Электрические схемы подстанций

К моменту выполнения данного курсового проекта студенты еще не изучали курс “Электрические станции и подстанции” и обычно грамотно выбрать электрические схемы подстанций не могут. Поэтому ниже очень коротко описаны наиболее часто используемые схемы подстанций потребителей и даны рекомендации по их использованию. Это необходимо по двум причинам. Во-первых, подстанции являются неотъемлемой частью любой электрической сети. Во-вторых, стоимость распределительных устройств высокого напряжения подстанций потребителей сильно зависит от наличия в них выключателей. Поэтому для выбора целесообразного варианта сети необходимо хотя бы в общих чертах представлять, на каких подстанциях потребуется установка высоковольтных выключателей, и в каком количестве, и какие подстанции могут собираться по упрощенным схемам, то есть без выключателей.

а) Блок (линия-трансформатор) с выключателем	б) Два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линии
Рисунок 2.1 – Схемы ответвительных и тупиковых подстанций

Здесь предлагается упрощенная методика выбора схем подстанций и определения числа выключателей. В частности, принимается по одному выключателю на каждом фидере, отходящем от источника питания (подстанция энергосистемы) и секционный выключатель.

Схема электрических соединений подстанций потребителей на стороне высшего напряжения определяется категорией потребителей, количеством подходящих и отходящих линий, а также местом и ролью подстанции в электрической сети. При этом естественно, с целью удешевления сети, стремятся применить наиболее простую схему. В рамках данного проекта допускается производить выбор схем подстанций из существующих типовых схем без детального технико-экономического обоснования.

а)	б)	в)
г)	д)
е)
а - мостик с выключателями в цепях линий и ремонтной перемычкой со стороны линий; б - мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов; в - заход-выход; г – двойной мостик; д – шестиугольник; е – одна рабочая, секционированная выключателем система шин
Рисунок 2.2 – Схемы проходных и узловых подстанций

2.3 Выбор наиболее конкурентоспособных вариантов

Все составленные варианты делятся на три группы: радиально-магистральные схемы, кольцевые схемы и комбинированные. Для каждой подстанции в соответствии с п. 2 определяется схема электрических соединений. Затем внутри каждой группы по каким-либо критериям, не требующим больших трудозатрат, выбирается наиболее конкурентноспособный вариант. В качестве таких критериев можно использовать, например, общую длину линий “в одноцепном исчислении” и общее количество выключателей. Во-первых, эти критерии легко вычисляются, а во-вторых, отражают наиболее дорогостоящие элементы сети. Термин “в одноцепном исчислении” означает, что при суммировании длин ВЛ учитывается разница в стоимости одно- и двухцепных линий. Длина одноцепных ВЛ входит в сумму, как она есть, а длина двухцепных умножается на соответствующий коэффициент, отражающий их большую стоимость. Все прочие критерии не учитываются.

Все полученные величины приводят к длине линий. Для этого принимают, что стоимость одного выключателя равна стоимости сооружения семи километров одноцепной линии, а стоимости сооружения одного километра двухцепной линии в 1,65 раза выше, чем одноцепной. Общая длина линий для одного варианта будет вычисляться по формуле:

, (2.1)

где - номер варианта;

- сумма длин одноцепных линий;

- сумма длин двухцепных линий;

- коэффициент, учитывающий во сколько раз стоимость сооружения двухцепных линий выше, чем одноцепных.

Общая приведенная длина линий с учетом количества выключателей:

, (2.2)

где - коэффициент, учитывающий во сколько раз стоимость одного выключателя выше стоимости одноцепных линий;

- количество выключателей.

Общая приведенная длина линий определяется для каждого варианта. Затем по этой величине выбирают лучший вариант из каждой группы, то есть имеющий наименьшую приведенную длину линий (а значит и наиболее дешевый). Таким образом, из всех предложенных вариантов для дальнейшего расчета остаются три наиболее конкурентоспособных: один - радиально-магистральный, один кольцевой и один комбинированный.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ОТОБРАННЫХ ВАРИАНТОВ

В предварительном расчете делается приближенный (без учета потерь мощности) расчет потокораспределения, выбираются номинальное напряжение и сечения линий, выбранные сечения проверяются по техническим ограничениям в нормальном и наиболее тяжелом послеаварийном режимах. Определяются также общие потери мощности и наибольшая потеря напряжения. Выбираются схемы ОРУ на подстанциях потребителей. Если отобранные варианты имеют разные номинальные напряжения, то выбираются также и трансформаторы на подстанциях потребителей.

Предварительный расчет нужен для того, чтобы с минимальными трудозатратами получить необходимые данные для технико-экономического сравнения отобранных вариантов и выбора из них лучшего.

Расчет потокораспределения

Предварительный расчет потокораспределения производится для режима наибольших нагрузок и всегда должен начинаться с составления расчетной схемы. На расчетную схему наносят нагрузки и указывают длину участков. Порядок расчета зависит от типа линий, образующих сеть.

Расчет потокораспределения радиально-магистральной линии делают на основании первого закона Кирхгофа, двигаясь от наиболее удаленных потребителей к источнику. Так как расчет приближенный, то потерями мощности пренебрегают.

Кольцевую линию вначале условно “разрезают” по источнику и разворачивают, превращая кольцевую линию в линию с двухсторонним питанием. Далее определяют поток мощности на одном из головных участков (условно считая, что вся линия однородна), по формуле:

; (3.1)

где - поток мощности на головном участке;

- i-тая нагрузка;

- общая длина кольцевой линии;

- расстояние от места подключения i-той нагрузки до источника, противоположного рассматриваемому головному участку.

Определив поток мощности на головном участке, далее по первому закону Кирхгофа определяют потоки на остальных участках, двигаясь к противоположному источнику. Потерями также пренебрегают. В конце расчета рекомендуется сделать проверку. Для этого нужно по формуле (3.1) определить поток мощности на противоположном головном участке и сравнить его с потоком мощности, полученным по первому закону Кирхгофа.

Если от кольцевой линии, где делается расчет потокораспределения, отходит радиальная или магистральная линия, то все нагрузки этой линии считаются находящимися в точке подключения линии.

Если кольцевая линия получает питание по радиальной, то “разрез” делают в точке подключения кольцевой линии к радиальной.

Если в сеть входят источники ограниченной мощности, работающие в базовом режиме (например, местная ТЭЦ), то они при расчете потокораспределения учитываются, как отрицательные нагрузки.

Примеры расчетов потокораспределения для различных типов линий приведены в [4].