1. Генерация и потребление активной и реактивной мощностей в проектируемой сети

1.1. Генерация и потребление активной мощности

Потребление активной мощности в проектируемой сети рассматривается для периода наибольших нагрузок и слагается из нагрузок в заданных пунктах потребления электроэнергии и потерь мощности в линиях и понижающих трансформаторах сети.

Суммарные потери активной мощности в линиях и трансформаторах проектируемой сети одного-двух номинальных напряжений в первом прибли­жении могут быть приняты равными 3-5 % от суммы заданных нагрузок пунк­тов

Суммарная активная мощность генераторов электростанций, необходи­мая для питания проектируемой сети, слагается из наибольшей одновременно потребляемой мощности и суммарных потерь мощности в сети

(1)

В курсовом проекте предполагается, что установленная мощность гене­раторов питающей электрической системы достаточна для обеспечения потреб­ностей проектируемого района в активной мощности. Поэтому здесь не рас­сматривается установка дополнительных генераторов электрических станций, сооружение новых электростанций и т. п.

1.2 Генерация и потребление реактивной мощности

Приближённое рассмотрение потребления реактивной мощности, а также ориентировочный выбор мощности, типов и размещения компенсирую­щих устройств (КУ) в проектируемой сети рекомендуется производить до тех­нико-экономического сравнения вариантов схемы сети [1].

Компенсация реактивной мощности может существенно влиять на зна­чения полных нагрузок подстанций, а следовательно, и на выбираемые номи­нальные мощности трансформаторов, сечения проводов линий, на потери на­пряжения, мощности и энергии в сети. В конечном итоге выбор мощности КУ и их размещение по подстанциям сети влияют на оценку технических и тех­нико-экономических показателей вариантов схемы сети и, следовательно, могут повлиять на правильность выбора рационального номинального напряжения и схемы проектируемой сети.

При выполнении курсового проекта условно принимается совпадение по времени периодов потребления наибольших активных и реактивных нагрузок подстанций. Поэтому определение наибольших реактивных нагрузок отдель­ных пунктов производится по наибольшим активным нагрузкам и заданным значениям коэффициента мощности.

Суммарная реактивная мощность, необходимая для электроснабжения района, слагается из одновременно потребляемой реактивной нагрузки в задан­ных пунктах и потерь реактивной мощности в линиях и трансформаторах (ав­тотрансформаторах) сети.

Одновременно потребляемая в пунктах района реактивная мощность оп­ределяется по сумме соответствующих нагрузок в отдельных пунктах с учётом коэффициента одновременности для реактивных нагрузок, ориентировочно равного 0.95. Потери реактивной мощности в индуктивных сопротивлениях воздушных линий в среднем составляют 1-2% при 35 кВ, 4-6 % при 110 кВ, 15-20 % при 220 кВ (от модуля полной передаваемой по линии мощности).

Утечка реактивной мощности через ёмкостную проводимость воздуш­ных линий (генерация реактивной мощности линиями) при предварительных рас­чётах может оцениваться для одноцепных линий 110 кВ в 3 Мвар, 220 кВ в 12 Мвар на 100 км. Для воздушных сетей 110 кВ в самом первом приближении допускается принимать, что потери реактивной мощности в индуктивных соп­ротивлениях линий и генерация реактивной мощности этими линиями в период наибольших нагрузок взаимно компенсируются.

Потери реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформато­рах при каждой трансформации составляют примерно 8-12% от трансформи­руемой полной мощности нагрузки. Поэтому для оценки величины потерь реактивной мощности в трансформаторах необходимо представить возможное число трансформаций мощности нагрузки каждого из пунктов. Если расчёт балансов реактивной мощности производится исходя из заданного номиналь­ного коэффициента мощности генераторов электрической системы, то необхо­димо учитывать потери реактивной мощности при трансформациях, как на электрических станциях, так и на понижающих подстанциях рассматриваемого района.

Из вышеизложенного следует, что для расчёта баланса реактивной мощ­ности необходима предварительная оценка номинального напряжения (или напряжений) проектируемой сети. Такая оценка может быть произведена по данным табл.1.

