Учебная работа. Проектирование дальней электропередачи сверхвысокого напряжения
Содержание
Введение
1. Расчет погонных, волновых характеристик и натуральной мощности ЛЭП
2. Расчёт режима большей передаваемой мощности
3. Расчёт меньшей передаваемой мощности
4. Расчет величины наибольшей напряженности электронного поля на проводах средней фазы
5. Выбор числа и номинальной мощности трансформаторов и автотрансформаторов для установки их на концевых подстанциях
6. Схема и электронные характеристики ЛЭП СВН
7. Расчет установившихся режимов
8. Разработка схем распределительных устройств
Заключение
Перечень использованных источников
Приложение
Введение
В качестве начальных данных к заданию приводятся вероятная типовая схема одноцепной электропередачи сверхвысокого напряжения (СВН) (рис. 1). Схема представляет собой электропередачу от удаленной электростанции в приемную систему (связь с приемной системой осуществляется через автотрансформатор (АТ) связи).
Для схемы предполагается, что передающий конец электропередачи находится слева (со стороны U1), приемный конец-справа (со стороны U2).
Рис. 1. Типовая схема электропередачи
Для схемы №1 в качестве источника питания предлагается разглядывать ГЭС , что дозволяет упростить расчеты за счет способности поддержания постоянным напряжения сначала полосы. Это становится вероятным благодаря применению на генераторах ГЭС регуляторов возбуждения мощного деяния.
В качестве начальных данных к курсовому проекту, кроме номера схемы, заданы:
– Uном = 500 кВ – номинальное напряжение ЛЭП ;
– L = 510 км – длина ЛЭП ;
– Рнб = 1150 МВт – большая передаваемая мощность в зимний период;
– Рнм = 0,3*1150 = 345 МВт – меньшая мощность, передаваемая в летнюю пору (в толиках от Рнб);
– Марка и количество расщепленных проводов в фазе 3х400/51;
– а= 50см =0,5 м – шаг расщепления;
– Dмф=11,0 м – расстояние меж фазами;
– m=0,88 – коэффициент гладкости проводов
– д =1,02- относительная среднегодовая плотность воздуха;
– tя=-10°С – среднемесячное
– tи=+25°С – среднемесячное
– Tнб=5750 ч – время использования наибольшей перегрузки электропередачи;
– Cosц =0,94 – коэффициент мощности на шинах приёмной системы (в режимах передачи большей и меньшей мощности);
– Qизб =280 Мвар – наибольшая величина лишней реактивной мощности, которую может принять система в режиме передачи меньшей мощности.
1. Расчет погонных, волновых характеристик и натуральной мощности ЛЭП
Определим среднегеометрическое расстояние меж проводами фаз:
Среднегеометрическое расстояние меж проводами фаз А, В и С при их случайном положении определяется как:
Dcp =
Для одноцепных ЛЭП 330-1150 кВ основное применение отыскали портальные опоры, таковым образом, формула для расчета среднегеометрического расстояния меж проводами воспримет вид:
Dcp = = = 11* = 13,86 м
Определим радиус расщепления
Rp = = = 28,87 см
Определим эквивалентный радиус:
Учет расщепления осуществляется подменой радиуса единичного провода эквивалентным радиусом расщепления фазы:
rэкв = Rp = 28.87 = 14.52 см, где
Рассчитываем погонные характеристики ЛЭП .
Определим ёмкость средней фазы:
Ср = = = 0,01277 мкф/км
Определяем удельное индуктивное сопротивление
х0 = 0,1445log + = 0.1445 + = 0.291Ом/км
Определяем удельную ёмкостную проводимость
b0 = = =3.83*10-6 См/км
Определим удельное активное сопротивление
Для АС 400/51 ,
таковым образом, для трёх проводов в одной фазе:
,
Рассчитаем волновые характеристики ЛЭП .
Волновое сопротивление полосы, определяющее волновые характеристики ЛЭП :
zb = =
Неизменная распространения электромагнитной волны:
г = = = б +jв,
где б – коэффициент затухания;
в – коэффициент конфигурации фазы.
