Электрические станции сети и системы
Электрические станции сети и системы
2
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Самарская государственная академия путей сообщения
Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Электрические станции сети и системы»
Вариант № 69
Выполнил:
студент группы 852
Музалёв Н. А.
Проверил: Козменков О.Н.
Самара 2007
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Исходные данные для расчета
3. Определение ожидаемой суммарной расчетной нагрузки
4. Определение числа и мощности трансформаторов ГПП, обоснование схемы внешнего электроснабжения
5. Электрический расчет электропередачи 110 кВ
6. Определение напряжений и отклонений напряжений
7. Диаграммы отклонения напряжений
8. Определение потерь электроэнергии
9. Расчет токов короткого замыкания
10. Определение годовых эксплуатационных расходов и себестоимости передачи электрической энергии
Введение
Целью курсовой работы является приобретение студентами практических навыков расчета и проектирования электрических сетей напряжением 110кВ и выше. В задание входит:
? расчет электрических нагрузок железнодорожного узла;
? выбор числа и мощности трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП);
? электрический расчет питающей воздушной ЛЭП 110кВ, а также расчет токов короткого замыкания и проверки основной аппаратуры ГПП на термическую и электродинамическую устойчивость.
Необходимо:
1. По заданным значениям отдельных электрических нагрузок, расположенных на территории железнодорожного узла, определить суммарную расчетную нагрузку.
2. Определить мощность ГПП, категорийность потребителя, выбрать число и мощность трансформаторов на ней.
3. Выполнить электрический расчет воздушной ЛЭП 110кВ.
4. Определить годовые эксплуатационные расходы и себестоимость передачи электрической энергии.
5. Составить принципиальную схему электропередачи, и выбрать электрооборудование.
6. Рассчитать токи короткого замыкания, проверить аппаратуру на термическую и электродинамическую устойчивость.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА
Тяговая нагрузка, Р1 = 6,9 МВА; cos1 = 0,882
Жилые кварталы, Р2 = 1,39 МВА; cos2 = 0,872
Электровозное депо, Р3 = 1,31 МВА; cos3 = 0,952
Вокзал с пристанционным хозяйством, Р4 = 1,22 МВА; cos4 = 0,878
Сельхоз нагрузка прилегающих районов, Р5 = 2,8 МВА; cos5 = 0,743
Прочая нагрузка, Р6 = 0,788 МВА; cos6 = 0,946
Число часов использования максимума нагрузки в год, Тм = 6920 ч.
Длина ЛЭП 110кВ, L = 172 км
Стоимость 1кВтч, в = 156 коп.
Отклонения напряжения на питающей подстанции, Umax/Umin = ±5%
Определение ожидаемой суммарной расчетной нагрузки
Суммарная расчетная активная мощность:
,
где n - количество нагрузок подключенных к данному узлу;
Краз - коэффициент разновременности максимума.
МВА
Расчетная реактивная мощность:
.
tg ц1 = 0,534
tg ц2 = 0,561
tg ц3 = 0,322
tg ц4 = 0,545
tg ц5 = 0,901
tg ц6 = 0,339
Суммарная расчетная мощность:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ГПП, ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Определим мощность трансформаторов с Кз=0,7:
,
где NT - количество трансформаторов.
МВА
Выбираем ближайшее стандартное значение номинальной мощности трансформатора:
Тип трансформатора ТДН - 16000/110
Потери: х.х. = 18 кВт
к.з. = 85 кВт
Ток х.х. = 0,7 %
Напряжение к.з. = 10,5 %
Далее проверяем коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме, когда в работе остается один трансформатор:
, т.к. Кз=0,9051,31,4 трансформатор выбран верно.
Выбираем схему ГПП с короткозамыкателями и отделителями (рис 1), число фидеров 10 кВ: 16/3 = 5,333 ? 5
Провода питающих ЛЭП - 110кВ принимаем сталеалюминевыми, марки АС. Так как по экономическому условию сечение провода всегда будет большим, можно исходить из экономической плотности jэ Сечение провода:
где , А - расчетный ток нормального режима;
jэ = 1 А/ мм2 - экономической плотность тока.
Полученное сечение округляем до ближайшего стандартного, т.е. выбираем провод марки АС-70, S=70мм2. Осталось проверить выбранное сечение S по длительно допустимому току для аварийной ситуации, когда по одной ЛЭП будет протекать расчетный ток всей ГПП:
Для провода марки АС-70 длительно допустимый ток Iдд=265А, следовательно, провода марки АС-70 подходят.
Электрический расчет электропередачи 110кВ
Схему замещения ЛЭП принимаем «П»-образной, трансформатора «Г»-образной. Таким образом, схема замещения электропередачи получит вид, представленный на рис. 2.
