Сеть электрическая районная 110 кВ

Аннотация

     Пояснительная записка 175 с., 39 рис., 37 табл., 28 источников, 1 прил.
     
     ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ, ЛЭП, СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР, ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ, ГРЭС, ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СОПОСТАВЛЕНИЕ, COROCAM, УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ КОНТРОЛЬ, ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ В РЗА
     
     В данном дипломном проекте проведено проектирование электрической сети. Из пяти возможных вариантов, выбраны два наиболее надежных и экономичных. В базисном узле в качестве питающей подстанции выступает электрическая станция ГРЭС 1800 МВт. 
     Проведено исследование метода диагностики оборудования  подстанции и ЛЭП при помощи приборов ультрафиолетового спектра.
     Рассмотрены меры безопасности при выполнении работ в цепях РЗА и измерений.






















Abstracts

Explanatory note 175 p., 39 Fig., 37 table., 28 sources, 1 ADJ. MAINS, 

     POWER LINES, POWER TRANSFORMER, HIGH VOLTAGE SWITCH, POWER PLANT, ECONOMIC EVALUATION, COROCAM, UV CONTROL, ELECTRICAL SAFETY IN RZA
    
      In this diploma project, the design of the electrical network. Of the five possible options, two are the most reliable and economical. In the base node as a supply substation is the electric power plant of 1800 MW. 
     The study of the method of diagnostics of the equipment of substation and power lines with the help of ultraviolet spectrum devices.
     Considered a security measure at performance of works in circuits of relay protection and automation and measurement.












Содержание

Введение	14
1 Проектирование сети	16
1.1 Разработка схем развития сети	16
1.2 Расчет Потокораспредиления в сети	20
1.3 Выбор номинального напряжения сети	27
1.4 Расчёт токораспределения сети	29
1.5 Выбор сечений ЛЭП	32
1.6 Выбор трансформаторов на понижающих подстанциях	38
1.7 Выбор схем подстанций	40
1.8 Экономическое сопоставление вариантов	43
1.9 Расчёт установившихся режимов сети максимальных нагрузок	51
1.10 Вывод по разделу	72
2 Проектирование ГРЭС	73
2.1   Составление двух вариантов структурных схем	73
2.2  Выбор основного оборудования	74
2.3   Расчет количества линий на всех напряжениях	86
2.4 Выбор схем распределительных устройств	88
2.5  Технико-экономическое сравнение двух вариантов	93
2.6 Разработка схем собственных нужд	99
2.7 Расчет токов короткого замыкания	102
2.8 Выбор выключателей и разъединителей	128
2.9 Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения	134
2.10 Выбор токоведущих частей	144
2.11 Описание распределительного устройства	152
2.12 Вывод по разделу	155
3 Диагностика оборудования подстанции и ЛЭП при помощи приборов ультрафиолетового спектра	156
3.1 Применение метода ультрафиолетового (УФ) контроля ВЛ	156
3.2 Применение метода УФ контроля для оборудования подстанций	157
3.3 Альтернативные области применения УФ контроля в энергетике	161
3.4 Обучение персонала	164
3.5 Вывод по разделу	165
4 Электробезопасность	167
4.1 Общие требования	167
4.2 Требования перед началом работ	167
4.3 Требования при выполнении работы	168
4.4 Требования в аварийных ситуациях	169
4.5 Требования по окончанию работ	170
Заключение	171
Список литературы	172
Приложение А	175
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
Введение

