Расчет графиков нагрузок потребителей
ЗАДАНИЕ
Спроектировать районную электрическую сеть, удовлетворяющую
определённым технико – экономическим требованиям. Произведя все
необходимые расчеты, выбрать оптимальные параметры системы, такие как:
конфигурация схемы электроснабжения, генераторы на ТЭЦ и трансформаторы
на подстанциях потребителей.
При выполнении проекта электрической сети заданы следующие исходные
данные:
- пять объектов электроснабжения, для которых указаны максимальные
активные мощности 
и оптимальный коэффициент реактивной мощности
, установленный для данного предприятия энергосистемой (см. Таблицу 1).
Объекты электроснабжения Таблица 1
| Объекты | Pп,МВт | |  |  | Pг,МВт |
| 1. Крупный город | 0,50 | ||||
| 2. Химический комбинат | 0,42 | ||||
| 3. Электродный завод | 0,39 | ||||
| 4. Цветная металлургия | 0,45 | ||||
| 5. Машзавод | 0,33 | ||||
| 6. Система |
- два источника питания: ТЭЦ с заданной установленной мощностью
генераторов 
(см. Таблицу 1) и районная подстанция, получающая питание от
системы бесконечной мощности (ШБМ). Предполагается, что на районной
подстанции могут быть номинальные напряжения 35, 110, 220 кВ. ТЭЦ
территориально совмещена с одним из потребителей.
- географическое расположение потребителей, ТЭЦ и ШБМ.
По данным Таблицы 1 построена схема расположения объектов на местности,
представленная на Рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема расположения объектов на местности
ВВЕДЕНИЕ
Данный курсовой проект посвящён проектированию районной
электрической сети. При проектировании электрических сетей учитываются
пять основных требований, а именно:
1. Надёжность работы.
Все электроприёмники по требуемой степени надёжности условно делятся на три
категории – I, II и III. Особенности питания потребителей, в зависимости от
категории, оговорены в ПУЭ.
2. Качество энергии.
Каждый потребитель должен обеспечиваться качественной энергией. Это
качество определяется: уровнем напряжения; уровнем частоты; симметрией
трёхфазного напряжения и формой кривой напряжения.
3. Экономичность.
Чтобы сеть была экономичной, необходим выбор наиболее целесообразных
конфигураций, напряжений, сечений проводов и т.д.
4. Безопасность и удобство эксплуатации.
Вопросы безопасности подробно рассматриваются в дисциплине «Охрана труда».
Требования удобств эксплуатации могут привести к удорожанию и поэтому в
каждом конкретном случае надо находить целесообразное решение.
5. Возможность дальнейшего развития.
Электрическая сеть вследствие изменения нагрузок, а также непрерывного
появления новых потребителей всё время находится в состоянии развития и
реконструкции. Необходимо так проектировать электрические системы, чтобы
они давали возможность дальнейшего расширения при максимальном
использовании существующих станций.
Целью проведения всех последующих расчётов является проектирование
сети, удовлетворяющей всем вышеперечисленным требованиям.
СХЕМА 1
Рисунок 5
Таблица 5.
| Номер линии | 1 (1-3) | 2 (1-2) | 3 (1-4) | 4 (6-4) | 5 (6-5) |
| Мощности, МВт | |||||
| Длина линии, км | 78.1 | 72.1 | 31.6 | 58.3 | 53.9 |
| Кол-во цепей | |||||
| Напряжение, кВ | 86.6 | 81.4 | 78.6 | 119.2 | 74.4 |
СХЕМА 2
Рисунок 6
Таблица 6.
| Номер линии | 1 (1-2) | 2 (2-4) | 3 (1-3) | 4 (4-6) | 5 (6-5) |
| Мощности, МВт | |||||
| Длина линии, км | 72.1 | 58.3 | 78.1 | 58.3 | 53.9 |
| Кол-во цепей | |||||
| Напряжение, кВ | 40.7 | 81.7 | 86.6 | 119.2 | 74.4 |
СХЕМА 3
Рисунок 7
Таблица 7.
| Номер линии | 1 (1-2) | 2 (1-4) | 3 (2-4) | 4 (5-6) | 5 (6-3) | 6 (3-1) |
| Мощности, МВт | 6.5 | 91.5 | 41.5 | |||
| Длина линии, км | 72.1 | 31.6 | 58.3 | 53.9 | 60.8 | 78.1 |
| Кол-во цепей | ||||||
| Напряжение, кВ | 57.7 | 167.9 | 116.7 | 74.4 | 119.4 | 92.5 |
СХЕМА 4
Рисунок 8
Таблица 8.
