2Введение-раздел 7 13 12 11. Курсовой проект может включать в себя научноисследовательские вопросы. Студент, выполняющий курсовой проект, должен использовать научнотехническую и справочную литературу, Государственные стандарты (гост), правила устройства электроустановок (пуэ) и т д.
 Скачать 2.36 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Курсовое проектирование имеет своей целью систематизацию, расширение и закрепление знаний в области разработки, функционирования и развития районных электрических сетей (РЭС). При выполнении курсового проекта используются методы расчета, проектирования, оптимизационного анализа режимов работы электрических сетей. Курсовой проект может включать в себя научно-исследовательские вопросы. Студент, выполняющий курсовой проект, должен использовать научно-техническую и справочную литературу, Государственные стандарты (ГОСТ), правила устройства электроустановок (ПУЭ) и т. д., а также стремиться к тому, чтобы проект включал современные решения и требования по вопросам распределения электроэнергии, надежности и экономичности электрической сети. Настоящие методические указания по курсовому проекту “Районная электрическая сеть электроэнергетической системы” являются переработанными методическими указаниями, выполненными на кафедре “Электрические системы и сети” КГЭУ в 2006 году. В настоящие указания внесены изменения: - в раздел 2.3 «Баланс реактивной мощности в проектируемой сети», в частности добавлен теоретический материал, касающийся темы раздела; - в раздел 3.3 «Выбор схем электрических подстанций», в частности представлена новая работа «Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кВ. Типовые решения» ОАО Энергосетьпроект, Москва. 2007 г.; для выполнения настоящего курсового проекта приведены указания по применению схем распределительных устройств в соответствии с указанной работой; - в раздел 3.4. «Выбор технических параметров и характеристик основного оборудования линий и подстанций сети». Выбор силовых трансформаторов представлен в соответствии с рекомендациями ГОСТ 14209-97 «Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов». Также приведены понятия, какие источники электроснабжения являются независимыми в соответствии с ПУЭ и нормами технологического проектирования «Электроснабжение промышленных предприятий» - НТП ЭПП-94. Приведены рекомендации из НТП ЭПП-94 по применению одноцепных опор для потребителей I категории. Также внесены незначительные изменения и в другие разделы указаний. Добавлен раздел «Указания по оформлению материалов курсового проекта». Приведен один из вариантов задания на выполнение курсового проекта и представлен расчет этого варианта. ЧАСТЬ I ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 1. СОДЕРЖАНИЕ И ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Проектирование электроэнергетических систем должно решать задачи формирования целесообразного комплекса состоящего из электрических станций, линий электропередачи и понижающих подстанций, обеспечивающих высококачественное электроснабжение всех потребителей рассматриваемого региона (района) (промышленность, транспорт, коммунально-бытовой комплекс, сельскохозяйственные производства и населенные пункты). При этом современная трактовка "целесообразного" выполнения энергосистемы подразумевает не только экономическую эффективность ее осуществления, но и соответствие требованиям охраны природы и экологической среды человека, технической эстетики, учета развития, как потребителей электроэнергии, так и иных факторов народного хозяйства страны и т.п. Понятие "качества электроснабжения", здесь подразумевает обеспечение надежной подачи электроэнергии потребителям, а также соблюдение нормативных требований качества электроэнергии (частоты переменного тока и ряда характеристик напряжения). В успешном решении данных задач очевидна роль грамотного формирования конфигураций схем и выбора параметров электрических сетей районов, которые являются связующей подсистемой между электрическими станциями и потребителями электроэнергии. Развитие современных электроэнергетических систем необходимо прогнозировать на 15 – 25 лет вперед. Планирование развития и проектирование конкретных электросетей районов осуществляется с прогнозом электропотребления электрических нагрузок, состава электростанций (количества и мощности генераторов) и т.