Выбор параметров и анализ режимов электропередачи

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФИЛИАЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО

УЧЕРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА (ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА)

Факультет “Энергетики и электротехники”

Кафедра “Электрические системы”















Курсовой проект

По курсу: “Дальние линии электропередачи СВН”

Тема: “Выбор параметров и анализ режимов электропередачи”





















Смоленск, 2003




ВВЕДЕНИЕ



В данном курсовом проекте рассматривается электропередача переменного тока сверхвысокого напряжения с одной промежуточной подстанцией, предназначенной для транспорта электрической энергии от удаленной гидроэлектростанции в приёмную систему.

		Решаются вопросы, связанные с выбором схемы электропередачи и номинального напряжения её участков, оценивается пропускная способность электропередачи, проводятся расчёты и анализ основных рабочих, послеаварийного и особых режимов работы.

		В заключительной части проекта определяются основные технико-экономические показатели.




1. Выбор схемы, номинального напряжения и сечения проводов участков электропередачи



Выбор числа цепей на участках электропередачи производится по условию обоснованно надёжного снабжения энергией потребителей промежуточной подстанции, а также потребителей приёмной системы, обеспечиваемых энергией от ГЭС. 

Сопоставляя три заданные величины:

наибольшая мощность, передаваемая от ГЭС Р0 = 1340 МВт;

наибольшая мощность потребителей промежуточной подстанции Рп/ст = 600 МВт;

оперативный резерв мощности, имеющийся в приёмной системе Ррезерв = 470 МВт.

Наметим следующие варианты схемы участков электропередачи:





1340

мВт

600

мВт

750 кВ

630 км

500 кВ

420 км

470

мВт

Рис 1.1. Вариант 1 схемы участков электропередачи.





1340

мВт

600

мВт

630 км

500 кВ

420 км

470

мВт

500 кВ

Рис 1.2. Вариант 2 схемы участков электропередачи.



При длине линий более 400 км, предельный экономический ток для двух смежных марок проводов равен:






где К02 и К01 – удельные капитальные вложения на сооружение ВЛ соответственно с проводами большего и меньшего сечения [1] при учете зональных и поправочных коэффициентов [1];

Ен = 0,12 – коэффициент эффективности капиталовложений;

		а – коэффициент ежегодных издержек на амортизацию и обслуживание ВЛ [1]; 

dРк1 и dРк2 – среднегодовые потери мощности при коронировании проводов большего и меньшего сечения [1]; 

r02 и r01 – погонные активные сопротивления одного провода соответственно большего и меньшего сечения, вычисляемые по данным табл. 7.6 [1] с введением поправки на среднегодовую температуру воздуха [1];

n - стандартное число проводов в фазе;

Зi и Зii – удельные затраты на возмещение потерь электроэнергии, зависящие от времени потерь и района сооружения ВЛ;

tпотерь – время потерь.



tпотерь = ∑(Рi/Рнб)2∙ti 

tпотерь = 122000+0,722500+0,522500+0,321760 = 4008,4 час.



Вариант 1



Линия 750 кВ длиной 630 км (одна цепь). 



Iрасч = Pmax. л./(N∙√3∙Uном∙cosφ)

Iрасч = 1340./(1∙√3∙750∙0,99) = 1041,952 А

Fрасч = Iрасч/(n∙jрасч)


Fрасч = 1041,952/(4∙1) = 260.488 мм2 



Количество проводов расщеплённой фазы n = 4.

Т. о. выбираем провод 4АС 400/93.



Iдоп = 4∙860 = 3440 А, где



860 А – длительно допустимый ток на один провод фазы из табл. 7.12 [1] (значение взято для ближайшего сечения, т.к. отсутствуют данные)

3440 > 1042, значит, провод по нагреву проходит.

Линия 500 кВ длиной 420 км (одна цепь).



Iрасч = Pmax. л./(N∙√3∙Uном∙cosφ) = (P0 – Рпс)./(N∙√3∙Uном∙cosφ)

Iрасч = 740./(1∙√3∙500∙0,98) = 871,917 А

Fрасч = Iрасч/(n∙jрасч)

Fрасч = 871,917 /(3∙1) = 290,639 мм2 



Т.к. минимальное сечение провода по условиям короны для напряжения 500 кВ составляет 330/43 мм2 , то учитывая количество проводов расщеплённой фазы n = 3, выбираем провод: 3АС 330/43. 



Iдоп = 3∙730 = 2190 А



730 А – длительно допустимый ток на один провод фазы из табл. 7.12 [1] (значение взято для ближайшего сечения, т.к. отсутствуют данные).

2190 > 872 , значит провод по нагреву проходит.



Вариант 2



Линия 500 кВ длиной 630 км (две цепи):


Iрасч = Pmax. л./(N∙√3∙Uном∙cosφ)

Iрасч = 1340./(2∙√3∙500∙0,99) = 781,464 А

Fрасч = Iрасч/(n∙jрасч)

Fрасч = 781,464/(3∙1) = 260,488 мм2 



Т.к. минимальное сечение провода по условиям короны для напряжения 500 кВ составляет 330/43 мм2 , то учитывая количество проводов расщеплённой фазы n = 3, выбираем провод: 3АС 330/43.



Iдоп = 3∙730 = 2190 А



730 А – длительно допустимый ток на один провод фазы из табл. 7.12 [1] (значение взято для ближайшего сечения, т.к. отсутствуют данные).