| Номер линии | 1 (6-3) | 2 (3-1) | 3 (1-2) | 4 (2-4) | 5 (4-6) | 6 (6-5) |
| Мощности, МВт | 39.1 | 0.9 | 37.1 | 2.1 | 47.9 | |
| Длина линии, км | 60.8 | 78.1 | 72.1 | 58.3 | 58.3 | 53.9 |
| Кол-во цепей | ||||||
| Напряжение, кВ | 83.9 | 40.1 | 111.9 | 41.5 | 123.7 | 74.4 |
СХЕМА 5
Рисунок 9
Таблица 9.
| Номер линии | 1 (6-4) | 2 (4-5) | 3 (5-6) | 4 (3-1) | 5 (2-1) | 6 (1-4) |
| Мощности, МВт | 68.3 | 18.7 | 48.7 | |||
| Длина линии, км | 58.3 | 72.8 | 53.9 | 78.1 | 72.1 | 31.6 |
| Кол-во цепей | ||||||
| Напряжение, кВ | 147.3 | 83.7 | 125.3 | 86.6 | 81.4 | 78.6 |
Из пяти намеченных вариантов для дальнейших расчётов выберем схемы 1 и
2 как наиболее оптимальные.
Номинальное напряжение сети принимаем 110 кВ.
ПОДСТАНЦИЯХ
В задании на курсовое проектирование задаётся значение суммарной
установленной мощности генераторов на ТЭЦ. Количество и тип выбранных,
согласно значению , генераторов указаны в Таблице 10.
Выбор количества трансформаторов на подстанциях зависит от требований
к надёжности электроснабжения потребителей, получающих питание от
подстанции. Практически бесперебойное питание потребителей первой и
второй категорий обеспечивается при установке на подстанции двух и более
одинаковых трансформаторов. В случае установки двух трансформаторов на
подстанции при отключении одного из них оставшийся в работе трансформатор
обеспечивает нормальное электроснабжение потребителей, если его перегрузка
согласно ПУЭ не превышает 40%, т.е. коэффициент перегрузки не должен
превышать значение 1,4.
Результаты выбора трансформаторов на подстанциях, их каталожные
данные и параметры схемы замещения представлены в Таблицах 11, 12 и 13,
соответственно.
Для всех трансформаторов необходимо рассчитать параметры схемы
замещения. Двухобмоточные трансформаторы замещаются Г – образной схемой
с подключением проводимостей со стороны сети. Трёхобмоточные
трансформаторы замещаются трёхлучевой звездой с подключением
проводимостей со стороны генераторов. Параметры схемы замещения
трёхобмоточных и двухобмоточных трансформаторов определяются из опытов
короткого замыкания и холостого хода или по каталожным данным согласно [2].
Таблица 13
Произведён расчёт приведённых нагрузок для подстанции ТЭЦ при разных
коэффициентах загрузки генераторов. Значения приведённых нагрузок
подстанции ТЭЦ для максимального и минимального режимов приведены в
Таблицах 14, 15, соответственно.
Приведённые мощности для остальных подстанций при максимальном и
минимальном режимах приведены в Таблице 16.
Таким образом, на данном этапе расчёта мы выбрали: количество и тип
генераторов на ТЭЦ, количество, тип и характеристики трансформаторов для
всех подстанций. Полученные данные необходимы для дальнейших расчетов.
ВАРАИНТОВ
Из двух выбранных вариантов необходимо на основе технико–
экономических расчетов принять для дальнейшего анализа наивыгоднейший.
Для сетей напряжением выше 35 кВ, как правило, применяются
сталеалюминевые провода марки АС. Сечение проводов ВЛ выбирается по
экономической плотности тока и по максимальному току. Значения
экономической плотности тока в линиях для схем 1 и 2 соответственно
представлены в Таблицах 17 и 18, а значения максимальных токов, полученные
из расчета послеаварийных режимов, представлены в Таблицах 19, 20
соответственно.
Число послеаварийных режимов зависит от схемы сети. Для разомкнутой
схемы (схема 1 и 2) существует один послеаварийный режим, когда происходит
обрыв одной цепи во всех многоцепных линиях. Для замкнутых схем число
послеаварийных режимов определяется следующим образом – один
послеаварийный режим для всех многоцепных линий плюс число
послеаварийных режимов, когда обрываются поочерёдно одноцепные линии в
замкнутом контуре.
На основе полученных данных выбираем марку провода для каждой
линии, основываясь на том, что максимально допустимый ток выбранного
провода должен быть больше максимального тока в линии, возникающего в
послеаварийном режиме. А также следует учитывать, что минимально
допустимое сечение, исходя из недопущения короны, принято равным 70 
.
Результаты выбора линий для схем 1 и 2 приведены в Таблицах 21, 22
соответственно.
После выбора линий, можно перейти к сравнению экономических
показателей схем, на основе которых необходимо выбрать оптимальный
вариант. Экономические показатели схем 1 и 2 приведены в Таблицах 23 и 24
соответственно.
