Проектирование районной электрической сети

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Амурский государственный университет"

(ГОУВПО "АмГУ")

Кафедра энергетики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: Проектирование районной электрической сети

по дисциплине Электропитающие системы и сети

Исполнитель

студент группы 244 Р.И. Москвичева

Руководитель А.А. Воловиков

Нормоконтроль В.А. Клемис

Благовещенск 2005

Реферат

Работа 65 с., 6 рисунков, 24 таблицы, 14 источников, 8 приложений.

Режимы работы, надёжность энергоснабжения, распределительное устройство, источник питания, узловая районная подстанция, регулирование напряжения, нагрузки потребителей, номинальное напряжение.

В ходе выполнения курсового проекта были разработаны различные варианты схем электрических сетей. Отобраны наиболее подходящие по экономическим и техническим требованиям, для них выбиралось электрическое оборудование для осуществления надёжного электроснабжения потребителей даже в часы аварийной работы и соблюдения категорийности в соответствии с ПУЭ. Также были посчитаны все возможные режимы работы одной схемы. По каждому режиму решался вопрос регулирования напряжения.

Содержание

Введение

1. Энерго-экономическая характеристика района

1.1 Характеристика источников питания

1.2 Характеристика потребителей

1.3 Климатические условия

1.4 Физико-географическая характеристика

2. Расчет режимных характеристик

2.1 Цели и задачи расчета

2.2 Расчет режимных характеристик в зимний период времени

3. Отбор конкурентно-способных вариантов

3.1 Принципы составления вариантов схем

3.2 Построение и краткая характеристика 10 принятых вариантов

3.3 Выбор четырёх вариантов

4. Баланс активной и реактивной мощности

4.1 Баланс активных мощностей

4.2 Баланс реактивных мощностей

4.3 Выбор компенсирующих устройств

5. Технический анализ четырёх вариантов

5.1 Выбор номинального напряжения

5.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

5.3 Выбор сечений воздушных линий методом экономических токовых интервалов

5.4 Выбор схем распределительных устройств

6. Технико-экономическое сравнение двух вариантов

6.1 Общие сведения

6.2 Определение потерь электроэнергии и их оценка

7. Расчёт установившихся режимов

7.1 Общие сведения

7.2 Расчёт установившегося максимального режима

8. Анализ установившихся режимов

8.1 Анализ напряжений в узлах

8.2 Анализ потерь

8.3 Анализ баланса активной и реактивной мощности

8.4 Анализ загрузки ВЛ

9. Задание для углубленной проработки. методы регулирования напряжения

9.1 Изменение потерь напряжения в сети

9.2 Регулирование напряжения

Заключение

Библиографический список

Введение

Современные энергетические системы состоят из сотен связанных между собой элементов, влияющих друг на друга. Однако проектирование всей системы от электростанций до потребителей с учетом особенностей элементов с одновременным решением множества вопросов (выбора ступеней напряжения, схем станций, релейной защиты и автоматики, регулирования режимов работы системы, перенапряжений) нереально. Поэтому общую глобальную задачу необходимо разбить на задачи локальные, которые сводятся к проектированию отдельных элементов системы: станций и подстанций; частей электрических сетей в зависимости от их назначения (районных, промышленных, городских, сельских); релейной защиты и системной автоматики и т.д. Однако проектирование должно проводиться с учетом основных условий совместной работы элементов, влияющих на данную проектируемую часть системы.

Намеченные проектные варианты должны удовлетворять следующим требованиям: надежности, экономичности; удобства эксплуатации; качества энергии и возможности дальнейшего развития.

Курсовое проектирование должно способствовать закреплению, углублению и обобщению знаний, полученных студентами по данной и смежным дисциплинам на лекциях, практических занятиях, в лабораториях и на производственной практике, воспитанию навыков самостоятельной творческой работы, ведения инженерных расчетов и технико-экономического анализа.

В ходе курсового проектирования приобретаются навыки пользования справочной литературой, ГОСТами, едиными нормами и укрупненными показателями, таблицами, номограммами.

Цель курсового проектирования является систематизация и расширение теоретических знаний, углубленное изучение проблем электрических систем и сетей, овладение навыками самостоятельного решения инженерных задач по профилирующей специальности.

