Электрические схемы подстанций
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

К моменту выполнения данного курсового проекта студенты еще не изучали курс “Станции и подстанции систем электроснабжения” 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. 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). Кроме того, предусматривается установка выключателей на некоторых подстанциях потребителей.

 
 

Схема электрических соединений подстанций потребителей на стороне высшего напряжения определяется категорией потребителей, 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.

Если подстанция тупиковая (то есть находится в конце радиальной или магистральной линии), то применяется упрощенные схемы подстанций с отделителями и короткозамыкателями, без выключателей, на стороне высшего напряжения. (рис.3.1). Количество трансформаторов на подстанциях выбирается в зависимости от требуемой надежности электроснабжения. Если все потребители подстанции относятся к 3-й категории, то подстанция питается по одноцепной линии, и на ней устанавливается ”блок с отделителем” и один трансформатор (рис.3.1, а). А если среди потребителей есть потребители 1-й и 2-й категории, то питание производится по двухцепной линии, устанавливаются ”два блока с отделителями и автоматической перемычкой со стороны трансформаторов” и два трансформатора (рис.3.1, б). Поскольку аварийность воздушных линий выше, чем аварийность трансформаторов, то при такой схеме подстанции при повреждении одной из цепей ВЛ оба трансформатора с помощью перемычки могут быть подключены к цепи, оставшейся в работе.

 
 

Остальные подстанции, подключенные к радиально-магистральной линии, являются проходными. Для проходных подстанций с двухцепными линиями нашла применение схема ”два блока с отделителями и автоматической перемычкой со стороны трансформаторов”, показанная на рис.3.2, а. Она позволяет при повреждении на оном из участков одной цепи сохранить на всех остальных участках нормальный режим.

Рисунок 3.5-Узловая подстанция
Если в радиально-магистральной сети проходная подстанция получает питание по двухцепной линии, а дальше идет одноцепная, то может быть применена упрощенная схема, представленная на рис.3.2, б. Такая схема позволяет сохранить питание одноцепной линии при повреждении любой из цепей двухцепной линии. В магистральных линиях с двухсторонним питанием, а также в кольцевых линиях при повреждении любого участка, он должен отключаться с двух сторон. Такую функцию выполняет подстанция в виде “мостика с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов“, представленная на рис.3.3. Перемычка из разъединителей позволяет при выводе в ремонт выключателя сохранить кольцо в замкнутом состоянии.

Если от подстанции, питающейся по кольцевой сети или по линии с двухсторонним питанием, ответвляется третья линия, одно- или двухцепная, то применяются более сложные схемы: “двойной мостик” и ”тройной мостик”. Они изображены на рис.3.4.

При числе присоединений на стороне высокого напряжения более четырех подстанция становится узловой, и требования к надежности существенно повышаются. Поэтому схема подстанции становится более сложной. Одна из возможных схем, используемых на узловых подстанциях, показана на рис.3.5. Она имеет рабочую систему шин, секционированную выключателем, и обходную, с выключателями во всех присоединениях.

Дополнительные материалы по электрическим схемам подстанций можно найти в [1,2].

3.3 Выбор наиболее конкурентоспособных вариантов

Все составленные варианты делятся на три группы: радиально-магистральные схемы, кольцевые (в основном) схемы и смешанные. Для каждой подстанции в соответствии с п. 3.2 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. Сечения проводов при этом вообще не учитываются.

Номинальное напряжение сети на этом этапе еще не определено, поэтому во всех вариантах, принадлежащих к одной группе, его можно считать одним и тем же и при сравнении не учитывать.

При определении общего количества выключателей учитываются выключатели, устанавливаемые на фидерах, отходящих от источников и выключатели распределительных устройств подстанций потребителей.

Что касается трансформаторов на подстанциях потребителей, то если во всех вариантах одной группы предполагается использовать одинаковые трансформаторы, при сравнении вариантов их также не учитывают. Если же трансформаторы разные, например, когда в части вариантов одной группы сеть состоит из участков с разными номинальными напряжениями, и для связи между ними будут использоваться трехобмоточные трансформаторы, то при сравнении вариантов этой группы отличия в стоимости трансформаторов следует учесть.