Iав.пер. = 2∙ Iрасч = 1564 А



2190 > 1564 , значит провод по нагреву проходит.

Линия 500 кВ длиной 420 км варианта 2 аналогична линии 500 кВ длиной 420 км варианта 1.




2. Выбор схемы электрических соединений передающей станции и промежуточной подстанции



Вариант 1



Ррасч = 1,15∙1340 = 1541 МВт.



Выбираем шесть гидрогенераторов СВ – 712/227 – 24. 

Номинальные данные:



Sном.г= 306 МВА, Рном. г = 260 МВт, U ном = 15,75 кВ, cosφ =0,85, Хd = 1,653, Хd’ = 0,424, Хd” = 0,279.



Располагаемая активная мощность ГЭС равна 1560 МВт.

С учётом подключения трех генераторов к одному блочному трансформатору выбираем две группы однофазных трансформаторов 2 3 + 1 ОРЦ 417000/750 со следующими номинальными параметрами:



Sном. тр = 417 МВ∙А, Uвн ном = 787/√3 кВ, Uнн ном = 15,75 кВ,

Δ Рк = 0,8 МВт, ΔРх = 0,4 МВт, Rт = 0,96 Ом, Хт = 69,3 Ом. 



При числе присоединений равном трём на напряжении 750 кВ выбираем схему треугольника.

На промежуточной подстанции будет двойная трансформация.

Расчётная мощность первой трансформации:



Sрасч = Р0./(1,4∙cosφп/ст) = 1340./(1.4∙ 0,99) = 966,8 МВ∙А



Выбираем (3∙2 +1) АОДЦТН 417000/750/500 со следующими номинальными параметрами:

Sном. тр = 417 МВ∙А, Uвн ном = 750/√3 кВ, Uсн ном = 500/√3 кВ, Uнн ном = 15,75 кВ,

Δ Рк = 0,7 МВт, ΔРх = 0,28 МВт, Хт н = 309 Ом, Хт в = 55,1 Ом.



Расчётная мощность второй трансформации:



Sрасч = Рп/ст./(1,4 cosφп/ст) = 600./(1,4∙ 0,99) = 432,9 МВ∙А



Выбираем (3∙2 +1) АОДЦТН 167000/500/220 со следующими номинальными параметрами:



Sном. тр = 267 МВ∙А, Uвн ном = 500/√3 кВ, Uсн ном = 230/√3 кВ, Uнн ном = 11 кВ,

ΔРк = 0,325 МВт, ΔРх = 0,125 МВт, Хт н = 113,5 Ом, Хт в = 61,1 Ом.



На подстанции потребители питаются от шин 220 кВ. Определим количество отходящих линий от РУ 220 кВ, ориентируясь на их натуральную мощность:



n = Рп/ст/135 = 600/135 = 4,4, следовательно принимаем n = 4. 



Т. о. на подстанции при первой трансформации принимаем схему треугольника, а при второй трансформации при числе присоединений равном пяти выбираем схему трансформатор – шины с присоединением линий через два выключателя.

На 220 кВ при числе присоединений равном шести выбираем схему одна секционированная система шин с обходной с отдельными секционным и обходными выключателями. В итоге схема электрических соединений для первого варианта электропередачи выглядит с. о.:




Рис.2.1 Схема электрических соединений для первого варианта электропередачи.



Вариант 2



С учётом подключения трех генераторов к одному блочному трансформатору выбираем трансформаторы ТЦ 1000000/500 со следующими номинальными параметрами:

 Sном. тр = 1000 МВ∙А, Uвн ном = 525 кВ, Uнн ном = 15,75 кВ,

ΔРк = 2 МВт, ΔРх = 0,6 МВт, Rт = 0,55 Ом, Хт = 40 Ом. 

При числе присоединений равном четырем на напряжении 500 кВ выбираем схему четырехугольника. На промежуточной подстанции остается лишь одна трансформация на 220 кВ, в остальном схемы электрических соединений аналогичны варианту 1 и выглядит следующим образом:




Рис.2.2 Схема электрических соединений для второго варианта электропередачи.



Выбор выключателей на РУ



В цепи генераторов: I max = 260/(1,73∙15,75∙ 0,85) = 11,213 кА

ВВГ – 20 – 160 /20000 У3

U ном = 20 кВ, I ном = 20 кА, I откл = 160 кА

ОРУ 750 кВ: I max = 1340/(1,73∙750∙0,99) = 1,042 кА

ВВБ – 750 – 40/3150У1

U ном = 750 кВ, I ном = 3,15 кА, I откл = 40 кА

ОРУ 500 кВ: I max = 1340/(1,73∙500∙0,99) = 1,563 кА

ВНВ – 500А – 40/3150У1

U ном = 500 кВ, I ном = 3,15 кА, I откл = 40 кА

ОРУ 220 кВ: I max = 600/(1,73∙220∙0,99) = 1,59 кА

ВВБК – 220Б – 56/3150У1

U ном = 220 кВ, I ном = 3,15 кА, I откл = 56 кА.




3. Технико-экономическое сравнение двух вариантов электропередачи



Экономическим критерием определения наиболее рационального варианта является минимум приведенных затрат, которые вычисляются по следующей формуле: 



3= Ен К∑ +И∑ +У, где



Ен – нормативный коэффициент сравнительной эффективности капиталовложений;

Ен = 0,12 (для энергетики срок окупаемости 8 лет);

К∑ - капиталовложения в сеть;

И∑ - издержки всей сети;

У – ущерб.



