Файл: Изм. Лист докум. Подпись Дата Лист 2 кп. 45. 13. 03. 02. 07 Пз содержание.pdf

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
42
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Результаты расчетов суммарного недоотпуска электроэнергии при отказе выключателей схемы 110-7 указаны в таблице 4.12
Таблица 4.12 – Суммарный недоотпуск электроэнергии при отказе выключателя во всех состояниях схемы
Выключатель
Q1
Q2
Q3
Q4
Итого
Значение
, тыс кВтч/год
0,0098 0,0099 0,0109 0,0109 0,041
Для окончательного выбора схемы РУ 110 кВ сравним результаты расчѐтов их надежности. В таблице 4.13 представлены сравнительные параметры схем: общее число выключателей, суммарное число операций выключателями в год, вероятный недоотпуск электроэнергии.
Таблица 4.13 – Сопоставление результатов расчѐта для выбора главной схемы
Показатель
Наименование схемы
110-5Н
110-7
Количество выключателей
3 4
Суммарное число операций выключателями,
1/год
56,236 22,231
Вероятный недоотпуск электроэнергии, тыс.кВтч/год
22,231 0,041
По результатам сравнения, наиболее приемлемым вариантом для дальнейшего рассмотрения является схема 110–7 «Четырехугольник»
4.2 Выбор схемы соединения ветроустановок
Для выбора схемы соединения ВЭУ необходимо произвести анализ действующих ветропарков морского базирования. Как показывает зарубежный опыт, электрическая схема соединения установок может быть представлена в радиальном и кольцевом виде (рисунок 4.3). В таблице 4.14 представлено процентное соотношение применения двух вариантов соединения ветроустановок среди всех европейских оффшорных ветропарков.

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
43
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Таблица 4.14 – Распределение использование радиального и кольцевого варианта соединения ВЭУ
Тип соединения ветроустановок
% от общего числа
Радиальный
60,5
Кольцевой
39,5
Рисунок 4.3 – Пример использования радиального и кольцевого соединения ВЭУ
Радиальная схема является самых простых вариантов соединения ветроустановок. Агрегаты от оффшорной ПС последовательно подключены к одному кабельному фидеру, образуя единый ряд. Максимальное количество ветровых турбин в одном ряду зависит от мощности генераторов и пропускной способностью кабеля.
Преимуществом данного варианта схемы является простота управления, а также низкая стоимость, так как, поперечное сечение кабеля уменьшается при его удалении от первой ВЭУ в ряду к конечной. Основной недостаток радиальной схемы соединения, низкая надежность, объясняемая тем, что при неисправности кабеля, все установки, стоящие ниже точки повреждения теряют связь с ПС.
Кольцевой вариант соединения представляется более надежным, так как связь каждой ВЭУ с подстанцией осуществляется по двум путям. Помимо преимущества в надежности, потери мощности в кольцевом варианте схемы ниже, чем в радиальном, примерно на 18%. Из негативных факторов использования данной схемы соединения, стоит отметить высокую стоимость капитальных затрат, связанную с тем, что сечение кабеля выбирается, исходя, из суммарной мощности установок, входящих в
«кольцо»[19].
Основными критериями при выборе схемы соединения проектируемой ВЭС будут являться сумма капитальных вложений, которая будет определяться длиной кабельных трас, а также надежность обоих вариантов соединения.

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
44
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
4.2.1 Определение максимального числа установок в одном блоке
В традиционных распределительных сетях экономически выгодно нагружать кабель до его технических пределов, чтобы его поперечное сечение было максимально допустимым. Данный подход позволяет снизить потери энергии, так как в кабелях с большим сечениям потери меньше. Соответственно, первоочередной задачей для вычисления максимально возможного сечения кабельной линии является определение наибольшего числа ВЭУ, входящих в ветвь.
Как правило, эксплуатация внутренних кабельных трас ветропарка осуществляется на среднем напряжении 35 кВт [20]. Для соединения ветроустановок будут применяться специализированные подводные кабели напряжением 35 кВ модели
«2XS2YRAA» производства компании «Nexans» [21]. Технические характеристики кабелей представлены в таблице 4.15.
Таблица 4.15 – Технические характеристики подводный кабелей «2XS2YRAA»
Сечение, мм2
Активное сопротивление,
Ом/км
Индуктивное сопротивление, мГн/км
Предельно допустимый ток, А
Ток КЗ, кА
50 0,49 0,39 196 7,1 70 0.34 0.37 240 10 95 0.25 0,35 287 13,6 120 0,2 0,34 325 17,1 150 0,16 0,33 364 21,4 185 0,13 0,32 408 26,5 240 0,1 0,3 475 34,3
Как видно из таблицы 4.14 максимальное сечение кабеля равно 240 мм
2
Соответственно, наибольшее число ветроустановок в одной ветви может быть определенно по следующему выражению:
(4.9) где
– поперечное сечение проводника для 1 установки
Величина номинального тока, протекающего от ветроустановки равна:

