Контрольная работа: Электроэнергетические системы и сети

Электроэнергетические системы и сети

Пример контрольной работы

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

ВВЕДЕНИЕ

Уровень развития энергетики и электрификации в наиболее обобщенном виде отражает достигнутый технико-экономический потенциал любой страны. Энергетика обеспечивает электроэнергией и теплом промышленные предприятия, сельское хозяйство, транспорт, коммунально-бытовые нужды городов, рабочих и сельских поселков. Электрификация оказывает определяющее влияние на развитие всех отраслей народного хозяйства, она является стержнем развития экономики страны.

Основными поставщиками электроэнергии и тепла для народного хозяйства являются энергетические системы. Энергосистема-это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, а также установок потребителей электроэнергии и тепла, связанных общностью режимов производства, распределения и потребления энергии и тепла. Энергосистемы охватывают все большие площади и в связи с этим как бы рассредоточиваются по территории. Так же современная тенденция развития энергосистем - это увеличение единичной мощности энергоблоков и укрупнение подстанций, рост номинальных напряжений и повышение пропускной способности электросетей. Существенное влияние на современное развитие энергосистем оказывают все возрастающие требование к ограничению неблагоприятных воздействий энергетических объектов на окружающую среду. Часть энергосистемы, включающая в себя электростанции, электрические сети (линии электропередачи и преобразовательные подстанции) и установки потребителей электрической энергии, составляют электрическую систему. Которая должна отвечать следующим основным требованиям:

1.      Рабочая мощность электростанций (текущее значение) должна соответствовать спросу потребителей электроэнергии (включая потери в сетях и расход на собственные нужды), изменяющемуся непрерывно в течение суток и года;

.        Надежность электроснабжения должна соответствовать экономически оправданным требованиям потребителей;

.        Качество поставляемой электроэнергии должно соответствовать установленным нормам;

.        Себестоимость электроэнергии, выработанной и доставленной потребителям, должна быть, возможно, более низкой.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Предполагается строительство электрической сети в пределах Сахалинской области. Географическое расположение понижающих подстанций представлено в масштабе 1 : 2 000 000

Рис. 1 - Географическое расположение потребителей

Характеристика потребителей электроэнергии

Таблица 1 - Исходные данные

Коэффициент мощности источника питания - РЭС принять равным 0,93.

Число часов использования максимальной нагрузки 4200 час.

1.1 Выбор рациональной схемы сети

Подготовлены 6 вариантов распределения электрических сетей.

Рис. 2 - Варианты распределительных сетей

1.2 Определение суммарной длины линий

Путем измерения по предложенной схеме определим расстояния между объектами.

L (А-3) = 30 км;

L (А-1) = 53 км;

L (А-5) = 55 км;

L (А-2) = 60 км;

L (А-4) = 30 км;

L (2-4) = 33 км;

L (2-5) = 24 км;

L (5-1) = 35 км;

L (5-4) = 35 км;

L (5-3) = 50 км;

L (1-3) = 30 км.

Общая протяженность сетей каждого варианта:

L = (А - 3) × 2 + (А - 1) × 2 + (А - 5) × 2 + (А - 2) × 2 + (А - 4) × 2 = 30 × 2 + 53 × 2 + 55 × 2 + 60 × 2 + 30 × 2 = 60 + 106 + 110 + 120 + 60 = 456 км

L = (А - 3) × 2 + (А - 1) × 2 + (1 - 5) + (5 - А) + (А - 4) × 2 + (4 - 2) × 2 = 30 × 2 + 53 × 2 + 35 + 55 + 30 × 2 + 33 × 2 = 60 + 106 + 90 + 60 + 66 = 382 км

L = (А - 3 - 1) + (А - 4) × 2 + (4 - 5 - 2) = (55 + 30 + 30) + 30 × 2 + (33 + 24 + 35) = 115 + 60 + 92 = 267 км

L = (А - 5) × 2 + (5 - 3 - 1) + (5 - 4 - 2) = 55 × 2 + (23 + 33 + 35) + (35 + 30 + 50) = 110 + 206 = 316 км

L = (2 - 5) × 2 + (5 - 1) × 2 + (А - 5) × 2 + (А - 3) × 2 + (А - 4) × 2 = 24 × 2 + 35 × 2 + 55 × 2 + 30 × 2 + 30 × 2 = 48 + 70 + 110 + 120 = 348 км

2. ВЫБОР НОМИНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Выбор номинального напряжения, электрической сети, ее схемы, образуемая линиями электропередачи - эти фундаментальные характеристики определяют капиталовложения и расходы по эксплуатации электрической сети, и поэтому их комплекс должен отвечать требованиям экономической целесообразности. При этом следует учитывать, что указанные характеристики и параметры сети находятся в тесной технико-экономической взаимосвязи. Так изменение схемы сети может повлечь необходимость изменений не только сечения проводов воздушных линий и схем подстанций, но и изменения ее номинального напряжения. Для этого может, применено эмпирическое расчетное выражение экономически целесообразного номинального напряжения кВ.