К∑ = Кл + Кп/ст.

Кл = Ко· ℓ, где 



Ко – удельная стоимость сооружения линий,

ℓ – длина линии, км



Кп/ст = Кору + Ктр + Кку + Кпч



В расчете предварительно не учитывается стоимость компенсирующих устройств, т.е. Кку = 0



Кору = Корувн + Корусн



Ктр- капиталовложение трансформаторов,

Кпч – постоянная часть затрат



И∑ = И∑а.о.р.+ И∑потери ээ, где 



И∑ - издержки всей сети; 

И∑.о.р а.- издержки амортизацию, обслуживание и ремонт;

И∑потери ээ - издержки связанные с потерями электроэнергии. 



И∑а.о.р = Иа.о.р.л + И а.о р п/ст 

И∑потери ээ =Ипотери ээВЛ + Ипотери тр 

Иа.о.р.вл = ал·кл 



ал – ежегодные издержки на амортизацию, обслуживание и ремонт воздушных линий в % от капиталовложений.



Ипотери ээ = Ипотери ээ ВЛ + И∑потери ээ тр , где

И а.о р п/ст = а п/ст · К п/ст 



Расчет произведём для схем отличающихся частей вариантов схем 1 и 2.



Схема 1



З = Ен· К + И 

К = К вл + КГЭС + Кп/ст

1) Квл = ко· L

Квл = к0(400))· ℓ1 = 97∙630 = 43470 тыс. руб.

2) КГЭС = Корувн + Ктр + К пч

 Корувн = 3·700 = 2100 тыс. руб.

Ктр = 2∙1980 = 3960 тыс. руб.

Кпч = 6800 тыс. руб. 

КГЭС = 2100 + 3960 + 6800 = 12860 тыс. руб.

3) Кп/ст = Кору вн 750 + Ктр 750 + К пч 750 

Кору вн 750 = 3·700 = 2100 тыс. руб.

Ктр 750 = 2∙2150 = 4300 тыс. руб.

Кп/ст = 2100 + 4300 + 6800 = 13200 тыс. руб.

Тогда К = 48500 + 12860 + 13200 = 74560 тыс. руб.

И =И а.о.р. + И потери ээ

И а.о.р. = И а.о.р.вл + И а.о.р. ГЭС + И а.о.р.н/ст

И а.о.р.вл = 0,028·43470 = 1217,16 тыс. руб.

И а.о.р. ГЭС = 0,078·12860 = 1003,08 тыс. руб.

И а.о.р.п/ст = 0,084·13200 = 1108,8 тыс. руб.

И а.о.р = 1217,16 + 1003,08 + 1108,8 = 3329,04 тыс. руб.



Определим издержки на потери электроэнергии в линии:



1)ΔWл1 = ΔР л1 τ л1·α t, где α t, = 1 

ΔP л1= S2мах/ U2ном  Rл = 1353,52 /7502 11,97 = 38,98 МВт 

τ л1= (0,124 + Тмах./10000)2 8760

Wгод= 1340∙2000 +1340∙0,7∙2500 +1340∙0,5∙2500 +1340∙0,3∙1760 = 7,408∙106 МВт·ч

Тмах = Wгод/Рмах = 7,408∙106/1340 = 5528 час.

τ л1= (0,124 + 5528/10000)2 ·8760 = 4012,59 час

ΔW л1= 38,98 · 4012,59 = 156410,8 МВт·ч

ΔWкор л1 = 160∙630 = 100800 МВт·ч 

Ипотери ээ ВЛ= ЗI∙ΔWл1 + ЗII∙ΔWкор л1 = 2∙10-2∙156410,8 + 1,75∙10-2∙100800 = 4892,2 тыс. руб. 



Определим издержки на потери энергии в трансформаторах:


Ипотери ээ тр = ЗI∙ΔРк.з(Sнг.мах./Sном.т)2.τ т + ЗII∙ΔР х.х ·8760 

	Т 750/10: 

Ипотери ээ тр 750/10 = 2∙10-2∙1/2∙0,8∙(1353,5./1251)2 ∙4012,59 + 1,75∙10-2∙2·0,4·8760 = 160,22 тыс. руб.

	Т 750/500/10: 

Ипотери ээ тр 750/500 = 2∙10-2∙1/2∙0,7∙(1353,5./1251)2∙ 4012,59 + 1,75∙10-2∙2·0,28∙8760 = 118,73 тыс. руб. 

Ипотери ээ тр Σ = 160,22 + 118,73 = 278,95 тыс. руб.

Ипотери ээ Σ = Ипотери ээ ВЛ + Ипотери ээ тр Σ

Ипотери ээ Σ = 4892,2 + 278,95 = 5171,15 тыс. руб.

И∑ = И∑а.о.р.+ И∑потери ээ

И∑ = 3329,04 + 5171,15 = 8500,19 тыс. руб.

У = ω∙Тв∙(Рнб – Ррез )∙εн∙Уов

ω = 0,2∙10-2∙630 = 1,26

εн = (Рнб – Ррез )/Рнб = (1340 – 470)/1340 = 0,649

Тв = 1,7∙10-3 

Уов = 4,5 тыс. руб./кВт.

У = 1,26∙1,7∙10-3∙870∙0,649∙4,5∙1000 = 5442,47 тыс. руб.



И тогда окончательно приведенные затраты на схему варианта 1 будут равны:



З = Ен· К + И + У

З1 = 0,12·74560+ 8500,19 + 5442,47 = 22889,86 тыс. руб.