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
45
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
√
(4.10) где
– номинальная мощность ВЭУ
– номинальное напряжение линии
√
Тогда, согласно методу экономической плотности тока, поперечное сечение проводника равно:
(4.11) где
– номинальный ток, протекающий от ветрогенератора, А
– нормированное значение экономической плотности тока, А/мм
2
Для кабелей с медными жилами нормированное значение плотности тока равно
2,5 А/мм
2
Подставив найденную величину в (4.9) получим:
Соответственно, максимальное число установок, соединенных в одну ветвь, согласно проделанным расчѐтам, равно 13 4.2.2 Расчѐт надежности радиального варианта схемы соединения установок.
Расчѐт показателей надежности будет производиться аналогично методике, представленной в разделе 4.1
Показатели безотказности и ремонтопригодности элементов напряжением 35 кВ представлены в таблицах 4.16-4.19
Таблица 4.16 - Показатели безотказности и ремонтопригодности вакуумных выключателей 35 кВ
U
ном, кВ

в,
1/год
Т
в
, ч
Т
р
, ч

в,
1/год
a
в оп
а
в к
ст
в
а
35 0,01 26 10 0,14 0,003 0,005 0,1

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
46
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Таблица 4.17- Показатели безотказности и ремонтопригодности кабельных линий электропередачи напряжением 35 кВ
U
ном,
кВ
ω, 1/(год*100км)
Тв, ч
μ
тек
, 1/год
Т
тек
, ч
110 3,2 16 1
2
Таблица 4.18 - Показатели безотказности и ремонтопригодности силовых трансформаторов
U
ном,
кВ
ω, 1/год
Тв, ч
μ
кап
, 1/год
Т
кап
, ч
μ
тек
, 1/год
Т
тек
, ч
110 0,075 95 0,17 300 1
30
Таблица 4.19 - Показатели безотказности и ремонтопригодности сборных шин 35 кВ
U
ном,
кВ
ω, 1/год
Тв, ч
μ
тек
, 1/год
Т
тек
, ч
35 0,02 7
1 4
Рисунок 4.4 – Радиальный вариант соединения установок

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
47
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Таблица расчѐтных связей для радиального варианта схемы соединения установок представлена в приложении Б
Определим частоту отказов первого выключателя ωi радиальной схемы. Для этогонайдем количество операций выключателем за год N
оп по формуле (4.7)
(
)
∑
Число операций выключателей за год N
оп для остальных выключателей сведены в таблицу 4.20
Таблица 4.20 – Число операций выключателями для радиального варианта схемы соединения
Выключатель
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8-
Q9
Значение N
оп
4,238 4,241 4,205 4,217 4,272 4,243 4,114 4,128
Далее определяем расчетный параметр потока отказов ω
в.соб выключателя 1 по формуле (4.6)
Результаты расчета для остальных выключателей указаны в таблице 4.21
Таблица 4.21 – Расчетные параметры потока отказов ω
в.соб для выключателей радиального варианта схемы
Выключатель
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8-
Q9
Значение ω
в.соб
0,013 0,013 0,013 0,013 0,013 0,013 0,012 0,012
Определим значение вероятности нахождения элемента в плановом или восстановительном ремонте q р
по формуле (4.1)
Найдем вероятность нахождения радиальной схемы в нормальном (рабочем) состоянии для n ремонтных элементов, исходя из формулы (4.2)
∑

