1.4 Анализ и обоснование схем электрической сети
В данном разделе анализируют достоинства и недостатки предложенных ранее 5-6 схем электрифицируемого района, чтобы выбрать три варианта для последующего технико-экономического сопоставления. При этом необходимо иметь в виду, что, если географическое положение объектов позволяет, то весь электрифицируемый район разбивают на отдельные части. Для каждой из них в отдельности находят оптимальный вариант сети, совокупность которых и даст оптимальную схему для всего района. Если такое деление района невозможно, то задача решается для всей сети в целом.
На первом этапе сравнение производят по упрощенным показателям. Анализируют длины трасс, цепей, суммарный момент активной мощности (таблица 5).
Таблица 5 – Упрощенные показатели рассматриваемых схем
Вариант |
Длина трассы, км |
Длина цепей, км |
Суммарный момент мощности (ΣPL), МВт·км |
Примечание |
В
примечании указать те варианты, которые
имеют лучшие анализируемые показатели.
Для кольцевых сетей параметр
физического смысла не имеет.
Показатели таблицы 5 не определяют оптимальности варианта, а характеризуют его с той или иной стороны. Так, например, если потребители соединить с источником питания радиальными линиями, то будет значительно меньше, чем для магистральной схемы, однако оценка суммарной длины ЛЭП даст обратный результат.
Экономически целесообразно сравнивать между собой варианты, удовлетворяющие в равной степени требованиям надежности работы и высокого качества электроэнергии. Естественно, что менее надежный вариант, например одноцепная линия с одним трансформатором, дешевле, чем двухцепная с двумя трансформаторами.
По условиям надежности для подстанций 35-220 кВ допустимо иметь от 6 до 3 ответвлений от одной линии [15,18]. Меньшее число относится к высшему напряжению.
Выбор трех вариантов, рекомендуемых для дальнейшего технико-экономического сравнения, должен иметь достаточно полное обоснование. Каждый вариант необходимо проанализировать по таким показателям, как надежность, гибкость (возможность производства переключений без перерывов в электроснабжении), удобства перспективного развития и эксплуатации сети, качество электроэнергии (потери напряжения), показатели таблице 5 и др.
Целесообразно использовать более короткие связи между источником питания и потребителями, избегая обратных перетоков, увеличивающих потери мощности. При прочих равных условиях предпочтительнее вариант с более высоким номинальным напряжением линии, как более перспективный. В то же время недостатком является большое разнообразие напряжений ЛЭП в пределах электрической сети одного района. Помимо указанных выше аспектов при анализе вариантов сети необходимо выполнять следующее:
установить распределение потоков мощности в элементах сети. Для замкнутой сети расчёт ведут по длинам линий, предполагая, что сеть однородная. Малозагруженные линии являются показателем того, что вариант нерационален;
приближённо определить потери напряжения в сети.
Так как сечения проводов ещё не выбраны, эту операцию проделывают, базируясь на средних значениях погонных активных и реактивных сопротивлений ЛЭП:
35 кВ –
= 0,40÷0,60 Ом/км,
= 0,4 Ом/км;110 кВ – = 0,15÷0,4 Ом/км, = 0,42 Ом/км;
220 кВ – = 0,10 Ом/км, = 0,43 Ом/км.
Для расщеплённых на две части проводов (ЛЭП-330) – = 0,31÷0,33 Ом/км.
В предварительных расчётах можно считать, что удовлетворительные уровни на понижающих подстанциях получателя, если при максимальной нагрузке в нормальных режимах сети одного напряжения потери не превысят 15%, а в аварийных - 20% номинального [7,9]. Большая величина потери напряжения является показателем экономической нецелесообразности намеченной схемы или выбранного номинального напряжения.
При выборе конфигурации оптимальной электрической сети учитывают не только стоимость линий, но и оборудования подстанций. В связи с этим одновременно с разработкой вариантов схем сети необходимо намечать и схемы соединений понизительных подстанций. Они должны предусматривать возможность расширения. Количество и вид коммутационных аппаратов выбирают, исходя из возможности обеспечения ремонта отдельных элементов без отключения соседних соединений. Следует стремиться к максимальному упрощению схем подстанций, отказываясь от применения большого числа выключателей на стороне высшего напряжения или вообще отказа от них (для тупиковых подстанций).
Помимо указанных выше требований, схемы подстанций должны обеспечивать надёжность транзита мощности и выбираться в зависимости от числа присоединений (линий и трансформаторов). Так, при кольцевой схеме сети (рис. 1,в) на каждую подстанцию подводится по две линии. Если на подстанции установлено два трансформатора, то число элементов равно четырём (две линии и два трансформатора). В этом случае может быть применена схема «мостика» (рис. 2), где Л1 и Л2 линии кольцевой сети. Если число элементов больше четырёх, как это бывает на узловых подстанциях, то целесообразно применять схему с двойной системой шин (рис. 3). Для «тупиковых» подстанций используют упрощённую схему с короткозамыкателями и отделителями без перемычки на стороне ВН (рис. 4). Аналогичное решение может быть принято и на «проходных» подстанциях.
Несмотря на то, что отключения трансформатора довольно редки, однако, с такой возможностью следует считаться и при наличии потребителей I и II категории устанавливают на ГПП два трансформатора. Проектировать подстанции с тремя трансформаторами не рекомендуется, так как такая схема неудобна в эксплуатации и вызывает большие трудности в устройстве АВР.
Естественно, что представленные выше схемы всего широкого их многообразия. Из-за ограниченности объёма данного пособия показаны лишь некоторые из них. Подробнее этот вопрос изучается в курсе «Электрическая часть станций и подстанций» и освещен в специальной литературе [4,6,11,17,18].
В каждом случае схема подстанции должна быть выбрана обосновано. При этом необходимо применять по возможности упрощённые схемы, не снижая их возможности.
Особое место при разработке данного раздела занимают консультации. Студент должен согласовать с руководителем три выбранные варианта сети и убедительно обосновать принятое им решение.
а и б – магистральные резервированные;
в – замкнутая; г – радиальная
Рисунок 3 – Схема п/ст с двойной системой шин
Рисунок 4 – Упрощенная схема «тупиковой» п/ст