Схема 2



З = Ен· К + И + У

К = К л1 + КГЭС 

1) Кл1 = 2∙к0(500))· ℓ1 = 2∙49,9∙630 = 62874 тыс. руб.

2) КГЭС = Корувн + Ктр + К пч

Корувн = 6·260 = 1560 тыс. руб.

Ктр = 2∙932 = 1864 тыс. руб.

Кпч = 2400 тыс. руб. 

КГЭС = 1560 + 1864 + 2400 = 5824 тыс. руб. 

Тогда К = 62874 + 5824 = 68698 тыс. руб.

И =И а.о.р. + И потери ээ

И а.о.р. = И а.о.р.вл + И а.о.р.ору вн ГЭС

И а.о.р.вл = 0,028·62874 = 1760,472 тыс. руб.

И а.о.р. ГЭС = 0,078·5824 = 454,272 тыс. руб.

И а.о.р = 1760,472 + 454,272 = 2214,744 тыс. руб. 



1) Определим издержки на потери электроэнергии в линии:



ΔWл1 = ΔР л1· τ л1 · α t, где α t, = 1 

ΔP л1= (S2мах/ U2ном )∙ 0,5Rл = 1353,52 /5002 ·0,5·9,135 = 33,47 МВт 

Wгод = 7,408∙106 МВт·ч

Тмах = Wгод/Рмах = 7,408∙106 /1340 = 5528 час.

τ л1= (0,124 + 5528/10000)2 ·8760 = 4012,5 час

ΔW л1= 33,47 · 4012,5 = 134298,37 МВт·ч

ΔWкор л1 = 2∙60∙630 = 75600 МВт·ч 

ЗI = 2 коп/(кВт∙час), ЗII = 1,75 коп/(кВт∙час)

Ипотери ээ ВЛ= ЗI∙ΔWл1 + ЗII∙ΔWкор л1 = 2∙10-2∙134298,37+ 1,75∙10-2∙75600 = 4008,97 тыс. руб.



2) Определим издержки на потери энергии в трансформаторе 500/10:



Ипотери ээ тр = ЗI∙ΔР к.з(Sнг.мах./Sном.т)2.τ т + ЗII∙ΔР х.х ·8760 

Ипотери ээ тр = 2∙10-2∙1/2∙2(1353,5./2000)2∙4012,5+1,75∙10-2∙2∙0,6·8760 = 220,714 тыс. руб.

Ипотери ээ Σ = Ипотери ээ ВЛ + Ипотери ээ тр

Ипотери ээ Σ = 4008,97 + 220,714 = 4229,684 тыс. руб.

И∑ = И∑а.о.р.+ И∑потери ээ

И∑ = 2214,744 + 4229,684 = 6444,428 тыс. руб. 



И тогда окончательно приведенные затраты на схему варианта 2 будут равны:



З2 = 0,12·68698 + 6444,428 = 14688,188 тыс. руб.



Сравним приведенные затраты для схем 1 и 2



З1 = 22889,86 тыс. руб.. З2 = 14688,188 тыс. руб.



Оценим эту разницу в %: ε = (22889,86 – 14688,188) ·100% /22889,86 = 36%

Т.о. схема 2 обходится значительно дешевле, нежели схема 1, поэтому по технико-экономическим показателям наиболее рациональным вариантом схематического исполнения электропередачи является вариант 2 и весь дальнейший расчёт ведётся именно для этого варианта.




 Q′′сис

Xт

Zл1

Qc1`

Qc1``

Zл2

Qc2``

Qc2`



Qр

Xт2

Xтн2

U1

U2

Pг, Qг

P0, Q0

P′′л1,Q′′л1

P2, Q2

Pат, 

Qат

P′ат, 

Q′ат

Pнн, Qнн

PатС, QатС

P′нн, Q′нн

KатН

KатC

Pсис, Qсис

U′2

UСН

Uнн

Kт

ΔРк1/2

ΔРк1/2

ΔРк2/2

ΔРк2/2

P′сис, Q′сис

P′л2, Q′л2

P′л1,Q′л1

Uсис

Рис 2.3 Схема замещения электропередачи.



Рассчитаем параметры схемы замещения.

Линия 13АС 330/43. 

Сопротивления на одну цепь:



Rл1 = КR∙ℓ∙r0 = [1 – (0,664)2/3]∙630∙0,029 = 15,58 Ом

Xл1 = КХ∙ℓ∙x0 =[1 – (0,664)2/6]∙630∙0,308 = 179,78 Ом

Вл1 = КВ∙ℓ∙b0 =[1 + (0,664)2/12]∙630∙3,6∙10–6 = 2,351 ∙10–3 См

Где 0,664 = β0∙ℓ , где ℓ = 630 км и

		

		

		Линия 23АС 330/43. 

		Сопротивления на одну цепь:

		

Rл1 = КR∙ℓ∙r0 = [1 – (0,443)2/3]∙420∙0,029 = 11,38 Ом

Xл1 = КХ∙ℓ∙x0 =[1 – (0,443)2/6]∙420∙0,308 = 125,13 Ом

Вл1 = КВ∙ℓ∙b0 =[1 + (0,443)2/12]∙420∙3,6∙10–6 = 1,537∙10–3 См

Где 0,443 = β0∙ℓ , где ℓ = 420 км.


3. Расчёт нормальных, послеаварийного и особых режимов электропередачи



















Произведём расчёт линии 2.



