ВЫБОР  НОМИНАЛЬНОГО  НАПРЯЖЕНИЯ  И  СЕЧЕНИЯ  ПРОВОДОВ  ЛЭП,  НА  ПРИМЕРЕ  РАЗОМКНУТОЙ  СЕТИ

Лесков  Иван  Алексеевич

Троценко  Владислав  Михайлович

Беспалов  Никита  Валерьевич

студенты  3  курса,  энергетического  факультета,  Омского  государственного  технического  университета,  РФ,  г.  Омск

E-mail: 

Проектирование  электрических  сетей  представляет  собой  одну  из  самых  важных  задач  электроэнергетики.  Спроектированная  сеть  должна  удовлетворять  ряду  требований:

·     надежность;

·     качество  электроэнергии;

·     экономичность;

·     безопасность  эксплуатации;

·     возможность  дальнейшего  развития.

В  данной  работе  мы  рассмотрим  на  примере,  расчет  этапов  входящих  в  проектирование  электрических  сети,  предназначенной  для  передачи  электроэнергии  на  большие  расстояния  от  подстанции  системообразующих  сетей  или  от  шин  110—220  кВ  электростанции  к  центрам  питания  распределительных  сетей.  Эти  этапы  следующие  [1]:

1.  Выбор  конфигурации  сети.

2.  Расчет  потокораспределения.

3.  Выбор  номинального  напряжения.

4.  Выбор  сечения  проводов  ЛЭП

Для  проведения  расчетов  примем  за  основу  следующие  исходные  данные:

Источник  питания  и  нагрузки  имеют  следующие  координаты,  км:  РЭС  —  80,50;  подстанция  №  1  —  90,15;  №  2  —  30,0;  №  3  —  0,15;  №  4  —  15,55.

Наибольшие  зимние  активные  нагрузки  подстанции,  МВт:  №  1  —  100;  №  2  —  90;  №  3  —  (-100);  №  4  —  80.

Коэффициенты  мощности  (cosφ)  нагрузок  и  источников  ограниченной  мощности  (электростанций):  подстанция  №  1  —  cosφ₁  =  0,65;  подстанция  №  2  —  cosφ₂  =  0,7;  источник  ограниченной  мощности  —  cosφ₃  =  0,75;  подстанция  №  4  —  cosφ₄  =  0,8.

Процентный  состав  потребителей  электроэнергии  по  категориям  надежности:  подстанция  №  1  —  21/21/58;  подстанция  №  2  —  32/34/34;  подстанция  №  4  —  33/33/34.

Отношение  наименьших  летних  нагрузок  к  наибольшим  зимним  нагрузкам  составляет  0,75.

Напряжение  на  шинах  РЭС  в  нормальном  режиме  максимальных  нагрузок  и  в  послеаварийном  режиме  равно  1,1U_н,  а  в  режиме  минимальных  нагрузок  —  1,05U_н,  где  U_н  —  номинальное  напряжение  сети. 

Средний  номинальный  коэффициент  мощности  cosφ_ср  генераторов  системы,  в  которую  входит  проектируемый  район,  составляет  0,85. 

Для  начала  построим  конфигурацию  сети.  Под  конфигурацией  сети  понимается  схема  соединения  нагрузок  с  источником  питания  (рис.  1—2).

Рисунок  1.  Взаимное  расположение  подстанций  и  источника  питания

Рисунок  2.  Разомкнутая  сеть

Далее  производи  расчет  потокораспределения  разомкнутой  сети.  То  есть  расчет  потоков  мощности  на  участках  электрической  сети,  в  данном  случае  —  в  линиях.  Эти  мощности  зависят  от  сопротивления  линий.  Однако  на  данном  этапе  мы  еще  не  выбрали  их  сопротивления  [1].  Следовательно,  расчет  является  приближенным.