В задачу курсового проектирования входит изучение практических инженерных методов решения комплексных вопросов сооружения линий электропередач, подстанций и других элементов электрических сетей и систем, а также дальнейшее развитие расчетно-графических навыков, необходимых для проектной работы. В процессе проектирования применяются знания, полученные при изучении курса "Электрические системы и сети" и смежных дисциплин. Необходимо решать задачи, не имеющие однозначного решения, оценивать ряд факторов и самостоятельно отвечать на вопросы.

Особенность проектирования электрических систем и сетей заключается в тесной взаимосвязи технических и экономических расчетов.

Первые шаги в области проектирования убеждают, что полученные знания, умение проводить различные расчеты сетей недостаточны для выполнения проекта. Задачи, которые поставлены в проекте электрической сети, в большинстве случаев не имеют однозначного решения. Выбор наиболее удачного варианта электрической сети производиться не только путем теоретических расчетов, но и на основе различных соображений. Выполнение курсового проекта дает возможность получить некоторый опыт и навыки проектирования.

1. Энерго-экономическая характеристика района 1.1 Характеристика источников питания

Источником питания в данном курсовом проекте является узловая распределительная подстанция (УРП) - это центральная подстанция напряжением 35 - 330 кВ для основной сети 35 - 220 кВ, получающая питание от энергосистемы и распределяющая ее на том же напряжении, что и подстанция глубокого ввода (ПГВ) или на пониженном напряжении.

1.2 Характеристика потребителей

В зависимости от выполняемых функции, возможностей обеспечения схемы питания от энергосистемы, величины и режимов потребления электроэнергии и мощности, особенностей правил пользования электроэнергией потребителей принято делить на следующие основные группы:

промышленные и приравненные к ним;

производственные сельскохозяйственные;

бытовые;

общественно-коммунальные (учреждения, организации, предприятия торговли и общественного питания и др.).

К промышленным потребителям приравнены следующие предприятия: строительные, транспорта, шахты, рудники, карьеры, нефтяные, газовые и другие промыслы, связи, коммунального хозяйства и бытового обслуживания.

Промышленные потребители являются наиболее энергоемкой группой потребителей электрической энергии.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие категории:

Электроприемники I категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб экономике, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Перерыв электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Электроприемники II категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники III категории - все остальные электроприемники, не подходящие по определению под определение I и II категорий.

По режиму работы электроприемники могут быть разделены на группы по сходству режимов, т.е. по сходству графиков электрических нагрузок.

Анализ режимов работы потребителей показал, что большинство электродвигателей, обслуживающих технологические линии и агрегаты непрерывных производств, работают в продолжительном режиме (например, электродвигатели компрессоров, вентиляторов, насосов и других непрерывных механизмов).

Кратковременный режим характерен для электродвигателей электроприводов вспомогательных механизмов, механизмов подъема, гидравлических заслонок, зажимов, затворов.

Повторно-кратковременный режим характерен для электродвигателей мостовых кранов, подъемников, сварочных аппаратов.

Каждая из групп потребителей имеет определенный режим работы. Так, например, электрическая нагрузка коммунально-бытовых потребителей с преимущественно осветительной нагрузкой отличается большой неравномерностью в различное время суток. Электрическая нагрузка промышленных предприятий более равномерна в течение дня и зависит от вида производства, режима работы и числа смен.

Таблица - 1 Состав и категорийность потребителей

ПС	Потребитель	Состав потребителей по категориям						Pmax
		I	МВт	II	МВт	III	МВт	МВт
А	Нефтепереработка, 100%	15%	10.8	40%	28,8	45%	32,4	72
Б	Черная металлургия, 100%	25%	24,75	50%	49,5	25%	24,75	99
В	Химическая 60%, легкая промышленность 20%, город 20%	10%	4,2	40%	16,8	50%	21	42
Г	Химическая 60%, легкая промышленность 20%, город 20%	5%	1,75	50%	17,5	45%	15,75	35
Д	Химическая 60%, легкая промышленность 20%, город 20%	5%	1,45	50%	14,5	45%	13,05	29
Е	Химическая 60%, легкая промышленность 20%, город 20%	_	_	40%	7,2	60%	10,80	18

1.3 Климатические условия

В задании на курсовой проект указано, что географическое место расположения источников и нагрузок - Дальний Восток. Примем, что проектируемый энергообъект будет находиться на территории Амурской области.

Климат Амурской области.

