- •Проектирование электрических сетей энергосистем Учебное пособие
- •Содержание
- •Принятые сокращения
- •Введение
- •1. Исходные данные на проектирование
- •2. Выбор конфигурации сети
- •3. Предварительный расчет потокораспределения
- •4. Выбор номинального напряжения
- •5. Выбор сечений проводов лэп
- •6. Выбор трансформаторов
- •7. Предварительный расчет потерь мощности и энергии и составление баланса мощностей
- •8. Технико-экономический расчет
- •9. Точный электрический расчет
- •10. Определение технико-экономических показателей спроектированной сети
- •Библиографический список
- •Приложение
Введение
Проектирование электрических сетей представляет собой одну из самых важных задач электроэнергетики, решение которой необходимо для надежного электроснабжения промышленных, сельских и городских потребителей электроэнергии, а также для электрификации железнодорожного транспорта. При этом спроектированная сеть должна удовлетворять следующим требованиям: надежность, качество электроэнергии, экономичность, удобство и безопасность эксплуатации, возможность дальнейшего развития.
В настоящем пособии рассматривается задача проектирования питающих электрических сетей, которые предназначены для передачи электроэнергии на большие расстояния от подстанций системообразующих сетей или от шин 110-220 кВ электростанций к центрам питания распределительных сетей. Проектирование таких сетей включает в себя следующие этапы.
1. Изыскание трасс ЛЭП и мест расположения подстанций, а также выбор конфигурации сети.
2. Предварительный расчет потокораспределения.
3. Выбор номинального напряжения.
4. Выбор сечений проводов ЛЭП.
5. Выбор трансформаторов.
6. Предварительный расчет потерь мощности и энергии и составление баланса мощностей.
7. Технико-экономический расчет.
8. Точный электрический расчет основных режимов сети, включая выбор регулировочных ответвлений трансформаторов, а при необходимости и других устройств регулирования напряжения.
9. Определение технико-экономических показателей проектируемой сети.
10. Механический расчет воздушных линий.
11. Организация эксплуатации проектируемой сети.
12. Выбор мероприятий по снижению потерь энергии.
13. Проектирование релейной защиты и автоматики.
При учебном проектировании рассматриваются разделы 1-9, причем места расположения подстанций предполагаются известными.
Реальное проектирование электрических сетей представляет собой сложный оптимизационный процесс, при котором часто возникает необходимость возврата от более поздних этапов проектирования к предыдущим, а некоторые этапы должны рассматриваться совместно. При учебном проектировании реализуется упрощенный подход, при котором задачи оптимизации либо не рассматриваются, либо используются их готовые решения, а этапы проектирования преимущественно следуют друг за другом.
1. Исходные данные на проектирование
Исходными данными для проектирования электрических сетей является:
1) информация о нагрузках;
2) информация об источниках питания;
3) характеристика региона, в котором проектируется электрическая сеть.
При курсовом проектировании в качестве информации о нагрузках используется географическое расположение подстанций, шины низкого напряжения которых являются центрами питания распределительных сетей, а также наибольшие зимние и наименьшие летние нагрузки потребителей, коэффициенты мощности нагрузки, числа часов использования максимума нагрузки и составы потребителей электроэнергии по категориям надежности. Для источников питания задается их географическое расположение и номинальные коэффициенты мощности. Кроме того, для источников ограниченной мощности (электростанций) задается мощность, выдаваемая во внешнюю сеть в режиме максимальных нагрузок, а для источников бесконечной мощности (РЭС) – напряжения в характерных режимах. В исходных данных для курсовой работы указывается также регион, в котором проектируется электрическая сеть.
Задание на проектирование включает основные и дополнительные исходные данные. Основные данные задаются в виде шифра, состоящего из шести чисел.
Первое число шифра представляет собой номер варианта из таблицы 1.1, с помощью которого задается взаимное географическое расположение источников питания и подстанций. При этом местность, для которой проектируется сеть, вводится в прямоугольную систему координат, и для каждой подстанции и источника питания задаются координаты ее расположения, выраженные в километрах.
