Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Рекомендации по выполнению линий и подстанций

Линии сетей 35 - 220 кВ, как правило, выполняются воздушными (ВЛ) на одностоечных железобетонных свободностоящих опорах, в одно- и двухцепном исполнении.

Число цепей ВЛ выбирается на основе надежного электроснабжения. Электроприемники I и II категорий должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания (таковыми, в частности, считаются две системы шин или две секции шин одной подстанции или электростанции).

Если в схеме варианта сети имеется тупиковая линия, питающая электроприемники III категории, то необходимо определить целесообразное число цепей такой ВЛ.

Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [6, п.1.2.19] допускается питание электроприемников II категории по одной ВЛ, если обеспечена возможность проведения ее ремонта в течение суток.

Предпочтительной является схема, при которой ВЛ выполняются на отдельных опорах, идут по разным трассам с целью охвата электрификацией дополнительной территории.

Для питания ПС с потребителями I категории рекомендуется использовать резервированные одноцепные ВЛ.

Длины ВЛ из-за не прямолинейности и неровности рельефа местности принимают больше на 20 % по отношению к воздушной прямой между соответствующими пунктами.

Марку проводов ВЛ выбирают по [2]. Наиболее распространены на ВЛ 35 - 220 кВ сталеалюминиевые провода (АС). В процессе проектирования сети выбирают число, мощность, и тип трансформаторов, схему электрических соединений ПС.

С точки зрения местоположения ПС в сети и способа присоединения их к сети со стороны высокого напряжения (ВН), ПС выполняются тупиковыми, ответвительными, проходными и узловыми (Приложение П.3). Количество ВЛ со стороны ВН подстанций и схема подключения к сети определяют схему электрических соединений ПС и, следовательно, ее конструктивное исполнение и стоимость.

При выборе трансформаторов для ПС следует принимать только те из них, которые имеют встроенное регулирование напряжения под нагрузкой (РПН).

Число ячеек выключателей в ЦП принимают равным числу отходящих от него ВЛ. Число ячеек выключателей ПС на стороне ВН определяется типом схемы ПС. Типовые схемы ПС [5] приведены в приложении П4. Схема П4.1 предназначена для тупиковых нерезервированных радиальных линий; схема П4.2 - для ответвительных ПС в нерезервированных магистральных ВЛ; схема П4.3 - для всех ПС резервированных радиальных и магистральных сетей; схемы П4.4 и П4.5 - для проходных ПС замкнутых сетей (для сети 35 кВ только П4.5); схемы П4.6 - для узловых ПС 35 кВ, П4.7 - для узловых ПС 110-220 кВ с количеством отходящих линий не более 6; схема П2.8 - для узловых ПС 110-220 кВ с количеством отходящих линий более 6, в курсовом проекте рекомендуется применять в ОРУ 110-220 кВ центров питания. На ПС с малым числом выключателей (три и менее) установка воздушных выключателей не рекомендуется.

Число ячеек выключателей на стороне низшего напряжения (НН) ПС определяют условно по нагрузке ПС, исходя из возможной передачи в режиме максимальной нагрузки по каждой линии до 3-4 МВА. Кроме этого, необходимо учесть вводные ячейки выключателей понижающих трансформаторов, секционные выключатели и выключатели КУ.

Пример № 3. Для условий задания, приведенного в Приложении П1, предложить схемы электрических соединений сети.

Расстояния между подстанциями определим по плану расположения ПС в соответствии с заданным масштабом (П1). При этом длину линий увеличиваем на 20 % (п.2.3.3).

Вариант I. Радиально-магистральная сеть (рис. Пр.2.1 а). Все подстанции, имеющие потребителей I категории, подключены двумя одноцепными линиями. ПС3, не имеющая потребителей I категории – двухцепной ВЛ. Для всех подстанций использована схема тупиковых и ответвителъных ПС (П4.3).

Вариант II. Отличается от I варианта подключением ПСЗ одноцепной линией. Схема подстанции - без выключателя (П4.1).