Территория Амурской области располагается в зоне перехода от континента к океану. Она специфична по всему комплексу природных условий. Ведущим фактором, определяющим своеобразие этой зоны, считается климат, в частности, перераспределение влаги и тепла под влиянием морей и океана.

Противоборство климатов крупнейших по размерам континента и океана оказывает существенное воздействие на природные условия. Широтное простирание физико-географических зон сменяется на восточной окраине Азиатского материка широтно-меридиональным или даже меридиональным. Границы зон по сравнению с другими районами страны смещаются на юг. Территория Амурской области относится к континентально-переходной группе экосистем с муссонным климатом. Эта группа испытывает влияние морей и океанов лишь в теплый период года и в меньшей степени, чем другие группы Дальнего Востока. Благодаря значительной удаленности от Тихого океана (около 1200 км) климат имеет резко выраженные черты континентальности: большие колебания суточных и годовых температур, низкие зимние и отрицательные годовые температуры. В холодное время года здесь господствуют воздушные массы, приходящие из Восточной Сибири, Монголии и со стороны Северного Ледовитого океана. Летом преобладают ветры, дующие с Тихого океана, которые приносят основное количество годовых осадков. Такое распределение их в условиях горного рельефа, например, средней и верхней частей бассейна реки Зеи, обусловливает возникновение высоких паводков и катастрофических наводнений.

Годовые изотермы в общих чертах следуют по течению Амура, отклоняясь к северу в бассейне Зеи, что объясняется отепляющим действием реки на прилегающие территории. Наиболее холодными районами Амурской области являются Тындинский, Сковородинский (северо-запад области) и Селемджинский (восток области). Тында занимает самое северное положение и часто подвержена беспрепятственным вторжениям арктического фронта Селемджинский район расположен в горном массиве, в долине реки Селемджи, окруженный с трех сторон Селемджинским хребтом, хребтами Ям-Алинь и Турана, и сюда стекают выхоложенные, более тяжелые массы воздуха - это определяет низкие зимние температуры и отрицательные среднегодовые. Наиболее тёплое место в области - её юго-западная часть, примыкающая к Амуру. Это район Благовещенск - Поярково.

Годовые амплитуды температуры составляют 60-70°С. Минимальные температуры воздуха в южных районах Амурской области колеблются от - 45 до - 48°С, в центральных от - 48 до - 52°С, в северных - от - 50 до - 55°С. Максимальные температуры воздуха на территории всей области от +33 до +38°С. Абсолютный максимум, наблюдавшийся в 1907 году, в г. Благовещенске и г. Шимановске составил +41°С, в с. Константиновке - +42°С. Таким образом, если учесть крайние значения, то температурная амплитуда увеличивается почти до 90°С.

Годовое количество осадков возрастает с северо-запада на юго-восток: наименьшее годовое количество осадков за последние 25 лет зарегистрировано на северо-западе области, в п. Ерофей Павлович - 231 мм, а наибольшее - на юго-востоке, в Архаре - 771 мм.

Более 90% влаги выпадает с апреля по октябрь. В этот период проходят ливневые и обложные дожди, иногда град.

Отмечаются значительные колебания количества осадков по годам: в Благовещенске, например, от 260 мм в 1921 году до 820 мм в 1972 году.

Климатические условия Амурской области можно принимать по картам климатического районирования и региональным картам по скоростному напору ветру и толщине стенки гололеда.

По скоростному напору ветра Амурская область имеет III район, по толщине стенки гололеда - II.

В холодное время года преобладают ветры северо-западного и северного направления, преимущественно слабые. Повторяемость штилей в зимние месяцы составляет в среднем 30-40%. На юге Амурской области зимой образуется слой сезонной мерзлоты до 2.5-3 м, полностью оттаивающий к началу июля. В средней и северной зоне максимальная мощность островной многолетней мерзлоты достигает 70-80 м.

Высота снежного покрова незначительна. Снежный покров высотой 3-5 см образуется в ноябре. Зимой он нарастает медленно, а в марте достигает своего максимума: от 17-20 см на юге до 35-42 см на севере, в горных районах - до 50-60 см. Устойчивый снежный покров сходит во второй половине марта и начале апреля.

