
(2.83) |
||
Sном |
|
rэтkф2Т |
rэлkф2Т |
||||
|
|
|
|
|
По формулам (2.82), (2.83) определяется загрузка распределительных линий по критерию минимума суммарных потерь электроэнергии. Руководствуясь аналогичными рассуждениями, можно получить аналитические соотношения для вычисления
искомых значений kCп , kCп из условия минимальной стоимости передачи электри-ческой энергии:
k |
C |
U |
|
pтКт |
PхтT хт |
pлКл |
, |
(2.84) |
|
|
|
|
|||||
|
п |
Sном |
|
rэт т |
нт rэл л |
нл |
|
|
|
|
|
|
|||||
103