Далее удобно все полученные величины привести к какой-либо одной, например, к длине линий. Для этого по справочным данным определяют, скольким километрам одноцепной линии будет по стоимости соответствовать один выключатель, потом все выключатели, и общую длину линий увеличивают на эту величину. Аналогично, в километрах линии можно выразить и дополнительные капитальные вложения в трехобмоточные трансформаторы. В результате для каждого варианта получается некая приведенная длина линий. Затем по приведенной длине линий 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 с радиально-магистральной схемой линий, один с кольцевой и один со смешанной.

3.4 Пример составления вариантов схемы сети

Для иллюстрации этих правил ниже рассматривается последовательность составления вариантов сети для электроснабжения промышленного района с шестью потребителями, а также процесс выбора из них ограниченного числа вариантов для дальнейшего рассмотрения. Источник питания- сборные шины 110-220 кВ подстанции А энергосистемы.

Географическое расположение источника и потребителей представлено на рис.3.6. Там же указаны расстояния между пунктами (в километрах). Предполагается, что в пунктах 1, 2, 3 и 6 имеются потребители 1, 2 и 3 категории, в пункте 4 - только 2 и 3, а в пункте 5 - только потребители 3 категории. Составление вариантов начинаем с наиболее простых схем.

Вариант 1 (рис.3.7) представляет собой радиально-магистральную сеть, характеризую­щуюся тем, что все ЛЭП прокладываются по кратчайшим трас­сам. Все линии, за ис­ключением линии 4-5, двухцепные, линия 4-5 одноцепная, так как в п.5 имеются потреби­тели только 3 категории. Предполагаем, что длины линий и на­грузки таковы, что наиболее целесообраз­ным напряжением в этом случае будет номинальное напря­жение110 кВ.

Почти все подстанции (за исключением ПС 2) могут быть выпол­нены по упрощенным схемам без выключателей на стороне высшего на­пряжения. В частно­сти, для подстанции ПС5 принята схема по рис.3.1,б, для подстанций ПС1, ПС3, и ПС6 – по рис.3.1,а, а для под­станции ПС4 – по рис.3.2, б. В то же время подстанция ПС2 является узловой, что требует использования на стороне 110 кВ схемы повышенной надежности (с выключателями) и, следовательно, будет довольно дорогостоящей. Для нее принимаем схему по рис.3.5.

Определяем общую длину линий. Ее легко получить, сравнивая схему варианта с рис.3.6. Общая длина линий данного варианта в одноцепном исчислении получается равной:

км;

Здесь принято, что стоимость сооружения одного километра двухцепной линии в полтора раза выше, чем одноцепной. Поэтому длина всех линий, кроме линии 4-5 взята с коэффициентом 1,5.

Необходимое количество выключа­телей складывается из выключателей на под­станции А энергосис­темы (по одному вы­ключателю на каждый отходящий фидер) и выключателей на подстанциях потребителей. Общее количество выключателей для данного варианта составляет 16, (6 - на отходящих фидерах подстанции А и 10 - на узловой ПС2).

Общую длину линий и общее коли­чество выключате­лей для этого вари­анта и всех после­дующих показываем рядом с их схемами.

Основной не­достаток рас­смотренного вари­анта – сложность и дороговизна ПС2.

Поэтому пред­лага­ются вариант 2 (рис.3.8) и ва­риант 3 (рис.3.9), в которых требования к надежности ПС2 ниже. В варианте 2 питание ПС3 осуществ­ляется от ПС1, а в варианте 3 - питание ПС 6 осуществляется от ПС 5. В обоих вариантах ПС2 становится проходной и, следовательно, значительно дешевле. Однако протяженность линий в этих вариантах больше и затраты на строительство ли­ний выше.

На этом все ра­циональные вари­анты радиально-ма­гистральной кон­фи­гурации сети по-ви­димому исчерпы­ва­ются, и далее предла­гаются комби­ниро­ванные вари­анты, где часть сети имеет по-прежнему радиально-магист­ральную кон­фигура­цию, а часть - коль­цевую.

Вариант 4 (рис.3.10) также является развитием варианта 1 в направлении удешевления ПС2. В нем потребители 2, 3 и 6 объединены в кольцевую сеть. Это не только упрощает конструкцию ПС2, но и позволяет уменьшить суммарную длину линий. Подстанция ПС2 в этом ва­рианте может быть выполнена по ри­с.3.4, а подстан­ции ПС3 и ПС6 – по рис.3.3.