1.4 Физико-географическая характеристика

В современных границах Амурская область существует со 2 августа 1948 года, когда она была выделена из состава Хабаровского края. Площадь территории 363700 кв.км. Наибольшая протяженность территории области с севера на юг составляет 750 км, а с северо-запада на юго-восток - 1150 км. Общая протяженность границ превышает 4300 км. С севера область граничит с республикой Саха (Якутия), с северо-запада - с Читинской областью, с востока - с Хабаровским краем. На юго-западе граница области совпадает с государственной границей Российской Федерации.

Рельеф. На территории Амурской области преобладает горный рельеф (60%). Горные и возвышенные участки расположены преимущественно в северных и центральных районах. В основном это горные хребты, все они низкие или средневысокие. Наибольшая высота в пределах области - 2312 м, на востоке Станового хребта, который протянулся на 800 км вдоль северной границы, несколькими параллельными цепями. К востоку от истоков Зеи расположен хребет Джугдыр, направленный на юго-восток. Южнее, параллельно Становому хребту, тянется 500-километровая цепь средневысотных хребтов Янкан - Тукурингра - Соктахан - Джагды. Наибольшая высота - в хребте Тукурингра (1604 м). К югу от предгорий Тукурингра до Амура, а на востоке и северо-востоке - по правобережью рек Зеи, Селемджи и Норы расположена Амуро-Зейская равнина. Ее западная часть является водоразделом Амура и Зеи. Равнина дренируется притоками Амура и Зеи. Левобережье нижнего участка долины реки Зеи обычно называется Зейско-Буреинской равниной. Средние абсолютные отметки - около 200 м, на юге, в долине реки Амур - до 100 м, на востоке - более 300 м. В центральной части равнины, в долине Амура высота составляет 125 - 128 метров над уровнем моря.

Реки и озера. Территория Амурской области пересечена большими и малыми водными потоками, образующими густую речную сеть. Многочисленны небольшие озера, преимущественно пойменные; крупных озер в области нет. Обильны грунтовые и почвенные воды. Общая длина рек составляет 77 тыс. км. самые длинные реки Амурской области:

Амур (от слияния Шилки и Аргуни),2824 км;

Зея, 1242 км;

Селемджа, 647 км;

Бурея, 623км;

Реки относятся к бассейну Амура (86.9%), Лены (11.7%) и Уды (1.4%). К бассейну Зеи относится 65% территории области. Горные реки характеризуются большим падением, быстрым течением, перекатами, порогами, иногда водопадами; равнинные - хорошо разработанными широкими террасированными долинами, малым падением, меньшей скоростью течения. Питание рек в основном дождевое. У малых рек южной части области увеличивается доля грунтового питания. Сезонные колебания уровней достигают 6-8 м, летние расходы в сотни раз превышают зимние. Весеннее половодье незначительно, в основном паводки отмечаются во второй половине лета. Характерны наводнения, иногда катастрофические, которые в Амурской области наблюдались в 1872, 1895, 1928, 1958, 1959, 1972, 1984 гг. Верховья малых рек, начинающихся на Зейско-Буреинской низменности, сильно заболочены. Русла их не выражены и разбиваются на ряд отдельных небольших водоемов со стоячей водой. Долины рек Амуро-Зейского плато, текущих в Амур, в верхнем их течении врезаны неглубоко. Вниз по реке они все более углубляются. Изменяется и скорость течения - от малозаметной в верхнем течении до 0.8 м/с в нижнем. Значительная ширина долин рек на плато обязана интенсивной боковой эрозии рек в песчаном грунте. В процессе меандрирования река подходит вплотную к коренному песчаному берегу и подмывает его.

Разница температур воды различных рек довольно значительна. Если в июле-августе в южных районах температура малых рек достигает 21-22°С, то несколько севернее уже 10-12°С.

Почва. Основные группы: буро-таежные горные и равнинные (59% территории), болотные, лесные подбелы, бурые лесные, горно-тундровые, пойменные, луговые подбелы, лугово-черноземновидные. В бассейне Амура находятся обширные массивы пахотно-пригодных земель, в значительной степени уже вовлеченных в процесс сельскохозяйственного использования. Особенно высокой степенью освоения отличается Зейско-Буреинская равнина с ее плодородными черноземовидными почвами приамурских прерий, толщина перегнойного слоя которых составляет 20-40 см. Это так называемые амурские черноземы. В меньшей степени используются южная часть Амуро-Зейского междуречья с тем же типом почв. Распространены дерново-подзолистые и пойменные почвы. В лесной зоне преобладают бурые лесные и подзолистые почвы. В горных районах преобладающий тип почв буро-таежные горные. Горы выше 1200-1500 м покрыты горно-тундровыми почвами. В верхнем Приамурье - мерзлотно-таежные почвы. На переувлажненных участках равнин, в долинах со слабым стоком - болотные почвы. По долинам крупных рек - пойменные почвы.

