Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Самарская государственная академия путей сообщения
Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Электрические станции сети и системы»
Вариант № 69
Выполнил:
студент группы 852
Музалёв Н. А.
Проверил: Козменков О.Н.
Самара 2007
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Исходные данные для расчета
3. Определение ожидаемой суммарной расчетной нагрузки
4. Определение числа и мощности трансформаторов ГПП, обоснование схемы внешнего электроснабжения
5. Электрический расчет электропередачи 110 кВ
6. Определение напряжений и отклонений напряжений
7. Диаграммы отклонения напряжений
8. Определение потерь электроэнергии
9. Расчет токов короткого замыкания
10. Определение годовых эксплуатационных расходов и себестоимости передачи электрической энергии
Введение
Целью курсовой работы является приобретение студентами практических навыков расчета и проектирования электрических сетей напряжением 110кВ и выше. В задание входит:
− расчет электрических нагрузок железнодорожного узла;
− выбор числа и мощности трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП);
− электрический расчет питающей воздушной ЛЭП 110кВ, а также расчет токов короткого замыкания и проверки основной аппаратуры ГПП на термическую и электродинамическую устойчивость.
Необходимо:
1. По заданным значениям отдельных электрических нагрузок, расположенных на территории железнодорожного узла, определить суммарную расчетную нагрузку.
2. Определить мощность ГПП, категорийность потребителя, выбрать число и мощность трансформаторов на ней.
3. Выполнить электрический расчет воздушной ЛЭП 110кВ.
4. Определить годовые эксплуатационные расходы и себестоимость передачи электрической энергии.
5. Составить принципиальную схему электропередачи, и выбрать электрооборудование.
6. Рассчитать токи короткого замыкания, проверить аппаратуру на термическую и электродинамическую устойчивость.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА
Тяговая нагрузка, Р1
= 6,9 МВА; cosj1
= 0,882
Жилые кварталы, Р2
= 1,39 МВА; cosj2
= 0,872
Электровозное депо, Р3
= 1,31 МВА; cosj3
= 0,952
Вокзал с пристанционным хозяйством, Р4
= 1,22 МВА; cosj4
= 0,878
Сельхоз нагрузка прилегающих районов, Р5
= 2,8 МВА; cosj5
= 0,743
Прочая нагрузка, Р6
= 0,788 МВА; cosj6
= 0,946
Число часов использования максимума нагрузки в год, Тм
= 6920 ч.
Длина ЛЭП 110кВ, L = 172 км
Стоимость 1кВт×ч, β = 156 коп.
Отклонения напряжения на питающей подстанции, dUmax
/dUmin
= ±5%
Определение ожидаемой суммарной расчетной нагрузки
Суммарная расчетная активная мощность:
 ,
где n
– количество нагрузок подключенных к данному узлу;
Краз
– коэффициент разновременности максимума.
 МВА
Расчетная реактивная мощность:
 .
tgφ1
= 0,534
tgφ2
= 0,561
tgφ3
= 0,322
tgφ4
= 0,545
tgφ5
= 0,901
tgφ6
= 0,339
Суммарная расчетная мощность:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ГПП, ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Определим мощность трансформаторов с Кз
=0,7:
 ,
где NT
– количество трансформаторов.
 МВА
Выбираем ближайшее стандартное значение номинальной мощности трансформатора:
Тип трансформатора ТДН – 16000/110
Потери: х.х. = 18 кВт
к.з. = 85 кВт
Ток х.х. = 0,7 %
Напряжение к.з. = 10,5 %
Далее проверяем коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме, когда в работе остается один трансформатор:
 , т.к. Кз
=0,905<1,3¸1,4 трансформатор выбран верно.
Выбираем схему ГПП с короткозамыкателями и отделителями (рис 1), число фидеров 10 кВ: 16/3 = 5,333 ≈ 5
Провода питающих ЛЭП – 110кВ принимаем сталеалюминевыми, марки АС. Так как по экономическому условию сечение провода всегда будет большим, можно исходить из экономической плотности j
э
Сечение провода:
где  , А – расчетный ток нормального режима;
j
э
= 1 А/ мм2
– экономической плотность тока.
Полученное сечение округляем до ближайшего стандартного, т.е. выбираем провод марки АС-70, S=70мм2
. Осталось проверить выбранное сечение S
по длительно допустимому току для аварийной ситуации, когда по одной ЛЭП будет протекать расчетный ток всей ГПП:
Для провода марки АС-70 длительно допустимый ток Iдд
=265А, следовательно, провода марки АС-70 подходят.
Электрический расчет электропередачи
110кВ
Схему замещения ЛЭП принимаем «П»-образной, трансформатора «Г»-образной. Таким образом, схема замещения электропередачи получит вид, представленный на рис. 2.
Рис. 2. Схема замещения ЛЭП и трансформатора
Здесь: rл
, xл
– активное и индуктивное сопротивление линии, Ом;
rт
, xт
– активное и индуктивное сопротивление трансформатора, Ом;
Gт
, Bт
–активная и индуктивная проводимость трансформатора, См;
Вл
– емкостная проводимость линии, См;
SГПП
– мощность на шинах 10кВ, МВА.
