Файл: Расчеты и анализ режимов работы сетей учеб. пособие.pdf

Глава пятая

ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Проектирование вновь сооружаемой электрической сети задача комплексная, предполагающая решение технических и экономических вопросов применительно к исходным дан­ ным, определяемым техническим заданием на разработку проекта.

В техническом задании на проектирование обычно при­ водятся мощности нагрузок с указанием состава потреби­ телей по категориям надежности их электроснабжения, наиболее характерные суточные графики нагрузок или время использования наибольшей нагрузки в году, вторич­ ное напряжение подстанций, их расположение относительно

случаев задание на проектирование содержит указания о целесообразности применения тех или иных средств управ­ ления режимами сети в связи с наличием в существующей системе определенных автоматических управляющих уст­ ройств и систем.

В процессе проектирования на основании исходных данных, имеющихся в техническом задании, выбирается номинальное напряжение, рациональная схема сети, сече­ ния проводов и кабелей линий, образующих сеть; опреде­ ляется мощность и число трансформаторов или автотранс­ форматоров на подстанциях; разрабатываются схемы их электрических соединений; оценивается необходимость уста­ новки на подстанциях источников реактивной мощности и их наиболее экономичное размещение; определяются средства регулирования напряжения.

В настоящее время в практике проектирования электри­ ческих сетей применяется метод вариантного сопоставления на основе определения приведенных затрат. Предполагае­ мые варианты сооружения сети могут отличаться номиналь­ ным напряжением, конфигурацией схемы, иметь разную надежность электроснабжения потребителей в тех случаях, когда это возможно, но должны быть технически осущест­ вимы и удовлетворять необходимым требованиям. Только такие варианты электрической сети подлежат дальнейшему экономическому анализу с целью выявления наиболее ра­ ционального из них, причем критерием для оценки наиболее целесообразного варианта является минимум приведенных

180

затрат. Если же различие в приведенных затратах сопостав­ ляемых вариантов лежит в пределах точности задания исход­ ных данных, то для окончательного решения принимаются во внимание дополнительные характеристики вариантов, а именно условия эксплуатации сети, возможность ее даль­ нейшего развития, наличие среди вариантов сети с более высоким номинальным напряжением, необходимые сред­ ства регулирования напряжения, наиболее простая воз­ можность введения дополнительных средств автоматизации сети и многое другое.

Большая часть задач этой главы посвящена выявлению технических характеристик возможных вариантов исполне­ ния сети. Здесь рассмотрен выбор сечений проводов воздуш­ ных линий по условиям экономичности с последующей проверкой по нагреву, исключению общей короны проводов и радиопомех, механической прочности, потерям напряже­ ния и другим показателям.

Сечения проводов линий электросетей при номинальном напряжении не выше 220 кВ выбираются по нормированной экономической плотности тока. Рекомендуемые в настоящее время величины /эк (А/мм2) приведены в [Л. 11].

Экономически целесообразное сечение проводов

где /нб — ток, А, протекающий по проводам линии в нор­ мальном режиме наибольших нагрузок.

Дальнейший ход выбора сечения проводов предусматри­ вает округление найденных значений сечений до ближай­ ших стандартных [Л. 11], проверку по условиям возникно­ вения общей короны [Л. 14] и нагреву проводов в послеаварийном режиме, а также изменение принятых сечений, если эти условия не удовлетворяются. Значения длительно допу­ стимых по нагреву токовых нагрузок на провода /д, А, приведены в [Л. 11].

Для электропередачи напряжением 330 кВ и выше эко­ номическая плотность не нормируется, а выбор экономиче­ ского сечения проводов выполняется на основе метода экономических интервалов.

Сечения проводников местных сетей выбираются по допу­ скаемой потере напряжения при тех или иных дополни­ тельных условиях. Если в качестве дополнительного усло­ вия принято требование равенства сечения проводников на

181

всех участках линии, то

где р — удельное сопротивление проводника, Ом-мм2/км; AUa доп — допускаемая потеря напряжения в активном сопротивлении линии; Р,-,/г — соответственно активная мощ­ ность и длина г'-ro участка линии.

При допускаемой величине потерь напряжения Д£/доп в линии

А Н Йдоп = А6/д011 - А и г (F );

где л:0з — погонное индуктивное сопротивление линии, ко­ торое задают одинаковым для всех участков; Qt — реактив­ ная мощность г-го участка линии.

