книги из ГПНТБ / Расчеты и анализ режимов работы сетей учеб. пособие

б) Мощность нагрузки, при которой потери активной мощности в одном и двух блоках линия—трансформатор будут одинаковы, можно найти, предположив, что учет по­ терь в трансформаторах мало сказывается на величине потерь в линиях.

Действительно, потери активной мощности в двух парал­ лельных линиях без учета потерь в трансформаторах в ре­ жиме наибольших нагрузок составляют:

Мощность в конце линий

S : = 10 + /4,8 + 0,065 + /0,62= 10,06 + /5,42 МВ ■А,

при этом потери мощности определяются как

Для режима сниженной нагрузки эта ошибка будет еще меньше, поэтому сделанное выше предположение следует считать справедливым. В принятых условиях мощность нагрузки, при которой целесообразно переходить к работе одним блоком, определяется из неравенства

= 10 0,24 = 2,4 МВ-А.

Так как нагрузка, отвечающая третьей ступени графика,

5 н3 = 0,25 •S H1 = 0,25 •11,1 = 2,77 МВ ■А,

то отключать один блок линия—трансформатор даже в этом режиме нецелесообразно из-за больших потерь в ли­ нии.

179

Глава пятая

ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Проектирование вновь сооружаемой электрической сети задача комплексная, предполагающая решение технических и экономических вопросов применительно к исходным дан­ ным, определяемым техническим заданием на разработку проекта.

В техническом задании на проектирование обычно при­ водятся мощности нагрузок с указанием состава потреби­ телей по категориям надежности их электроснабжения, наиболее характерные суточные графики нагрузок или время использования наибольшей нагрузки в году, вторич­ ное напряжение подстанций, их расположение относительно

случаев задание на проектирование содержит указания о целесообразности применения тех или иных средств управ­ ления режимами сети в связи с наличием в существующей системе определенных автоматических управляющих уст­ ройств и систем.

В процессе проектирования на основании исходных данных, имеющихся в техническом задании, выбирается номинальное напряжение, рациональная схема сети, сече­ ния проводов и кабелей линий, образующих сеть; опреде­ ляется мощность и число трансформаторов или автотранс­ форматоров на подстанциях; разрабатываются схемы их электрических соединений; оценивается необходимость уста­ новки на подстанциях источников реактивной мощности и их наиболее экономичное размещение; определяются средства регулирования напряжения.

В настоящее время в практике проектирования электри­ ческих сетей применяется метод вариантного сопоставления на основе определения приведенных затрат. Предполагае­ мые варианты сооружения сети могут отличаться номиналь­ ным напряжением, конфигурацией схемы, иметь разную надежность электроснабжения потребителей в тех случаях, когда это возможно, но должны быть технически осущест­ вимы и удовлетворять необходимым требованиям. Только такие варианты электрической сети подлежат дальнейшему экономическому анализу с целью выявления наиболее ра­ ционального из них, причем критерием для оценки наиболее целесообразного варианта является минимум приведенных

180

затрат. Если же различие в приведенных затратах сопостав­ ляемых вариантов лежит в пределах точности задания исход­ ных данных, то для окончательного решения принимаются во внимание дополнительные характеристики вариантов, а именно условия эксплуатации сети, возможность ее даль­ нейшего развития, наличие среди вариантов сети с более высоким номинальным напряжением, необходимые сред­ ства регулирования напряжения, наиболее простая воз­ можность введения дополнительных средств автоматизации сети и многое другое.

Большая часть задач этой главы посвящена выявлению технических характеристик возможных вариантов исполне­ ния сети. Здесь рассмотрен выбор сечений проводов воздуш­ ных линий по условиям экономичности с последующей проверкой по нагреву, исключению общей короны проводов и радиопомех, механической прочности, потерям напряже­ ния и другим показателям.

Сечения проводов линий электросетей при номинальном напряжении не выше 220 кВ выбираются по нормированной экономической плотности тока. Рекомендуемые в настоящее время величины /эк (А/мм2) приведены в [Л. 11].

Экономически целесообразное сечение проводов

где /нб — ток, А, протекающий по проводам линии в нор­ мальном режиме наибольших нагрузок.

Дальнейший ход выбора сечения проводов предусматри­ вает округление найденных значений сечений до ближай­ ших стандартных [Л. 11], проверку по условиям возникно­ вения общей короны [Л. 14] и нагреву проводов в послеаварийном режиме, а также изменение принятых сечений, если эти условия не удовлетворяются. Значения длительно допу­ стимых по нагреву токовых нагрузок на провода /д, А, приведены в [Л. 11].