 




Произведём проверку режима:



	UННдопmin = 10,45кВ <UНН = 10,46 кВ < UННдопmax =11,55кВ

	UСНmax = 195,5≤ UСН = 228,731≤ UСНдопmax = 264,5кВ

	UГдопmin =14,96 кВ < Uг = 15,104 кВ < UГдопmax =16,54 кВ

	 cosφг = 0,956 > cosφгном = 0,85

	kз1 = 124,5 % >20% ; kз2 = 197,49 % >20%

kз1 = (Рпр1 – Р0)/ Р0 = (U1∙U2/Xл1 – Р0)/Р0 = (525∙515/89,89 – 1340)/1340 = 124,5 %

kз2 = (Рпр2– Р0)/ Р0 = (U2∙Uсис/Xл2– Рсис)/Рсис = (515∙492,533/125,13– 681,421)/681,421 = 197,49 %



Расчёт режима наименьшей передаваемой мощности



По условию в данном режиме, мощности, передаваемые по линиям, составляют 30 % номинальных. Поэтому в режиме НМ отключена одна из цепей на головной ВЛ, одна из групп АОДЦТН 167000/500/220 на промежуточной подстанции, один блок на ГЭС и устройства УПК.














С целью поднятия напряжения на шинах ГЭС и подстанции предусмотрена установка двух групп реакторов 3xРОДЦ – 60/500 в начале головной линии и одной группы в конце.

В данном режиме U1 = 500 кВ.

Зададимся напряжением: U2 = 500 кВ и произведём расчёт режима НМ.












Произведём расчёт линии 2.



Учитывая посадку напряжения на шинах системы, устанавливаем группу реакторов 3хРОДЦ – 60/500.






Произведём проверку режима



1) UННдопmin = 10,45кВ <UНН = 10,869 кВ < UННдопmax = 11,55кВ

2) UСН = 195,5< UСНmax = 227,826<UСНдопmax = 264,5кВ

3) UГдопmin =14,96 кВ < Uг = 15,135 кВ < UГдопmax = 16,54 кВ

4) cosφг = 0,98 > cosφгном = 0,85

5) kз1 = 245,9 % >20%; kз2 = 838 %>20%

kз1 =(Рпр1 – Р0)/ Р0 = (U1∙U2/Xл1 – Р0)/Р0 =(500∙500/179,78 – 402)/402 = 245,9 %

kз2 = (Рпр2– Р0)/ Р0 =(U2∙Uсис/Xл2– Рсис)/Рсис=(500∙488,1/125,13 – 207,9)/207,9 = 838 %



Расчёт послеаварийного режима



В качестве послеаварийного режима рассматриваем отключение одной цепи линии Л-1.

При этом по линии Л-1 протекает мощность P0 = 1340 МВт, что больше натуральной мощности линии 500кВ (Pc=852,82МВт), поэтому принимаем напряжение в начале линии U1 = 1,05∙Uном = 525 кВ; учтём резерв и УПК.

Напряжение в конце линии Л-1 принимаем U2 = 490 кВ.























Для выработки необходимой реактивной мощности предусматривается установка двух СК типа КСВБ0-100-11.

В данном случае считаем, что вторая линия генерирует часть своей зарядной мощности на подстанцию, соответственно другая её часть поступает в систему.







Произведём проверку режима:



1) UННдопmin = 10,45кВ <UНН = 10,524 кВ < UННдопmax=11,55кВ

2) UСН = 195,5 кВ < UСН = 231,364 кВ < UСНдопmax= 264,5кВ

3) UГдопmin=14,96 кВ < Uг = 16,04 кВ < UГдопmax=16,54 кВ

4) cosφгном = 0,961 > cosφгном = 0,85

5) kз1=64,27 % >20 %; kз2=509%>20%




kз1 =(Рпр1 – Р0)/ Р0 = (U1∙U2/Xл1 – Р0)/Р0 =(525∙490/87 –1800)/1800 = 64,27 %

kз2 = (Рпр2– Р0)/ Р0 =(U2∙Uсис/Xл2– Рсис)/Рсис=(490∙481,88/66,82 – 580)/580 = 509 %



Рассчитанные основные рабочие режимы электропередачи требуют установки 

УПК 40%, двух синхронных компенсаторов типа КСВБ0-100-11, одной группы реакторов 3∙РОДЦ – 60 в начале линии 1 и трёх групп реакторов 3∙РОДЦ – 60 в начале линии 2



Расчёт режима синхронизации на шинах промежуточной подстанции





U1

P′л1,Q′л1

Pл2, Q′л2

P′′л2, Q′′л2

Pсис, Qсис

P′′л1,Q′′л1

P0, Q0

Pг, Qг

U2

U1

Zл2

Zл1

Xт











ΔРк2/2

Kт

Qр

Qc2`

Qc2``

Qc1``

Qc1`



ΔРк1/2

ΔРк1/2

Pат, Qат





XатВ



P′ат, Q′ат



Uнн

UСН

U′2

KатC

KатН

XатН





P′ат, Q′ат

PатС, QатС

Pнн, Qнн



Рис 3.1 Схема замещения электропередачи в режиме синхронизации на шинах промежуточной подстанции



В этом случае линия головного участка электропередачи включена со стороны станции и отключена со стороны промежуточной подстанции. При этом приемная подстанция питается от приемной системы по второму участку электропередачи. Напряжение на шинах подстанции определяется обычным путем, исходя из того, что синхронизация осуществляется в режиме максимальных нагрузок.