Активное сопротивление двухцепной линии:
 , Ом
где r
0
– активное сопротивление одного километра линии, Ом/км;
l
– длина линии, км.
 Ом
Индуктивное сопротивление двухцепной линии:
 , Ом
где x
0
– индуктивное сопротивление одного километра двухцепной линии,
Ом/км. Принимаем x
0
=0,4 Ом/км.
 Ом
Емкостная проводимость двухцепной линии:
 , См
где В0
= См/км емкостная проводимость одного километра линии.
 См
Сопротивления трансформаторов:
 , Ом
 , Ом
где D
Рм
– потери мощности при коротком замыкании, кВт (потери активной мощности в меди);
U
к
– напряжение короткого замыкания трансформатора, %;
Sн
– номинальная мощность трансформатора, кВА;
U
н
– номинальное напряжение основного вывода трансформатора, кВ.
 Ом
 Ом
Проводимости трансформаторов:
 , См
 , См
где D
Рст
– потери активной мощности в стали трансформатора, приближенно
равные потерям мощности при холостом ходе, кВт;
I
0
– ток холостого хода, %.
 См
 См
Зарядная емкостная мощность двухцепной линии:
 , Мвар
 Мвар
Согласно принятой П-образной схеме замещения половина емкостной мощности 0,5Qc
генерируется в начале линии и половина – в конце.
Определение потерь мощности в трансформаторах.
Потери мощности имеют место в обмотках и проводимостях трансформаторов, которые для ГПП определим по формуле:
 , МВА
 МВА
 МВА
Потери мощности в проводимостях трансформаторов:
 , МВА
где m
– число трансформаторов ГПП;
Q
m
- потери реактивной мощности в стали трансформатора, Мвар:
 Мвар
 МВА
 МВА
Sн
– номинальная мощность трансформатора, МВА.
Определение мощности в начале линии электропередачи начинаем со стороны ГПП.
Определим мощность в начале расчетного звена трансформаторов S
н.тр
. Для этого к потерям мощности в обмотках трансформаторов D
S
об
прибавим мощность на шинах 10кВ ГПП:
 , МВА
 МВА
 МВт
 Мвар
 МВА
Определим мощность S
п.тр
, подводимую к трансформаторам, для чего к мощности в начале расчетного звена трансформаторов S
н.тр
прибавим мощность потерь в проводимостях трансформаторов:
 , МВА
 МВА
 МВт
 Мвар
 МВА
Определим мощность в конце линии передачи S
кл
(в конце звена), для чего алгебраически сложим мощность, подводимую к трансформаторам, с половиной зарядной мощности линии:
 , МВА
 МВА
 МВт
 Мвар
 МВА
Определим потери мощности в сопротивлениях линии:
 , МВА
 МВА
 МВт
 Мвар
 МВА
Определим мощность в начале линии S
нл
(в начале звена), суммировав мощность в конце звена с потерями мощности в линии, и прибавив половину зарядной мощности ЛЭП:
 , МВА
 МВА
 МВт
 Мвар
 МВА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ОТКЛОНЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ
В начале определим напряжение в центре питания, т.е. на шинах районной подстанции U
цп
в режиме максимальной нагрузки:
 ,
где d
U
max
= 5% – отклонение напряжения, которое указывается в задании;
U
н
– номинальное напряжение 110кВ.
 кВ
Тогда напряжение в конце ЛЭП определяется по формуле:
 ,
где  ;
Рнл
– активная мощность в начале ЛЭП;
Q
нл
– реактивная мощность в начале ЛЭП.
 кВ
 кВ
Потеря напряжения в линии в % составит:
 %.
Отклонение напряжения в конце ЛЭП в %:
 %
Напряжение на шинах вторичного напряжения трансформатора, приведенное к первичному, будет:
где D
U
Т
– потерю напряжения в трансформаторе, определим по формуле аналогичной потере напряжения в ЛЭП:
 ;
где Рн.тр
, Q
н.тр
– соответственно активная и реактивная мощность в начале расчетного звена трансформатора.
  кВ
 кВ
В % потеря напряжения в трансформаторе составит:
Отклонение напряжения на шинах вторичного напряжения трансформатора определяется по формуле:
Ответвление +16%: δU2
= 0,681 + 5 – 5,17 = 0,511 %
Ответвление 0%: δU2
= 0,681 + 10 – 5,17 = 5,511 %
Ответвление -16%: δU2
= 0,681 + 16 – 5,17 = 11,511 %
Теперь определим напряжение в центре питания, т.е. на шинах районной подстанции U
цп
в режиме минимальной нагрузки:
 ,
где d
U
min
=– 5% - отклонение напряжения, которое указывается в задании;
U
н
– номинальное напряжение 110кВ.
 кВ
Тогда напряжение в конце ЛЭП определиться по формуле:
,
где ;
Рнл
– 50% активной мощности в начале ЛЭП;
Q
нл
– 50% реактивной мощность в начале ЛЭП.