п. – на 10 – 15 лет. При этом неизбежна ограниченность достоверности исходных данных такого проектирования. В данном курсовом проекте осуществляется "эскизное" проектирование (дающее общее представление об объекте) электрических сетей заданного района с пятью-шестью пунктами потребления электроэнергии, в которых будут сооружаться понижающие подстанции. Источником питания может быть крупная электростанция или подстанция 220 – 750 кВ, входящая в состав электроэнергетической системы. Каждому студенту в индивидуальном задании на проект указываются: а) схема географического расположения источника питания района и пунктов (узлов) потребления электроэнергии с указанием масштаба; б) напряжение на шинах распределительного устройства источника питания в максимальном и послеаварийном режимах заданное коэффициентами в зависимости от номинального напряжения районной электрической сети (Кмакс·Uном и Кавар·Uном, где Кмакс - коэффициент равный отношению напряжения в максимальном режиме к номинальному напряжению сети Кмакс = Uмакс /Uном и Кавар соответственно равный отношению напряжения в аварийном режиме к номинальному напряжению сети Кавар = Uавар /Uном ); в) максимальные электрические нагрузки - активные и реактивные (вместо реактивных нагрузок могут быть указаны tgφi) в каждом из пунктов (узлов) потребления электроэнергии, г) продолжительность использования наибольших нагрузок Тмакс (час/год) и продолжительность перегрузки в течение суток (час/сут.) tперег.сут. д) состав потребителей электроэнергии по требованиям надежности электроснабжения (I, II, III) в пунктах (узлах) потребления; е) величина максимальной реактивной мощности, которая может быть выдана с шин источника питания «А» в проектируемую электрическую сеть или tgφА на шинах источника питания в режиме максимальных нагрузок, ж) напряжение, с которого будет потребляться мощность, т.е. напряжение на шинах низшего напряжения понижающих подстанций (Uнн), сооружаемых в пунктах потребления. Как правило, номинальное напряжение распределительных электросетей в пунктах потребления электроэнергии принимается равным 10 кВ. В соответствии с нормами и международными тенденциями следует исключать применение напряжения 6 кВ при новом проектировании. В отдельных случаях в заданиях могут быть заданы суточные графики потребления активной и реактивной мощности в пунктах потребления. Вместе с тем, в большей части заданий, для всех пунктов подразумевается характерный суточный график активной нагрузки с вечерним максимумом (в зимнее время) в период с 17 до 20 часов, с нагрузками, равными 80 – 90 % от максимальных, с дневным минимумом, в период с 9 до 12 час, и с минимальными нагрузками в период от 0 до 6 ч. Характерными разделами курсового проекта и ориентировочными значениями их относительно объема (по трудозатратам в процентах) являются следующие: 1. Ознакомление с заданием на проект, с методическими указаниями, формирование конкретных условий, задач и плана выполнения проекта – 15 %. 2. Расчет потребления активной мощности и баланс реактивной мощности в проектируемой сети, выбор компенсирующих устройств – 5 %. 3. Выбор номинального напряжения, вариантов схем сети, схем распределительных устройств понижающих подстанций, мощностей силовых трансформаторов и основных параметров линий электропередачи; анализ вариантов схем сети; технико-экономическое сравнение вариантов – 40 %. 4. Овладение алгоритмом и использованием программы автоматизированного расчета режимов электрической сети на ЭВМ – 15 % (если будет использоваться). 5. Расчеты параметров основных режимов работы сети с использованием программы автоматизированного расчета – 15 % и без использования программы - 30 %. 6. Регулирование напряжения на подстанциях сети – 10 %. В указанные выше объемы разделов проекта входят и трудозатраты на написание и корректировку (по рекомендациям преподавателей) материалов расчетно-пояснительной записки и чертежей. Необходимо иметь в виду, что трудоемкость этой работы составляет не менее 10 – 15 % общего рабочего времени, затрачиваемого студентами на выполнение проекта. 