Рассчитаем участок электропередачи система – промежуточная подстанция.

Параметры схемы замещения :





Принимаем Рсистемы = 1,05∙Рп/ст = 1,05∙1100 = 1155 МВт, Uсис = 510 кВ

Р′′л2 = Рсистемы – ΔРк2/2 = 1155 – 6,3/2 = 1151,85 МВт

Q′′л2 = Q′′з2/2 = Uсис2∙Y2/2 = 474,42 Мвар 



Определим значение Q′′л2, при котором U2 будет не более 500 кВ.



Q′′л2 = [(Uсис – U2)∙ Uсис – Р′′л2∙R2]/X2 = [(510 – 500)∙510 – 1151,85∙7,015]/66,82 

Q′′л2 = – 44,6 Мвар



Устанавливаем в конце второй линии три группы реакторов 3∙РОДЦ – 60 общей мощностью 3∙180∙( Uсис/525)2 = 509,58 Мвар

Q′′л2 = 474,42 – 509,58 = – 35,58 Мвар

Р′л2 = Р′′л2 – [Р′′л22 + Q′′л22]∙ R2/ Uсис2 = 1151,85 – [1151,852 + 35,582]∙ 7,015/ 5102

Р′л2 = 1116 МВт

Q′л2 = Q′′л2 – [Р′′л22 + Q′′л22]∙ Х2/ Uсис2 = –35,58 – [1151,852 + 35,582]∙ 66,82/ 5102 

Q′л2 = – 376,75

U2 = Uсис – ( Р′′л2∙R2+ Q′′л2∙X2)/ Uсис = 510 – (1151,85 ∙7,015– 35,58 ∙66,82)/510

U2 = 498,86 кВ.



Далее проверим напряжения на НН и СН подстанции.



Рат = Р′л2 – ΔРк2/2 = 1116 – 6,3/2 = 1112,85 МВт 

Qат = Q′л2 + U22∙Y2/2 = – 376,75 + 498,822∙3, 648∙10-3/2 = 77,1 Мвар









Оставшийся дефицит реактивной мощности покрывают два синхронных компенсатора установленных ранее по условию работы электропередачи в режиме наибольших нагрузок.

Uнн = 11,045 < Umaxск = 11,55 кВ. 

Следовательно, режим допустим.

Теперь рассчитаем первый участок электропередачи. 

Вторая цепь линии Л-1 отключена, на ГЭС в работе 1 генератор и 1 блочный трансформатор.

Для синхронизации необходимо чтобы напряжения на отключённом конце головного участка и на шинах промежуточной подстанции были равны.



U2 = 498,86 кВ.

U2 = U1/cos(β0∙L) = 525/ cos(1,052∙10–3∙500∙180/3,14) = 607,15 кВ



Для уменьшения напряжения на открытом конце головного участка ставим реакторы в конце головной линии.

Определим необходимое количество этих реакторов:



 



Т. о. устанавливаем две группы реакторов 3∙РОДЦ – 60.

Тогда






Что равно напряжению на шинах промежуточной подстанции, питающейся от системы.

Определим возможность существования такого режима для генератора.

 а) ЛЭП – 1 





Qр= 2∙180∙ (U2хх/525) 2 = 2∙180∙ (497,868/525) 2 = 323,75 Мвар

Q′′л1 = Qр – U2хх2∙Y1/2 = 323,75 – 497,8682∙1,862∙10–3/2 = 92,98 Мвар

Q′л1 = Q′′л1 + Q′′л12∙Х1/ U2хх2 = 92,28 + 92,282∙145/ 497,8682 = 97,26 Мвар

Qл1 = Q′л1 – U12∙Y1/2 = 97,26 – 5252∙1,862∙10–3/2 = –159,35 Мвар



Для уменьшения Uг ставим в начале головной линии одну группу реакторов 3∙РОДЦ – 60 общей мощностью в 180 Мвар.

Тогда Qл1 = –159,35 + 180 = 20,65 Мвар.





Qг = Qл1 + Qл12∙Хт1/ U12 = 20,65 + 20,652∙61,3/5252 = 20,745 Мвар







Iг = 0,764 кА < Iг ном = 10,997 кА 



Исследуем возможность самовозбуждения генератора.



Хс = 1/[j∙Y1/2] = 1/[ j∙1,862∙10–3/2] = – j∙1074,11 Ом

Хр = j∙ Uном2/Qр = j∙ 5252/180 = j∙1531,25 Ом 

Х1 = Zл1+Хс∙Хр/(Хс+Хр)= 9,08+ j∙145– j∙1074,11∙ j∙1531,25/(–j∙1074,11+j∙1531,25) 

Х1 = 9,08 – j∙819,26 Ом

Zвнеш=Хс∙Х1/(Хс+Х1) = – j∙1074,11∙[9,08–j∙819,26] /(– j∙1074,11+ 9,08– j∙819,26)

Zвнеш = 0,511 – j∙819,26 Ом

Хd = Хd ∙Uном2/Sном + j∙Хт1= j∙1,31∙5002/353 + j∙61,3 = j 989 Ом



Zвн носит емкостной характер => возможно самовозбуждение генератора.

Т.к. Xd= 989 Ом < Xвн = 819,26 Ом, то рабочая точка попадает в зону самовозбуждения.

Для устранения самовозбуждения установим ещё одну группу реакторов

в начале головной линии.

Тогда Qл1 = –159,35 + 360 = 200,65 Мвар.



