Выбор типа, числа и номинальной мощности трансформаторов понижающих подстанций

Учитывая, что к каждой из подстанций подключены потребители I категории, выбираем по 2 трансформатора на каждую подстанцию.

Определяем мощности потребителей:

Трансформаторы выбираем по формуле:

; исходя из условия: .

Коэффициенты загрузки трансформаторов для данных условий ( , h = 6 ч., ⁰С) находим из справочника, учитывая систему охлаждения и рассчитавая значение К₁ по формуле:

.

a) Подстанция ПС1:

(МВА).

Выбираем два автотрансформатора типа АТДЦТН-125000/220/110 с номинальной мощностью (МВА) каждый.

В режиме максимальных нагрузок имеем:

;

К_2.доп.с = 1.27;

.

В послеаварийном режиме:

;

К_2.доп.с = 1.5;

.

Выбранные трансформаторы подходят по условию перегрузок.

б) Подстанция ПС3:

(МВА).

Выбираем два трансформатора типа ТДН-16000/110 с номинальной мощностью (МВА) каждый.

В режиме максимальных нагрузок имеем:

;

К_2.доп.с = 1.34;

.

В послеаварийном режиме:

;

К_2.доп.с = 1.6;

.

Выбранные трансформаторы подходят по условию перегрузок.

в) Подстанция ПС2:

(МВА).

Выбираем два трансформатора типа ТРДН 25000/110 с номинальной мощностью 25 (МВА) каждый.

В режиме максимальных нагрузок имеем:

;

К_2.доп.с = 1.33;

.

В послеаварийном режиме:

;

К_2.доп.с = 1.5;

.

Выбранные трансформаторы подходят по условию перегрузок.

г) Подстанция ПС4:

(МВА).

Выбираем два трансформатора типа ТДН-16000/110 с номинальной мощностью (МВА) каждый.

В режиме максимальных нагрузок имеем:

;

К_2.доп.с = 1.34;

.

В послеаварийном режиме:

;

К_2.доп.с = 1.6;

.

Выбранные трансформаторы подходят по условию перегрузок.

Все данные о выбранных трансформаторах сведены в таблицу1.

Таблица 1

№ ПС	ТИП	Sном МВА	Uном, кВ	Uк, %
ВН	СН	НН	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
	АТДЦТН-125000/110
	ТРДН-25000/110			-		-	10.5	-
	ТДН- 16000/110			-		-	10.5	-
	ТДН-16000/110			-		-	10.5	-

Продолжение табл. 1

№ ПС	ТИП	ΔPк, кВт	ΔPх, кВт	Iх, %	RТ, Ом	XТ, Ом	ΔQx, кВар
ВН-СН	ВН-НН	СН-НН	ВН	СН	НН	ВН	СН	НН
	АТДЦТН-25000/110		-	-		0.5	0.55	0.48	3.2	59.2
	ТРДН-25000/110			0.7	2.54	55.9
	ТДН- 16000/110			0.7	4.38	86.7
	ТДН-16000/110			0.7	4.38	86.7

Рис. 1.3. Принципиальная схема сети для первого варианта.

Рис. 1.3. Принципиальная схема сети для второго варианта.

Расчет установившихся режимов работы, сравниваемых вариантов электрических сетей. Выбор сечений и марок проводов

Расчетные схемы и схемы замещения для рассматриваемых вариантов сети с учетом выбранных трансформаторов приведены в приложении 1 (рис. П.1.1 – рис.П.1.4).

1) Расчет потерь в трансформаторах на ПС2, ПС3 и ПС4:

ПС4: (МВА);

(МВт);

(Мвар);

(МВА);

ПС3: (МВА);

(МВт);

(Мвар);

(МВА);

ПС2: (МВА);

(МВт);

(Мвар);

(МВА);

2) Расчет радиальной схемы:

Линия ПС1 – ПС4:

Выбираем сечение линии между ПС1 и ПС4:

Ток, протекающий по одной цепи:

.

При T_МА = 4400 (ч), имеем: экономическое сечение определяется:

.

F_ЭК14 < F_мин.к. => выбираем минимальное сечение по короне для 110 кВ – 70 мм².

Из справочника выбираем провод марки АС 70/11.

Проверяем выбранный провод по нагреву (допустимый продолжительный ток) в послеаварийном режиме:

.

выбранный провод подходит по условию нагрева.

Параметры провода АС 70/11:

Для линии между ПС1 и ПС4 имеем:

Рассчитываем потокораспределение в данной линии:

(МВА);

(МВт);

(Мвар);

Линия ПС1 – ПС2:

Выбираем сечение линии между ПС1 и ПС2:

;

(МВА);

.

Для определения j_эк находим T_МА.ср.:

.

При T_МА = 5067 (ч), имеем: экономическое сечение определяется:

.