Для идеализированной полосы:
r0 =0, g0 =0
zb = = = 275.64 Ом
в0 = = = 1.056*10-3 рад/км = 0,0605 град/км
Волновая длина полосы, определяющая пропускную способность ЛЭП :
л = в0 L = 0,0605*510 = 30,85
Натуральная мощность полосы, определяющая пропускную способность ЛЭП :
Р нат = = = 907 МВт
2. Расчёт режима наибольшей передаваемой мощности
Расчётное напряжение
U1 =U2=Uнб расч = 1,04 Uном =1,04*500 = 520 кВ
Базовая мощность
Sбаз = = = 981 МВА
Большая передаваемая мощность в зимний период:
= = = 1,17
Реактивная мощность в конце полосы:
= -ctgл + = -ctg 30.85 + = 0.11
Реактивная мощность сначала полосы при kU = 1
=
Строятся эпюры напряжения, тока и реактивной мощности вдоль полосы. Для этого употребляются уравнения длинноватой полосы в относительных единицах:
Ux= U2[cos (в0lx) + sin(в0lx)+j sin (в0lx)]
Ix = [cos (в0lx) + j sin(в0lx) – cos(в0lx)]
Qx = Im( Ix)
С учётом базовых величин:
Uбаз= U2 = 520 кВ
Iбаз= Iнат = = = 1,09 кА
= cos (в0lx) + sin(в0lx)+j sin (в0lx)
= cos (в0lx) + j(в0lx) – cos(в0lx)
= Im()
= cos (0.0605*210) +0.11 sin(0.0605*210)+j *1.17*sin (0.0605*210) =1,015L6,0 o.e.
= 1.17cos (0.0605*210) + j*sin(0.0605*210) – 0.11*cos(0.0605*210) = 0.700L6,0 o.e.
= Im(0.915L0.6*0.9L-0.6) = Im(0.824+j*0) = 0 о.е.
Другие результаты приведём в таблице 1.
Таблица 1
L(x)
0
105
210
315
420
модуль
фаза
модуль
фаза
модуль
фаза
модуль
фаза
модуль
фаза
U(x)/U2
1
0
1,011
3,1
1,015
6,0
1,011
9,2
1
13,8
I(x)/Iнат
0,683
-4,5
0,694
0,6
0,700
6,0
0,694
12,6
0,683
18,3
Q(x)
0,1
0,048
0
-0,048
-0,1
По результатам вычислений строим эпюру распределения напряжения.
Рис. 1. Эпюра распределения напряжения
Рис. 2. Эпюра распределения тока
Рис. 3. Эпюра распределения реактивной мощности
Средний квадратичный ток
Iсркв =
= = =0.697 о.е
Iсркв = Iнаг =1,09*0,697 = 0,76 кА
По данной температуре определяем погонное активное сопротивление:
r0янв = r0 (1+0.004*(tянв-20)) = 0,024*(1+0,004*(-10-20)) = 0,021 Ом/км
Рассчитаем утраты активной мощности
?Рне = 3r0L = 3*0.762*0.021*510 = 18.56 мВт
Оценим приобретенные утраты в процентах от передаваемой мощности
?Рне,% = *100% = *100% = 1,61%
3. Расчёт меньшей передаваемой мощности
Расчётное напряжение
U1 =U2=Uном= 500 кВ
Базовая мощность
Sбаз = = = 907 МВА
Iбаз = Iнат = = = 1.05кА
Большая передаваемая мощность в зимний период:
= = = 0,17
Реактивная мощность в конце полосы:
= -ctgл + = -ctg 30.85 + = 0.27
Реактивная мощность сначала полосы при kU = 1
=
Строятся эпюры напряжения, тока и реактивной мощности вдоль полосы. Для этого употребляются уравнения длинноватой полосы в относительных единицах:
Ux= U2[cos (в0lx) + sin(в0lx)+j sin (в0lx)]
Ix = [cos (в0lx) + j sin(в0lx) – cos(в0lx)]
Qx = Im( Ix)
С учётом базовых величин:
Uбаз= U2 = 520 кВ
Iбаз= Iнат = = = 1,05 кА
= cos (в0lx) + sin(в0lx)+j sin (в0lx)
= cos (в0lx) + j(в0lx) – cos(в0lx)
= Im()
Другие результаты приведём в таблице 2.