2. Расчет режимных характеристик 2.1 Цели и задачи расчета

Цель расчета: определение вероятностно - статистических и режимных характеристик потребителей.

Под режимными характеристиками потребителей понимают их участие в максимуме нагрузок энергосистемы, а также формирование средней и эффективной мощности сетей энергосистемы.

Задача расчета: по заданным максимальным зимним нагрузкам определить остальные зимние и летние вероятностные характеристики

2.2 Расчет режимных характеристик в зимний период времени

Приведем расчет режимных характеристик для подстанции Б, питающую чисто промышленную нагрузку.

Расчет активной средней нагрузки с учетом коэффициента максимума К_max:

 (1) МВт

Расчет активной эффективной нагрузки с учетом коэффициента формы К_ф:

 (2)  МВт

Расчет реактивной нагрузки с учетом tg , заданного в задании для каждой подстанции:

 (3)

 Мвар

С учетом коэффициента летнего снижения нагрузки найдем активную нагрузку в летний период:

 (4)

 Мвар

Расчет реактивной нагрузки в летний период времени:

 (5)

 Мвар

Таблица 2 - Рассчитанные режимные характеристики потребителей

Рассчитанная характеристика	Подстанции
	А	Б	В	Г	Д	Е
Зимний период
PMAXi, МВт	72	99	42	35	29	18
Pсрi, МВт	65,45	90	38,18	31,82	26,36	16,36
Pэфi,МВт	68,72	94,5	40,09	33,41	27,68	17,18
QMAXi, Мвар	28,8	38,61	21,42	21,7	21,17	15,12
Летний период
PЛ. i, МВт	50,4	69,7	29,4	24,5	20,3	12,6
PЛ. срi, МВт	45,82	63,36	26,73	22,27	18,45	11,45
PЛ. эфi,МВт	48,11	66,53	28,07	23,38	19,37	12,02
QЛ. i, Мвар	20,16	27,18	15	15, 19	14,82	10,58

Для того, чтобы рассчитать нагрузки для летнего времени, необходимо умножить режимные характеристики для зимы на коэффициент летнего снижения нагрузки К_{л. сн. н}., который равен 0,7. Для остальных подстанций расчет производится аналогично, результаты расчетов приведены в таблице 2.

В данном разделе был произведен расчет режимных характеристик, из которого видно, что для их определения нет необходимости в построении графика нагрузки. Достаточно данных о максимальных нагрузках потребителей.

3. Отбор конкурентно-способных вариантов 3.1 Принципы составления вариантов схем

Выбор схемы и параметров сетей производиться на перспективу 5 - 10 лет. При решении вопросов целесообразности введения высшего напряжения в сетях следует рассматривать период, соответствующий полному использованию пропускной способности линий более высокого напряжения.

Каждый вариант схемы вычерчивается в масштабе с указанием длин и числа цепей.

При составлении варианта разветвление сети целесообразно учитывать в узле нагрузки, т.е. в пункте приема электроэнергии.

Необходимо исключать обратные потоки мощности в разомкнутых сетях.

Применять простые схемы распределительных устройств подстанций, с минимальным количеством выключателей.

В кольцевых сетях применять только один уровень напряжения.

Необходимо учитывать и то, что радиально-магистральные цепи имеют, по сравнению с кольцевыми, большую протяженность ВЛ в одноцепном исполнении, менее сложные РУ, меньшую стоимость потерь электроэнергии. Кольцевые схемы более надежны и удобны при диспетчерском управлении. Вероятность отказа двухцепных линии больше, чем у кольцевых схем.

Учитывать возможность дальнейшего развития электрических нагрузок в пунктах потребления.

3.2 Построение и краткая характеристика 10 принятых вариантов

Руководствуясь принципами построения вариантов схем, составляются 10 вариантов схем конфигурации электрической сети. Все варианты должны быть построены с учетом категорийности электроприемников и степени их надежности. Потребители I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания по двум отдельным линиям. Перерыв в их электроснабжении допускается лишь на время автоматического включения резервного питания. Не всегда двухцепная линия обеспечивает необходимую надежность, так как при повреждении опор, гололеде, ветре и т.п. возможен полный перерыв питания. Для потребителей II категории в большинстве случаев также предусматривается питание по двум отдельным линиям либо по двухцепной линии. Так как аварийный ремонт воздушных линий непродолжителен, правила допускают электроснабжение потребителей II категории и по одной линии. Для потребителей III категории достаточно одной линии. В связи с этим применяют резервированные и нерезервированные схемы.