Из справочника выбираем ближайшее стандартное сечение (120 мм²) – провод марки
АС 120/19.

Проверяем выбранный провод по нагреву (допустимый продолжительный ток) в послеаварийном режиме:

.

выбранный провод подходит по условию нагрева.

Для линии между ПС1 и ПС2 имеем следующие параметры:

Рассчитываем потокораспределение в данной линии:

(МВА);

(МВт);

(Мвар);

Линия ПС2 – ПС3:

Выбираем сечение линии между ПС1 и ПС3:

.

При T_МА = 5400 (ч), имеем: экономическое сечение определяется:

.

F_ЭК13 < F_мин.к. => выбираем минимальное сечение по короне для 110 кВ – 70 мм².

Выбираем провод марки АС 70/11.

Проверяем выбранный провод по нагреву (допустимый продолжительный ток) в послеаварийном режиме:

.

выбранный провод подходит по условию нагрева.

Для линии между ПС2 и ПС3 имеем следующие параметры:

Рассчитываем потокораспределение в данной линии:

(МВА);

(МВт);

(Мвар);

Потери в АТ на ПС1:

Рассчитываем потери в автотрансформаторе на ПС1:

(МВт);

(Мвар);

(МВт);

(Мвар);

(МВА);

(МВт);

(Мвар);

Линия ПС1 – ПСА:

Выбираем сечение линии между ПС1 и ПСА:

Для определения j_эк находим T_МА.ср.:

При T_МА = 5014 (ч), имеем: экономическое сечение определяется:

F_ЭК1А < F_мин.к. => выбираем минимальное сечение по короне для 220 кВ – 240 мм².

Выбираем провод марки АС 240/32.

Проверяем выбранный провод по нагреву (допустимый продолжительный ток) в послеаварийном режиме:

выбранный провод подходит по условию нагрева.

Параметры провода АС 240/32:

Для линии между ПС1 и ПСA:

Рассчитываем потокораспределение в данной линии:

(МВт);

(Мвар);

1) Расчет кольцевой схемы:

Расчет линии между ПС1 и ПС4 аналогичен расчету для радиальной схемы. Провод марки АС 70/11, S_Л14 = 16.42+j5.537 МВА.

a) Приближенный расчет потокораспределения кольцевой части (ПС1 – ПС2 – ПС3):

Условно разрезаем схему по источнику питания (шины 110 кВ ПС1) и представляем кольцевую схему как линию с двухсторонним питанием (см. рис. 3):

Рис. 4. Представление кольцевой схемы в виде схемы с двухсторонним питанием.

Считаем, что сеть выполнена проводом одного и того же сечения. Рассчитываем потоки мощности , и :

Проверка по балансу мощности:

Определяем токи по участкам:

Для нахождения j_эк находим T_{МА.ср.2-4}:

При T_МА = 4883, имеем j_эк = 1.1 =>

Для линии между ПС1 и ПС3 выбираем ближайшее стандартное сечение – 95 мм². Выбираем провод марки АС 95/16 с параметрами:

Для линии между ПС1 и ПС2 сечение минимальное по короне – 150 мм².

Провод марки АС 150/24 (параметры указаны в расчете для радиальной схемы).

Для линии между ПС2 и ПС3 сечение минимальное по короне – 70 мм²

Провод марки АС 70/11 (параметры указаны в расчете для радиальной схемы).

Проверяем выбранные провода по допустимому току в послеаварийном режиме:

– обрыв линии между ПС1 и ПС3:

Рис. 5. Потокораспределение в «кольце»
при обрыве линии ПС1 – ПС3 .

=

= 48.82 (МВА);

(МВА);

– обрыв линии между ПС1 и ПС2:

Рис. 6. Потокораспределение в «кольце»
при обрыве линии ПС1 – ПС2 .

(МВА);

(МВА);

– обрыв линии между ПС2 и ПС3:

Рис. 7. Потокораспределение в «кольце»
при обрыве линии ПС2 – ПС3 .

(МВА);

(МВА);

(МВА);

Выбранные провода подходят по условию нагрева.

Рассчитываем параметры линий:

- для линии 1-2 имеем:

- для линии 1-3:

- для линии 1-2:

б) Уточненный расчет потокораспределения для кольцевой схемы:

Рис. 8. Схема замещения кольцевого участка сети.

(МВА);

(МВА);

Рассчитываем потокораспределение в линиях 1-2, 1-3, и 2-3. Точкой потокораздела является место подключения :

Рис. 9. Потокораспределение в кольцевом участке сети

при нормальном режиме работы.

Значения и – из уточненного расчета потокораспределения.

Линия ПС1 – ПС3:

(МВт);

(Мвар);

Линия ПС2 – ПС3:

(МВт);

(Мвар);

Линия ПС1 – ПС2:

(МВт);

(Мвар);

Потери в АТ на ПС1:

(МВт);

(Мвар);

(МВА);

(МВт);

(Мвар);

(МВА).

