Источниками, от которых проектируемая сеть может получать электроэнергию, обычно являются крупные подстанции энергосистемы или местные электростанции, входящие в энергосистему. В обоих случаях в часы наибольших нагрузок источник должен иметь необходимый резерв по активной мощности, достаточный для подключения дополнительных потребителей вновь проектируемой сети. Реактивная мощность, которую энергосистема может отпускать в часы наибольших нагрузок, ограничена возможностями загрузки генераторов по току и пропускной способностью системообразующих ЛЭП. Обычно она задается коэффициентом мощности энергосистемы . При этом реактивная мощность, которую в режиме максимальных нагрузок готова выдавать энергосистема, как правило, оказывается недостаточной, и на подстанциях потребителей необходима установка компенсирующих устройств.

В связи с этим составление баланса мощности преследует две определенные цели. Во-первых, предварительно определяется общее потребление активной мощности всеми новыми потребителями с учетом прогнозируемых потерь, которое сопоставляется с располагаемым резервом энергосистемы по активной мощности и с резервом мощности подстанции энергосистемы. Во-вторых, определяется общее потребление реактивной мощности, также с учетом потерь, которое сравнивается с располагаемой реактивной мощностью, на основании чего решается вопрос о необходимости компенсации части реактивной мощности непосредственно на подстанциях потребителей.

В рамках данного учебного курсового проекта априори считается, что по активной мощности в энергосистеме имеется достаточный резерв, поэтому остается одна цель составления баланса – определить необходимость компенсации реактивной мощности, определить общую реактивную мощность, подлежащую компенсации, а также определить количество компенсирующих установок на каждой из подстанций потребителей.

Так как на этой стадии проекта параметры сети еще не известны, то баланс составляется приближенно, на основании статистических данных. В дальнейшем, когда сеть будет спроектирована, и станут известны ее параметры и параметры ее электрического режима, баланс будет уточнен.

Общее потребление активной мощности всеми потребителями в часы максимума или требуемая активная мощность находится суммированием нагрузок потребителей и соответствующих потерь:

Здесь: - активная мощность i – го потребителя, берется из задания или определяется по формуле .

- прогнозируемые потери активной мощности в линиях и трансформаторах, приходящиеся на i-тый потребитель.

Прогнозируемые потери активной мощности в линиях и трансформаторах подстанций потребителей принимаются в пределах 3…8 % от потребляемой активной мощности. При этом больший процент потерь соответствует более отдаленным потребителям.

Реактивная мощность каждого потребителя и общее потребление реактивной мощности (требуемая реактивная мощность) определяются по их активной или по полной мощности по формулам:

Здесь - общие потери реактивной мощности во всей сети. Они складываются из потерь в линиях и потерь в трансформаторах подстанций потребителей . Кроме того, необходимо учесть, что воздушные линии сети благодаря наличию емкостной проводимости генерируют некоторую реактивную мощность . Таким образом:

На этой стадии проектирования рекомендуется потери реактивной мощности в линиях принять равными генерируемой ими же реактивной мощности (тогда они взаимно компенсируются) и учитывать только потери реактивной мощности в трансформаторах. Последние можно ориентировочно определить на основании следующих соображений.

В режиме наибольших нагрузок потери реактивной мощности в трансформаторе обусловлены в основном потерями в его реактивном сопротивлении короткого замыкания, то есть:

где - нагрузка трансформатора.

Учитывая, что реактивное сопротивление короткого замыкания определяется по каталожным данным трансформатора по формуле:

после преобразований получим: .

Здесь - коэффициент загрузки трансформатора.

Приняв во внимание, что напряжение короткого замыкания большинства трансформаторов составляет порядка 10%, а коэффициент загрузки в режиме наибольших нагрузок находится в пределах 0,4…0,7, получим формулу для ориентировочного определения потерь реактивной мощности в трансформаторах подстанций потребителей:

Полная мощность i-того потребителя определяется по его активной мощности и коэффициенту мощности.

Общие потери реактивной мощности в трансформаторах подстанций потребителей определяются суммированием:

Располагаемая реактивная мощность, соответствующая заданному коэффициенту мощности энергосистемы, определяется по общему потреблению активной мощности в часы наибольших нагрузок : .

Если в сети имеются источники ограниченной мощности (местная ТЭЦ), то их реактивная мощность также должна быть учтена. При этом последняя формула имеет вид: .

Дефицит реактивной мощности, то есть реактивная мощность, которую необходимо скомпенсировать, определяется путем сравнения общего потребления реактивной мощности и располагаемой реактивной мощности:

Для восполнения дефицита реактивной мощности на стороне 6-10 кВ подстанций потребителей устанавливаются компенсирующие устройства. При этом мощность компенсирующих устройств на i-той подстанции ориентировочно может быть определена по выражению:

Если среди источников имеется местная ТЭЦ, то вместо в эту формулу нужно подставить:

Если требуемая мощность компенсирующих устройств превышает 10 Мвар, то для компенсации используют синхронные компенсаторы, если не превышает, то используют батареи статических конденсаторов. Далее определяют количество компенсирующих установок: .

