Проектирование питающей электрической сети промышленного района
Потребление и покрытие потребностей промышленного района в активной мощности
Рассмотрим потребление активной мощности в сети для периода наибольших нагрузок. Этопотребление слагается из нагрузок понижающих подстанций (Pni), потерь мощности в линиях и понижающих трансформаторах сети. При определении одновременно потребляемой активной мощности учитывают возможность несовпадения во времени суток наибольших нагрузок отдельных пунктов. Ориентировочно можно считать, что одновременно потребляемая активная мощность составляет около 90% от суммы заданных наибольших нагрузок каждого из пунктов. Поэтому коэффициент разновременности максимумов активных нагрузок принимаем равным 0,9.
Суммарные потери активной мощности в линиях и трансформаторах проектируемой сети () условно принимаем равными 6% от суммы заданных наибольших нагрузок ПС.
Выдаваемую в проектируемую сеть активную мощность энергосистемы приближенно можно определить по выражению:
. (2.1)
В том случае, если в качестве ЦП используется электростанция, то при оценке требуемой активной мощности генераторов системы для проектируемой сети дополнительно учитывают мощности резерва и собственных нужд электростанций. Эти мощности вместе составляют примерно 20% от суммарной активной мощности, выдаваемой в сеть, и определяются с учетом коэффициента резервирования (Крез = 1,2) по формуле:
. (2.2)
Предполагаем, что установленная мощность генераторов энергосистемы достаточна для покрытия потребностей проектируемой системы электроснабжения района в активной мощности.
Для проектирования электроснабжения промышленного района с пятью понижающими подстанциями сделать предварительную оценку потребления активной мощности районом из энергосистемы от ЦП. Нагрузки ПС: ; ; ;
; .
Ориентировочная величина потерь активной мощности
12,9)= = 4,3 МВт.
Энергосистема в режиме наибольших нагрузок выдает в промышленный район:
.
Потребление и покрытие потребностей района в реактивной мощности. Предварительный расчет мощности компенсирующих устройств
Ориентировочный расчет мощности компенсирующих устройств (КУ) в проектируемой сети на основе приближенной оценки возможных составляющих баланса реактивной мощности рекомендуется выполнять до выбора схемы электрической сети. Это обусловлено тем, что КУ изменяют реактивную составляющую нагрузки, следовательно, и полную мощность, потребляемую из сети ПС. Последнее может повлиять на сечение проводов ВЛ, номинальные мощности трансформаторов, потери напряжения, мощности и энергии в сети и, как результат, - на правильность решения по выбору оптимального варианта сети.
Требуемая реактивная мощность проектируемой сети определяется реактивными нагрузками ПС и потерями реактивной мощности в элементах сети для периода наибольших нагрузок. При проектировании условно принимают совпадение по времени периодов потребления наибольших активных и реактивных нагрузок.
В среднем генераторы электростанций обеспечивают порядка 60 % потребления реактивной мощности в энергосистеме. Около 20% генерируют линии высокого и сверхвысокого напряжения. В качестве дополнительных источников реактивной мощности используют КУ: синхронные компенсаторы и батареи конденсаторов.
Баланс реактивной мощности в проектируемой сети устанавливается уравнением:
, (2.3)
где - располагаемая энергосистемой реактивная мощность;
- суммарная мощность компенсирующих устройств;
- суммарная зарядная мощность линий;
- суммарная реактивная нагрузка всех ПС;
- суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах подстанций;
- суммарные потери реактивной мощности линий;
- коэффициент разновременности максимумов реактивных нагрузок, принимаемый равным 0,95.
Возможность энергосистемы по обеспечению района реактивной мощностью определяют по формуле:
, (2.4)
где - коэффициент реактивной мощности, соответствующий заданному .
Определяем наибольшую реактивную нагрузку на низшей стороне каждой из подстанций
, (2.5)
где - коэффициент реактивной мощности ПС, соответствующий заданному .
Реактивную мощность, генерируемую ВЛ, при предварительных расчетах можно оценивать для одноцепных линий 110 кВ уровнем 30 квар/км и для 220 - 130 квар/км.
Потери реактивной мощности в индуктивных сопротивлениях ВЛ приближенно могут быть найдены по величине модуля полной передаваемой по линии мощности . В ВЛ 110 кВ они ориентировочно составляют (4-6%) от , а в ВЛ 220 кВ - (15-20)% от .
Для приближенной оценки баланса реактивной мощности считаем, что генерация и потери реактивной мощности в линиях 110 кВ примерно равны ( ). Потери в трансформаторах (автотрансформаторах) принимаем равными 10% от полной мощности нагрузки и определяем их по выражению:
. (2.6)
Мощность КУ, необходимых к установке в сети для обеспечения баланса реактивной мощности, находим на основании уравнения (2.3) с учетом принятых допущений:
. (2.7)
Отрицательное значение покажет на отсутствие необходимости в КУ.
При положительном значении расчет мощности КУ на подстанциях производится по условию равенства средних значений коэффициента мощности в узлах сети, для чего необходимо определение балансного коэффициента реактивной мощности нагрузки по формуле:
, (2.8)
где - угол треугольника суммарных мощностей всех ПС после установки КУ.
Расчетная мощность компенсирующих устройств в каждом пункте потребления (на каждой ПС) определяют по выражению:
. (2.9)
Для компенсации реактивной мощности возможно использовать батареи конденсаторов типов КСКГ-1,05-125 и КС2-1,05-60, мощностью соответственно 6,5 и 3,2 Мвар каждая при напряжении 10 кВ.
