Проектирование распределительной электрической сети

Исходные данные

Дана схема ЭС =110 кВ. Схема содержит  узлов и  линий. , = 4. Левая часть ЭС относительно источника питания (ИП) – кольцевая, а правая — радиальная. ЭС содержит воздушные линии (ВЛ), длина которых задана.

Во всех узлах ЭС, кроме узла с ИП, имеются понижающие трансформаторы, на шинах низкого напряжения (10 кВ) которых заданы нагрузки, имеющие различную категорию.

ИП, который находится в узле 4, может выдать произвольное значение активной и реактивной мощности.

Требуется найти марки проводов и трансформаторов, которые удовлетворяют экономическим и техническим (допустимые токи и потери напряжения в линиях) требованиям.

Таблица 1. Исходные данные по вариантам

№варианта	Длина линий в км				Нагрузки в МВа
	1-2	1-4	2-4	3-4
0	20	10	30	40	10+j5	15+j10	30+j10

 

Последовательность работы.

 

1. Расчет перетоков мощности в линиях без учета потерь мощности

1.1. Расчет для радиальной сети.

Для заданных нагрузок перетоки мощности по линиям без учета потерь в линиях определяются на основе закона Кирхгофа о балансе токов, в соответствии с которым сумма перетоков входящих и выходящих из узла равна нулю. Для радиальной цепи, как это видно из рисунка, несложно определить искомые перетоки мощности, если начать вычисления с узла наиболее удаленного от ИП. Для рассматриваемого примера таким узлом является узел 1, для которого уравнение баланса имеет следующий вид

.

При составлении уравнения баланса использовано следующее соглашение о знаке перетока мощности. Если мощность втекает в узел, то она записывется со знаком «-», если вытекает, то со знаком «+».

Записанное соотношение является уравнением с одной неизвестной величиной , значение которой найдется как

.

Для продолжения вычисления найдем следующий наиболее удаленный от ИП узел с неизвестным перетоком. Таким узлом является узел 2, для которого уравнение баланса мощностей имеет следующий вид

,

из которого неизвестная величина  находится из выражения

.

1.2. Расчет для кольцевой ЭС.

Расчет основан на приведении кольцевой сети к радиальной и использовании следующих допущений – потери мощности в линиях не учитываются и напряжения во всех узлах одинаковое. Для этого узел с ИП разрезается на два узла 3 и 3′, что дает возможность представит кольцо в виде радиальной сети с двухсторонним питанием.

Вначале вычисляются перетоки в первой ветви сети по выражениям

,

.

Далее расчет перетоков проводится, как для радиальной ЭС. Приведем для примера расчет перетоков активной мощности.

Составляется уравнение баланса активной мощности для 1-го узла

.

Откуда

.

Далее составляем уравнение баланса активной мощности для 2-го узла

.

Откуда

.

Аналогично находятся перетоки реактивной мощности.

2. Определение максимальных токов для каждой -й линии

После вычисления активных и реактивных перетоков для выбора сечения проводов следует найти токи, которые назовем рабочими, для каждой -й линии по выражению

 

Для определения максимально возможного тока  о ветви  определим его как максимальный ток, который течет по этой ветви, при различных коммутациях (отключение ветвей) в ЭС.

Так, если рассматривать радиальную сеть, то понятно, что при любом отключении, например, линии 2-1 ток в ветви 1-2 станет равным нулю, а в линии 3-2 уменьшится, посколькунагруза в узле 1 отключится. Поэтому для радиальной сети , т.е. максимальный ток равен рабочему.

Если рассматривать кольцевую сеть, которая для удобства анализа представляется в виде радиальной сети с двусторонним питанием, то, как видно, из рисунка в ЭС с точкой потокораздела в узле 2 при отключении линии 2-3 ток в ней станет равным нулю, а в линии 3-1 возрастет, т.к. по этой линии потечет переток равный сумме нагрузок в узлах 1 и 2. До отключения ток в линии 3-1 был меньше, поскольку переток мощности по этой линии равнялся сумме нагрузки в узле 1 и части нагрузки в узле 2. Оставшаяся часть нагрузки в узле 2, в котором находится точка потокораздела, получала питание от ИП, расположенного в узле 3′.

Таким образом, максимальный ток в кольцевой сети возникает при отключении одной из линий смежных источникам питания и течет по неотключенной смежной линии, в нашем случае, например, при отключении линии 3’-2 максимальный ток течет по линии 3-1. Величина максимального тока равна

,

где ,  — суммарная величина активных и реактивных нагрузок данной кольцевой сети. В рассматриваемом случае, , .

 

3. Расчет экономического сечения проводов линий.

 

Выбор экономического сечения проводов для каждой -ой линии производится по выражению

,

где  — экономическая плотность тока [], которая выбирается из справочника. Для упрощения расчетов примем, что .

Для упрощения расчетов также примем, что сечения проводов в линиях кольцевой сети будет одинаковым. В этом случае достаточно вычислить экономическое сечение только для линии кольца смежной ИП и для остальных линий кольца принять то же самое значение экономического сечения.

В радиальной сети следует считать экономическое сечение для каждой линии.

 

4. Определение марки проводов линий

 

Марка провода, выбирается из справочника или табл. П1 Приложения, исходя из выполнения двух условий.