Когда дополнительному условию соответствует требова­ ние равенства плотности тока на всех участках линии, ее

Еще одним дополнительным условием, устраняющим неопределенность при выборе сечения проводников, может служить требование минимального расхода материала на сооружение линии. В этих условиях сечение последнего

п-го участка линии определяется по формуле

р= __I УРп

пДU. а доп^ном i = i Pi,

асечения остальных участков находятся на основании соот­ ношения

В рассмотренных случаях дальнейший ход расчетов пре­ дусматривает округление найденных значений сечений до ближайших стандартных и проверку соответствия действи­ тельной и допускаемой величин потерь напряжения. Сече-

182

ние кабельных линий, у которых принимается х0 — О, выбирается непосредственно по величине допускаемой потери напряжения Л£/доп. В ряде задач этой главы совместно решается проблема выбора сечения кабелей и защиты их плавкими предохранителями. Кабели электрических сетей, как и провода, проверяются при проектировании на нагрев. В условиях такой проверки максимальные рабочие токи /макс р линий сопоставляются с допускаемыми токами на нагрев /д для проводников, выбранных предварительно по условиям экономической эффективности или по допускае­ мой потере напряжения. Выбранное сечение считается удовлетворяющим условиям нагрева в установившемся ре­ жиме работы, если удовлетворяется условие

^макс. р^=Уд-

При этом допускаемый ток на нагрев для кабелей опре­ деляется с учетом поправок на число работающих кабелей, находящихся рядом в земле, на температуру земли и воз­ можную перегрузку во время ликвидации аварии.

Расчетные рабочие и пусковые токи линии, имеющей п нагрузок, характеризуемых коэффициентом одновремен­ ности т, определяются по формулам

П

Последнее равенство предполагает, что пускается лишь один двигатель с наибольшим пусковым током, в то время как остальная часть нагрузки работает в установившемся режиме. Расчетный рабочий ток двигателей определяется по его номинальной мощности Р ном, к. п. д. ц, коэффициенту мощности cos ср и коэффициенту загрузки k3:

J __ ____Рцом^з____

РномЦ COS ф

Предохранители с номинальными токами /ном плавких вставок обеспечат нормальную бесперебойную работу за­ щищаемой линии, если будет соблюдено условие

^ном ^макс. р-

Вторым критерием выбора плавких вставок предохра­ нителей являются условия пуска двигателей, которому соответствуют неравенства:

183

Несколько задач главы связаны с механическим расчетом воздушных линий, являющимся неотъемлемой частью про­ ектирования сети.

Здесь имеются примеры выбора мощности трансформато­ ров понижающих подстанций при учете имеющегося перед­ вижного резерва в системе и при отсутствии его. В приме­ рах, посвященных экономически целесообразному размеще­ нию источников реактивной мощности на подстанциях, ис­ пользованы рекомендации [Л. 2, 3]. В соответствии с этими рекомендациями суммарная мощность дополнительных ис­ точников реактивной мощности QK2 равна величине неба­ ланса реактивной мощности в сети. Если источники реак­

где m — коэффициент одновременности.

Задача определения экономически целесообразного раз­ мещения источников реактивной мощности на подстанциях сети требует отыскания минимума приведенных затрат, связанных с включением в сеть этих источников.

Применительно к радиальным сетям с одной нагрузкой в конце каждой линии минимуму приведенных затрат соот­

где г,- — активное сопротивление линии, питающей под­ станцию i\ Qh хi — соответственно реактивная мощность и

184

время наибольших потерь г-й подстанции; Гу, Q y, ху — ве­ личины, аналогичные указанным выше, относящиеся к /-й подстанции.

Существование баланса реактивной мощности или необ­ ходимость в дополнительных источниках для обеспечения его в задачах главы устанавливается на основе приближен­ ных оценок возможных составляющих баланса реактивной мощности. Так, располагаемая реактивная мощность гене­ раторов находится по номинальному коэффициенту мощ­ ности и выдаваемой активной мощности, равной суммарной величине нагрузок и потерь активной мощности в сети:

Q r == РV фг. ном-

Источниками реактивной мощности служат батареи кон­ денсаторов QKи синхронные компенсаторы Qc к. Поступаю­ щая в сеть реактивная мощность Qs = Qr + Q K + Qc. к +

+Q c, где Q c — мощность, генерируемая линиями.

Потребляемая в сети реактивная мощность складывается из мощности нагрузок QH= Р н tg фн и потерь в элементах сети — линиях AQj,, трансформаторах AQT и автотрансфор­ маторах AQaT:

ПО кВ синхронных компенсаторов и автотрансформаторов суммарная мощность батарей конденсаторов

П

При решении задач, связанных с экономической оцен­ кой вариантов исполнения сети, использованы указания [Л. 2, 3, 4] и стоимостные показатели оборудования элект­ рических сетей, имеющиеся в [Л. 11].

183