Исследование режимов и выбор основных параметров системы электропередачи

Исследование режимов и выбор основных параметров системы электропередачи

Содержание

Введение

. Исходные данные

. Выбор конструкций и типов проводов

. Сопоставление сопротивлений и проводимостей, вычисленных по формулам и определенных с помощью нормативно-справочной литературы

. Расчет волновых параметров ЛЭП по точным и приближенным формулам с учетом и без учета потерь

. Определение обобщенных постоянных А, В, С, D c учетом и без учета потерь в линии

. Расчет критериальных параметров ЛЭП и их зависимостей

. Расчет режимов ЛЭП в режиме максимальных и минимальных нагрузок с учетом и без учета потерь

. Построение зависимости стоимости передачи электроэнергии от КПД ЛЭП

. Повышение пропускной способности электропередачи

. Технико-экономические показатели электропередачи

Заключение

Литература

Введение

Целью данной курсовой работы является анализ режимов системы передачи и выбор основных ее параметров. Проводятся расчеты режимных параметров с учетом и без учета потерь, сопоставление удельных сопротивлений и проводимостей, вычисленных по формулам и определенных по справочной литературе. Также необходимо провести расчеты волновых параметров ЛЭП по точным и приближенным формулам с учетом и без учета потерь, обобщенных постоянных четырехполюсника А, В, С, D с учетом и без учета потерь в линии. Далее проводятся расчеты критериальных параметров ЛЭП и их зависимостей с построением соответствующих графических зависимостей. Необходимо также провести расчет одного из мероприятий по повышению пропускной способности ЛЭП.

1. Исходные данные

Основная исходная информация содержится в задании по курсовой работе. Рассчитаем данные необходимые для выполнения проекта:

o   Номинальное напряжение линии электропередачи (ЛЭП) ;

o   Протяженность ЛЭП ;

o   Передаваемая мощность в максимальном режиме принимаем

,

где  - натуральная мощность ЛЭП, МВт.

Для напряжения 750 кВ  тогда

o   Передаваемая мощность в минимальном режиме, принимаем

o   Число часов использования максимальной нагрузки , где

o   Нагрузка  где

Расчетное значение  не удовлетворяет условию , поэтому принимаем минимальное значение для дальнейших расчетов

o   Стоимость передачи 1 кВт×ч электроэнергии по ЛЭП

b=0,03 руб./кВт×ч, что сильно занижено, поэтому стоимость передачи необходимо увеличить в 1,5 раза.

o   Для каждого рассматриваемого сечения выбираем наибольший допустимый рабочий ток проводника, обусловленный его нагреванием , для ВЛ с расщепленными проводами значение увеличивается в соответствии с количеством проводов в фазе.

o   Стоимость проводникового материала, принимаем согласно [1, табл. 9.8 стр. 329], для железобетонных опор, II район по гололеду.

. Выбор конструкций и типов проводов

На напряжение 750 кВ наиболее часто применяют сталеалюминевые провода со следующими сечениями: 5х240/56, 5х300/66, 5х400/51, 4х400/93, 4х500/64. Но в литературе [1,c 329] нет необходимых для расчета данных о сечениях 4х400/93 и 4х500/64. Поэтому в данном расчете не применяем эти сечения.

Проверим их по длительно допустимому току нагрева, т.е. расчетный ток должен быть меньше наибольшего допустимого рабочего тока проводника, обусловленного его нагреванием

 (2.1)

где  - расчетная токовая нагрузка линии для проверки проводов по нагреву;

- допустимый рабочий ток проводника, по [1, таблица 7.12].

Проверим провода по соотношению (2.1).

 (2.2)

Для сечения 5×240/56  что удовлетворяет условию (2.1). Выбранное сечение, при заданной передаваемой мощности по линии, можно применять.

Оставшиеся проводники рассчитываем аналогично, результаты расчетов представим в виде таблицы 2.1.

Таблица 2.1 - Результаты проверки проводников по длительно допустимому току нагрева

Проведем проверку сечений по условию короны:

 (2.3)

где  - рабочее напряжение, принимаем равным номинальному, кВ;

 - критическое напряжение возникновения короны, кВ.