Определим  длины  линий:

Линия  Л1  соединяет  РЭС  (80,50)  и  подстанцию  №  1(90,15)

,  (1)

Линия  Л2  соединяет  подстанцию  №  1(90,15)  и  подстанцию  №  2(30,0)

,  (2)

Линия  Л3  соединяет  подстанцию  №  2(30,0)  и  электростанцию  №  3(0,15)

,  (3)

Линия  Л4  соединяет  электростанцию  №  3(0,15)  и  подстанцию  №  4(15,55)

,  (4)

Линия  Л5  соединяет  подстанцию  №4(15,55)  и  РЭС  (80,50)

,  (5)

Далее  рассчитаем  нагрузки  потребителей.  Для  потребителя  №1  задано  Р1  =  100  МВт  и  cosφ  =  0,65.  Тогда  модуль  полной  мощности,  реактивная  мощность  и  комплекс  полной  мощности  равны:

  МВА,  (6)

  Мвар,  (7)

МВА,  (8)

Результаты  расчета  занесем  в  таблицу  1.

Таблица  1.

Расчет  нагрузок  потребителей

Рассчитаем  потокораспределение  в  нормальном  и  послеаварийном  режимах  разомкнутой  сети.  Схема  для  расчета  нормального  и  ПАР1,2  режимов  представлена  на  рисунке  3. 

Рисунок  3.  Схема  для  расчета  послеаварийного  режима  кольцевой  сети,  возникающего  после  отключения  линии  Л3

Мощности  в  линиях  равны:

  (9)

  (10)

  (11)

  (12)

Предварительный  расчет  потокораспределения  в  послеаварийном  режиме  разомкнутой  сети,  возникающем  после  отключения  линии  Л3.

1.  Схема  для  расчета  ПАР  3  представлена  на  рисунке  4. 

Рисунок  4.  Схема  для  расчета  послеаварийного  режима  кольцевой  сети,  возникающего  после  отключения  линии  Л3

В  этом  режиме  будут  отключены  потребители  третьей  категории  на  подстанции  4.

Мощности  в  линиях  равны:

    (13)

    (14)

    (15)

Предварительный  расчет  потокораспределения  в  послеаварийном  режиме  разомкнутой  сети,  возникающем  после  отключения  линии  Л4.

2.  Схема  для  расчета  ПАР  4  представлена  на  рисунке  5. 

Рисунок  5.  Схема  для  расчета  послеаварийного  режима  кольцевой  сети,  возникающего  после  отключения  линии  Л3

Мощности  в  линиях  равны:

    (16)

    (17) 

    (18)

Сведём  результаты  расчёта  в  таблицу  2.

Таблица  2.

Потокораспределение  в  разомкнутой  сети

Сети  переменного  тока  имеют  следующий  стандартный  ряд  номинальных  напряжений:  220/127  B;  380/220  B;  660/380  B;  3,6,10,20,35,110,150,220,330,500,750,1150  кВ  [2].  Чем  ниже  напряжение,  тем  больше  ток  при  той  же  передаваемой  мощности.  С  другой  стороны,  чем  выше  напряжение,  тем  выше  стоимость  трансформаторов,  опор  ЛЭП  и  другого  оборудования  [2].  Найдем  номинальное  напряжение:

Длины  линий  и  мощности  приведены  в  исходных  данных.  Рациональные  напряжения  в  каждой  линии  равны:

Линия  1:    кВ,  (19)

Линия  2:    кВ,  (20)

Линия  3:    кВ,  (21)

Линия  4:    кВ,  (22)

Наибольшим  рациональным  напряжением  является  напряжение  в  линии,  которое  равно  139,8  кВ.  Ближайшим  стандартным  напряжением  является  110  кВ. 

Сечения  воздушных  линий  выбираются  по  следующим  условиям  [1]:

1.  По  нормированной  плотности  тока;

2.  По  нагреву  в  нормальном  и  послеаварийном  режимах;

3.  На  коронный  разряд;

4.  По  потерям  напряжения.