Для расчетов предварительно выбираем два варианта.

2.1 Выбор номинального напряжения для I варианта

Рис. 3 - Электрическая сеть промышленного района, вариант I

Для кольцевой цепи 3 - 5 - 1 - 3:

Рис. 4 - Кольцевая цепь 3 - 5 - 1 - 3

Тогда напряжение:

Для кольцевой цепи 3 - 5 - 1 - 3 по полученным результатам расчета экономически целесообразного номинального напряжения выбираем напряжение 110 кВ.

Для радиальной цепи 3 - А - 4 - 2:

Рис. 5 - Радиальная цепь 3 - А - 4 - 2

 - по одной линии

 - по одной линии

 - по одной линии

Тогда напряжение:

Для радиальной цепи 3 - А - 4 - 2 по полученным результатам расчета экономически целесообразного напряжения выбираем напряжение 110 кВ.

2.2 Выбор номинального напряжения для II варианта

Рис. 6 - Электрическая сеть промышленного района ,вариант II

Для кольцевой цепи А - 1 - 3 - А:

Рис. 7 - Кольцевая цепь А - 1 - 3 - А

Тогда напряжение:

Для кольцевой цепи А - 1 - 3 - А по полученным результатам расчета экономически целесообразного номинального напряжения выбираем напряжение 110 кВ. Раскладываем кольцевую цепь на цепь с двумя источниками питания 4 - 2 - 5 - 4:

Рис. 8 - Кольцевая цепь 4 - 2 - 5 - 4:

электрический сеть провод компенсирующий

Для кольцевой цепи 4 - 2 - 5 - 4 по полученным результатам расчета экономически целесообразного номинального напряжения выбираем напряжение 110 кВ.

Тогда напряжение:

Для радиальной цепи А - 4:

Рис. 9 - Радиальная цепь А - 4

 - по одной линии

Тогда напряжение:

.

Для радиальной цепи А - 4 по полученным результатам расчета экономически целесообразного напряжения выбираем напряжение 110 кВ.

3. ПОТРЕБЛЕНИЕ АКТИВНОЙ И БАЛАНС РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕТИ

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.

Источниками активной мощности в электроэнергетических системах являются электрические станции. Установленная мощность генераторов электростанций должна быть, 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.

Наибольшая суммарная активная мощность, потребляемая в проектируемой сети, составляет:

где:

 - наибольшая активная нагрузка подстанции i, i = 1,2….n;

 = 0,95 - коэффициент одновременности наибольших нагрузок подстанций;

 = 0,05 - суммарные потери мощности в сети в долях от суммарной нагрузки подстанций.

.

Находим наибольшую суммарную реактивную мощность:

Тогда полная суммарная мощность

Находим наибольшую суммарную полную мощность:

Тогда полная суммарная мощность

Для комплексной 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:

где:

Суммарная наибольшая реактивная мощность, потребляемая с шин электростанций или районной подстанции, являющихся источниками питания для проектируемой сети может быть оценена по выражению:

где:

 - наибольшая реактивная нагрузка узла i, i = 1,2….n;

 = 0,98 - коэффициент одновременности наибольших реактивных нагрузок потребителей;

- суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах и авто трансформаторах.

.

4. ВЫБОР ТИПА, МОЩНОСТИ И МЕСТО УСТАНОВКИ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Полученное значение суммарной потребляемой реактивной мощности  сравнивается с указанным на проект значением реактивной мощности:

cosφ = 0,93 - коэффициент мощности на РЭС.

При  проектируемой сети должны быть установлены компенсирующие устройства (КУ), суммарная мощность которых определяется из выражения:

 104,180 МВАр > 47 МВАр;

.

На каждой подстанции должны быть установлены конденсаторные батареи мощностью:

Компенсация реактивной мощности оказывает существенное влияние на экономические показатели функционирования электрической сети, так как позволяет снизить потери активной мощности и электроэнергии в элементах сети. При выполнении норм экономически целесообразной компенсации реактивной мощности у потребителей  на шипах НН подстанций должен быть доведен до значения . Следуя указаниям, для сети 6-20 кВ, присоединенной к шинам подстанций с высшим напряжением 35, 110-150 и 220-330 кВ, базовый экономический коэффициент реактивной мощности  принимается равным соответственно напряжениям 0,25; 0,3; 0,4.

Например, для напряжения 110 кВ:

Требуемая мощность конденсаторных батарей исходя из экономически целесообразного подхода:

Используя каталоги конденсаторных батарей [2] для компенсирующих устройств, подбираем их суммарную мощность. Результаты выбора, в том числе тип и количество сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Выбор конденсаторных батарей для компенсирующих устройств