Для электропередачи напряжением 330 кВ и выше эко­ номическая плотность не нормируется, а выбор экономиче­ ского сечения проводов выполняется на основе метода экономических интервалов.

Сечения проводников местных сетей выбираются по допу­ скаемой потере напряжения при тех или иных дополни­ тельных условиях. Если в качестве дополнительного усло­ вия принято требование равенства сечения проводников на

181

всех участках линии, то

где р — удельное сопротивление проводника, Ом-мм2/км; AUa доп — допускаемая потеря напряжения в активном сопротивлении линии; Р,-,/г — соответственно активная мощ­ ность и длина г'-ro участка линии.

При допускаемой величине потерь напряжения Д£/доп в линии

А Н Йдоп = А6/д011 - А и г (F );

где л:0з — погонное индуктивное сопротивление линии, ко­ торое задают одинаковым для всех участков; Qt — реактив­ ная мощность г-го участка линии.

Когда дополнительному условию соответствует требова­ ние равенства плотности тока на всех участках линии, ее

Еще одним дополнительным условием, устраняющим неопределенность при выборе сечения проводников, может служить требование минимального расхода материала на сооружение линии. В этих условиях сечение последнего

п-го участка линии определяется по формуле

р= __I УРп

пДU. а доп^ном i = i Pi,

асечения остальных участков находятся на основании соот­ ношения

В рассмотренных случаях дальнейший ход расчетов пре­ дусматривает округление найденных значений сечений до ближайших стандартных и проверку соответствия действи­ тельной и допускаемой величин потерь напряжения. Сече-

182

ние кабельных линий, у которых принимается х0 — О, выбирается непосредственно по величине допускаемой потери напряжения Л£/доп. В ряде задач этой главы совместно решается проблема выбора сечения кабелей и защиты их плавкими предохранителями. Кабели электрических сетей, как и провода, проверяются при проектировании на нагрев. В условиях такой проверки максимальные рабочие токи /макс р линий сопоставляются с допускаемыми токами на нагрев /д для проводников, выбранных предварительно по условиям экономической эффективности или по допускае­ мой потере напряжения. Выбранное сечение считается удовлетворяющим условиям нагрева в установившемся ре­ жиме работы, если удовлетворяется условие

^макс. р^=Уд-

При этом допускаемый ток на нагрев для кабелей опре­ деляется с учетом поправок на число работающих кабелей, находящихся рядом в земле, на температуру земли и воз­ можную перегрузку во время ликвидации аварии.

Расчетные рабочие и пусковые токи линии, имеющей п нагрузок, характеризуемых коэффициентом одновремен­ ности т, определяются по формулам

П

Последнее равенство предполагает, что пускается лишь один двигатель с наибольшим пусковым током, в то время как остальная часть нагрузки работает в установившемся режиме. Расчетный рабочий ток двигателей определяется по его номинальной мощности Р ном, к. п. д. ц, коэффициенту мощности cos ср и коэффициенту загрузки k3:

J __ ____Рцом^з____

РномЦ COS ф

Предохранители с номинальными токами /ном плавких вставок обеспечат нормальную бесперебойную работу за­ щищаемой линии, если будет соблюдено условие

^ном ^макс. р-

Вторым критерием выбора плавких вставок предохра­ нителей являются условия пуска двигателей, которому соответствуют неравенства:

183

Несколько задач главы связаны с механическим расчетом воздушных линий, являющимся неотъемлемой частью про­ ектирования сети.

Здесь имеются примеры выбора мощности трансформато­ ров понижающих подстанций при учете имеющегося перед­ вижного резерва в системе и при отсутствии его. В приме­ рах, посвященных экономически целесообразному размеще­ нию источников реактивной мощности на подстанциях, ис­ пользованы рекомендации [Л. 2, 3]. В соответствии с этими рекомендациями суммарная мощность дополнительных ис­ точников реактивной мощности QK2 равна величине неба­ ланса реактивной мощности в сети. Если источники реак­

где m — коэффициент одновременности.

Задача определения экономически целесообразного раз­ мещения источников реактивной мощности на подстанциях сети требует отыскания минимума приведенных затрат, связанных с включением в сеть этих источников.