     В настоящее время электроэнергетика является важнейшей отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.).
     Для того, чтобы обеспечить надежное снабжение потребителей электроэнергией актуальным в наше время является умение проектировать электростанции с установкой на них современного оборудования, делать расчеты установившихся режимов электрической сети с использованием современных программ на ЭВМ по расчету режимов электрической сети, которые способны произвести расчет сети, включающий более 1000 узлов.
      Известно, что в последние годы многие города сталкиваются с проблемой ограниченной пропускной способности ЛЭП. Для удовлетворения всё более растущих потребностей электросетевые компании вынуждены постоянно модифицировать существующие сети, применяя методы строительства дополнительных ЛЭП, замены проводов на большие сичения и повышения напряжения. Но, как правило, эти методы имеют существенные недостатки, так как в лучшем случае ограничиваются заменой опор, либо строительством новой ЛЭП.
     За последние несколько лет в корне изменились экологические требования к строящимся объектам, цены на временный и постоянный землеотвод также сильно возросли. Практически невозможно строительство новых ЛЭП за пределами старых коридоров в крупных городах, природоохранных зонах, лесах первой категории и т.д. Не последнее место стали занимать и вопросы эстетики (в особенности при строительстве в городской черте). 
     Поэтому в последние годы является актуальной замена обычных проводов ВЛ на провода повышенной пропускной способности при том же сечении.
     Целью данного дипломного проекта является проектирование электрической сети, которое сводится к разработке рациональных вариантов развития электрической сети, обеспечивающих надежное  и качественное электроснабжение потребителей электроэнергией в нормальных и послеаварийных режимах. Проектируется ГРЭС 1800 МВт с использованием современного технологического оборудования, а также рассматривается вариант применения метода ультрафиолетового контроля для ВЛ и оборудования подстанции. Требуется рассмотреть вопросы обеспечения безопасности при выполнении работ в цепях релейной защиты автоматики и измерений.
    
    
    
























    1 Проектирование сети

     1.1 Разработка схем развития сети
     
     Схемы электрических сетей обязаны обеспечить надлежащею надежность электроснабжения, необходимое качество электроэнергии у потребителей, безопасное и удобное использование, возможность дальнейшего расширения сети и подключения новых потребителей различных категорий. В проектной практике для создания рационального строения сети принимают повариантный метод. Требуется руководствоваться следующими основаниям при разработке вариантов схемы электрической сети:
       Передача электроэнергии от источника питания к потребителям должна осуществляться по самому кратчайшему пути.
       Разработку вариантов начинать с наиболее простых схем, в которых будет наименьшее количество оборудования подстанции и линий электропередач. К таким вариантам относятся схемы линий магистрального и замкнутого типов.
       Вместе с простыми вариантами необходимо рассмотреть и варианты схем с большими капиталовложениями на сооружение линий и подстанций, за счет этого можно достичь  большую надежность электроснабжения или повышенную эксплуатационную гибкость. К таким вариантам относятся смешанные магистрально-радиальные схемы со сложнозамкнутыми контурами.
       К применению наиболее дорогих и сложных схем сетей следует переходить лишь тогда, когда более простые схемы не подходят по техническим требованиям и критериям.
       В итоге из всех вариантов разумно выбрать схемы сети выполненные по двум различным принципам:
     а) в виде схемы с односторонним питанием;
     б) в виде схемы замкнутого (кольцевого) типа.
     В соответствии с ПУЭ потребители I категории обязаны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания.
     Исходя из вышесказанного в проекте решается вопрос о требуемом количестве ЛЭП для каждого потребителя. Также необходимо учесть, что надежность замкнутой схемы приравнивается  к системе электроснабжения по двум одноцепным линиям. Поэтому количество присоединений не ограничивается. 
     При составлении схемы необходимо для каждого потребителя I и II категорий устанавить по два понижающих трансформатора с распределительным устройством на высокой стороне. 
     При создании вариантов электроснабжения потребителей (рисунки 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5), учтитываем наличие двух существующих линий между первым и вторым узлами.
     Схема электрическая для варианта 1 изображена на рисунке 1.1.
     

Рисунок 1.1 – Вариант 1
     Схема электрическая для варианта 2 изображена на рисунке 1.2.
      

Рисунок 1.2 – Вариант 2
      
     Схема электрическая для варианта 3 изображена на рисунке 1.3.
      

Рисунок 1.3 – Вариант 3
      
     Схема электрическая для варианта 4 изображена на рисунке 1.4.
      

