Обоснование главных электрических схем распределительных устройств на электрических станциях и подстанциях

Выбор сечения проводников ВЛ производится по экономической плотности тока:

Сечение проводника определяется по формуле:

Iнорм

                                                                       ^F_расч = ,                                         (3.1)

jэк где  I_норм – длительный рабочий ток нормального режима (без перегрузок), А;

j_эк – нормированная экономическая плотность тока, А/мм² [5, табл. 3.1].

Сечение, найденное по табл. 3.1, округляется. При этом принимается ближайшее меньшее сечение, если оно не отличается от расчётного значения больше чем на 15 %.

Выбранные по экономической плотности тока проводники проверяются:

–  по длительно допустимому току из условий нагрева

                                                                              I_раб.max ≤ ^I_доп,                                    (3.2) где ^I_раб.max – максимальный рабочий ток;

            I_доп – длительно допустимый ток выбранного проводника.

–  по длительно допустимому току для послеаварийного режима

                                                                           I_п.ав ≤ I_доп;                                           (3.3)

–  по короне.

3.2. Расчет режимов электрической сети

При расчёте режимов электрической сети определяют напряжения во всех узлах сети, в результате чего могут быть сделаны выводы о возможности работы потребителей с полученными напряжениями. Для расчета используем следующие формулы:

                                                                  ^S_n^' = ^S_n−1 + Δ^S_i ,                                       (3.4)

где  S_n−1 – мощность конца участка;

           ΔS_i – потери мощности на рассматриваемом участке.

                                                  Sⁱ2 ⋅(R_i + jX_i ) = Pⁱ2 ₂+Qⁱ2 ⋅Z_i ,                            (3.5)

                               ΔS_i =    ₂

                                              U_ном                                        U ном где R_i , Χ_i – сопротивления линии на рассматриваемом участке.

На втором этапе по известным данным режима начала высоковольтной ЛЭП (S_н, U_н) определяем напряжения во всех узлах электрической сети по следующим формулам:

                                                           U n−1 = Un − ΔU n ,                                       (3.6) где  U _n – напряжение в начале участка рассматриваемой сети; ΔU_n – продольная составляющая падения напряжения:

Pⁿ ⋅ Rⁱ + Qⁿ ⋅ Χⁱ

                                                         ΔU _n = .                              (3.7)

U _n

Пример 3.1

На подстанции (рис. 1) установлено два трансформатора типа ТДТН 40000/220 с номинальными напряжениями обмоток

230/38,5/11 кВ. Сопротивление обмоток: Z₃₀ = 3,6+ j165 Ом; Z₀₄ = 3,6+ j0 Ом; Z₀₅ = 3,6+ j125 Ом  [6, табл. 1.7]. Потери мощности холостого хода: ΔP_х= 54 кВт, ΔQ_x = 440 квар. К подстанции подходят две линии  напряжением 220 кВ, длиной l = 50 км каждая. Потерями мощности на корону пренебрегаем. Нагрузка на шинах среднего напряжения S₄ = 20+ j15 МВА а на шинах низшего напряжения S₅ = 24 + j8 МВА. Время использования наибольшей нагрузки 4700 ч.

Решение

1. Схема замещения электрической сети (рис. 1) приведена на рис. 3.1. 

Определим ток:

Sрасч

I_норм =,

3⋅Uном ⋅nл где S_расч – расчетная мощность нагрузки; n_л – число линий.

(20+ 24)² + (15+8)² ⋅10³

Iнорм == 63А.

3⋅230⋅2

Рис. 3. 1. Схема замещения электрической сети

Выберем сечение воздушной линии по экономической плотности тока: 

              j_эк =1,¹А   ₂ – экономическая плотность тока для Т_maх=4700 ч мм

[5, табл. 3.1]. 

                                                                                     Iнорм        63               ₂

                                                                 Fрасч =         =     = 57 мм .

                                                                                        jэк         1,1

Принимаем сечение провода АС–70/11с длительно допустимым током Й_доп = 265 А [5, прил. табл.1.2].

Выполняем проверку по допустимому току по формуле (3.2):

63 А ≤ 265 А

В послеаварийном режиме:

Sрасч

                                                                 Iп.ав =                          ,

3⋅^U_ном ⋅(n −1)

(20 + 24)2 + (15+ 8)2 ⋅103

I_п.ав ==125,5 А;

3⋅230⋅(2 −1)

125,5 А ≤ 265 А.

По условию короны сечение провода для линий напряжением 220 кВ принимается  240 мм².

Следовательно, принимаем к установке воздушную линию сечением АС-240/32 с Й_доп = 605 А.

2. Произведем расчет режимов для электрической сети (рисунок 1), схема замещения которой приведена на рис. 3.1.

Требуется определить расчётную нагрузку подстанции и затем по известному напряжению на шинах высшего напряжения найти напряжения на средней и низкой сторонах подстанции.

По формуле (3.4) находим потери мощности в обмотках среднего и  низшего напряжения:

 МВ·А;

 МВ·А.

Определяем мощности в начале обмоток среднего и низкого напряжений:

                                                           S _NI = S_N + ΔS_i ,                                 (3.8)

S₀₄ = 20+ j15+ 0,02 + j0 = 20,02 + j15 МВ·А;

S₀₅ = 24 + j8+ 0,04 + j2,59 = 24,04 + j10,59 МВ·А;

Мощность в конце обмотки высшего напряжения S₀ = 20,02 + j15+ 24,04 + j10,59 = 44,06+ j25,59 МВ·А.

Потери мощности в обмотке высшего напряжения

 МВ·А.

Мощность в начале обмотки высшего напряжения по форму-

ле (3.4)

S₃₀ = 44,06+ j25,59 + 0,075+ j5,58 = 44,14 + j31,17 МВ·А.

Учтём потери холостого хода

S₂₃ = S₃₀ + ΔP_x + jQ_x = 44,14 + j31,17 + 0,054 + j0,44 =

= 44,19 + j31,6 МВ⋅А.

Найдём зарядную мощность одной линии, подключаемую к данной подстанции:

                                                      Q_с =U_ном² ⋅ ^{b0 ⋅l} ,                                 (3.9)

2

где b₀ – удельная реактивная проводимость, зависящая от сечения линии и напряжения, примем b₀ = 2,6⋅10⁻⁶ См/км [5, табл.1.2]:

Q_с  Мвар.

Определяем расчётную нагрузку подстанции:

S_р = 44,19 + j31,6− j3,146⋅2 = 44,19 + j25,31 МВА.

По условию нам задано напряжение на  шинах подстанции, равное