Qг = Qл1 + Qл12∙Хт1/ U12 = 200,65 + 200,65 2∙61,3/5252 = 209,6 Мвар





Напряжение генератора находится в допустимых пределах.





Iг =8,04 кА < Iг ном = 10,997 кА 



Следовательно, генератор не перегружен по току. Исследуем возможность самовозбуждения генератора.



Хс = 1/[j∙Y1/2] = 1/[ j∙1,862∙10–3/2] = – j∙1074,11 Ом

Хр = j∙ Uном2/(2∙Qр) = j∙ 5252/360 = j∙765,625 Ом 

Х1 = Zл1+Хс∙Хр/(Хс+Хр)= 9,08+ j∙145– j∙1074,11∙ j∙1531,25/(–j∙1074,11+j∙765,625) 

Х1 = 9,08 + j∙2,811 Ом

Zвнеш=Хс∙Х1/(Хс+Х1)+j∙Хт1= – j∙1074,11∙[9,08 + j∙2,811] /(– j∙1074,11+ 9,08 + j∙2,811)

Zвнеш = 3,473 – j∙1738+ j∙61,3 = 0.511 – j∙1677

Хd = Хd ∙Uном2/Sном = 1,31∙5002/353 = 927,76 Ом



Zвн носит емкостной характер => возможно самовозбуждение генератора, но т.к. Xd = 989 <Xвн = 1677Ом, то рабочая точка не попадает в зону самовозбуждения.





Rвн

X





R

Xd

Xd`

Xq

I

II

III

Xвн

Рис.3.2 Зоны самовозбуждения генератора

Расчет режима синхронизации на шинах передающей станции



В этом случае линия, через которую осуществляется синхронизация, включена со стороны промежуточной подстанции и отключена со стороны ГЭС. 

Значения U2, PC, QC берем из предыдущего режима:



U2=497,87кВ, PC=559,3МВт, QC=10,56Мвар

U1хх = U2/cos(β0∙ℓ) = 498,86 /cos(1,052∙10–3∙500∙180/3,14) = 575,69 кВ. 



Необходимо, чтобы U1хх ≤ 525 кВ.

Для понижения напряжения на холостом конце головного участка ставим там реакторы. Yр = 180/5252 = 6,53∙10–4 См







Т. о . в начале головной линии устанавливаем одну группу реакторов 3∙РОДЦ – 60 общей мощностью в 180 Мвар.







Q′л1 = U1хх2∙Y1/2 – Qр = 519,712∙1,862∙10–3/2 – 180 = 71,46 Мвар 

Q′′л1 = Q′л1 – Q′л12∙Х1/U1хх2= 71,46 – 71,462∙145/ 519,712 = 68,72 Мвар 

Q2 = Q′′л1 + U22∙Y1/2 = 68,72 + 498,872∙1,862∙10–3/2 = 300,4 Мвар

Рпс = Рсис = 1112,85 МВт

Qсис = 77,1 Мвар

Qат = Q2 + Qсис = 300,4 + 77,1 = 377,5 Мвар

U′2 = U2 – Qат∙Хт2/ U2 = 498,87 – 377,5 ∙19,9/498,87 = 483,81 кВ

Uсн = U′2/Ктр = 483,81∙230/500 = 222,55 кВ

Q′ат = Qат – [Рсис 2 + Qат 2]∙ Хт2/ U22= 377,5 – [1112,85 2 + 377,5 2]∙19,9/ 498,872 

Q′ат = 267 Мвар

Q′нн = Q′ат – Qатс = 267 – 221,334 = 45,67 Мвар

Uнн = [U′2 – Q′нн ∙Хтн2/ U′2]∙11/500 = [483,81 – 45,67∙37,8/483,81]∙11/500 =10,56 кВ

Qнн = Q′нн – Хтн2∙(Q′нн/ U′2) 2 = 45,97 – 37,8∙(45,67/483,81)2 = 45,63 Мвар



Учтём, что у нас уже имеются синхронные компенсаторы КСВБ0-100-11. В данном режиме они будут потреблять реактивную мощность.

Таким образом, наиболее тяжелым режимом для СК является послеаварийный режим: необходимо установить 2xКСВБ-100-11.

Для обеспечения всех режимов необходимо установить 8 групп реакторов 8x3xРОДЦ-60/500.




4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ



В процессе проектирования электропередачи была выявлена необходимость установки дополнительных устройств:

Двух СК КСВБ-320/20, восьми групп реакторов 3хРОДЦ-60000/500

Учтём эти устройства при расчёте кап. вложений в электропередачу.



З = Ен· К + И 

К = К л1 + К л2 + КГЭС + КП/СТ

1) Кл1 = 2∙к0(500))· ℓ1 = 2∙63,5∙500 = 63500 тыс. руб.

2) Кл2 = 2∙к0(300))· ℓ2 = 2∙48,4∙450 = 43560 тыс. руб.

3) КГЭС = Корувн + Ктр + К пч

Корувн = 6·260 = 1560 тыс. руб.

Ктр = 4∙705 = 2820 тыс. руб.

Кпч = 4100 тыс. руб. 

КГЭС = 1560 + 2820+ 4100 = 8480 тыс. руб. 

4) КП/СТ = КОРУ ВН + КОРУ СН + КТР + К пч + ККУ

КОРУ ВН = 260∙6 =1560 тыс. руб.

КОРУ СН = 110∙12 =1320 тыс. руб.