2. ПОТРЕБЛЕНИЕ АКТИВНОЙ И БАЛАНС РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕТИ 2.1. Задачи проработки раздела Задачами расчетов и анализа полученных результатов в данном разделе проекта являются: определение активной мощности, потребляемой в проектируемой сети оценка суммарного потребления реактивной мощности в проектируемой электрической сети; анализ выполнения условий баланса реактивной мощности в проектируемой сети; определение суммарной мощности компенсирующих устройств, устанавливаемых в сети; определение мощности компенсирующих устройств и их размещения в узлах электрической сети. Расчет баланса мощности должен выполняться для всех основных нормальных (в данном курсовом проекте - для максимального режима) и наиболее тяжелых послеаварийных режимов (в данном курсовом проекте - наиболее тяжелого послеаварийного режима) работы проектируемой сети. На первом этапе выполнения проекта оценка баланса реактивной мощности выполняется только для нормального (максимального  ) режима работы проектируемой сети при наибольших нагрузках потребителей. 2.2. Обеспечение потребителей активной мощностью Потребление активной мощности в проектируемой сети в период наибольших нагрузок слагается из заданных нагрузок в пунктах потребления электроэнергии и потерь мощности в линиях, понижающих трансформаторах и автотрансформаторах (если они будут). При определении одновременно потребляемой активной мощности следует учитывать несовпадение по времени суток наибольших нагрузок отдельных потребителей. За счет этого несовпадения одновременно потребляемая активная мощность составляет обычно 95 – 96 % (коэффициент kо(Р) = (0,95 - 0,96)  ) от суммы заданных наибольших нагрузок. Потери активной мощности в правильно спроектированной сети составляют 4 – 6 % от потребляемой мощности (ΔРс = 0,04-0,05 от суммарной потребляемой мощности в узлах).Источниками активной мощности в электроэнергетических системах являются электрические станции. Установленная мощность генераторов электростанций должна быть такой, чтобы покрыть все требуемые нагрузки с учетом потребителей собственных нужд станций и потерь мощности в элементах сети, а также обеспечить необходимый резерв мощности в системе. В курсовом проекте рассматривается электроснабжение района от электростанции или от одной из подстанций, входящих в состав крупной электроэнергетической системы, способной обеспечить выдачу активной мощности всем потребителям проектируемой сети без каких-либо ограничений. Наибольшая суммарная активная мощность, потребляемая в проектируемой сети  , составляет  , (2.1)где Pнб,i – наибольшая активная нагрузка подстанции i, i = 1, 2,...,n;  =0,95–0,96 – коэффициент одновременности наибольших нагрузок подстанций; ∆*Pc=0,05 – суммарные потери мощности в сети в долях от суммарной нагрузки подстанций.Если источником является электрическая станция, то соответствующая данной потребляемой мощности необходимая установленная мощность генераторов электростанций (РЭС) определяется следующими составляющими (2.2)где Рэс,сн – электрическая нагрузка собственных нужд и Рэс,РЕЗ – оперативный резерв мощности электростанций. Нагрузка собственных нужд зависит от типа электрической станции и может быть принята ориентировочно для КЭС 3 – 8 %, для ТЭЦ 8 – 14 %, для АЭС 5 – 8 % и для ГЭС 0,5 – 3 % от установленной мощности генераторов электрической станции. Оперативный резерв (  ) обосновывается экономическим сопоставлением ущербов от вероятного недоотпуска электроэнергии при аварийном повреждении агрегатов на электростанции с дополнительными затратами на создание резерва мощности. Ориентировочная резервная мощность электростанций должна составлять 10 – 12 % от суммарной установленной мощности генераторов, но должна быть не менее номинальной мощности наиболее крупного из генераторов, питающих рассматриваемые потребители.2.3. Баланс реактивной мощности в проектируемой сети Согласно [6 п.5.36.1] в нормальных режимах работы энергосистем следует обеспечивать режим работы генераторов на электростанциях с коэффициентом мощности, близким к номинальному. Согласно [14], основным, но не единственным источником реактивной мощности в системе являются генераторы электростанций. Они вырабатывают одновременно активную и реактивную мощности. Часть потребителей потребляет из сети чисто активную мощность (электрические лампы накаливания, нагревательные приборы, печи сопротивления и т.