(МВА);

(МВт);

(Мвар);

Линия ПС1 – ПСА:

Выбираем сечение линии между ПС1 и ПСА:

(А).

При T_МА = 5014 (ч), имеем: экономическое сечение определяется:

F_ЭК1А < F_мин.к. => выбираем минимальное сечение по короне для 220 кВ – 240 мм².

Выбираем провод марки АС 240/32.

Проверяем выбранный провод по нагреву (допустимый продолжительный ток) в послеаварийном режиме:

выбранный провод подходит по условию нагрева.

Для линии между ПС1 и ПСA (провод АС-240/32):

Рассчитываем потокораспределение в данной линии:

(МВА);

(МВт);

(Мвар);

(МВА).

Технико-экономическое сравнение вариантов выбранных схем методом приведенных затрат.

1. Суммарные затраты определяются по следующим формулам:

,

где ; ; ; ;

.

2. Капиталовложения в линии:

Рассматриваем только отличающиеся части схем вариантов 1 и 2.ВЛ между ПСА и ПС1, и между ПС1 и ПС4 не рассматриваем.

1) Радиальная схема (вар.1).

а)Для I района по гололеду и марки провода АС-120/19, для линии ПС1 – ПС2 выбираем опоры железобетонные двухцепные.

Затраты на сооружение 1 км данной линии (из справочника):

(тыс. руб. / км).

б) линии ПС2 – ПС3

- сечение 70 (мм²);

- опоры ж/б двухцепные.

(тыс. руб. / км).

Суммарные капиталовложения на сооружение линий схемы вар.1:

(тыс.руб.).

2) Кольцевая схема (вар.2):

а) линии ПС1 – ПС2 :

– сечение 150 (мм²);

– опоры ж/б одноцепные.

(тыс. руб. / км);

б) линия ПС2 – ПС3:

– сечение 70 (мм²);

– опоры ж/б одноцепные.

(тыс. руб. / км).

в) линия ПС1 – ПС3:

– сечение 95 (мм²);

– опоры ж/б одноцепные.

(тыс. руб. / км).

Суммарные капиталовложения на сооружение линий схемы вар.2:

(тыс.руб.).

3. Капиталовложения в подстанции:

Учитываем только отличающиеся элементы подстанций (см. табл.2).

Таблица 2. Распределительные устройства подстанций сравниваемых вариантов электрической сети

Вариант	№ п/ст	Напряжение, кВ
радиальная схема		Четырехугольник (4 присоединения)	Одна секционированная система шин с обходной (8 присоединений)
	-	Одна секционированная система шин с обходной (6 присоединений)
	-	Два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линий
	-	Два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линий
кольцевая схема		Четырехугольник (4 присоединения)	Одна секционированная система шин с обходной (8 присоединений)
	-	Мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформатора.
	-	Мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформатора.
	-	Два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линий

1) ПС1:

ПС1 одинакова в обоих вариантах, т. е. в сравнительном расчете не учитывается.

2) ПС2:

В варианте 1 имеем 6 присоединений:

4 на 110 кВ, 2 на 10 кВ.

В варианте 2 – 4 присоединений:

2 на 110 кВ, 2 на 10 кВ.

Стоимость одной ячейки ОРУ на 110 кВ (из справочника) – 68 (тыс.руб.), получим:

(тыс.руб.).

3)ПС3:

а) вариант 1: тупиковая ПС.

Стоимость двух блоков с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линий:

(тыс. руб.) (из справочника).

б) вариант 2: проходная ПС.

Стоимость мостика с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформатора.

(тыс. руб.) (из справочника).

4)ПС4:

ПС4 одинакова в обоих вариантах, т. е. в сравнительном расчете не учитывается.

5) :

а) вариант 1:

(тыс. руб.);

б) вариант 2:

(тыс. руб.).

3. Суммарные издержки :

В расчете учитываем только отличающиеся элементы схем вариантов 1 и 2.

1) Вариант 1: линия ПС1 – ПС2, ПС2 – ПС3 .

; (ч);

(ч);

(МВт∙ч)

; (ч);

(ч);

(руб/кВт)

Суммарные издержки варианта 1:

(тыс.руб./год)

1) Вариант 2: линия ПС1 – ПС3, ПС1 – ПС2, ПС2 – ПС3.

,

; (ч);

(ч);

(МВт∙ч);

(МВт∙ч);

(МВт∙ч);

Суммарные издержки варианта 2:

(тыс.руб./год).

5. Суммарные затраты:

Вариант 1:

Вариант 2:

Схемы вариантов 1 и 2 равноэкономичны (разница ≈ 5%), однако издержки и потери кольцевой схемы больше, чем радиальной.

Таким образом, с экономической точки зрения более рациональным будет сооружение радиальной схемы сети (вариант 1).