МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электрооборудования
КУРСОВАЯ РАБОТА
по курсу: «Оптимизация иэнергосбережение в системах электроснабжения»
на тему: «Компенсация реактивной мощности всетях общего назначения»
Выполнил студент
гр. ЭО – 95 Васин А.В.
___________________
«__» __________ 1999
Принял доцент, к. т. н.
Красичков А. А
__________________
__________________
«__» _________ 1999
Липецк 1999
ЗАДАНИЕ
От шин 10 кВ главной понизительной подстанции110/10 кВ предприятия питаются три распределительных пункта и две цеховыхтрансформаторных подстанции. К распределительным пунктам подключены цеховыетрансформаторные подстанции и нагрузка 10 кВ. Расчетные нагрузки представлены втабл. 1. Данные синхронных двигателей представлены в табл. 2. Все расчеты ивыбор элементов привести с учетом обоснования их и привести записи.
1.Изобразить схему электроснабжения предприятия. Распределительные пункты итрансформаторные подстанции питаются по радиальной схеме. Приемники, подключенныек цеховым трансформаторным подстанциям, питаются от магистрали.
2.Найти расчетные нагрузки всех распределительных пунктов и трансформаторныхподстанций на стороне 10 кВ, предварительно выбрать трансформаторы главнойпонизительной подстанции с учетом резервирования электропотребителей первойкатегории.
3.Найти число и мощность трансформаторов на трансформаторных подстанциях с первойпо девятую. Ориентироваться на трансформаторы мощностью от 630-2500 кВ*А.
4.Найти мощность батарей конденсаторов на стороне 0,4 кВ всех трансформаторныхподстанций. Выбрать батареи конденсаторов по справочнику, указать тип, техническиеданные, привести схемы подключения батареи конденсаторов, рассчитать токи,выбрать аппараты коммутации, защиты.
5.Определить не скомпенсированную реактивную нагрузку на шинах 10 кВ всехраспределительных пунктов и главной понизительной подстанции. Вначалеопределить располагаемую мощность синхронных двигателей, выбрать батареиконденсаторов на 10 кВ, указать их тип, технические характеристики, схемывключения, подобрать аппараты управления, защиты.
6.Изобразить схемы шинопровода с указанием расчетных реактивных нагрузок в узлахдля всех трансформаторных подстанций. Найти место подсоединения батарей конденсаторовниже 1 кВ.
Присуммарной реактивной нагрузке трансформаторных подстанций менее 1 МВАррекомендуется выбирать 1 шинопровод. Если более 1 МВАр — то 2 или 3; число узловна каждом шинопроводе: 5...7. Реактивная нагрузка вдоль шинопровода распределенанеравномерно.Реактивная мощность, поступающая отэнергосистемы, в часы максимума нагрузки — Qэ1=0,3*Qmax.расч..
Таблица 1Расчетные нагрузки
Рmax, МВт
cosj
1 РП:
ТП 1
4,5
0,75
ТП 2
7,2
0,81
ТП 3
3
0,86
2 РП:
ТП 4
12
0,8
ТП 5
5,8
0,7
ТП 6
6,7
0,8
3 РП:
ТП 7
4,1
0,75
СД
-
-
ТП 8
10,1
0,9
ТП 9
8,4
0,9
Таблица 2
Данные синхронных двигателей
Рсд2, МВт
1,5
3,5
Qсд ном, МВАр
0,76
1,76
n,об/мин
3000
3000
bсд
0,85
0,8
cosj
Кол-во СД
2
3
ОГЛАВЛЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ … 5
1.ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ … 6
2. ВЫБОРЧИСЛА И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРОВ ГЛАВНОЙ
ПОНИЗИТЕЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ … 7
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ БАТАРЕЙ
КОНДЕНСАТОРОВ … 8
4.РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ БАТАРЕЙ КОНДЕНСАТОРОВ
В СЕТИ ДО 1 кВ … 14
5.РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ БАТАРЕЙ КОНДЕНСАТОРОВ
В СЕТИ ВЫШЕ 1 кВ … 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ … 25
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ … 26
ВВЕДЕНИЕ
В системе электроснабжения потери в сетяхсоставляют 8-12 % от объема производства. Для уменьшения этих потерьнеобходимо: правильно определять электрические нагрузки; рационально передаватьи распределять электрическую энергию; обеспечивать необходимую степеньнадежности; обеспечивать необходимое качество электроэнергии; обеспечиватьэлектромагнитную совместимость приемника с сетью; экономить электроэнергию.Мероприятия, могущие обеспечить вышеперечисленные задачи это — созданиебыстродействующих средств компенсации реактивной мощности, улучшающей качество;сокращение потерь достигается компенсацией реактивной мощности, увеличением загрузкитрансформаторов, уменьшением потерь в них, приближением трансформаторов кнагрузкам, использование экономичного оборудования и оптимизация его режимов работы,а также использование автоматических систем управления электроснабжением. Режимработы энергосистемы характеризуется тремя параметрами: напряжением, током иактивной мощностью. Вспомогательный параметр — реактивная мощность. Реактивнаямощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузкареактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива;увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падениенапряжения в сетях. Реактивную мощность потребляют такие элементы питающей сетикак трансформаторы электростанций; главные понизительные электростанции, линииэлектропередач — на это приходится 42 % реактивной мощности генератора, из них22 % на повышающие трансформаторы; 6,5 % на линии электропередач районнойсистемы; 12,5 % на понижающие трансформаторы. Основные же потребителиреактивной мощности — асинхронные электродвигатели, которые потребляют 40 %всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами; электрические печи 8%; преобразователи 10 %; трансформаторы всех ступеней трансформации 35 %; линииэлектропередач 7 %. Говоря иначе, существуют приемники электроэнергии,нуждающиеся в реактивной мощности. Одной реактивной мощности, выдаваемой генераторомявно недостаточно. Увеличивать реактивную мощность, выдаваемую генераторомнецелесообразно из-за вышеперечисленных причин, т.е. нужновыдавать реактивную мощность именно там, где она больше всего нужна. Задача данной курсовой работы — определитьнаиболее рациональное место присоединения батарей конденсаторов (определив ихмощность и тип) для оптимизации работы системы электроснабжения.
1. ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ТП1
ТП2
ТП3
ТП4
ТП5
ТП6
10 кВ
10 кВ
0,4 кВ
0,4 кВ
0,4 кВ
0,4 кВ
0,4 кВ
0,4 кВ
4.5/0.75
7.2/0.81
3/0.86
12/0,8
5,8/0,7
6,7/0,8
М
М
М
М
М
ГПП
РП2
РП3
ТП8
ТП9
110 кВ
10 кВ
ТП7
10 кВ
0,4 кВ
4,1/0,75
10,1/0,9
8,4/0,9
СД
0,4 кВ
РП1
Рис.1. Структурная схема электроснажения
2. ВЫБОР ЧИСЛА И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРОВГЛАВНОЙ ПОНИЗИТЕЛЬНОЙПОДСТАНЦИИ
Привыборе числа и мощности трансформаторов, которые следует установить на главнойпонизительной подстанции следует учитывать электроприемники первой категории,подключенные к шинам 10 кВ. Расчет начинаю с определения максимальной нагрузкигрупп трансформаторов за наиболеезагруженную смену. Результаты расчета приведены в табл.3.Таблица 3Максимальные нагрузки групп трансформаторов занаиболее
загруженную смену
РП ТП
Р, МВт
сosj
Q=P*tg(j),МВАр
ТП1
4,5
0,75
3,97
РП1
ТП2
7,2
0,81
5,21
ТП3
3
0,86
1,78
ТП4
12
0,8
9,00
РП2
ТП5
5,8
0,7
5,92
ТП6
6,7
0,8
5,03
РП3
ТП7
4,1
0,75
3,62
ТП8
10,1
0,9
4,89
ТП9
8,4
0,9
4,07
Максимальная активная нагрузка синхронных двигателей занаиболее загруженную смену:
Рсд=bсд*Рсд.ном,
где bсд — коэффициент загрузки синхронных двигателей.
Рсд=2×0,85×1,5+3×0,8×3,5=10,95, МВт.
Общая максимальная активная нагрузка группы трансформаторов:
Рт.мах=кнд*åРi,
где кнд — коэффициентнеодновременности нагрузки, равен 0,9.
Рт.мах=0,9×(4,6+7,2+3+12+5,8+6,7+4,1+10,1+8,4)=55,62,МВт.
Рå=Рт.мах+Рсд=55,62+10,95=66,57,МВт.
Qå=кнд×åQ=0,9×(3,97+5,21+1,78+9+5,92+5,03+3,62+4,89+4,07)=
=39,14, МВАр.
Så= МВ×А.
По данному значениюследует произвести выбор трансформаторов главной понизительной подстанции.
Максимальнаяполная расчетная мощность приемников, запитанных от выбираемых трансформаторовравна 77,22 МВ×А.Из условий надежности электроснабжения выбираем схему с двумя трансформаторами.Среднегодовая температуру принимаем 50С. Так как подстанция снабжаетэлектроэнергией потребителей первой категории и учитывая необходимость 100%-ного резервирования, находим номинальную мощность одного из двух трансформаторов[5]
МВ*А
Исходяиз этого по [3]выбираю 2трансформатора марки ТРДН 63000/110/10, технические данные которого представлены в табл.4… При аварии одногоизтрансформатора оставшийся в работе сможет обеспечить заданную мощность, работая с перегрузкой.
Таблица 4
Технические характеристики трансформатора типа ТРДН
Мощность
КВ×А
Напряжение, кВ
Потери
РХ, кВт
Потери
РК, кВт
Ток ХХ,
%
Напряжение КЗ, %
ВН
НН
630000
115
10,5
50
345
0,5
10,5
3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ БАТАРЕЙ КОНДЕНСАТОРОВ
Оптимизация баланса реактивной мощности в системе,выбор мощности и места присоединения компенсационных установок (КУ) проводитсяпутем сравнения затрат на различные варианты. Исходя из расчетной нагрузкипредприятия, имеющихся источников реактивной мощности и задания энергосистемына переток реактивной мощности на предприятии определяют мощность КУ приминимальных затратах.