Критическое (линейное) напряжение возникновения короны можно найти по выражению:

 (2.4)

где  - коэффициент, по которому учитывается состояние поверхности провода,

 - коэффициент, учитывающий состояние погоды, при сухой и ясной погоде , при тумане, дожде, инее, мокром снеге и гололеде ;  - коэффициент относительной плотности воздуха, при давлении 760 мм рт. ст. и температуре воздуха 25°С ;

 - эквивалентный радиус расщепленной конструкцией фазы, см;

 - среднегеометрическое расстояние между фазными проводами, см.

Проверим, удовлетворяют ли выбранные сечения условию (2.3). Значения ,  примем из пункта 3 курсовой работы.

Сечение 5×240/56:

Сечение 5×300/66:

Сечение 5×400/51:

Условие (2.3) для рассматриваемых сечений выполняется.

. Сопоставление сопротивлений и проводимостей, вычисленных по формулам и определенных с помощью нормативно-справочной литературы

Удельное активное сопротивление линии исходя из [3, стр. 56, 2.4 ]

 (3.1)

где  - расчетное удельное активное сопротивление материала проводника, принимаем [3, стр. 56] 31,5 Ом×мм²/км;

F - сечение проводника, мм²;

 - число проводников в фазе.

Индуктивное сопротивление линии с расщепленными фазами определяется из соотношения

 (3.2)

где  - среднегеометрическое расстояние между фазными проводами, м, определяется по справочной литературе [3, стр. 684]

 - магнитная проницаемость материала провода, при частоте 50 Гц для провода из цветных металлов ;

 - эквивалентный радиус расщепленной конструкции фазы, м;

 (3.3)

 - расстояние между проводами в фазе, равное 40-60 см;

 - число проводов в фазе;

 - радиус многопроволочного провода, определяется по справочной литературе. При отсутствии данных фактический радиус  можно определить по суммарной площади сечения токоведущей части F и стальной части провода F_СТ, увеличив его с учетом скручивания на 15-20%,

 (3.4)

Емкостная проводимость протяженной ЛЭП :

 (3.5)

Активная проводимость протяженной ЛЭП по :

 (3.6)

где  - потери на корону, кВт/км, которые зависят от погоды и в зависимости от характера задач принимаются максимальными или среднегодовыми. Согласно [3, стр. 684], для ВЛ 750 кВ выберем для каждого сечения удельные потери на корону .

С учетом [2, стр. 35], коэффициенты  определим на основе соотношений

 (3.7)

 (3.8)

 (3.9)

Рассчитаем удельные сопротивления и проводимости для сечения 5×240/56.

Удельное активное сопротивление линии

Индуктивное сопротивление линии

где r_пр и r_пр^экв определены по (3.3) и (3.4) соответственно

Емкостная проводимость линии

Активная проводимость линии

Уточним значения , ,  с учетом поправочных коэффициентов (3.7-3.9).

.

Рассчитаем удельные сопротивления и проводимости для сечения 5×300/66.

Удельное активное сопротивление линии

Индуктивное сопротивление линии

Емкостная проводимость линии

Активная проводимость линии

Уточним значения , ,  с учетом поправочных коэффициентов (3.7-3.9).

Рассчитаем удельные сопротивления и проводимости для сечения 5×400/51.

Удельное активное сопротивление линии

Индуктивное сопротивление линии

Емкостная проводимость линии

Активная проводимость линии

Уточним значения , ,  с учетом поправочных коэффициентов (3.7-3.9).

Таблица 3.1 - Рассчитанные и определенные по справочной литературе характеристики ВЛ 750 кВ для рассматриваемых сечений

4. Расчет волновых параметров ЛЭП по точным и приближенным формулам с учетом и без учета потерь

К волновым параметрам ЛЭП относятся - волновое сопротивление , постоянная распространения волны , натуральная мощность линии  и волновая длина .

Волновое сопротивление определяется согласно [2, стр. 25, 1.7], постоянная распространения волны по [2, стр. 25, 1.10]

 (4.1)

 (4.2)

где  - коэффициент затухания амплитуды волны на единицу длины;  - коэффициент изменения фазы волны на единицу длины.

Значения , , ,  можно определить по выражениям [2, стр. 25, 1.19-1.22]

 (4.3)

 (4.4)

 (4.5)

 (4.6)

Натуральная мощность равна [2, стр. 28, 1.35]

 (4.7)

Волновая длина линии по [2, стр. 27]

 (4.8)

Сечение 5×240/56.

Проведем расчет волновых параметров ЛЭП с учетом потерь.