Рис. 2. Схема замещения ЛЭП и трансформатора
Здесь: rл, xл - активное и индуктивное сопротивление линии, Ом;
rт, xт - активное и индуктивное сопротивление трансформатора, Ом;
Gт, Bт -активная и индуктивная проводимость трансформатора, См;
Вл - емкостная проводимость линии, См;
SГПП - мощность на шинах 10кВ, МВА.
Активное сопротивление двухцепной линии:
, Ом
где r0 - активное сопротивление одного километра линии, Ом/км;
l - длина линии, км.
Ом
Индуктивное сопротивление двухцепной линии:
, Ом
где x0 - индуктивное сопротивление одного километра двухцепной линии,
Ом/км. Принимаем x0=0,4 Ом/км.
Ом
Емкостная проводимость двухцепной линии:
, См
где В0 = См/км емкостная проводимость одного километра линии.
См
Сопротивления трансформаторов:
, Ом
, Ом
где Рм - потери мощности при коротком замыкании, кВт (потери активной мощности в меди);
Uк - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;
Sн - номинальная мощность трансформатора, кВА;
Uн - номинальное напряжение основного вывода трансформатора, кВ.
Ом
Ом
Проводимости трансформаторов:
, См
, См
где Рст - потери активной мощности в стали трансформатора, приближенно
равные потерям мощности при холостом ходе, кВт;
I0 - ток холостого хода, %.
См
См
Зарядная емкостная мощность двухцепной линии:
, Мвар
Мвар
Согласно принятой П-образной схеме замещения половина емкостной мощности 0,5Qc генерируется в начале линии и половина - в конце.
Определение потерь мощности в трансформаторах.
Потери мощности имеют место в обмотках и проводимостях трансформаторов, которые для ГПП определим по формуле:
, МВА
МВА
МВА
Потери мощности в проводимостях трансформаторов:
, МВА
где m - число трансформаторов ГПП;
Q - потери реактивной мощности в стали трансформатора, Мвар:
Мвар
МВА
МВА
Sн - номинальная мощность трансформатора, МВА.
Определение мощности в начале линии электропередачи начинаем со стороны ГПП.
Определим мощность в начале расчетного звена трансформаторов Sн.тр. Для этого к потерям мощности в обмотках трансформаторов Sоб прибавим мощность на шинах 10кВ ГПП:
, МВА
МВА
МВт
Мвар
МВА
Определим мощность Sп.тр, подводимую к трансформаторам, для чего к мощности в начале расчетного звена трансформаторов Sн.тр прибавим мощность потерь в проводимостях трансформаторов:
, МВА
МВА
МВт
Мвар
МВА
Определим мощность в конце линии передачи Sкл (в конце звена), для чего алгебраически сложим мощность, подводимую к трансформаторам, с половиной зарядной мощности линии:
, МВА
МВА
МВт
Мвар
МВА
Определим потери мощности в сопротивлениях линии:
, МВА
МВА
МВт
Мвар
МВА
Определим мощность в начале линии Sнл (в начале звена), суммировав мощность в конце звена с потерями мощности в линии, и прибавив половину зарядной мощности ЛЭП:
, МВА
МВА
МВт
Мвар
МВА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ОТКЛОНЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ
В начале определим напряжение в центре питания, т.е. на шинах районной подстанции Uцп в режиме максимальной нагрузки:
,
где Umax = 5% - отклонение напряжения, которое указывается в задании;
Uн - номинальное напряжение 110кВ.
кВ
Тогда напряжение в конце ЛЭП определяется по формуле:
,
где ;
Рнл - активная мощность в начале ЛЭП;
Qнл - реактивная мощность в начале ЛЭП.
кВ
кВ
Потеря напряжения в линии в % составит:
%.
Отклонение напряжения в конце ЛЭП в %:
%
Напряжение на шинах вторичного напряжения трансформатора, приведенное к первичному, будет:
где UТ - потерю напряжения в трансформаторе, определим по формуле аналогичной потере напряжения в ЛЭП:
;
где Рн.тр, Qн.тр - соответственно активная и реактивная мощность в начале расчетного звена трансформатора.
кВ
кВ
В % потеря напряжения в трансформаторе составит:
Отклонение напряжения на шинах вторичного напряжения трансформатора определяется по формуле:
Ответвление +16%: дU2 = 0,681 + 5 - 5,17 = 0,511 %
Ответвление 0%: дU2 = 0,681 + 10 - 5,17 = 5,511 %
Ответвление -16%: дU2 = 0,681 + 16 - 5,17 = 11,511 %
Теперь определим напряжение в центре питания, т.е. на шинах районной подстанции Uцп в режиме минимальной нагрузки:
,
где Umin=- 5% - отклонение напряжения, которое указывается в задании;
Uн - номинальное напряжение 110кВ.
кВ
Тогда напряжение в конце ЛЭП определиться по формуле:
,
где ;
Рнл - 50% активной мощности в начале ЛЭП;
Qнл - 50% реактивной мощность в начале ЛЭП.