Определим  токи  в  линиях  в  нормальном  и  послеаварийном  режимах  по  формулам:

  (23)

  (24)

  (25)

  (26)

Экономические  плотности  тока  в  линиях  составят  [4]:

  (27)

Экономические  сечения  линий  равны:

  (28)

(29)

  (30)

  (31)

Как  видно  из  расчёта,  сечения  всех  линий  кроме  Л3  получились  больше  максимально  допустимого  (240  )  поэтому  увеличим  номинальное  напряжении  сети  до  220  кВ.  Так  как    увеличилось  в  2  раза,  то  токи  в  линиях  и,  следовательно,  экономические  сечения  уменьшатся  в  2  раза  и  составят:

,  (32)

  (33)

  (34)

  (35)

  (36)

  (37)

  (38)

  (39)

Примем  сечение  проводов  лини  Л1,  4:    а  для  линий  Л2-3:  .  Этим  сечениям  соответствует  марки  проводов:  АС-400/51  и  АС-240/32  [3].

Далее  произведем  проверку  сечений  по  нагреву.  Для  этого  определим  максимальные  рабочие  токи  в  линиях  как  наибольшие  из  токов  нормального  и  послеаварийных  режимов.  Расчёт  токов  сведём  в  таблицу  3.  В  ней  же  приведём  максимальные  рабочие  токи  линий,  а  также  допустимые  токи.

Таблица  3.

Рабочие  и  допустимые  токи  линий  разомкнутой  сети

Из  таблицы  3  видно,  что  условие  проверки  по  допустимому  току  (  )  выполняется  для  всех  линий.  Выбираем  марку  провода  для  линий  Л1,  Л4:  АС-400/51,  а  для  линий  Л2-3:  АС-240/32  [3].

  Проверка  по  потерям  напряжения.  Погонные  сопротивления  воздушной  линии,  выполненной  проводом  марки:  АС-240/32,  равны  А  для  провода  марки:  АС-400/51  равны    [1].  Определим  сопротивления  линий  в  нормальном  и  послеаварийном  режиме,  и  сведём  их  в  таблицу  4. 

Для  линии  Л1:

  Ом,  (40)

  Ом,  (41)

  Ом,  (42)

Таблица  4.

Сопротивления  линий  разомкнутой  сети

Определим  потери  напряжения  в  каждой  линии  для  каждого  режима.  Потери  напряжения  в  линиях  в  нормальном  режиме  равны:

  (43)

  (44)

  (45)

  (46)

Таблица  5.

Потери  напряжения  в  линиях  разомкнутой  сети

Суммарные  потери  напряжения  в  нормальном  режиме  равны  [1]:

  (47)

Суммарные  потери  напряжения  в  послеаварийных  режимах,  возникающих  после  отключения  линий  Л1  –  Л4,  соответственно  равны  [1]:

  (48)

  (49)

  (50)

  (51)

  (52)

  (53)

Таким  образом,  выбранные  линии  удовлетворяют  всем  условиям  проверки.  Следовательно,  на  примере  расчета  разомкнутой  сети  мы  рассчитали  и  выбрали  номинальное  напряжение,  которое  равно  220  кВ  и  марки  проводов  для  данной  сети.  Марки  и  сечения  проводов,  а  также  число  цепей  сведем  в  таблицу  6.

Таблица  6.

Марки,  сечения  и  число  цепей  линий  разомкнутой  сети

Список  литературы:

1.Гиршин  С.  Проектирование  питающих  электрических  сетей  энергосистем  /  С.С.  Гиршин  //  В.В.  Тевс.  Омск:  Издательство  ОмГТУ,  2002  —  С.  5—36.

2.Идельчик  В.  Электрические  системы  и  сети:  учебник  для  вузов  /  В.И.  Идельчик.  М.:  Энергоатомиздат,  1989  —  С.  592. 

3.Неклепаев  Б.  Электрическая  часть  электростанций  и  подстанций:  Справочные  материалы  для  курсового  и  дипломного  проектирования:  учеб.  пособие  для  вузов  /  Б.Н.  Неклепаев  //  И.П.  Крючков.  М.:  Энергоатомиздат,  1989  —  С.  608.

4.Правила  устройства  электроустановок.  М.:  Главгосэнергонадзор  России,  1998  —  С.  607.