п.) Другая часть, с наличием в цепи индуктивного сопротивления, в процессе работы потребляет не только активную, но и реактивную мощность, необходимую для создания электромагнитных полей (электродвигатели, сварочные и силовые трансформаторы и т.д.). У этих электроприемников ток отстает от приложенного напряжения на некоторый угол φ, называемый углом сдвига фаз. Косинус этого угла (cos φ) называется коэффициентом мощности цепи. Для линий трехфазного тока активная мощность (Вт) Р=√3U I cos φ Реактивная мощность (Вар) Q=√3U I sin φ или Q=P tg φ, где tg φ – коэффициент реактивной мощности цепи tg φ=Q/P. Коэффициент реактивной мощности tg φ является более показательным для оценки реактивной составляющей нагрузки, так как он непосредственно выражает значение реактивной мощности в долях активной мощности. Полная мощность (ВА), отдаваемая генератором в электрическую сеть при номинальных условиях работы, определяется выражением  ,где  - номинальная активная мощность генератора при номинальном значении коэффициента мощности,  - реактивная мощность ( соответствует номинальному значению коэффициента реактивной мощности генератора).Из выражения  видно, что с увеличением потребления реактивной мощности когда реактивная мощность генератора QГ становится больше QГном для сохранения номинальной полной мощности генератора активная нагрузка должна быть снижена (в нашем случае этого делать нельзя, так как потребитель должен получить требуемую ему активную мощность). Если активную мощность не снижать, то все звенья электрической сети загрузятся дополнительной реактивной мощностью. Ток во всех звеньях сети (при сохранении необходимой потребителям активной мощности) возрастает. Дополнительная загрузка генераторов, силовых трансформаторов и сетей реактивной составляющей тока (при сохранении передаваемой активной мощности) приводит к перегрузу генераторов, трансформаторов и сетей. Потребуется увеличение пропускной способности всей системы электроснабжения, т.е. сооружение более мощных электростанций, подстанций, увеличение сечений проводов сети, а также появятся дополнительные эксплуатационные расходы. Кроме того, при увеличении тока в сети увеличиваются падения напряжения в ней, что может привести к дополнительному (недопустимому) понижению напряжения у потребителей удаленных от источника питания, и как следствие может потребоваться дополнительная установка средств регулирования напряжения. Увеличение тока также влечет за собой увеличение потерь мощности и энергии на нагревание проводов и обмоток трансформаторов электрической сети.На основании выше изложенного следует вывод: между значением реактивной мощности, вырабатываемой генераторами электрических станций, и значением реактивной мощности, потребляемой электроприемниками, должен существовать баланс. Нарушение этого баланса за счет увеличенного потребления реактивной мощности приводит к отрицательным последствиям. Поэтому очень важной задачей является резкое снижение потребления реактивной мощности, особенно в часы максимальных нагрузок системы и потребителя. С этой целью проводят мероприятия по уменьшению потребления реактивной мощности электроприемниками от энергосистемы (т.е. от генераторов электростанций). Достичь этого можно, предусмотрев компенсацию реактивной мощности с помощью специальных компенсирующих устройств (КУ). Основным типом КУ, устанавливаемых на подстанциях потребителей, являются конденсаторные батареи. В электроэнергетической системе, для каждого узла системы (на основе специальных расчетов распределения реактивной мощности) определяется реактивная мощность, которую целесообразно передавать из системы в распределительные сети, питающиеся от того или иного узла. Поэтому при проектировании распределительной электрической сети, получающей питание от системы, задается реактивная мощность Qc (или tgφс), которую целесообразно потреблять из системы в заданном узле присоединения в режиме наибольших нагрузок. Потребление большей мощности приведет к дополнительной загрузке системных источников (генераторов) реактивной мощностью, к дополнительным затратам на генерацию и передачу этой мощности и, следовательно, к отступлению от оптимального режима питающей системы (об этом сказано выше). В связи с этим в проекте следует предусмотреть мероприятия по целесообразному потреблению