Вариант III. Кольцевая схема (рис. Пр.2.1 б). Все понижающие подстанции выполнены проходными по схеме П.4.4. Использована схема мостика с выключателями со стороны линий, что обосновывается тем, что, во-первых, для проходных подстанций в кольцевой схеме транзит не является основной задачей и, во-вторых, длина линий довольно значительна. Если будет выбрано U_НОМ= 35 кВ, потребуется схема П4.5, так как схема П4.4 в сети 35 кВ не используется.

Вариант IV. Схема, содержащая кольцевую и магистральную сети (рис. Пр.2.1 в).

Вариант V. Сложнозамкнутая схема (рис. Пр.2.1 г). ПС2 является узловой подстанцией (П4.7).

Рис. Пр.2.1. Варианты схемы сети: а – I вариант; б – III вариант;

в – IV вариант; г – V вариант.

3.4. Предварительный расчет установившихся режимов проектируемых вариантов сети промышленного района

Решением задачи расчета является ответ на вопрос о технической реализуемости варианта схемы сети. Расчет производят для каждого из рассматриваемых вариантов. При проектировании сети одновременно с разработкой вариантов схемы конфигурации решаются вопросы выбора номинального напряжения сети. Комплексное решение данных вопросов требует определения потоков мощности по ВЛ в нормальном и послеаварийных режимах по отдельным участкам и напряжению в узлах сети.

На первом этапе предварительного сравнения и отбора конкурентоспособных вариантов схемы нагрузки в узлах сети определяют приближенно, без учета потерь мощности в трансформаторах и реактивной мощности, генерируемой линиями. Исходными данными для расчета потокораспределений в нормальном и послеаварийных режимах на данном этапе проектирования являются нагрузки ПС на стороне НН.

Приближенный расчет потокораспределений производят без учета потерь мощности в элементах сети, при условиях равенства напряжений вдоль ветвей схемы номинальному и однородности сети.

Расчет потоков мощности в магистральных сетях проводится в направлении от наиболее электрически удаленной ПС к ЦП путем последовательного суммирования расчетных нагрузок в узлах сети. В простых замкнутых сетях нагрузки ПС учитывают в узлах замкнутой сети ВН и определяют потоки мощности на головных участках пропорционально длине участков сети и, исходя из условий баланса мощности, находят потоки мощности на других участках.

В процессе расчета потоков мощности на головных участках линии с двухсторонним питанием используют уравнения [1, с.138]:

; ; (2.14)

где , - поток мощности в сеть на головных участках от источников питания А и В соответственно;

- нагрузка i-й ПС;

, - сопряженные комплексы сопротивлений линий от i-й ПС до источников питания В и А соответственно;

- сопряженный комплекс суммарного сопротивления всех линий сети с двухсторонним питанием между источниками А и В;

N - количество ПС в сети с двухсторонним питанием.

На данном этапе расчета сечения проводов F_i, а, следовательно, и их сопротивления Z _i - неизвестны. Допуская, что сечения проводов ВЛ одинаковы, в формулу (2.14) подставляют длины линий ℓ_i, вместо сопротивлений Z _i [1, c. 144].

; ; (2.15)

Для расчета по формулам (2.14), (2.15) кольцевую сеть представляют в виде линии с двухсторонним питанием. При этом, кольцевую сеть разрывают в ЦП, заменяя источник питания в ЦП двумя источниками питания: А и В.

При расчетах режимов сложных замкнутых сетей может быть использован метод преобразования сети. Этот метод заключается в том, что сеть постепенными преобразованиями приводится к ВЛ с двухсторонним питанием, в которой находят распределение мощностей, как в простой замкнутой сети. Затем развертыванием схемы определяют распределение мощностей в исходной сети [1].