кВ
кВ
Потеря напряжения в линии в % составит:
%.
Отклонение напряжения в конце ЛЭП в %:
%
Напряжение на шинах вторичного напряжения трансформатора, приведенное к первичному, будет:
где UТ - потерю напряжения в трансформаторе, определим по формуле аналогичной потере напряжения в ЛЭП:
;
где Рн.тр, Qн.тр - соответственно 50% активной и 50% реактивной мощности в начале расчетного звена трансформатора.
кВ
кВ
В % потеря напряжения в трансформаторе составит:
Отклонение напряжения на шинах вторичного напряжения трансформатора определяется по формуле:
Ответвление +16%: дU2 = 8,139 + 5 - 2,675 = 10,464 %
Ответвление 0%: дU2 = 8,139 + 10 - 2,675 = 15,464 %
Ответвление -16%: дU2 = 8,139 + 16 - 2,675 = 21,464 %
ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ ОТКЛОНЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ
Согласно ГОСТ 13109-97 для сетей 6-10 кВ и выше максимальные отклонения напряжения не должны превышать ±10 %, а в сетях до 1 кВ - ±5 %.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В линии, выполненной проводами одинакового сечения по всей длине, потери электроэнергии:
, кВтч,
где r0 - активное сопротивление провода, Ом/км;
Uн - номинальное напряжение линии, кВ;
Sp - расчетная мощность, кВА;
l - длина ЛЭП, км;
-- время максимальных потерь, ч.
Время потерь можно определить лишь приближенно. Для определения используем формулу:
ч
кВтч
Потери электроэнергии в трансформаторах ГПП:
, кВтч,
где Рм.н - потери активной мощности в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке (потери короткого замыкания), кВт;
Рст - потери активной мощности в стали трансформатора (потери холостого хода), кВт;
Sн - номинальная мощность трансформатора, кВА;
Sр - максимальная расчетная мощность, преобразуемая трансформаторами подстанции, кВА;
m - число трансформаторов на подстанции;
t - время, в течение которого трансформатор находится под напряжением (принять в расчетах t=8760ч), ч.
кВтч
Полные потери электрической энергии составят:
, кВтч.
кВтч
РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Сопротивление воздушной ЛЭП:
, Ом
где х0 - удельное сопротивление одного километра воздушной ЛЭП-110 (принимаем х0=0,4Ом/км);
l - длина линии, км.
Ом
Результирующее сопротивление:
, Ом
Ом
Периодическая составляющая тока короткого замыкания для т. К1:
, кА
кА
Амплитуда ударного тока:, кА.
кА
Для т. К2 (напряжение 10кВ) приведем сопротивление ЛЭП-110кВ коэффициент напряжению 10кВ по формуле:
, Ом
где U10 и U110 - среднее номинальное напряжение ступени.
Ом
Результирующее сопротивление равно:
, Ом
где сопротивление трансформатора определяется по формуле:
, Ом
Ом
Ом
Периодическая составляющая тока короткого замыкания в т. К2 определится по формуле:
, кА
кА
Амплитуда ударного тока: кА.
кА
Определение годовых эксплуатационных РАСХОДОВ И СЕБЕСТОИМОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Годовые эксплуатационные расходы состоят из трех слагаемых:
? стоимость потерь электроэнергии в электрических сетях;
? отчисление на амортизацию оборудования сети;
? расходы на текущий ремонт и обслуживание сети.
Годовые эксплуатационные расходы:
,
где - стоимость электроэнергии, руб./кВтч;
Рак, Ррк - амортизационные отчисления и отчисления на текущий ремонт и обслуживание в к-том элементе сети, %;
Кк - капиталовложения в рассматриваемый элемент, тыс. руб.
тыс.руб.
Полные затраты на электропередачу составят:
где С - годовые эксплуатационные расходы (годовые издержки производства) при рассматриваемом варианте, тыс.руб.;
К - капиталовложения при рассматриваемом варианте, тыс.руб.;
Рн - нормативный коэффициент эффективности, который для расчетов в области энергетики принимаем 0,12.
тыс.руб.
Себестоимость передачи электроэнергии:
где Рр - расчетная мощность железнодорожного узла;
Тм - продолжительность максимума нагрузки, ч.
руб./кВтч.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368с.
2. Правила устройства установок ПУЭ., 6-е, 7-е издание. - Санкт-Петербург: Деан, 2001. - 942с.
3. Караев Р.И., Волобринский С.Д. Электрические сети и энергосистемы. - М.: Транспорт, 1988. - 312с.
4. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: ВШ, 1986. - 400с.
5. Справочник по проектированию электроснабжения /Под ред.Ю.Г. Барыбина. - М.: Энергоатомиздат, 1990.--576с.
| 