Очевидный не­достаток этого вари­анта - это то, что линия 3-6 будет на­гружена только в по­слеаварийных режи­мах, возникающих при повреждении линии 2-3 или линии 2-6, а все остальное время будет работать вхолостую или почти вхолостую.

В вариантах 5 (рис.3.11) и 6 (рис.3.12) часть потребителей также получает питание по кольцевой сети, что также снижает общую длину ЛЭП. Но здесь нет участков, которые в нормаль­ном режиме были бы явно незагружен­ными (та­ких, как участок 3-6 на рис.3.10). Однако сле­дует иметь в виду, что подстанции, соединен­ные в кольцо, оказы­ваются более доро­гими, так как требуют на сто­роне 110 кВ схемы ”мостик” с вы­ключа­телем в пере­мычке (рис. 3.3).

Вариант 7 (рис.3.13) является даль­нейшим развитием ва­рианта 6. В нем ПС3 питается от ПС2 по более короткой, чем в варианте 6, линии. Это позволило сократить общую протяженность линий, ценой удорожания ПС2, которая здесь должна иметь 3 выключателя.

Вариант 8 (рис.3.14) получен из варианта 5 путем замены линии 5-6 на линию 2-6. Выиг­рыша в расстоянии здесь нет, но зато линия 4-5 в этом варианте одноцеп­ная. Хотя подстан­ция ПС2 здесь более дорогая, чем в вари­анте 5.

Вариант 9 (рис.3.15) предпола­гает соединение всех потребителей в одно кольцо. Общая длина ЛЭП (в одноцепном исчислении) при этом минимальна. Все подстанции имеют на стороне высшего напряжения схему ”мостик” (Рис.3.3) с одним выключа­телем. Существенный недостаток этого варианта - большая про­тяженность кольца. Есть опасение, что в послеаварийном режиме, возни­кающем после отключения одного из головных участ­ков, общая потеря напряжения в сети окажется недопус­тимо большой.

При этом диапа­зона регулиро­вания устройств РПН на под­станциях по­требителей для обеспечения тре­буемого уровня на­пряжения может не хватить. Если при рас­чете это подтвер­дится, то вся эконо­мия, ожи­даемая за счет сниже­ния уменьшение по­тери напряжения в по­слеаварийном режиме (например, постройка дополнительной линии или применение более высокого номи­наль­ного напряжения 220 кВ). Вторым не­достатком этого ва­рианта является то, что к потребителю 2 электроэнергия пе­редается через по­требителей 3 и 6, то есть, течет, по суще­ству в обратном на­правлении, то есть к источнику. Это при­ведет к увеличению общих потерь элек­троэнергии.

Добиться даль­ней­шего сокращения протяженности ли­ний не уда­ется, поэтому считаем, что все основные варианты, видимо, исчерпаны. Но позже может появиться необходимость в некоторых дополнительных вари­антах (см. ниже).

Таким образом, общее количество ва­риантов получилось 9. Чтобы не прово­дить технико-эконо­мический расчет всех вариантов, сразу же отберем наиболее конкуренто­способ­ные из них (по од­ному от каждой группы), а остальные отбросим. Для этого проведем небольшие оценочные расчеты, позволяющие сравнить между собой варианты с одинаковыми прин­ципами построения схем сети хотя бы в первом приближении.

Например, ва­ри­анты 1...3 все имеют радиально-магист­ральные ре­зервиро­ванные схемы с двухцеп­ными линиями и, следовательно, обес­печивают примерно одинаковый уровень надежности. По­этому сравним их между собой по суммарной длине линий и по количеству выклю­чателей 110 кВ.

Сде­лав такие расчеты, получаем, что суммарная длина ли­ний (в од­ноцепном ис­числении) в первых трех вариантах состав­ляет соответственно 352, 366 и 363 км. Не­обходимое количество выключателей в этих вариан­тах 16, 6 и 6. Эти числа нанесены на рисунках. Очевидно, что наиболее конкурентоспособным из этих трех вариантов является вариант 3. Поэтому для дальнейшего расчета отбираем именно его, а варианты 1 и 2 далее не рассматриваем.