Преобразование сложной замкнутой сети основано на использовании следующих эквивалентных преобразований: замены нескольких ветвей одной эквивалентной, переноса нагрузок (исключение узла), преобразование треугольника в звезду и обратно [1, c.456]. Например: эквивалентирование двух параллельных ветвей производят по выражению:

. (2.16)

При проведении эквивалентных преобразований и, в частности, расчетов по формуле (2.16) оперируют значениями длин линий вместо сопротивлений так, как это сделано в формуле (2.15).Перенос нагрузки определяют по уравнению расчета мощности на головных участках линии с двухсторонним питанием по (2.15).

На основании предварительной оценки расчетных нагрузок линий производится выбор номинального напряжения. Номинальное напряжение U_НОМ определяется, в основном, передаваемой активной мощностью Р (МВт) и длиной ℓ (км).

Для ориентировочного определения величины экономически целесообразного напряжения линий U_НОМ (кВ) можно воспользоваться эмпирической формулой, предложенной Г.А. Илларионовым [1,с.257]:

. (2.17)

Однако, автоматически пользоваться данной формулой недопустимо. Необходимо учитывать диапазоны фактически передаваемых по одной цепи ВЛ мощностей при том или ином номинальном напряжении, а также предельные протяженности ВЛ. Так, например, для ВЛ 110 кВ при диапазоне сечений проводов от 70 до 240 мм² передаваемая мощность лежит в пределах от 15 до 65 МВт при предельной длине ВЛ до 150 км. Для ВЛ 220 кВ при сечениях 240 - 400 мм² диапазон мощностей лежит в пределах от 100 - 200 МВт при предельной длине ВЛ до 250 км.

Рекомендуется выполнять проектируемую сеть с одним уровнем напряжения. При этом определяющим следует считать номинальное напряжение, полученное по (2.17) для более загруженных головных участков.

Зная потоки мощностей по ВЛ номинальное напряжение U_НОМ, можно перейти к выбору сечений проводов. Для этого определяют токи в ВЛ:

, (2.18)

где - число параллельно работающих ВЛ;

S _л - полная мощность, передаваемая по ВЛ, определяемая выражением:

. (2.19)

Сечения проводов выбирают по токовым экономическим интервалам в зависимости от расчетного тока [1, с. 268 - 274]:

, (2.20)

где - ток линии на пятый год ее эксплуатации;

- коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации ВЛ;

- коэффициент, учитывающий время наибольшей нагрузки T_H_б и коэффициент ее попадания в максимум нагрузки энергосистемы K_M.

Для ВЛ 110 - 220 кВ = 1,05; - выбирают по таблице [2, с. 15б]. При выполнении курсового проекта можно принять K_M = 0,8; . Таблица для выбора коэффициента дана в приложении П5.

Сечения проводов ВЛ выбирают по экономическим интервалам токовых нагрузок в зависимости от номинального напряжения, района по гололеду, материала опор и количества цепей на них [2]. Таблица экономических интервалов дана в приложении П6.

Если расчетный ток I_P превышает верхнюю границу интервала использования максимального сечения для данного напряжения, то данный вариант может быть исключен из дальнейшего рассмотрения как технически нереализуемый. В данном случае рекомендуется рассмотреть возможность введения дополнительных ВЛ, параллельных цепей либо перевода сети на более высокую ступень напряжения.

Выбранные сечения проводов должны быть проверены по допустимому току на нагрев в наиболее тяжелых после аварийных режимах. Для магистральных и радиальных ВЛ - это отключение одной цепи, для кольцевых и сложнозамкнутых сетей - отключение головных участков сети. Условие проверки:

, (2.21)

где - ток через рассматриваемую ВЛ в наиболее тяжелом из послеаварийных режимов;

- допустимые токовые нагрузки на провода согласно [2.с. 292], значения которых приведены в Приложении П6;

- поправочный коэффициент на температуру воздуха [2,c.292]; в проекте его рекомендуется принять равным 1.

Если условие (2.21) не выполняется, то данный вариант является технически нереализуемым и должен быть исключен из дальнейшего рассмотрения.

