Выбор количества и мощности трансформатора на приемных подстанциях

Введение

В последние года началось развитие промышленности, появляются новые предприятия, реанимируются старые. Промышленность начала вносить значительный вклад в увеличение энергопотребление. Расширяется плотность географического расположения потребителей электрической энергии. В связи с этим появляется потребность в расширении существующих сетей и в создании новых. Возрастающее количество энергопотребляющих объектов ведет к росту передаваемых по электрическим сетям мощностей. Одной из самых главных задач сегодня является экономичное использование существующего электрического оборудования и разработка нового с улучшенными параметрами.

Целью курсового проекта является разработка рационального, в технико-экономическом смысле, варианта электроснабжения потребителей. В процессе выполнения проекта неизбежно получения навыков проектирования энергетических систем, их экономического обоснования, и, конечно, закрепление теоретических знаний полученных во время учебного процесса.

Задание на курсовой проект

Выполнить проект электрической сети промышленного района. Данные для курсового проекта выбираем в соответствии с 72 вариантом (из Приложения 1 [1]* выбираем 7 вариант нагрузок, а из Приложения 2 - 2 вариант схемы электрифицируемого района). Исходные данные сведем в табл. 1.1 дополнив ее данными полной и реактивной мощностей, рассчитанных по формулам:

Таблица 1.1

Обозначение подстанций	Состав потребителей по категориям	Время использования максимальной нагрузки	Режим максимальной нагрузки	Режим минимальной нагрузки	Примечания
категория	%	S, МВА	P, МВт	Q, Мвар	cos	S, МВА	P, МВт	Q, Мвар	cos
а				33,33		14,52	0,9	21,17		11,14	0,85
б				21,98		9,12	0,91	17,24		8,49	0,87
в				33,33		14,52	0,9	41,17		21,68	0,85
г				27,17		10,64	0,92	19,32		9,18	0,88
д				133,33		58,11	0,9	93,02		47,46	0,86

а -механический завод

б -завод подъемно-транспортного оборудования

в -рудник

г -цементный завод

д -металлургический комбинат

* В дальнейшем все ссылки на источник [1], ссылки на другие источники будут указываться дополнительно.

Выбор конструкции, вариантов конфигурации и номинального напряжения сети

В соответствии с ПУЭ нагрузки I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаиморезервирующих источников питания и перерыв их электроснабжения может быть допущен только на время автоматического восстановления питания. Двухцепная линия, выполняемая на одной опоре, не удовлетворяет требованиям надежности потребителей I категории, поэтому в дальнейших расчетах мы будем использовать две отдельные одноцепные линии.

Схемы электрификации сети:

Рис. 2.1. Варианты схем электрификации сети.

Предварительный выбор номинального напряжения U_H линий производят совместно с разработкой схемы сети, т.к. они взаимно определяют друг друга. Напряжения для различных элементов проектируемой сети могут существенно отличаться. Величина напряжения зависит как от передаваемой мощности, так и от удаленности нагрузки от источника питания. Для установления ориентировочных значений напряжений участков сети можно использовать экономические области применения U_H, разработанные институтом «Энергосетьпроект». Наивыгоднейшее напряжение также может быть определено по формуле Г.А.Илларионова:

где - длина линии, км;

Р – передаваемая мощность на одну цепь, МВт.

Проведем расчеты для каждого участка всех вариантов схем. Результаты расчетов и ориентировочные значения напряжения участков сети, разработанные институтом «Энергосетьпроект» сведем в таблице 2.

Таблица 2.1

Вариант	Участок сети	Мощность на одну цепь, МВт	Длинна, км	Напряжение, кВ	Выбранное напряжение, кВ
По графикам системы “Энергосеть”.	По формуле Илларионова.
а	ИП – а				76,2
ИП – б	37,5			115,97
ИП – д				115,47
б – в	27,78			100,46
б – г	27,22			99,09
в – г	2,22			29,71
б	ИП – а ИП – б ИП – д а – в б – г	22,5 12,5			106,07 91,75 115,47 75,23
в	ИП – б	52,5			134,46
ИП – д				115,47
б – г	42,5			120,54
г – в				105,41
в – а				75,23
г	ИП – а	51,74			136,24
ИП – б	53,26			135,29
ИП – д				115,47
б – г	33,26			108,36
г – в	8,26			56,86
а – в	21,74			89,44