Исходя из данных, полученных в ходе расчета, и размера приведённых
затрат можно сделать вывод, что наиболее оптимальным вариантом является
схема 1.
5 РАСЧЕТ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ СЕТИ
Целью расчёта установившихся режимов электрической сети является
определение параметров режима: потоков активной и реактивной мощностей в
каждом элементе и по сети в целом, падение напряжения на участках и
напряжения в узлах сети. Расчёт проводится для трёх режимов: максимального,
минимального и послеаварийного. Результаты расчётов используются для
определения приемлемости режимов по технико – экономическим условиям
работы оборудования сети, решения вопросов о регулировании напряжения с
целью обеспечения заданных уровней напряжений на шинах подстанций и
выяснения возможностей дальнейшего повышения экономичности
электрической сети. Расчитаем сначала минимальный режим.
Минимальный режим наступает в те часы летних суток, когда суммарная
нагрузка сети имеет наименьшее значение, хотя нагрузки отдельных
потребителей могут быть не минимальными. В минимальном режиме требуется
наименьшая мощность источников питания. В это время можно отключить
часть генераторов для профилактического осмотра.
Теперь рассчитаем максимальный режим.
Максимальный режим наступает в часы наибольшей суммарной нагрузки
сети. В максимальном режиме токи и потери напряжения в большинстве
элементов сети оказываются наибольшими.
Особо тяжёлым для сети оказывается послеаварийный режим, который
возникает в результате аварийных отключений линий.
Нагрузки потребителей в послеаварийном режиме те же, что и в
максимальном режиме.
Полученные в результате расчетов значения напряжений в узлах сети не
превышают предельный уровень напряжения в сети (для сети 110 кВ он равен
126 кВ), определяемый исходя из электрической прочности изоляции, и не
опускаются ниже минимального уровня, определяемого из условия обеспечения
качества напряжения у потребителей (для сети 110 кВ он составляет 90 кВ).
Можно сделать вывод, что все режимы (максимальный, минимальный и
послеаварийный) данной сети удовлетворяют требованиям по технико –
экономическим условиям работы оборудования и качества напряжения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итогом всех произведенных в предыдущих разделах расчётов является
проект районной электрической сети.
Выбор оптимальной схемы сети был осуществлен в два этапа, что
позволяет выбрать схему с учётом как требований по надёжности
электроснабжения, так и по экономическим показателям.
Выбор генераторов на ТЭЦ, трансформаторов на подстанциях и сечения
проводов линии произведены с учётом всех требований предъявляемых ГОСТ.
Целью этих разделов являлся выбор оптимальных параметров линии, с
точки зрения экономичности, надёжности и качества напряжения.
Спроектированная нами сеть удовлетворяет всем требованиям,
предъявляемым к электрической сети, согласно ПУЭ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Электропитающие сети систем электроснабжения: учебное пособие по курсовому проектированию / В.Я. Боос, В.И. Стасяк, А.В. Хлопова и др. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. – 63 с.
2. Блок, В.М. Электрические сети и системы: учебное пособие / В.М. Блок. – М.: Высшая школа, 1986. – 430 с.
3. Глазунов, А.А. Электрические сети и системы / А.А. Глазунов, А.А. Глазунов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ГЭИ, 1960. – 368 с.
4. Комиссарова, Е.Д. Электрические системы и сети. Расчеты режимов электрических сетей: текст лекций для студентов-заочников / Е.Д. Комис-сарова, В.П. Долинин. – Челябинск: ЧПИ, 1986. – 63 с.
5. Мельников, Н.А. Электрические сети и системы: учебное пособие / Н.А. Мельников. – 2-е изд., стер. – М.: Энергия, 1975. – 463 с.
6. Электрические системы. Электрические сети: учебник / В.А. Вени-ков, А.А. Глазунов, Л.А. Жуков и др. / под ред. В.А. Веникова., В.А. Строева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1998. – 511 с.
7. Стандарт организации. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к содержанию и оформлению. СТО ЮУрГУ 04-2008. – Челябинск, 2008.
ЗАДАНИЕ
Спроектировать районную электрическую сеть, удовлетворяющую
определённым технико – экономическим требованиям. Произведя все
необходимые расчеты, выбрать оптимальные параметры системы, такие как:
конфигурация схемы электроснабжения, генераторы на ТЭЦ и трансформаторы
на подстанциях потребителей.
При выполнении проекта электрической сети заданы следующие исходные
данные:
- пять объектов электроснабжения, для которых указаны максимальные
активные мощности и оптимальный коэффициент реактивной мощности
, установленный для данного предприятия энергосистемой (см. Таблицу 1).