Проведем расчет волновых параметров ЛЭП без учета потерь.

Определим погрешность расчета  на основе каталожных данных и расчетов.

С учетом потерь

Без учета потерь

Расхождение расчетных и каталожных параметров можно объяснить тем, что в справочной литературе даны значения, которые не учитывают длину линии. Погрешность расчета натуральной мощности с учетом потерь составила 10,1%, без учета потерь - 10,22%.

Выполним аналогичные расчеты для оставшихся сечений.

Результаты расчетов сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Волновые параметры ЛЭП 750 кВ

5. Определение обобщенных постоянных А, В, С, D c учетом и без учета потерь в линии

Линия является некоторым передаточным звеном в общей электрической системе и может представляться симметричным четырехполюсником с обобщенными постоянными согласно [2, стр. 32, 1.43]

А=сhγl; В= z_вshγl; D=сhγl; C=shγl. (5.1)

Вычисление гиперболических функций комплексного аргумента произведем при помощи сочетаний :

сhγl= сhβlcosαl+j shβlsinαl; (5.2)

shγl= shβlcosαl+j chβlsinαl,

где по (4.2) γ=β+jα, γ - постоянная распространения волны.

Для линии без потерь r₀=0 и g₀=0. Тогда получим

сhγl= сhjαl=cosαl; shγl= shjαl=jsinαl. (5.3)

Выражения для определения обобщенных постоянных примут вид

А= cosαl; В= jz_вsinαl; D= cosαl; C=j sinαl. (5.4)

С учетом (5.1), (5.2) определим обобщенные постоянные для сечения 5×240/56 с учетом потерь в линии.

сhγl=сh(0,4028∙10^-4∙930)cos(10,09∙10^-4∙930)+

+jsh(0,4028∙10⁴∙930)sin(10,09∙10^-4∙930)=0,592+j0,03;

shγl=sh(0,4028∙10^-4∙930)cos(10,09∙10^-4∙930)+

+jch(0,4028∙10⁴∙930)sin(10,09∙10^-4∙930)=0,022+j0,807;

А=0,592+j0,03; В=(243,007-j8,034)∙(0,022+j0,807)=11,867+195,968;

D=0,592+j0,03; C=∙(0,022+j0,807)=-1,865∙10^-5+j3,321∙10^-3.

С учетом (5.3), (5.4) определим обобщенные постоянные для сечения 5×240/56 без учета потерь в линии.

сhγl= cos(10,09∙10^-4∙930)=0,591;

shγl= jsin(10,09∙10^-4∙930)=j0,806;

А=0,591; В=242,82∙j0,806=j195,71;

D=0,591; C=∙j0,806=j3,319∙10^-3.

Для сечений 5х300/66 и 5х400/51 проводим аналогичные расчеты, и результаты сводим в таблицу:

Таблица 5.1

6. Расчет критериальных параметров ЛЭП и их зависимостей

Для каждого стандартного сечения линии данного типа и напряжения построим зависимости приведенных затрат от мощности З=f(Р). Это выражение представляет собой согласно [3, стр. 557, 12.48] параболу вида

З=А+ВI²_нб,

где I_нб=. По [3, стр. 557, 12.49]

З=(Е+р_а)К+И_э+3∙I_нб²τβ_н+∆Р_кL∙8760∙β_х, (6.1)

где Е - нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат, равный 0,12;

р_а - норма в долях от капитальных затрат на амортизацию, согласно [3, стр. 535, таблица 12.3] принимаем 0,024;

И_э - эксплуатационные расходы, по [3, стр. 534, 12.9] И_э= р_эК,

р_э - норма в долях от капитальных затрат на текущий ремонт и обслуживание, согласно [3, стр. 535, таблица 12.3] принимаем 0,004;

β_н, β_х - расчетная стоимость 1 кВт∙ч нагрузочных потерь и потерь холостого хода, значения, даваемые [1, стр. 317, рис. 8.1], как показал проф. П.Г. Грудинский, занижены и их следует увеличить в 1,5 раза, поэтому β_х=0,0167∙1,5=0,025 руб./кВт∙ч, β_н=0,026∙1,5=0,039 руб./кВт∙ч; ∆Р_к - потери электроэнергии на корону на 1 км линии.