реактивной мощности от системы. Для этого необходим расчет баланса реактивной мощности в проектируемой сети. Решить вопрос о необходимости установки КУ в проектируемой сети следует до выполнения расчетов возможных вариантов схемы и параметров сети. Вызвано это тем, что компенсация реактивной мощности влияет на передаваемые мощности по линиям электропередачи и через трансформаторы, влияет на потери мощности и напряжения в элементах сети и может повлиять на выбираемые номинальные мощности трансформаторов и сечения проводов линий электропередач в сторону их уменьшения. Таким образом, выбор мощности КУ и их размещение влияют на оценку технических и технико-экономических показателей вариантов схемы сети и, следовательно, на принятие окончательного решения по рациональной схеме проектируемой сети района. В окончательно выбранном варианте электрической сети (после расчетов режимов) мощности КУ должны быть уточнены для обеспечения выполнения баланса реактивной мощности. При небольшом количестве пунктов потребления, рассматриваемых в данном проекте (обычно от 4-х до 6-и), результаты расчетов баланса реактивной мощности для разных вариантов схем сетей (при совпадающих номинальных напряжениях) отличаются незначительно. Поэтому расчет баланса реактивной мощности допустимо выполнять для одного из вариантов схемы электрической сети. В случае необходимости этот расчет может быть уточнен после окончательного выбора схемы сети. Суммарная наибольшая реактивная мощность, потребляемая от источника питания (от системной подстанции или от шин электростанции), для проектируемой сети, может быть оценена по выражению:  (2.3)где k0(Q)– коэффициент одновременности наибольших реактивных нагрузок потребителей, k0(Q)»0,98;  – наибольшая реактивная нагрузка узла i; n – количество пунктов потребления электроэнергии; DQl – потери реактивной мощности в линии l; l – номера линий в рассматриваемой сети (l=1, 2,..., m) DQc,l – реактивная мощность, генерируемая линией l , DQT,∑ – суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах. Для оценки потерь реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах можно принять, что при каждой трансформации напряжения потери реактивной мощности составляют приблизительно 10% от передаваемой через трансформатор полной мощности  , (2.4)где т,i – количество трансформаций напряжения от источника до потребителей в i-м пункте сети. Потери реактивной мощности в линии DQl существенно зависят от передаваемой мощности и длины линии; генерируемая линией реактивная мощность DQс,l пропорциональна длине линии. Обе эти величины зависят от напряжения электропередачи, причем потери мощности обратно пропорциональны, а зарядная мощность прямо пропорциональна квадрату напряжения линии электропередач. Вследствие этого соотношение DQl и DQc,l весьма различается для линий разных номинальных напряжений. Сечение проводов воздушной линии практически не оказывает влияние на величины DQl и DQc,l. Для воздушных линий 110 кВ допускается на этой стадии расчета принимать равными величины потерь DQl и генерации реактивной мощности DQc,l. Для сетей с номинальным напряжением 220 кВ целесообразен расчет потерь реактивной мощности и расчет зарядной мощности линий. Для оценки потерь реактивной мощности в воздушных линиях 220 кВ удельное реактивное сопротивление линии может быть принято равным 0,42 Ом/км, а удельная генерация реактивной мощности qc=0,14 Мвар/км. При этом следует учитывать количество цепей воздушной линии. Полученное по (2.3) значение суммарной потребляемой реактивной мощности Qп,нбсравнивается с указанным в задании значением реактивной мощности которую целесообразно получать из системы А - Qс илис определенным по указанному в задании на проект значению коэффициента реактивной мощности tgφA Qс = Рп,нб tgφA. В случае если Qп,нб £ Qс необходимость в установке конденсаторных установок (КУ) в узлах проектируемой сети отсутствует, так как системные источники реактивной мощности полностью покрывают всю потребность в ней. При Qп,нб > Qсв проектируемой сети должны быть установлены КУ, суммарная мощность которых определяется из выражения  . (2.5)Как уже отмечалось выше, основным типом КУ являются конденсаторные батареи, подключаемые к распределительным устройствам 10 кВ подстанций проектируемой сети. |