Таблица 2
L(x)
0
105
210
315
420
модуль
фаза
модуль
фаза
модуль
фаза
модуль
фаза
модуль
фаза
U(x)/U2
1
0
1,022
3,1
1,03
2,8
1,022
4,4
1
7,0
I(x)/Iнат
0,379
-16,7
0,385
-10
0,39
2,8
0,385
14,0
0,379
23,0
Q(x)
0,194
0,096
0
-0,096
-0,194
По результатам вычислений строим эпюру распределения напряжения.
Рис. 4. Эпюра распределения напряжения
Рис. 5. Эпюра распределения тока
Рис. 6. Эпюра распределения реактивной мощности
Средний квадратичный ток
Iсркв =
= = =0.49 о.е
Iсркв = Iнаг =1,05*0,49 = 0,51 кА
По данной температуре определяем погонное активное сопротивление:
r0июл = r0 (1+0.004*(tиюл-20)) = 0,024*(1+0,004*(25-20)) = 0,024 Ом/км
Рассчитаем утраты активной мощности
?Рнм = 3r0L = 3*0.512*0.024*510 = 9,55 мВт
Оценим приобретенные утраты в процентах от передаваемой мощности
?Рнм,% = *100% = *100% = 2,8%
4. Расчет величины наибольшей напряженности электронного поля на проводах средней фазы
значения наибольшей напряженности ограничиваются допустимыми значениями, исключающими появления общего коронирования проводов и интенсивных радиопомех.
Рассчитаем величину наибольшей напряженности электронного поля на проводах средней фазы:
Наибольшее электронного поля рассчитывается по формуле:
= 14,7* = 26,85 кВ/см
kу – коэффициент, учитывающий усиление напряженности вследствие воздействия зарядов примыкающих проводов расщепленной фазы,
kу = 1+(n-1) * = 1+(3-1) * =1.08
Рассчитаем самую большую допустимую напряженность, по условию ограничения радиопомех:
= 31,1-17,4*lg(rпр) = 31,1-17,4* lg(1,225) = 29,83 кВ/см
Рассчитаем исходную напряженность общего коронирования провода с гладкой незапятанной поверхностью:
Ен = 24,5д(1+) = 24,5*1,02*(1+) = 36,94 кВ/см
Рассчитаем самую большую допустимую напряжённость:
= 0,9mEн = 0,9*0,88*36,94 = 29,25 кВ/см
Таковым образом, получаем:
Рассматриваемая система фазы быть может использована, потому что ограничение напряженности электронного поля по условию радиопомех превосходит наивысшую напряженность средней фазы.
5. Выбор числа и номинальной мощности трансформаторов и автотрансформаторов для установки их на концевых подстанциях
Выбор трансформаторов на электронной станции и промежной подстанции делается в согласовании с избранным номинальным напряжением ЛЭП СВН и шкалой номинальных напряжений в согласовании с данными генерируемыми и потребляемыми мощностями. На электронной станции следует принять блочную схему.
Выбирают на станции 4 генератора марки CВФ-990/230-36 Черта представлена в таблице 3.
Таблица 3 – свойства генератора
Тип
P, МВт
Q, Мвар
КПД,%
U, кВ
cos
СВФ -990/230-36
300
183
15,75
98,2
0,85
Условия выбора блочного трансформатора
1) ;
2) ;
3) ,
Где
,
,
n % = 7,8% (таблица 1.6 [2])
– утраты на собственные нужды электростанции.
Для блоков с генераторами ТВВ-300-2, утраты на собственные нужды составляют согласно
,
,
;
Номинальная мощность трансформатора в блоке с генератором СВФ-990/230-36 будет равна
.
Выбирают трансформатор 3хОРЦ-417000/500/20.
