Исходные данные

Рис.1. Схема внешнего электроснабжения тяговых подстанций.

1.Номинальное напряжение питающей сети – 110 кВ

2.Мощность короткого замыкания на шинах: ИП1 - ∞ МВА

ИП2 – 1350 МВА

3. Тип проводника ЛЭП АС-240/34

4. Квартал максимальной нагрузки энергосистемы IV

5. Коэффициент, учитывающий отличие стоимости

Электроэнергии в различных энергосистемах 1.3

6. Стоимость электроэнергии 2.465 руб/КВт*ч

7. Номер рассматриваемой подстанции 2

8.

Характеристики тяговых подстанций	Пока- затель	Ед- изм.	Подстанция
			1	2	3
Тип тяговой подстанции		--	II	III	III
Номинальная мощность тр-ра	Sном.т	МВА	25	2x25	40
Отношения тока отстающего плеча к току опережающего	N	--	1.24	1.44	0.87
Годовое потребление активной электроэнергии	Wp.год	Млн. кВт*ч	68.94	56.98	54.79
Годовое потребление реактивной электроэнергии	Wq.год	Млн. кВАр*ч	71.10	57.51	57.72
Гармонический состав тока плеча питания подстанции: 3-я гармоника 5-я гармоника 7-я гармоника 9-я гармоника 11-я гармоника 13-я гармоника			0.149 0.073 0.030 0.016 0.012 0.013	0.203 0.103 0.042 0.026 0.013 0.018	0.203 0.103 0.042 0.029 0.014 0.009

9. Годовые графики потребления активной () и реактивной (электроэнергии по подстанциям.

Месяц	Подстанция №1			Подстанция №2			Подстанция №3
Январь	6,789	7,456	7,033		6,986	7,582		7,216
Февраль	8,269	7,927	9,993		10,679	7,090		7,536
Март	8,279	7,169	7,620		9,010	9,834		10,874
Апрель	10,173	10,505	6,836		6,477	7,726		8,916
Май	7,738	8,277	7,881		6,960	7,225		6,611
Июнь	7,220	8,562	9,176		9,195	10,026		9,781
Июль	7,090	6,514	7,068		7,698	8,852		7,625
Август	6,713	6,541	7,582		7,023	6,529		5,722
Сентябрь	10,440	9,673	7,740		7,315	6,865		6,619
Октябрь	10,543	10,306	10,834		10,035	10,234		10,103
Ноябрь	7,760	7,832	8,446		8,144	9,658		9,106
Декабрь	8,988	9,238	9,791		10,477	8,380		9,839

1 Анализ условий потребления, контроля и оплаты реактивной мощности и энергии в системе тягового электроснабжения

Для системы тягового электроснабжения переменного тока электроснабжающая организация задает следующие значения, оговариваемые в договоре на отпуск и потребление электроэнергии (ДПЭ):

1),– экономическое значение реактивной энергии, потребляемой из сети энергосистемы за месяц;

2),– экономическое значение 30-минутной реактивной мощности, потребляемой в часы максимальной нагрузки;

3),– технические пределы потребления соответственно реактивной энергии за месяц и (или) реактивной мощности в часы максимальных нагрузок энергосистемы, при превышении которых энергоснабжающая организация не несет ответственности за снижение напряжения в точках учета электроэнергии ниже уровня, установленного в ДПЭ для часов максимальных нагрузок энергосистемы.

Экономические значения реактивной мощности и энергии определяют только условия оплаты за их потребление. Оплате подлежит то значение реактивной мощности и энергии, которое превышает свое экономическое значение.

Технические значения – значения, при которых энергоснабжающая организация не несет ответственности за снижение напряжения у потребителя.

Основой для расчета экономических значений реактивной мощности и энергии является значение коэффициента реактивной мощности , в точке учета электроэнергии для часов суточного максимума нагрузки энергосистемы в квартале максимальной нагрузки потребителя.

Основой для расчета технических пределов является коэффициент технического предела потребления реактивной мощности .

Для расчета применяется два метода: оптимизационный и нормативный. В комплексной работе применим нормативный метод.

Рассчитаем среднемесячные значения активной ,, и реактивной энергии,,i-го квартала, соответствующие максимальному годовому потреблению из трех предшествующих лет:

, (1.1)

, (1.2)

где ,- средние значения соответственно активной,, и реактивной,, энергии подстанции заj-й месяц вi-м квартале отчетного года.

Данные величины определяются на основании исходных данных:

, (1.3)

, (1.4)

где ,- расход соответственно активной и реактивной энергии подстанции заj-й месяц в % отношении к годовому расходу (п. 8 исходных данных);,- годовое потребление подстанцией, соответственно активной,, и реактивной,, энергии.