Рисунок 1.4 – Вариант 4
      
     Схема электрическая для варианта 5 изображена на рисунке 1.5.
      

Рисунок 1.5 – Вариант 5
      
      
      
      
      
      
      
     1.2 Расчет Потокораспредиления в сети
      
     В сетях с односторонним питанием Потокораспредиление рассчитываем следующим образом. Начиная от самых дальних потребителей, последовательно складываем мощности узлов, встречающихся при приближении к источнику. Исходя из этого, получаем перитоки мощности на всех радиальных участках сети.
     В сети замкнутого типа, перитоки необходимо рассчитывать пользуясь правилом «моментов», изобразив сеть замкнутого типа в виде сети с двухсторонним питанием. Мощность каждого источника такой сети определяется по формулам:
     

;
 
      

,
 
      
     где ,  -  активная и реактивная мощности источников; 
     ,  - активная и реактивная составляющие в узлах потребителей; 
      - расстояние от противоположенного источника до данного потребителя; 
      - общее расстояние между источниками.
     На остальных участках мощность определяется по закону Кирхгофа.
     Если имеются участки с двумя и более параллельными цепями, то требуется эти участки привести к эквивалентным длинам по формуле:
      

,

 
     где  - длина линии,км;  - число параллельных ветвей.
     
     
     1.2.1 Расчет потокораспредиления варианта №1
     В варианте №1 рассмотрим кольцевую схему соединения ПС, которая представлена на рисунке 1.6.
      

Рисунок 1.6 – Потокораспредиление варианта №1
      
     Для определения потоков мощности в кольце, приведем его к сети с двухсторонним питанием. Так же учтем, что на участках 1–2, 1–3 две параллельные линии, которые необходимо привести к одной эквивалентной, при помощи разделения длины участка на  необходимое колличество линий. 
     Найдем активную мощность по формуле (1):
      
      Р_(1-2)=(30?(29+58.5+30+29+17.5)+25?(58.5+30+29+17.5))/(14+29+58.5+30+29+17.5)+
+(20?(30+29+17.5)+10?(29+17.5)+25?17.5)/(14+29+58.5+30+29+17.5)=60.267 МВт;
      
      Р_(1-3)=(25?(29+58.5+30+29+14)+10?(58.5+30+29+14))/(14+29+58.5+30+29+17.5)+
      +(20?(58.5+29+14)+25?(29+14)+30?14)/(14+29+58.5+30+29+17.5)=49.733 МВт;

Р_(2-6)=(25?(58.5+30+29+17.5)+20?(30+29+17.5))/(14+29+58.5+30+29+17.5)+
+(20?(30+29+17.5)+10?(29+17.5)+25?17.5-30?14)/(14+29+58.5+30+29+17.5)=30.267 МВт;

      Р_(3-8)=(10?(58.5+30+29+14)+20?(58.5+29+14)+)/(14+29+58.5+30+29+17.5)+
      +(25?(29+14)+30?14-25?17.5)/(14+29+58.5+30+29+17.5)=24.733 МВт;
      
Р_(6-12)=(20?(30+29+17.5)+10?(29+17.5))/(14+29+58.5+30+29+17.5)+
+(25?17.5-25?(29+14)-30?14)/(14+29+58.5+30+29+17.5)=5.267 МВт;

      Р_(8-12)=(30?(58.5+29+14)+25?(29+14)+)/(14+29+58.5+30+29+17.5)+
      +(30?14-10?(29+17.5)-25?17.5)/(14+29+58.5+30+29+17.5)=14.733 МВт.

      На основании расчетов можно сделать вывод, что узел 12 – точка потокораздела.
      

Рисунок 1.7 – Потокораспредиление преобразованной схемы варианта 1
      
      
     1.2.2 Расчет Потокораспредиления варианта №2
     В варианте №2 рассмотрим  схему сети со смешанным соединением узлов. На участке 8-12 поток мощности опредиляется как и в случае с одностороним питанием, а на оставшихся  участках необходимо рассмотреть кольцо 1-2-6-8-3-1.
      