Таблица 4 – характеристики трансформатора
Тип
Sном
Uном, кВ
Утраты, кВт
МВА
ВН
НН
Px
Pк
3хОРЦ-417000/500/20
1251000
500
20
400
800
6. Схема и электронные характеристики ЛЭП СВН
Отличительной индивидуальностью расчета режимов электропередач, содержащих ЛЭП СВН значимой протяженности (наиболее 300 км), является необходимость учета распределенности характеристик этих линий по длине. Для этого линия разбивается на участки длиной порядка 50-100 км, составляется схема всякого участка (набросок 5.1), характеристики которой определяются по формулам:
;
;
,
где l – длина участка ЛЭП СВН, Nц – число параллельных цепей полосы, R0, X0, b0 – соответственно удельные активное и индуктивное сопротивления и емкостная проводимость полосы.
Активная проводимость полосы, определяемая в главном потерями на корону, при расчетах режимов не учитывается.
Удельные свойства полосы определяются по формулам
;
;
,
где щ – угловая частота, с – удельное сопротивление проводов (алюминия), – среднегеометрическое междуфазовое расстояние.
Мвар/км;
Ом/км;
Ом/км;
См/км.
Рис. 7. Схема 1-го участка ЛЭП СВН
Разглядывают участок от узла “А” (ТЭС) до ПС1.
Ом;
Ом;
См.
Важными элементами электропередачи СВН являются трансформаторы и автотрансформаторы: повышающие трансформаторы электронных станций, автотрансформаторы связи распределительных устройств разных классов напряжения электронных станций, и автотрансформаторы (трансформаторы) потребительских подстанций.
Двухобмоточные трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения представляются в расчетных схемах далеких электропередач схемой, приведенной на рисунке RТВ, RТН и XТВ, XТН – соответственно активные и индуктивные сопротивления обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора (автотрансформатора), а КТВН – коэффициент трансформации обмоток высшего-низшего напряжений, определяемые по номинальным напряжениям соответственных обмоток.
Рис. 8. – Схема двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН
Данные по трансформаторам сведены в таблицу 4.
Таблица 4 – Данные трансформаторов
Тип трансформатора
Rв
Rс
Rн
Xв
Xс
Xн
Uв
Uс
Uн
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
кВ
кВ
кВ
3хОРЦ-533000/500
0,96/3
–
–
69,3/3
–
–
–
20(24)
2Ч(3хАОДЦТН-417000/500/330)
0,49/2
0,49/2
1,36/2
59,1/2
0
98,5/2
10,5
Проанализировав характеристики и схемы отдельных частей электропередачи, составляют общую расчетную схему, в какой бытуют все входящие в электропередачу элементы.
Рис. 9 – Схема электропередачи
Таблица 5. Нагрузочные утраты активной мощности и электроэнергии
Тип режима
по среднеквадратичному току полосы
по характеристикам П-образной схемы замещения
по среднеквадратичному току полосы
по характеристикам П-образной схемы замещения
НБ
86,154
87,826
448000,8
456695,2
СР
35,592
34,307
53388
51460,5
НМ
13,784
14,064
28395,04
28971,84
529783,84
537127,54
Таблица 6. Утраты на корону
Тип погоды
Тип режима
по среднеквадратичному напряжения
по справочным данным
Снег
НБ
19023,67
19900,659
20002,265
22050
СР
НМ
Дождик
НБ
47106,23
49277,823
49529,418
54600
СР
НМ
Изморозь
НБ
65948,722
68988,952
69341,185
76440
СР
НМ
Отменная
НБ
18535,215
19389,686
19488,683
21483,84
СР
НМ
174573,84
Таблица 7. Утраты от токов утечки по поверхности изоляторов ВЛ
Тип погоды
Снег
246,75
Дождик
1512
Изморозь
115,15
Отменная
914,62
2788,52
Суммарные утраты электроэнергии:
а) 707146,2
б) 714489,9
электропередача напряженность трансформатор фаза
Рис. 10
анализ графика
Вывод:
1. Определение нагрузочных утрат активной мощности и электроэнергии для всякого периода перегрузки:
а) по среднеквадратичному току полосы
б) по характеристикам П-образной схемы замещения
2. Определение утрат на корону для всякого периода перегрузки и всякого периода погоды:
а) по среднеквадратичному напряжению
б) по справочным данным
3. Учет токов утечки по изоляторам воздушных линий
4. Суммарные годичные утраты
7. Расчет установившихся режимов
Расчет установившихся режимов производится с целью выявления уровней напряжения в узлах электропередачи, анализа их допустимости и выбора, по мере необходимости, средств регулирования напряжения.