Применительно к радиальным сетям с одной нагрузкой в конце каждой линии минимуму приведенных затрат соот­

где г,- — активное сопротивление линии, питающей под­ станцию i\ Qh хi — соответственно реактивная мощность и

184

время наибольших потерь г-й подстанции; Гу, Q y, ху — ве­ личины, аналогичные указанным выше, относящиеся к /-й подстанции.

Существование баланса реактивной мощности или необ­ ходимость в дополнительных источниках для обеспечения его в задачах главы устанавливается на основе приближен­ ных оценок возможных составляющих баланса реактивной мощности. Так, располагаемая реактивная мощность гене­ раторов находится по номинальному коэффициенту мощ­ ности и выдаваемой активной мощности, равной суммарной величине нагрузок и потерь активной мощности в сети:

Q r == РV фг. ном-

Источниками реактивной мощности служат батареи кон­ денсаторов QKи синхронные компенсаторы Qc к. Поступаю­ щая в сеть реактивная мощность Qs = Qr + Q K + Qc. к +

+Q c, где Q c — мощность, генерируемая линиями.

Потребляемая в сети реактивная мощность складывается из мощности нагрузок QH= Р н tg фн и потерь в элементах сети — линиях AQj,, трансформаторах AQT и автотрансфор­ маторах AQaT:

ПО кВ синхронных компенсаторов и автотрансформаторов суммарная мощность батарей конденсаторов

П

При решении задач, связанных с экономической оцен­ кой вариантов исполнения сети, использованы указания [Л. 2, 3, 4] и стоимостные показатели оборудования элект­ рических сетей, имеющиеся в [Л. 11].

183

Задача 5-1

К подстанции электросети, наибольшая нагрузка кото­ рой 5„ = 15 + /7,26 МВ-А, предполагается проложить двухцепную линию электропередачи ПО кВ, выполненную сталеалюминиевыми проводами.

Т р е б у е т с я выбрать сечение проводов, принимая для нагрузки Г нб — 4 500 ч в год.

Решение. Определяем ток, протекающий по проводам каждой цепи в нормальном режиме работы электропередачи:

Ю 5 - + 7 .2 6 . ю , = 4 4 А.

1нб

2 - J/3 -110

В соответствии с ПУЭ находим экономическую плотность тока для сталеалюминиевых проводов при заданном числе часов использования наибольшей нагрузки [Л. 11]:

/эк =1 ,1 А/мм2.

Следовательно, экономически целесообразное сечение проводов

f9K==/ f = т т 3=40 мм2-

Ближайшее стандартное сечение равно 50 мм2, однако принимать это сечение для линии 110 кВ нельзя по условиям

11,3 мм (АС-70) для ВЛ напряжением ПО кВ». Следова­ тельно, для рассматриваемых в задаче условий следует при­ нять для линий провод марки АС-70.

Проверим допустимость такого решения по условиям нагрева проводов. Максимальный ток по линии протекает в послеаварийном режиме, когда одна из цепей двухцепной линии отключается. Этот ток равен /макс р = 2-44 = 88 А, предельно допустимый ток для провода АС-70 составляет [Л. 11] /д = 265 А. Поскольку /д > /макс р, то применение проводов выбранной марки допустимо.

Задача 5-2

На рис. 5-1 показана схема варианта электросети, проек­ тируемой на номинальное напряжение ПО кВ, на которой указаны длины линий. Нагрузки подстанций сети равны:

186

S x = 15 кВт, S 2 = 10 кВт, S3 = 20 кВт, коэффициенты мощности нагрузок всех подстанций одинаковы и равны cos фн — 0,9.

л/ст.З

Т р е б у е т с я выбрать сечения сталеалюминиевых проводов, принимая для всех подстанций одно и то же число часов использования наибольшей нагрузки Тп6 — 4 500 ч в год.

Решение. Определяем в первом приближении распреде­ ление мощности в проектируемой сети, считая прибли­ женно, что погонные сопротивления всех линий мало отли­ чаются друг от друга. При таком допущении и при

187

Мощности на остальных участках определяем в соот­ ветствии с первым законом Кирхгофа:

следовательно, при учете ограничений, налагаемых усло­ виями короны, могут быть приняты следующие стандартные марки проводов для линий между подстанциями: A w l

АС-120, 1 и 2 АС-70, 2 и 3 АС-70, А и 3 АС-120.

Проверяем выбранные провода по условиям нагрева. Для этого необходимо найти для каждой линии максималь­

Для линий 1-2 расчетным режимом для определения мак­ симального рабочего тока также явится режим, возникаю­ щий при отключении линии между подстанциями А и 3. При этом

188