Второе число шифра – номер варианта из таблицы 1.2, в которой заданы наибольшие зимние активные нагрузки подстанций и источников ограниченной мощности (электростанций). Суммарное количество подстанций и электростанций для всех вариантов одинаково и равно четырем. В части вариантов имеется три подстанции и одна электростанция; в других вариантах электростанция отсутствует, но имеется четыре подстанции. Для подстанций мощности заданы со знаком «плюс», что соответствует потреблению, а для электростанций – со знаком «минус», что соответствует генерации.
Третье число шифра – номер варианта из таблицы 1.3, в которой заданы коэффициенты мощности (cosφ) нагрузок и электростанций.
Четвертое число шифра представляет собой номер варианта из таблицы 1.4, в которой заданы числа часов использования максимума нагрузки. Если вместо какой-либо нагрузки задан источник ограниченной мощности, то в соответствующей ячейке таблицы стоит прочерк.
Пятое число шифра – номер варианта из таблицы 1.5, в которой задан процентный состав потребителей по категориям надежности. Этот состав задается тремя записанными через дробь числами, первое из которых – это процент потребителей I категории, вторая – процент потребителей II категории, а третья – процент потребителей III категории. В ячейках таблицы 1.5, которые соответствуют источникам ограниченной мощности, стоят прочерки.
Шестое число шифра представляет собой номер варианта из таблицы 1.6, в которой заданы отношения наименьших летних нагрузок к наибольшим зимним.
Таблица 1.1
Координаты точек расположения источников питания и подстанций, км
№ варианта |
РЭС (источник неограниченной мощности) |
Подстан-ция №1 |
Подстан-ция №2 |
Подстанция №3 или электростанция |
Подстан-ция №4 |
1 |
0, 0 |
50, 0 |
80, 40 |
30, 60 |
0, 60 |
2 |
100, 70 |
90, 0 |
50, 50 |
0, 70 |
0, 0 |
3 |
0,0 |
5, 80 |
10, 100 |
50, 50 |
60, 10 |
4 |
100, 60 |
80, 40 |
40, 0 |
0, 0 |
0, 60 |
5 |
45, 50 |
25, 10 |
45, 0 |
5, 0 |
0, 40 |
6 |
0,0 |
0, 50 |
25, 50 |
50, 50 |
50, 0 |
7 |
0, 50 |
25, 50 |
50, 50 |
50, 0 |
0, 0 |
8 |
25, 50 |
50, 50 |
50, 0 |
0, 0 |
0, 50 |
9 |
0, 0 |
0, 60 |
30, 30 |
60, 60 |
60, 0 |
10 |
30, 30 |
0, 0 |
0, 60 |
60, 60 |
60, 0 |
11 |
0, 70 |
75, 70 |
75, 10 |
40, 0 |
20, 10 |
12 |
75, 25 |
40, 0 |
20, 25 |
0, 60 |
60, 60 |
13 |
35, 0 |
0, 17 |
1, 40 |
28, 77 |
85, 30 |
14 |
26, 20 |
46, 0 |
46, 60 |
6, 70 |
0, 31 |
15 |
0, 100 |
0, 30 |
30, 0 |
40, 40 |
40, 75 |
16 |
80, 0 |
75, 25 |
63, 45 |
30, 40 |
0, 10 |
17 |
30, 0 |
0,0 |
15, 50 |
75, 50 |
90, 0 |
18 |
75, 50 |
90, 0 |
30, 0 |
0, 0 |
15, 50 |
19 |
30, 0 |
0, 15 |
15, 55 |
80, 50 |
90, 15 |
20 |
80, 50 |
90, 15 |
30, 0 |
0, 15 |
15, 55 |
21 |
25, 0 |
50, 30 |
50, 75 |
0, 100 |
0, 55 |
22 |
0, 0 |
0, 20 |
20, 40 |
40, 20 |
35, 0 |
23 |
20, 40 |
40, 20 |
35, 0 |
0, 0 |
0, 20 |
24 |
0, 0 |
0, 30 |
30, 50 |
50, 30 |
40, 0 |
25 |
30, 50 |
50, 30 |