При исследовании критерий передачи мощности по далекой электропередаче нужно провести расчеты главных режимов, которые могут появиться в процессе ее эксплуатации.
Схема для расчетов установившихся режимов приведена на рисунке 11.
Для рассматриваемой электропередачи следует разглядеть последующие режимы:
– наибольшая генерация мощности на ТЭС при наименьшем потреблении на подстанции (режим 1);
– наибольшая генерация мощности на ТЭС при наивысшем потреблении мощности на подстанции (режим 2);
– отключение 2-ух блоков на ТЭС при наименьшем потреблении на подстанции (режим 3);
– отключение 2-ух блоков на ТЭС при наивысшем потреблении на подстанции (режим 4);
– отключение одной цепи ЛЭП при наименьшем потреблении на подстанции (режим 5);
– отключение одной цепи ЛЭП при наивысшем потреблении на подстанции (режим 6).
Расчёт режимов работы электропередачи произведём на ЭВМ с помощью спец программки “Энергия”.
Результаты расчета сведены в таблице 8.
Таблица 8 – Напряжения в узлах в разных режимах без установленных шунтирующих реакторов
№ узла
Режим
Напряжение в узлах, кВ
1
4
5
30(2)
31
29
9
8
3
1 – наибольшая генерация на ГЭС при наибольшей перегрузке на В
787
805
819
827
828
821
805
784
780
2 – наибольшая генерация на ГЭС при малой перегрузке на В
787
805
819
827
826
819
803
790
782
3 – отключение 1-го блока на ГЭС при наибольшей перегрузке на В
787
809
825
834
835
827
810
795
792
4 – отключение 1-го блока на ГЭС при малой перегрузке на В
787
810
826
836
836
827
809
787
780
5 – отключение 1-го блока на ГЭС и отключение одной цепи ЛЭП при наибольшей перегрузке
787
795
803
812
816
812
799
796
790
6 – отключение 1-го блока на ТЭС и отключение одной цепи ЛЭП при малой перегрузке на ПС1 (нужно бросить в работе лишь 3 реактора)
787
794
802
810
811
806
794
790
787
По заданию проекта на шинах СВН подстанции В и приёмной системы нужно поддерживать напряжение в границах 500 кВ.
Из таблицы видно, что напряжение на шинах В во всех режимах превосходит установленный предел.
нужно на шинах СВН подстанции установить шунтирующие реакторы для компенсации зарядной мощности полосы с целью уменьшения напряжения.
Таблица 9 – Напряжения в узлах в разных режимах с установленными шунтирующими реакторами
№ узла
Режим
Напряжение в узлах, кВ
1
4
5
30(2)
31
29
9
8
3
1 – наибольшая генерация на ТЭС при наибольшей перегрузке на В
787
785
778
768
780
784
780
769
755
2 – наибольшая генерация на ТЭС при малой перегрузке на ПС1
787
785
778
767
777
781
778
767
765
3 – отключение 1-го блока на ТЭС при наибольшей перегрузке на ПС1
787
789
786
776
787
791
785
772
767
4 – отключение 1-го блока на ТЭС при малой перегрузке на ПС1
787
790
786
777
787
790
785
771
760
5 – отключение 1-го блока на ТЭС и отключение одной цепи ЛЭП при наибольшей перегрузке на ПС1
787
778
771
765
778
783
780
769
753
6 – отключение 1-го блока на ТЭС и отключение одной цепи ЛЭП при малой перегрузке на ПС1
787
783
780
778
785
784
780
768
755
Принимают к установке группы однофазных реакторов 5х(3хРОДЦ-330000) с UНФ= кВ. Технические данные приведены в таблице 10.