Нерезервированные - без резервных линий и трансформаторов. К этой группе, питающей потребителей III категории (иногда II), относятся радиальные схемы. Резервированные - питают потребителей I и II.

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимного резервирующего источника питания.

Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

Замкнутые электрические сети - это резервированные сети. В этих сетях каждый потребитель получает питание не менее чем по двум ветвям. При отключении любой ветви в таких сетях потребитель получает питание по второй ветви. Замкнутые сети более надежны, чем разомкнутые. Недостатки таких сетей состоят в усложнении эксплуатации, трудностях при осуществлении автоматизации и селективности релейной защиты, выборе плавких предохранителей и тепловых автоматов. Замкнутые сети подразделяются на простые и сложно-замкнутые. В простых замкнутых сетях каждый узел питается не более чем по двум ветвям. Эти сети состоят из одного контура. В свою очередь простые замкнутые сети делятся на линии с двухсторонним питанием и кольцевые, которые широко применяются в сельских и городских распределительных сетях.

Сложнозамкнутые сети содержат несколько замкнутых контуров. В этих сетях есть хотя бы один узел, получающий питание по трем и более ветвям. Такие схемы широко распространены в питающих сетях напряжением 110 кВ и выше.

Схемы, составленные с учётом принципов построения и полученных знаний, приведём в приложении А.

Рассматривая отдельно каждую часть любой схемы, можно сделать вывод отдельно по каждой её структурной части. В таблице 3 приведем суммарную длину линий и число выключателей для каждого варианта.

Таблица 3 - Суммарная длина линий и количество выключателей

№ схемы	Длина линии, км	Число выключателей	№ схемы	Длина линии, км	Число выключателей
1	450	26	6	417,12	26
2	597,48	20	7	487,8	24
3	402,96	27	8	635,28	18
4	519	20	9	454,92	24
5	467,76	19	10	440,76	25

3.3 Выбор четырёх вариантов

Выбор четырех вариантов из принятых десяти схем будет осуществляться по следующим показателям:

Суммарной длине линии в одноцепном исполнении.

Минимальному количеству выключателей.

Минимальному числу трансформаций.

Из полученных вариантов стоит выбрать соответствующие вышеизложенным требованиям. Поэтому к дальнейшей проработке примем схемы 1, 3, 6 и 10.

4. Баланс активной и реактивной мощности 4.1 Баланс активных мощностей

Особенностью производства и потребления электроэнергии является равенство выработанной и израсходованной в единицу времени электроэнергии (мощности). Следовательно, в электрической системе должно выполняться равенство (баланс) активных мощностей:

P_Г=P_потр+∆P_пер+P_{с. н}, (6)

где P_Г - суммарная активная мощность, отдаваемая в сеть генераторами электростанций (в данном случае с шин УРП); P_потр - суммарная совмещенная активная нагрузка потребителей системы; ∆P_пер - суммарные потери активной мощности во всех элементах передачи электроэнергии (линиях, трансформаторах) по электрическим сетям; P_{с. н.} - суммарная активная нагрузка собственных нужд УРП при наибольшей нагрузке потребителей.

Основная доля выработанной мощности идет на покрытие нагрузки потребителей.

Суммарные потери на передачу зависят от протяженности линий электрических сетей, их сечений и числа трансформаторов и находятся в пределах 5 - 15% от суммарной нагрузки. Нагрузка собственных нужд электростанции зависит от их типа, рода топлива и типа оборудования. Для УРП составляют 8%.

Располагаемая мощность генераторов системы несколько больше, чем рабочая мощность в режиме максимальных нагрузок.

Требуется учитывать необходимость резервирования при аварийных и плановых (ремонтных) отключениях части основного оборудования. Для УРП мощность резерва системы должна быть не меньше 10 - 12% от ее рабочей мощности. Расчет баланса активной мощности приведен в приложении Б.