40, 0 |
0, 0 |
0, 30 |
26 |
0, 0 |
25, 25 |
40, 25 |
60, 15 |
35, 0 |
27 |
60, 15 |
35, 0 |
0, 0 |
25, 25 |
40, 25 |
28 |
0, 0 |
10, 100 |
80, 120 |
150, 100 |
75, 0 |
29 |
150, 100 |
75, 0 |
0, 0 |
10, 100 |
80, 120 |
30 |
50, 0 |
150, 35 |
140, 100 |
100, 90 |
0, 40 |
Таблица 1.2
Наибольшие зимние активные нагрузки подстанций и источников
ограниченной мощности (электростанций) Pmax, МВт
№ варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
Подстанция №1 |
25 |
15 |
20 |
25 |
50 |
80 |
18 |
28 |
40 |
20 |
50 |
Подстанция №2 |
35 |
80 |
20 |
15 |
40 |
100 |
19 |
47 |
45 |
30 |
40 |
Подстанция №3 или электростанция |
-40 |
-50 |
-30 |
-30 |
-55 |
-95 |
-25 |
-47 |
-35 |
-20 |
-70 |
Подстанция №4 |
40 |
15 |
20 |
35 |
40 |
60 |
21 |
46 |
55 |
50 |
20 |
Продолжение таблицы 1.2
№ варианта |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
Подстанция №1 |
25 |
45 |
57 |
90 |
20 |
52 |
45 |
20 |
100 |
15 |
20 |
Подстанция №2 |
45 |
25 |
15 |
40 |
15 |
44 |
15 |
22 |
90 |
16 |
15 |
Подстанция №3 или электростанция |
-50 |
-80 |
-40 |
-95 |
-20 |
-30 |
-60 |
-25 |
-100 |
-20 |
-30 |
Подстанция №4 |
25 |
59 |
38 |
70 |
35 |
37 |
15 |
22 |
80 |
16 |
15 |
Продолжение таблицы 1.2
№ варианта |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
33 |
Подстанция №1 |
40 |
70 |
20 |
15 |
40 |
15 |
20 |
70 |
50 |
100 |
46 |
Подстанция №2 |
30 |
80 |
100 |
20 |
30 |
25 |
15 |
50 |
30 |
15 |
52 |
Подстанция №3 или электростанция |
-50 |
-90 |
-50 |
30 |
20 |
15 |
17 |
50 |
50 |
20 |
37 |
Подстанция №4 |
30 |
40 |
90 |
40 |
15 |
35 |
15 |
40 |
60 |
15 |
17 |
Продолжение таблицы 1.2
№ варианта |
34 |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
40 |
41 |
42 |
43 |
44 |
45 |
Подстанция №1 |
35 |
27 |
65 |
15 |
20 |
15 |
20 |
30 |
38 |
50 |
25 |
60 |
Подстанция №2 |
35 |
27 |
15 |
70 |
23 |
20 |
20 |
28 |
32 |
40 |
35 |
15 |
Подстанция №3 или электростанция |
25 |
37 |
40 |
45 |
18 |
15 |
16 |
26 |
48 |
35 |
40 |
15 |
Подстанция №4 |
35 |
37 |
50 |
35 |
15 |
20 |
20 |
24 |
40 |
25 |
50 |
30 |
Таблица 1.3
Коэффициенты мощности (cosφ) нагрузок и источников
ограниченной мощности (электростанций)
№ варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
Подстанция №1 |
0,65 |
0,7 |
0,9 |
0,75 |
0,8 |
0,9 |
0,8 |
0,75 |
0,75 |
0,7 |
0,65 |
Подстанция №2 |
0,75 |
0,9 |
0,85 |
0,65 |
0,75 |
0,8 |
0,7 |
0,9 |
0,85 |
0,95 |
0,85 |
Подстанция №3 или электростанция |
0,85 |
0,75 |
0,8 |
0,9 |
0,75 |
0,8 |
0,75 |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
0,75 |
Подстанция №4 |
0,95 |
0,85 |
0,75 |
0,9 |
0,85 |
0,8 |
0,75 |
0,65 |
0,95 |
0,75 |
0,95 |
Продолжение таблицы 1.3
№ варианта |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
Подстанция №1 |
0,95 |
0,85 |
0,75 |
0,65 |
0,9 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
0,85 |
0,85 |
0,9 |
Подстанция №2 |
0,85 |
0,65 |
0,95 |
0,7 |
0,8 |
0,65 |
0,8 |