Суммарная расчетная реактивная мощностьопределяется по минимуму приведенных затрат в два этапа. Это выбор экономическиоптимального числа трансформаторов в цеховых подстанциях и определение дополнительноймощности батарей конденсаторов для оптимального уменьшения потерь в сети 6-10кВ и в трансформаторах.
Суммарнаямощность батарей конденсаторов на низкой стороне:
Qнк=Qнк1+Qнк2 (1)
где Qнк1 — мощность, определяемая на 1 этапе;
Qнк2 — дополнительная часть мощности, определяемая на 2этапе.
Суммарная мощность батарейконденсаторов распределяется между трансформаторами пропорционально ихреактивным нагрузкам. Сначала определяют минимальное число трансформаторовподстанции. Для каждой группы цеховых трансформаторов одинаковой мощностиминимальное их число определяется наибольшей расчетной активной нагрузкой:
Nт.min=Рст/(bт*Sт)+DN, (2)
где Рст — средняя суммарнаяактивная нагрузка за наиболее загруженную смену;
bт — коэффициент загрузки трансформаторов;
Sт — мощностьодного трансформатора;
DN — добавка до ближайшегоцелого числа.
Экономически оптимальное число трансформаторов [1]:
Nт.э.=Nт.min+ m, (3)
где m – добавочное число трансформаторов;
Nт.эопределяется удельными затратами на передачу реактивной мощности с учетомпостоянной составляющей капитальных затрат:
З*=bт*З*пс, (4)
где З*пс -усредненныеприведенные затраты на конденсаторы на подстанции. При отсутствии достоверныхстоимостных показателей для практических расчетов принимают З*пс=0,5. Тогда mопределяется в зависимости m(Nт.min;DN)из графиков [1]длязаданного коэффициента использования трансформаторов.
По выбранному числу трансформаторов Nт.эопределяется реактивная мощность, которую целесообразно передать черезтрансформатор в сеть до 1 кВ:
Qт= (5)
Полученное значениеиспользуется при расчете мощности батарей конденсаторов ниже 1 кВ для даннойгруппы трансформаторов:
Qнк1= Qт.max-Qт. (6)
где Qт.max, Рт.max — максимальные нагрузки данной группы трансформаторов занаиболее загруженную смену.
Если Qнк1£0, то по1-му этапу расчета установка батарей конденсаторов не требуется и следуетпринятьQнк1=0.
Дополнительная мощность батарей конденсаторов Qнк2для данной группы трансформаторовравна:
Qнк2=Qт.max-Qнк1-g*Nт.э.*Sт, (7)
где g — коэффициент, зависящий от некоторых показателей к1 и к2и схемы питания цеховой подстанции (магистральная или радиальная). Коэффициенты к1 и к2 зависят отрасчетной стоимости потерь электроэнергии, от района страны, от сменностиработы предприятия и от других факторов, причем, к1 — коэффициент удельных потерь, к2 — коэффициент, зависящий от конструкции линии. Из [1]значение коэффициента к1:
к1=103*(Знк-Звк)/Сo, (8)
где Знк и Звк — усредненные приведенные затраты на конденсаторынизкой и высокой стороны, Со — удельная стоимость батарей конденсаторов. При отсутствии достоверныхстоимостных показателей для практических расчетов к1 рекомендуется принимать потаблице [1], для объединеннойэнергосистемы центра при двухсменной работе к1=12. При мощности трансформатора1000 кВ×А ипринятой длине линий до 0,5 км находим к2=2 по графику [1]. Тогда из графиков [1]определяю g=0,6.
Зная максимальные нагрузки групп трансформаторов за наиболее загруженную смену табл.3., для каждой группы цеховыхтрансформаторов одинаковой мощности минимальное их число определяю наибольшейрасчетной активной нагрузкой:
Nт.min=Рст/(bт*Sт)+DN.
При выборе числа и мощноститрансформаторов для питания сети ниже 1 кВ цехов следует учитывать, что приповышении мощности трансформаторов 10/0,4 кв выше 1000 кВ×Арезко возрастает их стоимость. Для цеховых трансформаторных подстанций ТП1-ТП9выбираю трансформаторы мощностью 1000 кВ*А каждый марки ТМ (номинальные данныекоторого в табл. 4).Таблица 4Техническиехарактеристики трехфазного двух обмоточного трансформаторатипа ТМ
Напряжение, кВ
Мощность
кВ*А
Потери
РХ, кВт
Потери
РК, кВт
Ток ХХ,
%
Напряжение КЗ, %
10
1000
3,3
11,6
1,4
5,5
Коэффициент загрузки трансформаторов примем равным 0.7 сучетом резервирования и возможной работы с перегрузкой. В первом этапе расчетарассчитываю минимальное число трансформаторов (2), экономически оптимальноечисло трансформаторов (3), определяю реактивную мощность, которую целесообразнопередавать через трансформатор в сеть до 1 кВ (5), определяю мощн