Первое условие. , где  стандартное сечение провода. Таким образом, выбирается ближайшее наименьшее к экономическому сечению  стандартное сечение . Напомним, что неизолированные провода для воздушных линий имеют следующую маркировку – АС-16, АС-25, АС-35, АС-50, АС-95, АС-120, АС-150, АС-180, АС-240 и т.д., где обозначение «АС» указывает, что провод алюминиевый со стальной жилой, цифровое обозначение, например, «16» является стандартным сечением провода в . Так, если в результате расчетов получено, что экономическое сечение -ой линии равно =68, то в соответствии с условием получим, что =50, т.е будет выбрана марка провода АС-50.

Второе условие.  , где  — предельно-допустимый ток по нагреву провода, значение которого по известной марке провода выбирается из справочника.

 

5. Определение электрических сопротивлений проводов линий

 

По известной марке провода для каждой -ой линии из справочника выбираются значения погонных сопротивлений – активного , Ом/км и реактивного , Ом/км. Далее для известной длины линии , км, производится расчет активных , Ом, и реактивных , Ом сопротивлений -ой линии. В рамках данного проекта поперечные проводимости линий не учитываются.

 

6. Проверка допустимости потерь напряжения в линиях

 

Примем, что величина допустимой потери напряжения  равна 10% от номинального напряжения  в ЭС. Отсюда, . Как известно, напряжение в нагрузочном узле  равно , где  — модуль падения напряжения на пути от узла с ИП до нагрузочного узла. Для проверки правильности выбора марок проводов по допустимой потери напряжения следует найти путь с максимальной потерей напряжения. Если найденная величина меньше или равна допустимой потере напряжения, то марки проводов выбраны правильно. Иначе, для устранения нарушения данного условия следует последовательно увеличивать сечение проводов до выполнения этого условия.

Для каждой -ой линии определяется модуль падения напряжения  или потеря напряжения по выражениям

 

После определении модулей падения напряжения следует определить значения узловых напряжений. Рассмотрим процедуру вычисления на примере, показанном на рисунке, где для каждой линии показана марка провода и вычисленные значения потерь напряжения. Найдем максимальное падение напряжения.

На пути, содержащем линии 3-1 и 1-2 оно составит 12кВ(5кВ+7кВ), на пути содержащем только линию 3’-2 – 12 кВ. Таким образом полученные максимальные значений потерь напряжению больше допустимой потери напряжения (12>=11кв). Следует увеличить стандартное сечение провода и выбрать для проверки марку провода АС-95.

Отметим, что на схеме сети, которая является представлением разрезанного кольца, потери напряжения от ИП узел 3 и ИП узел 3′ до точки потокораздела одинаковые. Это связано с тем, что по построению напряжения узлов 3 и 3′ раны.

 

7.Выбор числа и марки трансформаторов 110/10 по категории и величине нагрузки на низкой стороне

 

Если нагрузка  на трансформаторной подстанции (ТП) 1-ой или 2-ой категории, то на ТП устанавливается два трансформатора. Номинальная мощность каждого трансформатора  выбирается с учетом 40% перегрузки одного трансформатора при отключении второго, что можно записать следующим образом

, отсюда ,

Если нагрузка 3-й категории, то ТП содержит один трансформатор, номинальная мощность которого удовлетворяет следующему условию

.

Полная мощность нагрузки в узле  находится из соотношения

.

Далее для упрощения расчетов принимается, что на ТП нет потерь мощности.

Марка трансформатора выбирается из табл.П2 приложения.

 

7. Определение потерь активной мощности в ЭС

 

Определение суммарных потерь активной мощности является необходимым этапом расчетов при анализе качества работы ЭС. Суммарные потери содержат потери в линиях и трансформаторах.

Суммарные потери активной мощности в линиях  определяются по выражению

Потери активной мощности в трансформаторе  определяются по выражениям:

-для однотрансформаторных ТП

;

-для двухтрансформаторных ТП

,

где , -соответственно активные потери холостого хода и короткого замыкания

 

 

 

 

 

Пример расчета по нулевому варианту.

Удобно расчеты свести в таблицу 17.

 

 

 

 

 

 

 

Приложение.

 

Таблица П1. Марки и параметры проводов типа АС

Марка	Ном. Сеч. Al, мм2	R0 , Ом/км	X0,ом/км	Пред. ток,(А)
AC	10.	2.7663	0,4	80.
AC	16.	1.80093	0,4	105.
AC	25.	1.1759	0,4	130.
AC	35.	0.7897	0,4	175.
AC	50.	0.6029	0,4	210.
АС	70.	0.4286	0,4	265.
АС	70.	0.4276	0,4	265.
АС	95.	0.306	0,4	330.
АС	120.	0.24917	0,4	380.
АС	150.	.19919	0,4	450.
АС	185.	.15701	0,4	505.
АС	205.	.14294	0,4	0.
АC	240.	.1206	0,4	605.
АС	300.	.09747	0,4	690.
АС	330.	.08799	0,4	0.
АС	400.	.07247	0,4	850.
AC	500.	.05977	0,4	0.
АС	500.	.06129	0,4	0.

 

Таблица П2. Марки и параметры трансформаторов 110/10

Марка Тр 110/10	Рхх,кВт	Ркз,кВт
ТМН-2500/110	5	22
ТМН-6300/110	10	50
ТМН-10000/110	18	60
ТМН-16000/110	26	85
ТМН-40000/110	52	175
ТМН-40000/110	52	175