0,75 |
0,75 |
0,8 |
0,8 |
Подстанция №3 или электростанция |
0,75 |
0,95 |
0,65 |
0,8 |
0,7 |
0,9 |
0,65 |
0,8 |
0,8 |
0,75 |
0,7 |
Подстанция №4 |
0,65 |
0,75 |
0,85 |
0,9 |
0,65 |
0,8 |
0,9 |
0,85 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
Продолжение таблицы 1.3
№ варианта |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
33 |
Подстанция №1 |
0,7 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
0,9 |
0,95 |
0,8 |
0,95 |
0,85 |
0,9 |
0,9 |
Подстанция №2 |
0,8 |
0,7 |
0,9 |
0,7 |
0,7 |
0,9 |
0,85 |
0,85 |
0,95 |
0,85 |
0,85 |
Подстанция №3 или электростанция |
0,7 |
0,8 |
0,7 |
0,8 |
0,7 |
0,85 |
0,9 |
0,9 |
0,8 |
0,85 |
0,85 |
Подстанция №4 |
0,9 |
0,9 |
0,7 |
0,7 |
0,8 |
0,8 |
0,95 |
0,8 |
0,9 |
0,8 |
0,75 |
Продолжение таблицы 1.3
№ варианта |
34 |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
40 |
41 |
42 |
43 |
44 |
Подстанция №1 |
0,9 |
0,9 |
0,85 |
0,7 |
0,8 |
0,65 |
0,8 |
0,8 |
0,75 |
0,65 |
0,9 |
Подстанция №2 |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
0,9 |
0,75 |
0,7 |
0,7 |
0,8 |
0,65 |
0,75 |
0,8 |
Подстанция №3 или электростанция |
0,85 |
0,85 |
0,75 |
0,85 |
0,7 |
0,75 |
0,7 |
0,95 |
0,75 |
0,65 |
0,95 |
Подстанция №4 |
0,7 |
0,65 |
0,9 |
0,85 |
0,65 |
0,8 |
0,7 |
0,8 |
0,65 |
0,75 |
0,65 |
Таблица 1.4
Числа часов использования максимума нагрузки Tmax, ч
№ варианта |
Подстанция №1 |
Подстанция №2 |
Подстанция №3 или источник ограниченной мощности |
Подстанция №4 |
1 |
5000 |
6000 |
– |
7000 |
2 |
4000 |
6000 |
– |
7000 |
3 |
7500 |
6500 |
– |
6500 |
4 |
3000 |
4000 |
– |
6500 |
5 |
6500 |
3000 |
– |
2000 |
6 |
2500 |
3500 |
– |
4500 |
7 |
4000 |
7000 |
– |
7000 |
8 |
3000 |
6000 |
– |
3000 |
9 |
4500 |
5000 |
– |
5000 |
10 |
7500 |
5500 |
– |
5500 |
11 |
2500 |
4500 |
– |
4500 |
12 |
5500 |
3500 |
– |
3000 |
13 |
5500 |
3000 |
– |
3500 |
14 |
3500 |
3000 |
– |
5500 |
15 |
6500 |
4500 |
– |
2500 |
16 |
4500 |
2500 |
– |
6500 |
17 |
7000 |
5000 |
– |
3000 |
18 |
3000 |
5000 |
– |
7000 |
19 |
5000 |
3000 |
– |
6000 |
20 |
7500 |
7500 |
– |
6500 |
21 |
7000 |
6000 |
5000 |
4000 |
22 |
4000 |
5000 |
6000 |
7000 |
23 |
6000 |
5000 |
7000 |
4000 |
24 |
5000 |
7000 |
6000 |
4000 |
25 |
3500 |
2500 |
2500 |
4000 |
26 |
4500 |
3500 |
4000 |
4000 |
27 |
2500 |
2000 |
3000 |
3000 |
28 |
4500 |
2500 |
7500 |
7000 |
29 |
6500 |
7500 |
6500 |
7500 |
30 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
31 |
2500 |
3500 |
4500 |
5500 |
32 |
4000 |
3000 |
2000 |
3000 |
33 |
6000 |
5000 |
4000 |
5000 |
34 |
7500 |
2000 |
2000 |
2500 |
35 |
4500 |
6000 |
3000 |
3000 |
Таблица 1.5
Процентный состав потребителей электроэнергии по категориям надежности
№ варианта |
Подстанция №1 |
Подстанция №2 |
Подстанция №3 или источник ограниченной мощности |
Подстанция №4 |
1 |
35/35/30 |
20/40/40 |
– |
50/10/40 |
2 |
–/50/50 |
60/30/10 |
– |
40/30/30 |
3 |
15/15/70 |
25/75/– |
– |
70/20/10 |