Далее определяют активное сопротивление проводов линии - r_л и индуктивное сопротивление фазы линии x_л:

R_л = r₀·ℓ / n_л;x_л = x₀·ℓ / n_л, (2.22)

где r₀и x₀ – удельные активные и реактивные сопротивления воздушной линии, Ом/км (Приложение П6);

ℓ – протяженность линии, км;

n_л– число параллельных линий (цепей).

Потом рассчитывают потери напряжения в линиях в процента от номинального в нормальном ∆U^Н и послеаварийных ∆U^А режимах, используя уравнения:

∆U^Н % = ·100; (2.23)

∆U^А % = ·100, (2.24)

где P^Н_Л, Q^Н_Л и P^А_Л, Q^А_Л – потоки активной и реактивной мощности в линии в нормальном и послеаварийных режимах.

Суммарные потери напряжения от ЦП до электрически наиболее удаленной точки не должны превышать 13-15% в нормальном и 18-20% в послеаварийных режимах. Если эти условия выполняются, то предполагают, что диапазон устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) двухобмоточных трансформаторов достаточен для обеспечения встречного регулирования на шинах 10 кВ. Если это условие не выполняется, то рассматриваемый вариант может быть исключен из дальнейшего рассмотрения как технически нереализуемый.

На основании положений ранее изложенного материала последовательно намечают и рассчитывают три - пять возможных вариантов схем соединения сети с соответствующими номинальными напряжениями. На схеме варианта показывают расположения ЦП и ПС, нагрузки ПС, проектируемые ВЛ (с указанием их длин и сечений проводов). Наносят направления стрелками и значения потоков мощности в ВЛ, напряжение на ЦП и ПС. Результаты по вариантам заносят соответственно в табл.2.2. После каждой таблицы приводят выводы по результатам анализа произведенных расчетов соответствующих вариантов.

Пример № 4. Выполнить предварительные расчеты установившихся режимов вариантов сети, предложенных в примере №3.

Вариант I

Схема и нагрузки сети показаны на рис. Пр.2.2.

Определим потоки мощности, передаваемые в нормальном режиме по линиям:

;

Результаты расчетов заносим в табл. Пр.2.2.

Полную мощность по линиям находим по формуле (2.19), например:

Аналогично определяем полную мощность •на остальных участках.

Рис. Пр.2.2. Расчет режима сети по I варианту
Таблица 2.2. Результаты предварительного расчета установившихся режимов предлагаемого варианта конфигурации сети

№ п/п

Расчетная величина

Ед. изм.

Обозн.

Линии

1-2

…

N-M

Протяженность линии

км

ℓ

Поток активной мощности в нормальном режиме

МВт

Поток реактивной мощности в нормальном режиме

Мвар

Поток полной мощности в нормальном режиме

МВ·А

Номинальное напряжение

кВ

Ток нагрузки в нормальном режиме

Количество цепей, марка и сечение провода, выбранного по экономическим интервалам

Допустимый длительный ток по нагреву линии с проводами

Поток полной мощности в послеаварийном режиме 1 (повреждена ВЛ...)

МВ·А

Поток полной мощности в послеаварийном режиме 2 (повреждена ВЛ...)

МВ·А

Поток полной мощности в послеаварийном режиме 3 (повреждена ВЛ...)

МВ·А

Ток в после аварийном режиме 1

Ток в после аварийном режиме 2

Ток в после аварийном режиме 3

Количество цепей, сечение про-вода, с учетом проверки по I_ДОП

Удельное активное сопротивление провода

Удельное индуктивное сопротивление фазы линии

x₀

Активное сопротивление провода ВЛ

Индуктивное сопротивление линии

Потери напряжения в ВЛ в нормальном режиме

Максимальная потеря напряжения в сети в нормальном режиме

Потери напряжения в ВЛ в после аварийном режиме 1

Максимальная потеря напряжения в сети в после аварийном режиме 1

Потери напряжения в ВЛ в послеаварийном режиме 2

Максимальная потеря напряжения в сети в послеаварийном режиме 2

Потери напряжения в ВЛ в послеаварийном режиме 3

Максимальная потеря напряжения в сети в послеаварийном режиме 3

Примечание. В табл. 2.2. сведения о послеаварийных режимах вносят по фактическому числу послеаварийных режимов.