Рисунок 1.8 – Потокораспредиление варианта №2

      Для определения потоков мощности в схеме кольца, необходимо представить эту схему в виде сети с двухстороним питанием. При расчете необходимо учесть, что на участках 1–2 и 1–3 две параллельные линии, которые необходимо привести к одной, с помощью деления длины на колличество линий.
      Р_(1-2)=(30?(29+37.5+29+17.5)+25?(37.5+29+17.5))/(14+29+37.5+29+17.5)+
+(30?(29+17.5)+25?17.5)/(14+29+37.5+29+17.5)=57.657 МВт;

      Р_(1-3)=(25?(29+37.5+29+14)+30?(37.5+29+14))/(14+29+37.5+29+17.5)+
+(25?(29+14)+30?14)/(14+29+37.5+29+17.5)=52.343 МВт;

      Р_(2-6)=(25?(37.5+29+17.5)+30?(29+17.5))/(14+29+37.5+29+17.5)+
+(25?17.5-30?14)/(14+29+37.5+29+17.5)=27.657 МВт;

      Р_(3-8)=(30?(37.5+29+14)+25?(29+14))/(14+29+37.5+29+17.5)+
+(30?14-25?17.5)/(14+29+37.5+29+17.5)=27.343 МВт;

      Р_(6-8)=(30?(29+17.5)+25?17.5)/(14+29+37.5+29+17.5)-
-(30?14-25?(29+14))/(14+29+37.5+29+17.5)=2.657 МВт.
      
      

Рисунок 1.9 – Потокораспредиление преобразованной схемы варианта №2
      
      
      
      
     1.2.3 Расчет потокораспредиления варианта №3
     В варианте №3 рассмотрим схему с односторонним питанием. Потоки мощности на соответствующих участках сети находятся по заданным мощностям нагрузок, начиная с коннечных участков.
      


      
      
     1.2.4 Расчет потокораспредиления варианта №4
     В варианте №4 выбираем радиально-магистральную (смешанную) схему. Как и в третьем варианте, необходимо последоватильно, начиная от отдаленых потребителей сложить мощности узлов,встречающихся при приближении к источнику.

Рисунок 1.11 – Потокораспредиление варианта №4
      
      
     1.2.5 Расчет Потокораспредиления варианта №5
     В пятом варианте выбираем радиально-магистральную (смешанную) схему, как и в предыдущих двух вариантах, необходимо последовательно, начиная от самых отдаленных потребителей сложить мощности узлов, встречающихся при приближении к источнику.
      
      

Рисунок 1.12 – Потокораспредиление варианта №5
     1.3 Выбор номинального напряжения сети
      
     Напряжение зависиит от нескольких факторов:
      Потребляемой мощности потребителями;
      Расстояние от источника питания до потребителя;
      В каком районе находится сеть и какое напряжение у существующей сети.
     Выбор напряжения зависит от экономических факторов, чем выше напряжение сети, тем больший объем инвестиций необходимо вложить сооружение сети. но из-за снижения потерь электроэнергии уменьшаются эксплутационные издержки.
     При проектировании для выбора необходимого напряжения применяют  кривые, данные по пропускной способности или формулы, например, Г.А.Илларионова формула (4), дающая не плохие результаты для шкалы напряжений от 35 до 1150 кВ.
      

,

 
     где  - длина линии на рассматриваемом участке;  - переток мощности на рассматриваемом участке.
     Вычисленные напряжения занесем в таблицы 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 для каждого варианта соответствено:
      
      
      
      
      
Т а б л и ц а  1.1 - Вариант №1
№ участка
1-2
2-6
6-12
8-12
3-8
1-3
Ucp
Uн, кВт
113,82
100,08
45,492
73,254
91,933
112,62
89,53
L, км
14
29
58,5
30
29
17,5