По [3, стр. 557, 12.50]

В=. (6.2)

Задаваясь различными значениями мощностей, найдем приведенные затраты для каждой марки провода. Зависимости приведенных затрат от мощности показаны на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Экономические интервалы мощности

Выбираем марку провода АС-5×400/51, так как для этого сечения при интересующих нас мощностях получаем наименьшие приведенные затраты.

Согласно [2, стр. 174, 3.15]

 (6.3)

где  - ежегодные расходы на амортизацию , расходы на эксплуатацию  и отчисления по нормативному коэффициенту эффективности капиталовложений , согласно [1, стр. 255, таблица 8.2], ;

 - стоимость сооружения 1 км линии, для 5×240/56  для 5×300/66  для 5×400/51

 - активное сопротивление провода, Ом/км;  - время наибольших потерь, ч. По [3, стр. 390, 9.31]

 (6.4)

Экономический КПД линии определяется по формуле [2, стр. 174, 3.14]

 (6.5)

Экономическая мощность согласно [2, стр. 187]

 (6.6)

Экономическая плотность тока по [2, стр. 186, 3.24]

 (6.7)

Минимальная стоимость передачи электроэнергии по ЛЭП по [2, стр. 175, 3.17]

 (6.8)

Рассчитаем критериальные параметры для ЛЭП сечением 5×400/51.

Экономическая мощность

Экономическая плотность тока

Минимальная стоимость передачи электроэнергии по ЛЭП

Рассчитаем критериальные параметры для оставшихся сечений, результаты расчетов сведем в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 - Критериальные параметры ЛЭП 750 кВ

По таблице 6.1 видно, что увеличение сечения приводит к снижению стоимости передачи электроэнергии по ЛЭП, а также к увеличению значения экономического КПД .

Построим графики зависимостей критериальных параметров ЛЭП.

Таблица 6.2 - Данные к построению зависимости

Рис. 6.2 - График функции

Таблица 6.3 - Данные к построению зависимости

Рис. 6.3 - График функции

Таблица 6.4 - Данные к построению зависимости

Рис. 6.4 - График функции

Таблица 6.5 - Данные к построению зависимости

Рис. 6.5 - График функции

Таблица 6.6 - Данные к построению зависимости

Рис. 6.6 - График функции

Таблица 6.7 - Данные к построению зависимости

Рис. 6.7 - График функции

Таблица 6.8 - Данные к построению зависимости

Рис. 6.8 - График функции

Таблица 6.9 - Данные к построению зависимости

Рис. 6.9 - График функции

7. Расчет режимов ЛЭП в режиме максимальных и минимальных нагрузок с учетом и без учета потерь

линия электропередача провод нагрузка

Рассчитать режим ЛЭП с учетом потерь можно с помощью системы уравнений

 (7.1)

 (7.2)

Без учета потерь рассчитать режим ЛЭП позволяет система уравнений

 (7.3)

 (7.4)

Рассчитаем режим электропередачи, учитывая потери в ЛЭП.

В режиме наибольших нагрузок в конце линии протекает ток  и напряжение равно номинальному. Примем, что напряжение в конце линии совпадает по модулю с номинальным, а его фаза равна нулю. По заданию вектор тока отстает на угол равный  от напряжения в конце линии.

Определим ток и напряжение в начале линии для сечения 5×400/51.

Режим максимальных нагрузок:

Режим минимальных нагрузок.

Рассчитаем режим электропередачи, не учитывая потери в ЛЭП.

Режим максимальных нагрузок.

Режим минимальных нагрузок.

. Построение зависимости стоимости передачи электроэнергии от КПД ЛЭП

Зависимость стоимости передачи электроэнергии от КПД ЛЭП:

Для построения зависимости составим таблицу 8.1.

Таблица 8.1 - Данные к построению зависимости стоимости передачи электроэнергии от КПД С=f()

Рис. 8.1 - Зависимость стоимости передачи электроэнергии от КПД для ЛЭП сечением 5×400/51 мм²

Из зависимости видно, что минимальная стоимость передачи электроэнергии для сечения 5×400/51 достигается при  и равна .

Отклонения от экономического КПД приводят к увеличению стоимости передачи электроэнергии.

. Повышение пропускной способности электропередачи

Под пропускной способностью электропередачи понимается максимальная мощность, которая может быть передана по ней с учетом всех возможных ограничений. К таким ограничениям относятся допустимые значения напряжения в узлах электропередачи, коэффициенты запаса по статической и динамической устойчивости, нагрев проводов свыше допустимого в данных климатических условиях, пропускная способность оборудования подстанций.