 кВ
 кВ
Потеря напряжения в линии в % составит:
%.
Отклонение напряжения в конце ЛЭП в %:
%
Напряжение на шинах вторичного напряжения трансформатора, приведенное к первичному, будет:
где D
U
Т
– потерю напряжения в трансформаторе, определим по формуле аналогичной потере напряжения в ЛЭП:
 ;
где Рн.тр
, Q
н.тр
– соответственно 50% активной и 50% реактивной мощности в начале расчетного звена трансформатора.
 кВ
 кВ
В % потеря напряжения в трансформаторе составит:
Отклонение напряжения на шинах вторичного напряжения трансформатора определяется по формуле:
Ответвление +16%: δU2
= 8,139 + 5 – 2,675 = 10,464 %
Ответвление 0%: δU2
= 8,139 + 10 – 2,675 = 15,464 %
Ответвление -16%: δU2
= 8,139 + 16 – 2,675 = 21,464 %
ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ ОТКЛОНЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ
Согласно ГОСТ 13109-97 для сетей 6-10 кВ и выше максимальные отклонения напряжения не должны превышать ±10 %, а в сетях до 1 кВ - ±5 %.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В линии, выполненной проводами одинакового сечения по всей длине, потери электроэнергии:
 , кВт×ч,
где r
0
– активное сопротивление провода, Ом/км;
U
н
– номинальное напряжение линии, кВ;
Sp
– расчетная мощность, кВА;
l
– длина ЛЭП, км;
t
-- время максимальных потерь, ч.
Время потерь t
можно определить лишь приближенно. Для определения t
используем формулу:
 ч
 кВт×ч
Потери электроэнергии в трансформаторах ГПП:
 , кВт×ч,
где D
Рм.н
– потери активной мощности в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке (потери короткого замыкания), кВт;
D
Рст
– потери активной мощности в стали трансформатора (потери холостого хода), кВт;
S
н
– номинальная мощность трансформатора, кВА;
S
р
– максимальная расчетная мощность, преобразуемая трансформаторами подстанции, кВА;
m
– число трансформаторов на подстанции;
t
– время, в течение которого трансформатор находится под напряжением (принять в расчетах t
=8760ч), ч.
 кВт×ч
Полные потери электрической энергии составят:
 , кВт×ч.
 кВт×ч
РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Сопротивление воздушной ЛЭП:
 , Ом
где х0
– удельное сопротивление одного километра воздушной ЛЭП-110 (принимаем х0
=0,4Ом/км);
l
– длина линии, км.
 Ом
Результирующее сопротивление:
 , Ом
 Ом
Периодическая составляющая тока короткого замыкания для т. К1
:
 , кА
 кА
Амплитуда ударного тока: , кА.
 кА
Для т. К2
(напряжение 10кВ) приведем сопротивление ЛЭП-110кВ коэффициент напряжению 10кВ по формуле:
 , Ом
где U
10
и U
110
– среднее номинальное напряжение ступени.
 Ом
Результирующее сопротивление равно:
 , Ом
где сопротивление трансформатора определяется по формуле:
 , Ом
 Ом
 Ом
Периодическая составляющая тока короткого замыкания в т. К2
определится по формуле:
 , кА
 кА
Амплитуда ударного тока:  кА.
 кА
Определение годовых эксплуатационных
РАСХОДОВ И СЕБЕСТОИМОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Годовые эксплуатационные расходы состоят из трех слагаемых:
− стоимость потерь электроэнергии в электрических сетях;
− отчисление на амортизацию оборудования сети;
− расходы на текущий ремонт и обслуживание сети.
Годовые эксплуатационные расходы:
 ,
где b
- стоимость электроэнергии, руб./кВт×ч;
Рак
, Ррк
– амортизационные отчисления и отчисления на текущий ремонт и обслуживание в к
-том элементе сети, %;
Кк
– капиталовложения в рассматриваемый элемент, тыс. руб.
 тыс.руб.
Полные затраты на электропередачу составят:
где С
– годовые эксплуатационные расходы (годовые издержки производства) при рассматриваемом варианте, тыс.руб.;
К
– капиталовложения при рассматриваемом варианте, тыс.руб.;
Рн
– нормативный коэффициент эффективности, который для расчетов в области энергетики принимаем 0,12.
 тыс.руб.
Себестоимость передачи электроэнергии:
где Рр
– расчетная мощность железнодорожного узла;
Тм
– продолжительность максимума нагрузки, ч.
 руб./кВт×ч.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 368с.
2. Правила устройства установок ПУЭ., 6-е, 7-е издание. – Санкт-Петербург: Деан, 2001. – 942с.
3. Караев Р.И., Волобринский С.Д. Электрические сети и энергосистемы. – М.: Транспорт, 1988. – 312с.
4. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: ВШ, 1986. – 400с.
5. Справочник по проектированию электроснабжения /Под ред.Ю.Г. Барыбина. – М.: Энергоатомиздат, 1990.—576с.
|