Определяем желаемое номинальное напряжение для участков сети (2.17), например, ВЛ ЦП - ПСЗ:

Полученные на каждом из участков значения желаемых номинальных напряжений округляем до ближайших стандартных значений (35 кВ - на участках ЦП - ПСЗ и ПС2 - ПС5; 110 кВ - на участках ЦП - ПС2, ЦП - ПС4 и ПС1 - ПС4). В качестве номинального напряжения сети выбираем номинальное напряжение головных участков 110 кВ, одинаковые для всей сети.

Определяем ток на каждом из участков (2.18), начиная с ВЛ ЦП - ПСЗ:

Для определения расчетного тока, согласно (2.20), принимаем коэффициент = 1,05; = 0,8. В соответствии с заданием (П1) = 3500 часов. При этом, согласно П5, коэффициент =0,8. По формуле (2.20)

По таблице экономических интервалов (П6) для двухцепной линии на железобетонных опорах и III района по гололеду выбираем на рассматриваемом участке провода АС-70.

Допустимый ток для проводов ВЛ данного сечения 265 А.

Аварийным режимом для радиально-магистральных сетей является отключение одной из двух параллельных линий (цепей), обеспечивающих питанием каждую из ПС. При этом, потоки мощностей и токи, протекающие по оставшейся в работе ВЛ увеличатся в два раза: по ВЛ _{ЦП - ПСЗ} будет протекать поток полной мощности S _{ЦП - ПСЗ} = 15,6 + j2.88 МВА, а ток составит 83,4 А. Данный ток является допустимым для принятого сечения. Поэтому, по результатам проверки сечение проводов рассматриваемого участка ВЛ увеличивать не требуется.

Таблица Пр.2.2 Результаты предварительного расчета установившихся режимов для радиально-магистральной конфигурации, сети (Вариант I)

№ п/п	Обозначение.	Ед. изм.	ЛИНИИ
ЦП - ПСЗ	ЦП - ПС2	ПС2-ПС5	ЦП - ПС4	ПС4-ПС1
	ℓ				22,8	31,2	33,6
		МВт	15,6		7,3	51,4	45,6
		Мвар	2,88	12,05	1,98	21,03	17,43
		МВ·А	15,86	35,13	7,56	55,54	48,8
			55 (110)	75 (110)	38 (110)	94 (110)	90 (110)
		А	2×41,7	2×92,2	2×19,8	2×145,8	2×128,1
			2×70	2×120	2×120	2×120	2×120
		A	2×265	2×390	2×390	2×390	2×390
	+	МВ·А	15,6 + +j2,88	33 + +j12,05	7,3 + +j1,98	51,4 + +j21,03	45,6 + +j17,43
		A	83,4	184,4	39,7	291,5	256,2
			2×70	2×120	2×120	2×120	2×120
		Ом/км	0,428	0,249	0,249	0,249	0,249
		Ом/км	0,444	0,427	0,427	0,427	0,427
		Ом	8,99	8,24	2,84	3,88	4,18
		Ом	9,32	3,84	4,87	6,66	7,17
		%	1,38	0,99	0,25	2,81	2,61
		%	5,42
		%	2,76	1,98	0,5	5,61	5,22
		%	10,84

Согласно Приложения П6, для ВЛ с проводами сечением 70 мм², r₀ = 0,428 Ом/км, x₀ = 0,444 Ом/км. Определяем активное и реактивное сопротивления ВЛ по формулам (2.22):

;

Далее, по формулам (2.23) и (2.24) находим падения напряжения на каждой из ВЛ в нормальном и послеаварийном режимах:

;

Наиболее электрически удаленной от ЦП подстанцией является ПС1, так как, потеря напряжения на связи ЦП - ПС1 является наибольшей по сравнению с другими подстанциями и составляет в нормальном режиме

а в послеаварийном режиме

В нормальном и послеаварийных режимах максимальные потери напряжения в сети не превышают допустимых значений по условию регулирования напряжения, ток во всех линиях меньше допустимого по нагреву. I вариант - технически реализуем.