Проведем расчет по (1.1 – 1.4) для подстанции 1.

Квартал I,i=1.

Квартал II,i=2.

;

;

Квартал III,i=3.

;

;

Квартал IV,i=4.

;

;

Аналогично рассчитаем остальные подстанции. Результаты сведем в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Среднемесячные значения активной и реактивной энергии i-го квартала

Квартал	Подстанция 1		Подстанция 2		Подстанция 3
	WP, тыс. кВтч	WQ, тыс. кВАрч	WP, тыс. кВтч	WQ, тыс. кВАрч	WP, тыс. кВтч	WQ, тыс. кВАрч
I	5362,8426	5344,824	4681,096933	5113,5975	4475,612467	4930,4424
II	5775,1038	6480,528	4538,077133	4338,5544	4561,632767	4869,2592
III	5571,0414	5386,536	4252,607333	4224,3012	4062,861133	3841,4584
IV	6271,4718	6488,112	5521,551933	5493,3552	5163,4096	5588,8352

Нормативное значение определяется по формуле:

, (1.5)

где для 110 кВ – базовый коэффициент реактивной мощности;– отношение потребления активной энергии потребителям в квартале максимальной нагрузки энергосистемы к потреблению в квартале его максимальной нагрузки;k=1,3 – коэффициент, учитывающий отличие стоимостей электроэнергии в различных энергосистемах (исходные данные).

Значение дляk-той подстанции равно отношению:

, (1.6)

где – потреблениеk-й подстанцией активной энергии в квартал максимальной нагрузки энергосистемы (по заданию кварталIV),;- максимальное потреблениеk-ой подстанцией активной энергии за квартал,.

Рассчитаем для каждой подстанции.

;

;

;

Для группы из «n» тяговых подстанций:

, (1.7)

;

;

Определим суммарное для группы из «n» подстанций экономическое значение реактивной энергии для каждого месяцаi-го квартала. Экономическое значение потребления реактивной энергии,, определяется по формуле:

, (1.8)

где – среднемесячное потребление активной энергии,, заi-й квартал;– коэффициент, учитывающий график потребления реактивной энергии и определяемы по формуле:

, (1.9)

где – коэффициент заполнения графика активной мощности;- натуральный коэффициент реактивной мощности, определяемый по формуле:

, (1.10)

Технический предел потребления реактивной энергии ,, для группы из «n» подстанций равен:

, (1.11)

где - коэффициент загрузки;.

Произведем расчет по (1.8 – 1.11) для I-го квартала.

;

;

Аналогично рассчитаем значения для остальных кварталов и результат сведем в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Результаты расчета

Показатель	Квартал
	I	II	III	IV
	4053,06132	4172,6	4241,04726	4841,42354
	10163,6864	10412	9720,55691	11869,5033
	0,72577717	0,7293	0,79406006	0,74235548
	1,05987181	1,0547	0,96873122	1,03620272

Вывод. Наиболее удобным показателем, характеризующим величину потребления реактивной мощности, по сравнению с коэффициентом мощностиcosφ, является коэффициент реактивной мощностичисленно равный отношению реактивной мощности к активной. Для сетей напряжением 110 кВ предельное значениеравно 0,5, полученное в расчете значение меньше предельного и равно 0,385.

Натуральный коэффициент реактивной мощности за i-й квартал определяется по группе из трех подстанций, показывает потребление реактивной энергии по отношению к активной. Так как значение потребляемой реактивной энергии превышает значения потребляемой активной энергии, то его значение больше 1, за исключением кварталаIII. Наибольшее значение коэффициента вIквартале.

Экономическое значение реактивной энергии определяет только условия оплаты за её потребление и не влияет на снижение напряжения в точках учета электроэнергии. Наибольшее значение данного показателя наблюдается в кварталеIV.

Превышение технического предела потребления реактивной энергии вызывает снижение напряжения в точках учета электроэнергии. Соблюдение допустимых значений обязательно. Наибольшее значениенаблюдается в кварталеIV.

Чтобы снизить потребление реактивной энергии до экономического значения, в системе тягового электроснабжения располагаются установки параллельной (поперечной) емкостной компенсации (компенсирующие установки (КУ)).

Суммарная мощность таких КУ в кВАр по группе подстанций для i-го квартала определим по формуле:

; (1.12)

Требуемая мощность КУ в кВАр в системе тягового электроснабжения определяется как средневзвешенная величина поквартальных значений .

; (1.13)

Определим мощность компенсирующих устройств для группы подстанций поквартально.

Определим мощность компенсирующих устройств для группы подстанций за год.