Рассмотрим выбор реактора в качестве средства повышения пропускной способности ЛЭП.

Реактор представляет собой катушку индуктивности с малым активным сопротивлением, намотанную на магнитопровод. Они могут только потреблять из сети реактивную мощность.

Проводимость шунтирующего реактора в относительных единицах (Р_баз=Р_нат) руководствуясь [2, стр. 117, 2.21] может быть представлена в виде

 (9.1)

где р - удельная нагрузка линии при передаче мощности Р_макс =2625 МВт. Определяется по [2, стр. 31, 1.41]

р=

Тогда

=2100∙0.33=693 Мвар.

Передаваемая мощность в долях от натуральной мощности по [2, стр. 115, 2.18]

р=.

Тогда

=arcsin(р∙)= arcsin(∙)=0,935 рад.

Тогда

P=2100∙2,318=4867,8 МВт.

Таким образом, установка реактора рассчитанной мощности позволит увеличить пропускную способность ЛЭП до P=2100∙2,318=4867,8 МВт.

10. Технико-экономические показатели электропередачи

Приведенные затраты З согласно [2, стр. 476, 8.51]

 (10.1)

где  - годовые эксплуатационные расходы

 (10.2)

состоящие из расходов на амортизацию , текущий ремонт и обслуживание  и стоимости потерянной энергии .

Здесь  - потерянная энергия за год в электропередаче;  - стоимость 1 кВт×ч потерянной электроэнергии.

Количество энергии, пропущенной через электропередачу

 (10.3)

 - наибольшая мощность и число часов использования наибольшей мощности электропередачи.

Стоимость передачи электроэнергии С_П

 (10.4)

Себестоимость передачи электроэнергии

 (10.5)

Коэффициент полезного действия при наибольшей нагрузке

 (10.6)

где  - активная мощность конца участка электропередачи и потери активной мощности на этом участке.

Экономический КПД, соответствующий минимальной расчетной стоимости передачи электроэнергии по ЛЭП, находится по выражению

 (10.7)

Рассчитаем технико-экономические показатели ЛЭП сечением 5×400/51.

Капитальные затраты в ЛЭП

Потери мощности и электроэнергии в ЛЭП

-       нагрузочные

-       холостого хода (потери на корону)

-       суммарные потери мощности и электроэнергии в ЛЭП

Годовые эксплуатационные расходы

Приведенные затраты З

Электроэнергия отпущенная потребителям

Стоимость передачи электроэнергии С_П

Себестоимость передачи электроэнергии

Коэффициент полезного действия при наибольшей нагрузке

Экономический КПД, соответствующий минимальной расчетной стоимости передачи электроэнергии по ЛЭП

Заключение

В расчетах, проведенных в данной курсовой работе, были определены удельные сопротивления и проводимости ЛЭП. Сравнивая полученные значения и взятые из справочной литературы делаем вывод, что они отличаются вследствие несовершенства формул для их расчета. На эти параметры оказывают влияние множество факторов, которые не отражены в формулах.

Критериальные параметры ЛЭП с учетом и без учета потерь отличаются несущественно, поэтому можно говорить о приемлемой точности расчета без учета потерь по приближенным формулам.

При увеличении длины ЛЭП стоимость передачи электроэнергии увеличивается, а при увеличении критериальной длины уменьшается. При увеличении площади сечения провода стоимость передачи электроэнергии снижается. Чем больше эквивалентная длина, тем меньше себестоимость передачи и выше кпд.

Минимум себестоимости наблюдается в области экономического кпд. При сдвиге кпд в ту или другую сторону себестоимость возрастает. По построенным зависимостям затрат от мощности можно сделать вывод что наименьшие затраты соответствуют наибольшему из рассматриваемых сечений.

Литература

1. С.С. Рокотян и И.М. Шапиро. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

. Г.Е. Поспелов, В. Т. Федин. Передача энергии и электропередачи: Учеб. пособие для студентов энерг. специальностей вузов.- Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2003. - 544 с.: ил.

. А.А. Герасименко, В.Т. Федин. Передача и распределение электрической энергии. Учебное пособие. - М.: Ростов-на-Дону Феникс, 2006.

. Г.Е. Поспелов, В.Т. Федин. Проектирование электрических систем и сетей. - Мн. Выш. школа., 1988. - 308 с.: ил.