P, МВт
60,267
30,267
5,267
14,733
24,733
49,733

      
Т а б л и ц а  1.2 - Вариант №2
№ участка
1-2
2-6
6-8
3-8
1-3
Ucp
Uн, кВт
112,456
96,388
32,372
95,927
114,46
90,3206
L, км
14
29
37,5
29
17,5

P, МВт
57,657
27,657
2,657
27,343
52,343

      
Т а б л и ц а 1.3 - Вариант №3
№ участка
1-2
2-3
2-6
1-8
8-12
Ucp
Uн, кВт
111,555
90,267
92,355
104,447
84,017
96,5262
L, км
28
22
29
60
30

P, МВт
80
25
25
30
20

      
Т а б л и ц а 1.4 - Вариант №4
№ участка
1-2
2-6
1-3
3-8
8-12
Ucp
Uн, кВт
95,886
67,847
97,5
73,739
61,237
79,242
L, км
28
29
35
29
30

P, МВт
55
25
55
30
20

      
      
Т а б л и ц а 1.5 - Вариант №5
№ участка
1-2
2-6
1-3
3-8
6-12
Ucp
Uн, кВт
108,77
88,267
79,772
61,171
62,183
79,913
L, км
28
29
35
29
58

P, МВт
75
45
35
10
20

      
     Учитывая существующую ЛЭП 110 кВ, перитоки мощности по участкам  и длины линий  для всех рассматриваемых вариантов выбираем номинальное напряжения 110 кВ.
      
      
     1.4 Расчёт токораспределения сети
      
     Нагрузочные токи сети определяются по соотношению
      

,
 
      
     где   - передаваемая по участку мощность.
     
     1.4.1 Определим токи в узлах по формуле (5):
     





      
      
      1.4.2 Определение токов на участках цепи 
      Вариант 1:
      






      
      
      
      
      
      Вариант 2:
      

      
      Вариант 3:

      
      
      
      
      
      
      Вариант 4:
      

      
      Вариант 5:
      

      
      
     1.5 Выбор сечений ЛЭП
      
     Экономические интервалы для различных стандартных сечений определенного класса напряжения получены при построении зависимости приведенных затрат в сооружение 1 км линии от тока. Вид зависимостей показан на рисунке 1.13.
     Сечение F1,F2,…Fn - стондартные сичения для класса номинального напряжения Uном. Экономические  интервалы  однозначно  определяют  сечение  воздушной  линии в зависимости от тока максимального нормального режима Imax. Если ток в линии лежит в интервале от 0 до Iкр - наиболее экономично сечение F1, при токе от Iкр1 до Iкр2 - сечение F2 и т.д. Здесь под Imax понимается ток в одной цепи линии. 
      

      
     На рисунке 1.14 кривая F1 соответствует сталеаллюминиевому проводу  АС-70/11, кривая F2- сталеаллюминиевому проводу  АС-120/19, кривая F3 -сталеаллюминиевому проводу  АС-240/39.
     Выбор сечений проводов воздушных линий электропередачи выполним по экономическим интервалам. Экономические интервалы сечений приведены в [1, табл. 1.12].
     Вариант №1 развития сети.
     Для выбора воспользуемся экономическими интервалами токов для ОЭС Сибири. Учитывая что проектирование ведется на Урале (район по гололеду ??) выбраны стальные опоры для линии 110 кВ.
     Участок 1-3:
     
 А.
     
     Выбираем провод марки АС сечением АС-120;
     Участок 2-6:
     
 А.

     Выбираем провод АС-120;
     Участок 6-12:
     
 А.

     Выбираем провод АС-70;
     Участок 8-12:
     
 А.

     Выбираем провод АС-120;
     Участок 3-8: 
     
.

     Выбираем провод АС-120.      
     Проверка сечений по аварийным режимам:
     Участок 1-2. Существующая линия 1-2 сечением 2АС-240 проверяется по допустимому току из условий максимального длительного режима (обрыв одной из параллельных цепей). Допустимый ток для сичения 610 А.
     Максимальный ток по сечению возникает при обрыве одной цепи Iab12=352 A, то есть Iab23