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
48
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
По заполненной таблице расчетных связей (Таблица А–1) найдем величину вероятного недоотпуска при отказе первого выключателя радиальной схемы, учитывая формулу (4.8)
∑(
)
Результаты расчетов суммарного недоотпуска электроэнергии при отказе выключателей радиальной схемы указаны в таблице 4.21
Таблица 4.22 – Суммарный недоотпуск электроэнергии при отказе выключателей во всех состояниях схемы
Выключатель
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Значение
, тыс кВтч/год
11,465 11,465 10,632 9,728 11,389
Продолжение таблицы 4.22
Q6
Q7
Q8
Q9
Итого
8,897 2,298 1,15 1,033 68,061 4.2.3 Расчѐт надежности кольцевого варианта схемы соединения установок.
Рисунок 2.6 – Кольцевой вариант соединения установок
Таблица расчѐтных связей для кольцевого варианта схемы соединения установок представлена в приложении Б

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
49
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Определим частоту отказов первого выключателя ωi радиальной схемы. Для этогонайдем количество операций выключателем за год N
оп по формуле (4.7)
(
)
∑
Число операций выключателей за год N
оп для остальных выключателей сведены в таблицу 4.23
Таблица 4.23 – Число операций выключателями для радиального варианта схемы соединения
Выключатель
Q1–Q2
Q3–Q4 Q5–Q6 Q7–Q8
Q9–
Q10
Q11–
Q12
Q13
Q14-
Q15
Значение N
оп
4,336 4,348 4,405 4,513 4,454 4,296 4,178 4,163
Далее определяем расчетный параметр потока отказов ω
в.соб выключателя 1 по формуле (4.6)
Результаты расчета для остальных выключателей указаны в таблице 4.24
Таблица 4.24 – Расчетные параметры потока отказов ω
в.соб для выключателей радиального варианта схемы
Выключатель
Q1–Q2
Q3–Q4 Q5–Q6 Q7–Q8
Q9–
Q10
Q11–
Q12
Q13
Q14-
Q15
Значение ω
в.соб
0,014 0,014 0,014 0,015 0,014 0,014 0,013 0,014
Определим значение вероятности нахождения элемента в плановом или восстановительном ремонте q р
по формуле (4.1)
Найдем вероятность нахождения кольцевой схемы в нормальном (рабочем) состоянии для n ремонтных элементов, исходя из формулы (4.2)
∑
По заполненной таблице расчетных связей (Таблица А–2) найдем величину вероятного недоотпуска при отказе первого выключателя кольцевой схемы, учитывая формулу (4.8)

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
50
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
∑(
)
Результаты расчетов суммарного недоотпуска электроэнергии при отказе выключателей радиальной схемы указаны в таблице 4.25.
Таблица 4.25 – Суммарный недоотпуск электроэнергии при отказе выключателей во всех состояниях схемы
Выключатель
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Значение
, тыс кВтч/год
0,0034 0,0037 0,0036 0,0038 0,0044 0,0045 0,0037 0,0037
Продолжение таблицы 4.25
Q9
Q10
Q11
Q12
Q13
Q14
Q15
Итого
0,0034 0,0031 0,0031 0,0031 0,0092 0,0093 0,0093 0,0718
Для окончательного выбора схемы соединения ветроустановок сравним результаты расчѐтов их надежности, а также стоимость кабельных трасс. В таблице
4.26 представлены сравнительные параметры схем: общее число выключателей, вероятный недоотпуск электроэнергии а также суммарная длина кабельных линий.
Таблица 4.26 – Сравнение основных технико-экономических показателей обоих вариантов схем соединения установок
Показатель
Наименование схемы
Радиальная
Кольцевая
Количество выключателей
9 15
Вероятный недоотпуск электроэнергии, тыс.кВтч/год
68,061 0,0718
Суммарная длина кабельных линий 35 кВ, м
34913 58175
Несмотря на более низкий недоотпуск электроэнергии кольцевого варианта схемы, количество выключателей и суммарная длина кабельных линий в ней значительно выше, в сравнении с радиальным вариантом схемы. Соответственно, для дальнейшего рассмотрения, будет принят радиальный вариант схемы соединения установок.