Здесь - мощность одной установки. Естественно, необходимо округлить до ближайшего целого числа.

В результате компенсации части реактивной мощности непосредственно на подстанциях потребителей реактивная мощность каждого потребителя уменьшается до величины:

При этом полная мощность становится равной: .

Все данные по балансу мощности рекомендуется свести в таблицу. Форма таблицы приведена в следующем параграфе.

Пример составления баланса мощности

Здесь и далее все примеры приведены для задания, представленного на с. 5.

Определяем активную мощность первого потребителя:

МВт.

Потери активной мощности в линиях и трансформаторах, приходящиеся на первый потребитель, принимаем в размере 5% от потребляемой активной мощности: МВт.

Далее определяем реактивную мощность первого потребителя:

Мвар.

Зарядную мощность линий, а также потери реактивной мощности в линиях не учитываем. Потери реактивной мощности в трансформаторах первого потребителя принимаем равными 6% от его полной мощности:

Мвар.

Повторяем эти расчеты для остальных потребителей и заносим результаты в табл.3.1.

Таблица 3.1- Баланс активной и реактивной мощности

Потребитель							Итого
Si ,МВА
Pi ,МВт	9,36	11,25	5,6	15,58	13,26	8,25	66,46
DPi ,МВт	0,47	0,56	0,28	0,78	0,66	0,41
Qi ,Мвар	9,02	9,92	5,71	10,87	10,64	7,28	58,42
DQтрi,Мвар	0,78	0,90	0,48	1,14	1,02	0,66
Qку, Мвар	5,91	6,15	3,87	5,54	6,16	4,52	32,15
nку
,Мвар	3,08	3,65	1,75	5,26	4,37	2,66	20,77

По полученным результатам определяем требуемые активную и реактивную мощности: МВт; Мвар.

Далее, по заданному коэффициенту мощности энергосистемы определяем располагаемую реактивную мощность:

Мвар.

Сравнив располагаемую реактивную мощность с требуемой, приходим к выводу, что имеется дефицит реактивной мощности, и необходима установка компенсирующих устройств. Определяем необходимую мощность компенсирующих устройств для первого потребителя:

Мвар.

Принимаем к установке компенсирующие устройства типа ККУ-6-1 и ККУ-10-1 с единичной мощностью 0,33 Мвар [1, табл.6.92]. Определяем количество компенсирующих устройств у первого потребителя:

штук.

С учетом компенсации реактивная мощность первого потребителя составит: Мвар.

Аналогично производим расчеты для остальных потребителей, и результаты заносим в табл.3.1.

Проверяем расчет баланса. Для этого определяем новое значение требуемой реактивной мощности и сравниваем его с располагаемой реактивной мощностью.

Баланс практически сошелся, поэтому все расчеты считаем правильными.

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА СХЕМЫ СЕТИ

Выбор оптимального варианта схемы сети включает в себя несколько последовательных этапов. Первым из них является этап, на котором разрабатываются возможные варианты структуры связей источников питания с пунктами потребления, то есть варианты конфигурации сети. На втором этапе делается приближенная технико-экономическая оценка каждого варианта, и из них отбирается несколько (не более двух-трех) наиболее конкурентоспособных. И, наконец, на третьем этапе путем технико-экономического сравнения выбирается наиболее оптимальный вариант.

3.1 Порядок составления вариантов

При составлении вариантов конфигурации сети следует исходить из следующих соображений.

1.Электрическая сеть должна обеспечить определенную надежность электроснабжения. Согласно ПУЭ, потребители 1-й и 2-й категории должны обеспечиваться электроэнергией не менее чем от двух независимых источников питания. При питании потребителей района от шин распределительных устройств электростанций или подстанций энергосистемы независимыми источниками можно считать разные секции шин этих распредустройств, если они имеют питание от разных генераторов или трансформаторов и электрически между собой не связаны или имеют связь, автоматически отключаемую при нарушении нормальной работы одной из секций.

Для питания потребителей 1-й категории применяют резервированные схемы с АВР. Питание потребителей 2-й категории осуществляется, как правило, тоже по резервированным схемам, но включение резерва при этом может быть ручным, то есть резервный источник включается обслуживающим персоналом. Допускается также питание потребителей 2-й категории и по нерезервированным схемам, но целесообразность такого решения должна доказываться сравнением ущерба от недоотпуска электроэнергии в послеаварийном режиме при нерезервированной схеме с необходимым повышением затрат на создание резервированной схемы.