Выбор напряжения для разных вариантов схем производился при условия единого напряжения источника питания. Несколько номиналов напряжения источника питания не только удорожают схему, но и значительно ее усложняют с точки зрения строительства и эксплуатации. Хоть источник питания и не участвует в технико-экономических расчетах, но такой подход способствует воспитанию качеств инженера, решающего проблему не локально, а с учетом перспективы. Поэтому для схем а и б (рис. 2.1) выбрано напряжение 110 кВ. Рекомендуемое напряжение для подстанции д было 220 кВ, но приняли 110 кВ, т. к. протяженность линии незначительная и большой экономии на потерях в линии, вероятно, мы не получим. Для вариантов схем в и г(рис. 2.1) было выбрано напряжения 220 кВ из соображений уменьшения потерь в линии в связи с большой ее протяженностью.

Определяем мощности на замкнутом участке линии для схемы рис. 2.1а. Для этого разорвём кольцо по источнику (подстанция б) и определим потокораздел (рис. 2.2).

Рисунок 2.2Преобразованная схема кольцевого участка сети

Знак «минус» говорит о том, что направление мощности обратно, чем на рис.2.2. Аналогичным образом проведем расчет для замкнутого контура схемы рис. 2.1г.

Выбор количества и мощности трансформатора на приемных подстанциях

Выбор количества трансформаторов на ПС зависит от требований к надежности электроснабжения питающихся от подстанции потребителей и является технико-экономической задачей. В практике проектирования на ПС всех категорий предусматривается, как правило, установка двух трансформаторов. Мощность каждого из трансформаторов выбирается равной 0,7 от максимальной нагрузки ПС (S_макс). В аварийных режимах трансформаторы допускают в течение не более 5 суток перегрузку в 1,4 номинальной мощности (S_ном) на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки. Поэтому для двухтрансформаторной ПС при отсутствии резервирования по сетям вторичного напряжения мощность каждого трансформатора принимается равной 0,7 S_макс. Анализируя варианты схем принимаем решение об отказе от применения автотрансформаторов ввиду внесения ими элемента ненадежности (при выходе из строя автотрансформатора нарушается электроснабжение питающихся от него потребителей), а также ограничение мощностью автотрансформатора при расширении сети.

Расчетная мощность трансформатора подстанции а, МВА:

Из стандартного ряда мощностей выбираем трансформатор с мощностью S_н=25 МВА.

Коэффициент загрузки в нормальном режиме:

Коэффициент загрузки в послеаварийном режиме:

Аналогично проводим расчет для всех подстанций. Выбранные трансформаторы сводим в таблицы 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1

Вариант	Подстанция	Максимальная нагр. S_max, МВА	Мощность потребителей I категории, МВА	Тип трансформатора	Количество	Коэф. загрузки в норм. режиме К_ЗН	Коэф. загрузки в послеавар. режиме К_ЗА
а, б	а	33,33	13,33	ТРДН-25000/110		0,525	1,05
б	21,98	10,99	ТДН-16000/110		0,51	1,02
в	33,33	26,66	ТРДН-25000/110		0,525	1,05
г	27,17	16,3	ТРДН-25000/110		0,644	1,129
д	133,33	106,66	ТДЦ-125000/110		0,656	1,31
в, г	а	33,33	13,33	ТДТН-25000/220		0,525	1,05
б	21,98	10,99	ТДТН-25000/220		0,796	1,59
в	33,33	26,66	ТДТН-25000/220		0,525	1,05
г	27,17	16,3	ТДТН-25000/220		0,644	1,129
д	133,33	106,66	ТДТН-40000/220		0,42	0,84

Вариант	Подстанция	Тип трансформатора	Номинальное напряжение U_Н кВ	Пределы регулирования, %	Потери ΔР_ХХ, кВт	Потери ΔР_КЗ, кВт	Ток I_ХХ, %	Напряжение к. з., %
U_ВН-СН %	U_ВН-НН %	U_СН-НН %
а, б	а	ТРДН-25000/110					0,7	-	10,5	-
б	ТДН-16000/110					0,7	-	10,5	-
в	ТРДН-25000/110					0,7	-	10,5	-
г	ТРДН-25000/110					0,7	-	10,5	-
д	ТДЦ-125000/110					0,55	-	10,5	-
в, г	а	ТДТН-25000/220					1,1	12,5		6,5
б	ТДТН-25000/220					1,1	12,5		6,5
в	ТДТН-25000/220					1,1	12,5		6,5
г	ТДТН-40000/220					1,2	12,5		9,5

Таблица 3.2

12 3 4 Следующая ⇒