КТР = 2∙1260 = 2520 тыс. руб.

К пч = 2800 тыс. руб.

ККУ = КР + КСК

ККУ = 380∙8 + 1150 = 4190 тыс. руб.

КП/СТ = 1560 + 1320 + 2520 + 2800 + 4190 = 12390 тыс. руб.

Тогда К = 63500 +43560+ 8480 + 12390 = 127930 тыс. руб.

И =И а.о.р. + И потери ээ

И а.о.р. = И а.о.р.вл + И а.о.р.ору вн ГЭС + И а.о.р.п/ст

И а.о.р.вл = 0,028·(63500 +43560) = 2997,7 тыс. руб.

И а.о.р. ГЭС = 0,078·8480 = 661,44 тыс. руб.

И а.о.р.п/ст = 0,084∙12390 = 1040,76 тыс. руб.

И а.о.р = 2997,7 + 661,44 + 1040,76 = 4699,9 тыс. руб. 

Ипотери ээ Σ = Ипотери ээ ВЛ + Ипотери ээ тр



1) Определим издержки на потери электроэнергии в линиях:

а) в линии 1: 



ΔWл1 = ΔР л1· τ л1 · α t, где α t, = 1 

ΔP л1= (S2мах/ U2ном )∙ 0,5Rл = 23472 /5002 ·5 = 110,17 МВт 

Wгод = 1,294∙107 МВт·ч

Тмах = Wгод/Рмах = 1,294∙107/2300 =5626 час.

τ л1= (0,124 + 5626/10000)2 ·8760 = 4129,6 час

ΔW л1= 110,17 · 4129,6 = 454950 МВт·ч

ΔWкор л1 = 2∙35∙500 = 35000 МВт·ч 

Ипотери ээ ВЛ1 = ЗI∙ΔWл1 + ЗII∙ΔWкор л1 = 2∙10-2∙454950+ 1,75∙10-2∙35000 = 



9711,5 тыс. руб.

б) в линии 2: 



ΔWл1 = ΔР л1· τ л1 · α t, где α t, = 1 

ΔP л1= (S2мах/ U2ном )∙ 0,5∙Rл = 12242 /5002 ·7,015 = 42,04 МВт 



Тмах = 5626 час.

τ л2= 4129,6 час

ΔW л1= 42,04 · 4129,6 = 173608 МВт·ч

ΔWкор л1 = 2∙60∙450 = 54000 МВт·ч 

ЗI = 2 коп/(кВт∙час), ЗII = 1,75 коп/(кВт∙час)

Ипотери ээ ВЛ2 = ЗI∙ΔWл1 + ЗII∙ΔWкор л1 = 2∙10-2∙173608+ 1,75∙10-2∙54000 = 

4417,2 тыс. руб.

Тогда Ипотери ээ ВЛ = Ипотери ээ ВЛ1 + Ипотери ээ ВЛ2 =9711,5 + 4417,2 =14128,66 тыс. руб.



2)Определим издержки на потери энергии в трансформаторах

а) в трансформаторах ГЭС 500/10:



Ипотери ээ тр ГЭС = ЗI∙ΔР к.з(Sнг.мах./Sном.т)2.τ т + ЗII∙ΔР х.х ·8760 

Ипотери ээ тр ГЭС = 2∙10-2∙1/4∙0,121(2346./1251)2∙4129,6 + 1,75∙10-2∙4∙0,42 ·8760 =266,33 тыс. руб.



б) в трансформаторах промежуточной подстанции 500/220/10:



Ипотери ээ тр п/ст = ЗI∙ΔР к.з(Sнг.мах./Sном.т)2.τ т + ЗII∙ΔР х.х ·8760 

Ипотери ээ тр п/ст = 2∙10-2∙1/6∙0,49∙(1122,45./1602)2∙4129,6 + 1,75∙10-2∙6∙0,15 ·8760 =141,28 тыс. руб. 

Ипотери ээ тр = Ипотери ээ тр ГЭС + Ипотери ээ тр п/ст = 266,33 + 141,28 = 407,61 тыс. руб. 

Ипотери ээ Σ = Ипотери ээ ВЛ + Ипотери ээ тр = 14128,66 + 407,61 = 14536,27 тыс. руб.

И∑ = И∑а.о.р.+ И∑потери ээ

И∑ = 4699,9 + 14536,27 = 19236,2 тыс. руб. 



И тогда окончательно приведенные затраты на схему варианта 2 будут равны:



З = Ен· К + И 

З = 0,12· 127930+ 19236,2 = 34587,8 тыс. руб. 



Найдём себестоимость передачи электрической энергии сети: 



С = И /Wгод 

С = 19236,2 /1,294∙107 = 1,5 руб./МВт·ч = 0,15 коп/кВт∙ч 


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



1. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1986 – 648 с.: ил. М.:Энергоатомиздат, 1987.

2. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов– 4-е изд., перераб. и доп. – М.: – Энергоатомиздат, 1989 – 608 с.: ил.

3. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/В. В. Ершевич, А. Н. Зейлингер, Г. А. Илларионов и др.; Под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985 – 352 с. 

4.Веников В.А.,Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи переменного и постоянного тока.– М.: Энергоатомиздат, 1985.–272 с.

5.Режимы дальних электропередач в примерах/Зарудский Г.К., Путятин Е.В.,

Рокотян И.С. и др.: Ред. Ю.П.Рыжов.–М.: Моск.энерг.ин-т, 1985.–180 с.