Таблица 10 – Технические данные шунтирующих реакторов
Тип реактора
Номинальное напряжение, кВ
Номинальный ток, А
Номинальная мощность, МВА
Утраты активной мощности, кВт
РОДЦ
242
3*330
3*320
Таковым образом, напряжения, приобретенные при подключении устройства продольной компенсации, удовлетворяют установленным нормам.
8. Разработка схем распределительных устройств
Выбор схем распределительных устройств на электростанции
Главные требования, предъявляемые к схемам:
– схемы РУ на подстанции должны обеспечить требуемую надёжность электроснабжения потребителей подстанции в согласовании с категориями электроприемников и транзитных перетоков мощности по межсистемным и магистральным связям в обычном и послеаварийном режимах;
– учесть перспективу развития подстанции;
– учесть требования противоаварийной автоматики;
– обеспечить возможность и сохранность проведения ремонтных и эксплуатационных работ на отдельных элементах схемы без отключения смежных присоединений;
– обеспечить наглядность, экономичность и автоматичность.
Схемы распределительных устройств (РУ) на станции выбирают согласно [3].
При числе присоединений 7 на ОРУ 500 кВ следует принять согласно [3] схему 2/1, которая различается большей надежностью.
В обычном режиме все выключатели нормально включены.
Выбор схем РУ на подстанции
Схемы распределительных устройств (РУ) на станции выбирают согласно [6].
При числе присоединений 6 на РУ-500кВ применяется схема трансформатор-шины с полуторным присоединением линий.
На РУ 10 кВ принимают схему одна одиночная секционированная выключателем система шин.
В данной схеме секционный выключатель нормально отключен для ограничения токов недлинного замыкания на шинах.
Выбор схем распределительных устройств на приемной системе далекой электропередачи. При числе присоединений 4 на РУ-500 кВ используют схему трансформатор-шины с подключением полосы через два выключателя.
В обычном режиме все выключатели нормально включены.
Заключение
В курсовом проекте рассмотрены вопросцы проектирования далекой электропередачи сверхвысокого напряжения.
Произведен расчет количества линий с хорошим выбором их сечения и конструкции. Произведен выбор основного оборудования и схем распределительных устройств (РУ) на электронной станции, подстанции и приемной системе.
В программке “Энергия ” определены напряжения на участках полосы электропередачи СВН в разных установившихся режимах с учетом избранных шунтирующих реакторов.
Перечень использованных источников
1. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных компаний и установок – М.: Энергоатомиздат, 2010 – 528 с.
2. Цариц С.Г., Акимкин А.Ф. Правила устройства электроустановок. – М.: Энергоиздат, 2010. – 385 с.
3. Кудрин Б.Ю. Электроснабжение промышленных компаний. – М.: Энергоатомиздат, 2010. – 416 с.
4. Липкин Б.Ю. Энергоснабжение промышленных компаний и установок – М.: Высшая школа, 1990. – 496 с.
5. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электронная часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 2010 – 608 с.
7. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. – М.: Энергия, 2011. – 600 с.
8. Федоров А.А. Справочник по электроснабжению промышленных компаний. В 2-х т. – М.: Энергия, 2010 – 520 с.
9. ПТЭ и ПУЭ. – М.: Энергоиздат, 2013. – 420 с.
10. Шеховцов В.П. Расчёт и проектирование схем электроснабжения. — М.: форум – ИНФА-М, 2012. – 214 с.
Приложение
Набросок А.1 – Режим генерации наибольшей мощности при наивысшем потреблении с шин подстанции
Набросок А.2 – Режим генерации наибольшей мощности при наименьшем потреблении с шин подстанции
Набросок А.3 – Режим наибольшего употребления с шин подстанции при выключении 1-го блока на станции
Набросок А.4 – Режим малого употребления с шин подстанции при выключении 1-го блока на станции
Набросок А5 – Режим наибольшего употребления с шин подстанции при выключении 1-го блока на станции и одной ЛЭП
Набросок А.6 – Режим малого употребления с шин подстанции при выключении 1-го блока на станции и одной ЛЭП
]]>