4 |
40/20/40 |
20/40/40 |
– |
40/50/10 |
5 |
90/–/10 |
10/50/40 |
– |
50/50/– |
6 |
80/–/20 |
20/40/40 |
– |
50/35/15 |
7 |
45/35/20 |
65/35/– |
– |
75/15/10 |
8 |
12/24/64 |
24/36/40 |
– |
36/64/– |
9 |
40/30/30 |
30/60/10 |
– |
40/10/50 |
10 |
21/21/58 |
32/34/34 |
– |
33/33/34 |
11 |
5/45/50 |
90/5/5 |
– |
20/80/– |
12 |
35/60/5 |
70/20/10 |
– |
60/30/10 |
13 |
35/35/30 |
25/25/50 |
40/40/20 |
60/40/– |
14 |
10/90/– |
70/–/30 |
25/40/35 |
90/10/– |
15 |
40/40/20 |
40/20/40 |
20/40/40 |
30/70/– |
16 |
25/35/40 |
40/20/40 |
30/60/10 |
40/10/50 |
17 |
70/–/30 |
10/90/– |
20/20/60 |
40/20/40 |
18 |
52/48/– |
33/33/34 |
60/30/10 |
50/40/10 |
19 |
11/33/56 |
44/55/1 |
88/12/– |
100/–/– |
20 |
50/33/17 |
70/30/– |
50/50/– |
–/60/40 |
21 |
40/30/30 |
–/10/90 |
60/35/5 |
70/25/5 |
22 |
–/100/– |
70/15/15 |
10/80/10 |
50/35/15 |
Таблица 1.6
Отношения наименьших летних нагрузок к наибольшим зимним
№ варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Отношение наименьших летних нагрузок к наибольшим зимним |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
0,85 |
0,9 |
0,95 |
Дополнительные исходные данные.
1. Напряжение на шинах РЭС в нормальном режиме максимальных нагрузок и в послеаварийном режиме равно 1,1Uном, а в режиме минимальных нагрузок – 1,05Uном, где Uном – номинальное напряжение сети.
2. Средний номинальный коэффициент мощности cosφср генераторов системы, в которую входит проектируемый район, составляет 0,85.
3. Сеть проектируется для Западной Сибири.
Пример
Шифр задания: 22; 26; 1; 21; 13; 5.
Координаты источников питания и подстанций, км (таблица 1.1): РЭС – 0, 0; подстанция №1 – 0, 20; подстанция №2 – 20, 40; подстанция №3 – 40, 20; подстанция №4 – 35, 0.
Наибольшие зимние активные нагрузки подстанций (таблица 1.2): подстанция №1 – P1 = 15 МВт; подстанция №2 – P2 = 20 МВт; подстанция №3 – P3 = 30 МВт; подстанция №4 – P4 = 40 МВт.
Коэффициенты мощности нагрузок (таблица 1.3): подстанция №1 – cosφ1 = 0,65; подстанция №2 – cosφ2 = 0,75; подстанция №3 – cosφ3 = 0,85; подстанция №4 – cosφ4 = = 0,95.
Числа часов использования максимума нагрузки (таблица 1.4): подстанция №1 – Tmax,1 = 7000 ч; подстанция №2 – Tmax,2 = 6000 ч; подстанция №3 – Tmax,3 = 5000 ч; подстанция №4 – Tmax,4 = 4000 ч.
Процентный состав потребителей электроэнергии по категориям надежности (таблица 1.5): подстанция №1 – 35/35/30; подстанция №2 – 25/25/50; подстанция №3 – 40/40/20; подстанция №4 – 60/40/–.
Отношение наименьших летних нагрузок к наибольшим зимним составляет 0,8 (табл. 1.6).
Напряжение на шинах РЭС в нормальном режиме максимальных нагрузок и в послеаварийном режиме равно 1,1Uном, а в режиме минимальных нагрузок – 1,05Uном, где Uном – номинальное напряжение сети.
Средний номинальный коэффициент мощности cosφср генераторов системы, в которую входит проектируемый район, составляет 0,85.
Сеть проектируется для Западной Сибири.