Питание потребителей 3-й категории может осуществляться по нерезервированной схеме.

Если в одном пункте имеются потребители разных категорий, то при выборе конфигурации сети следует исходить из высшей категории потребителей данного пункта.

Вместе с тем, обеспечивать более высокую надежность, чем требуют ПУЭ, не следует, так как дополнительные капитальные вложения трудно обосновать.

2.Проектируемая сеть должна быть по возможности простой. В районных сетях применяют три типа схем электроснабжения:

- разомкнутые нерезервированные сети, радиальные и магистральные, выполняемые одноцепными линиями;

- разомкнутые резервированные сети, радиальные и магистральные, выполняемые двухцепными линиями;

- замкнутые резервированные сети, (в том числе с двухсторонним питанием), выполняемые одноцепными линиями.

Выбор конкретного типа схемы определяется взаимным расположением пунктов потребления и составом потребителей по категориям. Составление вариантов следует начинать с наиболее простых схем - радиальных и магистральных, выбирая для них кратчайшие трассы. Для передачи электроэнергии к пунктам, расположенным в одном направлении от источника питания, используется одна трасса. Передача электроэнергии по линиям должна осуществляться только в направлении общего потока энергии от источника питания к потребителям. Передача электроэнергии в обратном направлении даже на отдельных участках сети приведет к повышению капиталовложений, повышению потерь мощности и энергии. Кроме того, следует учитывать, что радиальные и магистральные схемы позволяют сооружать подстанции потребителей без выключателей на стороне высшего напряжения, то есть более дешевые. Но в то же время они характеризуются наибольшей суммарной длиной линий (в одноцепном исчислении).

3.Применение более сложных замкнутых схем повышает надежность электроснабжения, но имеет и отрицательные стороны. Как правило, применение замкнутой схемы электроснабжения экономически целесообразно только в том случае, если суммарная длина линий замкнутой сети получается существенно ниже, чем суммарная длина линий разомкнутой сети (в одноцепном исчислении), то есть, если экономятся капиталовложения на строительство линий и требуется меньший расход алюминия. Применение замкнутой сети, как правило, экономически нецелесообразно, если при объединении линий в замкнутый контур образуется протяженный малозагруженный участок. Замкнутые схемы требуют использования на подстанциях потребителей схем с выключателями на стороне высшего напряжения, и это удорожает подстанции. Кроме того, если простая замкнутая сеть охватывает 4...6 потребителей, то в послеаварийных режимах, возникающих при отключении одного из головных участков, в ней происходит недопустимо большая потеря напряжения. Впрочем, этот недостаток легко устранить, если расчленить кольцо на два взаимосвязанных контура (то есть перейти к сложнозамкнутой сети) или перевести сеть на более высокое номинальное напряжение. Поэтому применение замкнутой сети или отказ от ее применения всегда требуют экономического обоснования

4.Совершенно необязательно предусматривать для всей сети одно и то же номинальное напряжение. Отдельные участки, обычно самые отдаленные и малозагруженные, могут иметь более низкое номинальное напряжение, чем остальная сеть. Однако при принятии такого решения следует иметь в виду, что для соединения участков с разными номинальными напряжениями потребуются трехобмоточные трансформаторы, причем на большую мощность, которые более дороги, чем двухобмоточные.

Общее число всех теоретически возможных вариантов схемы сети может быть очень большим. Поэтому, чтобы не создавать себе лишней работы, не следует стремиться рассмотреть их все. Но с другой стороны, рассмотреть нужно столько вариантов, чтобы в действительности лучший вариант с большой степенью вероятности попал бы в их число. Учитывая все это, рекомендуется следующий порядок составления вариантов.

1.Составляется наиболее простой вариант радиально-магистральной сети, где все линии прокладываются двух- или одноцепными линиями по кратчайшим трассам.

2.Полученный вариант анализируется с точки зрения его возможных недостатков (большая протяженность линий, большое количество выключателей, дорогие подстанции и т.д.), и составляются следующие варианты, в которых эти недостатки в той или иной мере устраняются. При этом схема сети может оставаться как чисто радиально-магистральной, так и становиться смешанной, то есть включать в себя кольцевые участки.

3.Составляется вариант кольцевой сети, где все или большинство потребителей объединяются в кольцо.

4.Этот вариант также анализируется, и все следующие варианты составляются с целью устранения его недостатков. При этом также не исключено, что могут вновь появиться какие-то радиально-магистральные участки.

Все шаги по составлению вариантов нужно отразить в пояснительной записке. При этом следует иметь в виду, что в каждом следующем варианте должны устраняться какие-то недостатки предыдущих вариантов. Не нужно составлять новые варианты просто так, “для количества”.