4.2 Баланс реактивных мощностей

В электрической системе суммарная генерируемая реактивная мощность должна быть равна суммарной потребляемой. В отличие от активной мощности, источниками которой являются только генераторы электростанций, реактивная мощность генерируется как ими, так и другими источниками, к которым относятся воздушные и кабельные линии разных напряжений Q_л, а также установленные в сетях источники реактивной мощности (компенсирующие устройства - КУ) мощностью Q_КУ.

Поэтому баланс реактивной мощности в электрической системе представляется уравнением:

Q_г + Q_л + Q_КУ = Q_потр + ∆Q_пер + Q_{с. н} (7)

Уравнение баланса реактивных мощностей связано с уравнением баланса активных мощностей, так как:

Q_г = P_г·tgφ_г (8)

Потери реактивной мощности на передачу ∆Q_пер в основном определяются потерями реактивной мощности в трансформаторах. В линиях напряжением 110 кВ и выше генерация реактивной мощности (зарядная мощность) компенсирует реактивные потери в линиях и может превысить их. Но реактивная мощность без дополнительного использования ИРМ может оказаться меньше требуемой по условию баланса реактивных мощностей. В этом случае образуется дефицит реактивной мощности, который приводит к следующему:

Большая загрузка реактивной мощностью генераторов электростанций приводит к перегрузке по току генераторов.

Передача больших потоков реактивной мощности от генераторов по элементам сети приводит к перегрузке по току генераторов и, как следствие к увеличению затрат на сооружение сети, повышенным потерям активной мощности.

Недостаток реактивной мощности в системе влечет за собой снижение напряжения в узлах электрических сетей и у потребителей.

Расчет баланса реактивной мощности приведен в приложении Б.

4.3 Выбор компенсирующих устройств

Для получения баланса реактивных мощностей вблизи основных потребителей реактивной мощности устанавливают дополнительные источники с выдаваемой реактивной мощностью Q_КУ. Отсюда возникает задача оптимизации режима реактивной мощности в системе электроснабжения промышленного предприятия, выбора типа и мощности, а также места установки компенсирующих устройств.

Прежде, чем определить мощности устанавливаемых на подстанциях трансформаторов, необходимо выбрать по какому коэффициенту мощности будет производиться выбор компенсирующих устройств. Это может быть балансирующий коэффициент tgj_бал, выбирающийся из условия равенства коэффициентов мощности на шинах 10 кВ подстанции, либо экономический коэффициент tgj_эк, обеспечивающий минимум суммарных потерь мощности в схеме. Значения для tgj_эк для каждого уровня напряжения приведены в задании.

Таким образом, нам необходимо найти экономически целесообразный коэффициент мощности, удовлетворяющий требованиям минимума суммарных потерь мощности в сети. Он получается путём сравнения tgj_бал с tgj_эк. Расчет баланса активной и реактивной мощности приведен в приложении Б.

С учетом баланса реактивной мощности определяем требуемую реактивную мощность для каждой секции шин. Если полученное значение не превосходит 10 Мвар, то целесообразно установить батареи статических конденсаторов (БСК). В противном случае устанавливаются синхронные компенсаторы.

Определяем требуемую реактивную мощность на подстанции А, на одну секцию шин по формуле:

 (9)

Мощность, требуемая ПС А, менее 10 Мвар. Значит к установке принимаем комплектные конденсаторные установки (ККУ) типа УКЛ (П) напряжением 10 кВ.

Батареи конденсаторов комплектуются из отдельных конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно. Конденсаторы выпускаются в однофазном и трехфазном исполнениях на номинальное напряжение 0,22 - 10,5 кВ. Увеличение рабочего напряжения БК достигается увеличением числа последовательно включенных конденсаторов. Для увеличения мощности БК применяют параллельное их соединение.

Эти установки не дают полной компенсация, они обладают ступенчатой регулировкой. При изменении требуемой реактивной мощности - снижении нагрузки, например, в летний период, можно просто отключить часть из них. Батареи конденсаторов выполнены мощностью 300, 450, 900 и 1350 квар. Подбираем количество батарей так, что скомпенсировать реактивную мощность на подстанции более точно.

Подберём установленную мощность батареи на одну секцию шин:

 (10)

где  - число БК;

- номинальная реактивная мощность батареи конденсаторов, Мвар.

Часть нескомпенсированной реактивной мощности определяем из разницы

 (11)

Так как и на остальных подстанциях, требуемая мощность не достигает