Вариант II

Потокораспределение без учета потерь мощности в линиях совпадает с потокораспределением по I варианту (рис. Пр.2.2). Выберем сечение провода одноцепной ВЛ _{ЦП - ПСЗ}. Так как эта линия работает в тех же условиях, что двухцепная в I варианте, а ток в нормальном режиме по ней будет в два раза выше, то и расчетный ток тоже будет в два раза выше.

По таблице П6.2 выбираем сечение провода: АС-120.

Потеря напряжения, на ВЛ _{ЦП - ПСЗ} составит = 1,78 % (2.23). Максимальная потеря . II варианту, аналогично I варианту, технически реализуем.

Вариант III

Кольцевая схема и нагрузки сети показаны на рис. Пр.2.3. Находим потокораспределение в кольцевой сети. Расчет начинаем с определения потока мощности на одном из головных участках (2.15). Для сокращения записи в индексах сохраним, только номера узлов, которые совпадают с номерами подстанций.

= +

+ .

Находим потоки мощности в остальных линиях по условию баланса мощностей в узлах.

;

Изменение знака означает, что узел 2 (ПС2) является точкой потокораздела. Он получает питание с двух сторон. При этом

Проверка расчета потокораспределения. Для проверки следует найти по (2.15) и сравнить с полученным ранее значением.

= +

+ =

= .

Рис. Пр.2.3. Расчет режима сети по III варианту

Для ручного счета совпадение достаточное. Результаты потокораспределения и последующих расчетов заносим в табл. Пр.2.3.

По формуле (2.17) находим желаемое номинальное напряжение для участков и выбираем номинальное напряжение сети. Имеем U_НОМ = 110 кВ.

По формулам (2.18), (2.I9) определяем полные мощности и тони на участках сети, а также расчетные токи (2.20) для выбора сечений, проводов, что делаем по табл. П6.2.

;

Наиболее тяжелыми аварийными режимами для кольцевых схем являются отключения ВЛ на головных участках. Расчет потоков мощностей в послеаварийных режимах не отличается от расчетов для разомкнутой сети. В случае отключения ВЛ _{ЦП - ПСЗ} распределение потоков активных и реактивных мощностей будет следующим:

;

В табл. Пр.2.3 занесены результаты расчета без учета направления перетока мощности.

В случае отключения ВЛ _{ЦП - ПС4} распределение потоков активных и реактивных мощностей будет следующие:

Максимальные токи участков сети в послеаварийных режимах, найденные по (2.18), составляют (табл. Пр.2.3): ; ; ; ; ; .

На трех участках сети послеаварийные токи превосходят допустимые. На этих участках требуется увеличить сечение проводов. Выбираем провода на: ВЛ _{ЦП - ПСЗ} - АС-240, ВЛ _{ПСЗ - ПС5} -АС-185, ВЛ _{ПС2 - ПС5} - АС-150.

По формулам (2.22 – 2.24) находим сопротивления линий и потерю напряжений на участках сети в нормальном и наиболее тяжелых послеаварийных режимах (табл. Пр.2.3).

Таблица Пр.2.3. Результаты предварительного расчета установившихся режимов для кольцевой сети (III вариант)

№ п/п

Обозначение

Ед. измерения

ЛИНИИ

ЦП-ПСЗ

ПСЗ-ПС5

ПС5-ПС2

ПС2-ПС1

ПС1-ПС4

ПС4-ЦП

ℓ