Варианты 4...8 также относятся к одному принципу конфигурации сети. В них часть потребителей питается по кольцевой сети, часть – по радиально-магистральной. Из них сразу же отбра­сываем вариант 4, так как в нем самая большая протяжен­ность линий наи­большее количество выключателей. Среди оставшихся четырех вариантов этой группы явного лидера нет, поэтому определяем для каждого из них при­веденную протяжен­ность линий, приняв, что стоимость одного выключателя 110 кВ примерно равна стоимости 4 км одноцепной воз­душной линии 110 кВ.

Таким образом, для дальнейшего рас­чета отбираем вариант 8, а варианты 5, 6 и 7 отбрасываем.

Сеть кольцевой конфигурации представлена единственным вариантом 9, поэтому оставляем его для дальнейшего расчета.

Таким образом, предвари­тельный расчет и технико-эко­номическое сравнение будем проводить для вариантов 3, 8 и 9.

Выше отмеча­лось, что 9 рассмот­ренных вариантов яв­ляются основными. Однако по­сле пред­варительного расчета, а также и после тех­нико-эконо­мического сравнения может возникнуть необхо­димость рас­смотре­ния дополнительных ва­риантов.

Так, например, лишь в результате предварительного расчета можно выяс­нить, какая потеря напряжения будет в послеаварийном режиме в сети, построенной по вари­анту 9. Если окажется, что она не слишком ве­лика, и регулировочные возможности устройств РПН серийных трансфор­маторов достаточны для обеспечения потребителей качествен­ным напряжением, то вариант 9 оставим в том же виде для технико-эконо­мического сравне­ния.

Если же выяс­нится, что она больше, чем воз­можности устройств РПН, то с целью ее уменьшения рас­смотрим способы модернизации этого варианта (в порядке возрастания эффек­тивности и, естест­венно, стоимости).

Во-первых, это выполнение го­ловных участков А-1 и А-4 двухцеп­ными линиями (назовем это вариантом 9 а). Тогда в случае аварии на головном участке отказывает только одна из цепей, поэтому наиболее тяжелым послеаварийным режимом будет отказ уже не головного, а следующего за ним участка. Потеря напряжения при этом, конечно же, меньше.

Во-вторых, это изменение схемы сети. Например, про­кладка дополни­тель­ной одноцепной линии А-2 (вариант 10, рис.3.16). Сеть при этом стано­вится сложнозамкнутой, длинное кольцо разбивается на два более коротких, и попутно устраняется обратная передача энергии по участкам 2-3 и 2-6. Другой способ измене­ния схемы – вариант 11 (рис.3.17). Здесь длинное кольцо также разбивается на два более коротких и устраняется обратная передача энергии. Но вновь появляется малозагру­женный участок 3-6.

В-третьих, ­можно перейти к бо­лее высокому классу номи­нального на­пряжения 220 кВ без изменения схемы (вариант 12). Тогда нужно будет рас­смотреть вари­анты 9а, 10, 11 и 12 и выбрать из них наиболее конкурен­тоспо­собный, кото­рый и будет участ­вовать в технико-экономическом срав­нении вместо варианта 9. Отметим, что рас­сматривать эти варианты сразу смысла не имеет, так как по стоимости они все проигрывают варианту 9, и все равно были бы отбро­шены. Необходимость их рас­смотрения возникает только в случае, если вариант 9 не про­ходит по техниче­ским ограни­чениям (слишком большая по­теря напряжения в послеава­рийном режиме).

Но на этом до­полнитель­ные вари­анты не исчерпыва­ются. Если при тех­нико-эконо­мическом сравнении выиграет вариант 3, то можно рассмот­реть воз­можность электро­снабжения ПС3 по нерезерви­рованной схеме (так, как в ее составе нет потреби­телей 1 категории). Для этого линию 2-3 нужно сделать одно­цепной (вариант 13). Можно также рас­смотреть вариант выполнения линий 4-5 и 5-6 на напряжение 35 кВ (вари­ант14, рис.3.18).

Возможно, один из этих вариантов окажется даже выгоднее уже выигравшего технико-экономическое сравнение варианта 3.


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 (см. рис.4.4; рис.4.6). 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: ; (4.1)

Здесь - 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 (4.1) 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.

В случае сложно-замкнутой сети ее предварительно преобразуют в простую замкнутую сеть или проводят расчет потокораспределения методом узловых потенциалов, используя вычислительную технику. (На кафедре ЭПП СГТУ имеются профессиональные программы для таких расчетов).

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].




Дата: 2016-10-02, просмотров: 343.