Наибольшая суммарная реактивная мощность, необходимая для питания районной сети, определяется с учётом указанных выше составляющих: наи­большей одновременно потребляемой реактивной нагрузки подстанции, потерь реактивной мощности в линиях и трансфор­маторах и генерации реактивной мощности линиями.

Таблица 1

Пропускная способность электропередач 35-500 кВ

Номинальное напря-жение электрической сети, кВ	Наибольшая длина передачи электроэнергии, км	Наибольшая передавае-мая мощность на одну цепь, МВт
35 110 220 330 500	5-20 50-100 150-250 200-300 800-1200	5-20 25-50 100-200 300-400 700-900

Величину реактивной мощности, поступающей от питающей электри­ческой системы (или электрической станции), следует определять по наиболь­шей суммарной активной мощности, потребляемой в районе, и по коэффициенту мощности cos_г, с которым предполагается выдача мощности от источника питания:

где

Так как передача реактивной мощности на значительные расстояния и из сети одного номинального напряжения в сеть другого номинального напряже­ния нецелесообразна, то упомянутый выше коэффициент мощности допустимо принимать: 0.85-0.9 при совпадении номинальных напряжений питающей и проектируемой сетей; 0.95-1.00 при питании проектируемого района от сети более высокого напряжения через трансформаторы или автотрансформаторы подстанций; не ниже номинального коэффициента мощности генераторов, дан­ного в задании, если питание района осуществляется от определённой электро­станции.

Сопоставление суммарной потребляемой реактивной мощности с посту­пающей от источников питания позволяет сделать вывод о необходимости ус­тановки КУ в проектируемой сети или отсутствии такой необходимости. На ос­нове этого же сопоставления определяется требуемая суммарная мощность КУ.

В вариантах схемы сети, отличающихся номинальными напряжениями, требуется различная мощность КУ.

Основным типом КУ, устанавливаемых по условию покрытия потреб­ности в реактивной мощности, являются конденсаторы. Вместе с тем, на круп­ных узловых подстанциях 220 кВ по ряду условий может оказаться оправдан­ной установка синхронных компенсаторов. При этом надо помнить, что уста­новка синхронных компенсаторов мощностью менее 10 мвар неэкономична.

Размещение КУ по подстанциям электрической сети, как известно, влияет на экономичность режимов работы сети и на решение задач регулирова­ния напряжения. В связи с этим могут быть даны следующие рекомендации по размещению КУ в сети и определению их мощностей, устанавливаемых на ка­ждой подстанции.

В сети одного номинального напряжения целесообразна, в первую оче­редь, полная компенсация реактивных нагрузок наиболее электрически удалён­ных подстанций. При незначительной разнице электрической удалённости пунктов от источника питания допускается расстановка КУ по условию равен­ства коэффициентов мощности на подстанциях.

По этому условию мощность КУ в сети определяется по выражению

где

Потери реактивной мощности для одной подстанции равны 8-12% от нагрузки. Поэтому при определении потерь нужно учесть число трансформаций каждой нагрузки по отношению к источнику питания. Тогда эти потери опре­деляют по формуле

где m – число трансформаций.

В нашем случае m=2 с учётом того, что одна трансформация имеет мес­то на подстанции источника питания, а другая на трансформаторной подстан­ции, питающей нагрузку.

Мощность КУ для каждой подстанции:

Здесь - реактивная суммарная нагрузка сети после установки КУ.

После определения мощности КУ нужно проверить правильность вычисления :

Реактивная мощность каждой подстанции после компенсации определя­ется по выражению:

Необходимая мощность батарей конденсаторов, устанавливаемых на каждой из подстанций, набирается параллельным включением серийно выпус­каемых комплектных установок, выбираемых по справочникам.

Результатами проработки материалов данного раздела проекта должны являться: определение конкретных ориентировочных значений потребности проектируемой районной сети в активной и реактивной мощности в период наибольших нагрузок; выбор мощности КУ, устанавливаемых на подстанциях и необходимых по условиям покрытия потребности в реактивной мощности в проектируемой сети; определение реактивных составляющих и полной мощ­ности каждой из подстанций с учётом выбранных КУ.