Учитывая, что в режиме зимнего максимума нагрузок по условиям встречного регулирования напряжение на низшей стороне ПС должно не менее чем на 5% превышать номинальное значение, мощность каждой из установленных батарей КУ возможно определить по формуле:
, (2.10)
где - мощность принятых типов батарей конденсаторов при номинальном напряжении;
U - фактическое напряжение в месте установки КУ;
UНОМ - номинальное напряжение батарей КУ.
Фактическая мощность КУ, установленных на каждой из ПС, определяется по формуле:
(2.11)
где n - количество ПС;
Ni - количество КУ каждого из типов на каждой ПС.
После установки на подстанциях компенсирующих устройств, изменится и величина потребляемой на них реактивной мощности. Для определения наибольшей реактивной и полной нагрузки на низшей стороне подстанций воспользуемся выражениями:
; (2.12)
. (2.13)
Полученные данные вносим в табл. 2.1.
Таблица 2.1 Нагрузки подстанций с учетом мощности КУ
№ п/п | Расчетная величина | Ед. изм. | Обозн | Подстанции | ||
… | N | |||||
Наибольшая активная нагрузка на низшей стороне подстанций | ||||||
Коэффициент мощности нагрузки | ||||||
Коэффициент реактивной мощности нагрузки | ||||||
Наибольшая реактивная нагрузка на низшей стороне подстанций | ||||||
Расчетная мощность КУ на ПС | ||||||
Количество и мощность батарей конденсаторов типа КС 2-1,05-60 | ||||||
Количество и мощность батарей конденсаторов типа КСКГ-1,05-125 | ||||||
Фактическая мощность КУ на ПС | -kyi | |||||
Наибольшая реактивная нагрузка на низшей стороне ПС с учетом КУ | ||||||
Наибольшая полная нагрузка на низшей стороне ПС с учетом КУ |
В предварительных расчетах допускается учет КУ по их расчетной мощности без привязки к конкретным устройствам. При этом подходе в формуле (2.12) вместо следует подставить , а из табл.1 - исключить строки 6, 7, 8.
Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки. Первый, более сложный, точнее учитывает нагрузки на ПС, но распределение КУ не привязано к проектируемой сети и ее режимам, так как они еще отсутствуют на этой стадии проектирования. При дальнейшем проектировании может возникнуть потребность перераспределения КУ.
Второй подход проще. КУ распределяют после выбора схемы сети и расчета режимов. При этом возможны заметные изменения потокораспределения и напряжений в узлах после расстановки реальных КУ. В таком случае требуется перерасчет установившихся режимов.
Составить предварительный баланс реактивных мощностей, выбрать КУ, определить нагрузки, подстанций с учетом КУ. Данные для расчета реактивных мощностей: ; ; ; ; ; .
Выдаваемую из ЦП реактивную мощность определяем по формуле (2.4). Коэффициент реактивной мощности находим по тригонометрической формуле:
;
.
Наибольшие реактивные нагрузки, подстанций на стороне НН находим по формуле (2.5), например, для ПС1:
,
где .
Произведем предварительную оценку мощности компенсирующих устройств, выберем подстанции на которых целесообразна их установка и типы батарей конденсаторов, определим наибольше реактивные и полные нагрузки на низшей стороне каждой из подстанций с учетом компенсирующих устройств.
Суммарные реактивные нагрузки всех подстанций равны:
.
По формуле (6) определяем ориентировочную величину потерь реактивной мощности в трансформаторах:
.
Необходимую суммарную мощность компенсирующих устройств определяем по формуле (2.7):
.
Определяем величину балансного коэффициента реактивной мощности по формуле (2.8):
.
Расчетную мощность компенсирующих устройств в каждом пункте потребления находим по выражению (2.9), например, для ПС1:
.
Распределение КУ по ПС производим в зависимости от их расчетной мощности. Для компенсации реактивной мощности необходимо использовать 4 батареи конденсаторов типа КСКГ-1, 05-125 и 1 батарею конденсаторов типа КС 2-1, 05-60.
Учитывая, что напряжение на стороне низшего напряжения ПС в режиме зимнего максимума нагрузок будет на 5% превышать номинальное значение, определим мощность соответствующего КУ по формуле (10):
.
При этом суммарная мощность компенсирующих устройств составит 17,5 Мвар, что незначительно превышает требуемую величину (15,95 Мвар).
По формуле (2.11) определяем фактическую мощность КУ на каждой ПС:
.
После установки на подстанциях компенсирующих устройств, изменится и величина потребляемой на них реактивной мощности. Для определения наибольшей реактивной и полной нагрузки на низшей стороне подстанций необходимо воспользоваться выражениями (2.12), (2.13), например, для ПС1:
.
Результаты расчетов заносим в табл. Пр.2.1
Таблица Пр.2.1 Нагрузки подстанций с учетом мощности КУ
№ п/п | Обозначение | Единицы изм. | ПОДСТАНЦИИ | ||||
I | 14,2 | 21,6 | 13,7 | 9,8 | 12,9 | ||
0,82 | 0,89 | 0,9 | 0,81 | 0,84 | |||
0,698 | 0,51 | 0,48 | 0,72 | 0,65 | |||
9,9 | 11,02 | 6,57 | 7,06 | 8,4 | |||
14,78 | 7,66 | 4,24 | 1,43 | 2,75 | |||
_ | _ | _ | _ | ||||
_ | |||||||
3,5 | 3,5 | _ | 3,5 | 3,5 | |||
6,4 | 7,52 | 6,57 | 3,56 | 4,9 | |||
15,6 | 22,87 | 13,7 | 10,43 | 13,8 |