Объекты электроснабжения Таблица 1
| Объекты | Pп,МВт | | | | Pг,МВт |
| 1. Крупный город | 0,50 | ||||
| 2. Химический комбинат | 0,42 | ||||
| 3. Электродный завод | 0,39 | ||||
| 4. Цветная металлургия | 0,45 | ||||
| 5. Машзавод | 0,33 | ||||
| 6. Система |
- два источника питания: ТЭЦ с заданной установленной мощностью
генераторов (см. Таблицу 1) и районная подстанция, получающая питание от
системы бесконечной мощности (ШБМ). Предполагается, что на районной
подстанции могут быть номинальные напряжения 35, 110, 220 кВ. ТЭЦ
территориально совмещена с одним из потребителей.
- географическое расположение потребителей, ТЭЦ и ШБМ.
По данным Таблицы 1 построена схема расположения объектов на местности,
представленная на Рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема расположения объектов на местности
ВВЕДЕНИЕ
Данный курсовой проект посвящён проектированию районной
электрической сети. При проектировании электрических сетей учитываются
пять основных требований, а именно:
1. Надёжность работы.
Все электроприёмники по требуемой степени надёжности условно делятся на три
категории – I, II и III. Особенности питания потребителей, в зависимости от
категории, оговорены в ПУЭ.
2. Качество энергии.
Каждый потребитель должен обеспечиваться качественной энергией. Это
качество определяется: уровнем напряжения; уровнем частоты; симметрией
трёхфазного напряжения и формой кривой напряжения.
3. Экономичность.
Чтобы сеть была экономичной, необходим выбор наиболее целесообразных
конфигураций, напряжений, сечений проводов и т.д.
4. Безопасность и удобство эксплуатации.
Вопросы безопасности подробно рассматриваются в дисциплине «Охрана труда».
Требования удобств эксплуатации могут привести к удорожанию и поэтому в
каждом конкретном случае надо находить целесообразное решение.
5. Возможность дальнейшего развития.
Электрическая сеть вследствие изменения нагрузок, а также непрерывного
появления новых потребителей всё время находится в состоянии развития и
реконструкции. Необходимо так проектировать электрические системы, чтобы
они давали возможность дальнейшего расширения при максимальном
использовании существующих станций.
Целью проведения всех последующих расчётов является проектирование
сети, удовлетворяющей всем вышеперечисленным требованиям.
РАСЧЕТ ГРАФИКОВ НАГРУЗОК ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
При решении вопросов проектирования и развития электрической сети
внешнего электроснабжения промышленных предприятий требуются данные о
графиках электрических нагрузок предприятий различных отраслей
промышленности. Такие графики используются при выборе величин и
структуры генерирующих мощностей, номинального напряжения и схемы
электрической сети, выборе трансформаторов, при выполнении расчётов
электрических параметров режима. Широкое применение находят суточные
графики нагрузок и графики нагрузок по продолжительности.
Суточные графики нагрузок отдельных потребителей строят по типовым
графикам нагрузок данной отрасли промышленности. Соответствие заданных
объектов электроснабжения (см. Таблицу 1) определённым отраслям приведено
в Таблице 2.
Таблица 2
| Объекты | Отрасль |
| 1. Крупный город | Город с населением 20…250 тыс. |
| 2. Химический комбинат | Химическая промышленность |
| 3. Электродный завод | Черная металлургия |
| 4. Цветная металлургия | Обработка цветных металлов |
| 5. Машзавод | Машиностроение |
Графики строятся без чрезмерной детализации, следовательно следует
принять нагрузку в интервале двух часов среднему значению.
В последних двух строках Таблицы 3 приводятся значения суммарных
графиков нагрузки района, представленных на Рисунке 2. Суммарный график
системы получается путём суммирования графиков всех потребителей района за
зимние и летние сутки соответственно.
а)
б)
Рисунок 2 - Суточные графики: а) за летний период, б) за зимний период.
Эти данные позволяют построить годовые графики нагрузок отдельных
потребителей и системы. Такие графики по продолжительности – годовой
(см. Рисунок 3) и квадратичный (см. Рисунок 4) – широко используются при
проектировании и в практике эксплуатации электрических сетей. Первый
представляет собой диаграмму расположенных по убыванию значений
мощностей, каждому из которых соответствует время работы потребителя с
данной мощностью в течение года. Второй строится по годовому графику по
продолжительности путём возведения в квадрат его ординаты.
Рисунок 3 - Годовой график изменения нагрузок по продолжительности.
Рисунок 4 - Годовой квадратичный график изменения нагрузок по продолжительности.
Квадратичные годовые графики нагрузки или мощности системы по
продолжительности позволяют определить потери мощности для отдельных
потребителей и в целом по системе.
По годовому графику системы по продолжительности определим время
использования наибольшей нагрузки за год, 
ч.
По квадратичному годовому графику системы по продолжительности
определим время потерь суммарной нагрузки за год, 
ч.