Задачи и методы проектирования энергосистем и электрических сетей. Комплекс внестадийных проектных работ.

Задачи и методы проектирования энергосистем и электрических сетей. Комплекс внестадийных проектных работ.

Задача проектирования энергосистем состоит в разработке и технико-экономическом обосновании решений, определяющих развитие энергосистем, обеспечивающих при наименьших затратах снабжение потребителей электрической и тепловой энергией при выполнении технических ограничений по надёжности и качеству э/э. Проектирование начинается с выполнения комплекса внестадийных проектных работ. В результате разрабатываются обосновывающие материалы для определения экономической эффективности и целесообразности проектирования, строительства или реконструкции и расширение электросетевых объектов большой стоимости(4 млн.руб. и выше в ценах 1989 года).

Комплекс внестадийных проектных работ включает:

1.Схема развития энергосистем эл.сетей.

2.Разработка энергетических и электросетевых разделов в составе проектов электростанций.

3.Схемы внешнего эл.снабжения объектов народного хозяйства,т.е. электрифицированных участков ж/д, нефте- и газопроводов, промышленных узлов и отдельных предприятий.

После утверждения обоснованных материалов начинается стадийное проектирование эл.сетей.

Состав и объём задач, которые решаются на различных этапах проектирования эл.сетей.

На различных этапах проектирования эл.сетей решаются разные по составу и объёму задачи, которые имеют следующее примерное содержание:

1)Анализ существующей сети рассматриваемой энергосистемы района, города, объекта, включающий её рассмотрение с точки зрения загрузки условий регулирования напряжения, выявление «узких мест» в работе.

2)Определение электрических нагрузок потребителей и составление баланса реактивной мощности по отдельным подстанциям,энергоузлам, обоснование сооружения понижающих подстанций.

3)Выбор расчётных режимов работы эл.станций и определение загрузки проектируемой эл.сети.

4)Электрические расчёты различных режимов работы сети и обоснование схемы построения сети на рассмотренные расчётные уровни.

5)Проверочные расчёты статической, динамической устойчивости параллельной работы электростанций. Выявление основных требований к системе противоаварийной автоматики.

6)Составление баланса реактивной мощности и выявление условий регулирования напряжения сети. Обоснование пунктов размещения КУ, их типа и мощности.

7)Расчёт токов К.З. проектируемой сети, установление требований и отключающей способности коммутационной аппаратуры. Разработка предложений по ограничению мощности К.З.

8)Выбор и обоснование количества, мощности и мест установки дугогасящих реакторов для компенсации емкостных токов для сетей 35 кВ и ниже.

9)Свободные данные по намеченному объёму развития эл.сети: натуральные и денежные показатели, очередность развития.

Основы проектирования эл.сетей. Исходные данные.

1)Мощность потребителей.

2)Категорийность.

3)Географическое расположение источников и нагрузки.

4)Число часов использования максимальной нагрузки.

4.Категории потребителей по степени надёжности электроснабжения и требования по их электроснабжению. Выбор варианта электрической сети с учётом надёжности электроснабжения потребителей.

Все сравниваемые варианты эл.сети должны обеспечивать одинаково полезный отпуск эл.энергии при заданном режиме потребления. Каждый вариант сетей должен обеспечивать необходимую надёжность: способность выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в условиях, оговоренных в документациях. Требования к надёжности эл.снабжения определяются в ПУЭ в зависимости от категорий эл.приёмников. Все эл.приёмники разделены на 3 группы:

1)Эл.приёмники, нарушение эл.снабжения которых может повлечь опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функции особо важных элементов коммунального хозяйства. Эл.приёмники 1 категории должны обеспечиваться эл.энергией от двух независимых взаимнорезервируемых источников питания. Эл.снабжение при аварийном отключении одного из них должно обеспечиваться вторым. В качестве таких независимых источников могут быть 2 системы или 2 секции шин одной подстанции.Перерыв в электроснабжении приёмников 1 категории может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания.В первой категории выделяется особая группа. Для эл.снабжения потребителей особой группы должен предусматриваться 3-й аварийный взаимно-резервируемый независимый источник, мощность которого достаточна для безаварийной остановки производства, который автоматически включается при исчезновении напряжения на основных источниках.

2)Эл.приёмники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции,простоем рабочих механизмов и промышленного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Эл.приёмники2 категории рекомендуется обеспечивать эл.энергией от 2-х независимых взаимнорезервируемых источников питания, при этом допустив перерыв эл.снабжения на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной бригадой. Допускается питание эл.приёмников 2-ой категории по одной ВЛ, а также по одной КЛ. Для выполнения условий надёжности эл.снабжения необходимо подстанцию, питающую потребителей 1 и 2 категории запитывать от 2-х независимых источников питания. Если питание производится от одной РЭС,то к таким потребителям должна подходить двухцепная ЛЭП, либо схема должна быть замкнутой.

3)Все остальные эл.приёмники, не попадающие под определение 1-ой и 2-ой категорий. Эл.снабжение этих приёмников может выполняться от одного источника при условии, что перерыв эл.снабжениянеобходим для ремонта или замены повреждённого элемента сети (не более суток).

Технические показатели надёжности схемы эл.сетей. Основные понятия теории надёжности.

В качестве оценки критерия надёжности схемы сетей и питания потребителей 1-ой и 2-ой категорий принимаются следующие технические показатели надёжности:

1)Параметр потока отказов: среднее количество отказов в год:w (отказы/год);

2)Среднее время восстановления эл.снабжения: Т_В (лет/отказы);

3)Вероятность безотказной работы в течение года:P (о.е.).

В теории надёжности используются следующие понятия: работоспособность-способность системывыполнять заданные функции с требуемыми параметрами; отказ-нарушение работоспособности; безотказность- свойство системы сохранять работоспособность в течение заданного интервала времени без вынужденных перерывов.

4)P(t)=P(t_Р>t)-вероятность того, что время безотказной работы t_Р>t.

5)Q(t)=Q(t_Р>t)-вероятность отказа означает вероятность того, что в заданном интервале времени произойдёт хотя бы один отказ. При t, принадлежащему к промежутку от 0 до ∞, Q(t)принадлежит от 0 до 1.

6)К_В=Q_СР(∞) - коэффициент вынужденного простоя- вероятность отказа за длительный период наблюдения для ремонтируемых элементов эл.сети.

7) - параметр потока отказов восстанавливаемого элемента - среднее количество отказов элемента в единицу времени, где ∆n(t,t+∆t) - количество отказов за время элементов;n- число элементов в испытании при условии замены неисправных элементов, ∆t- промежуток времени.

8)T_В-среднее время восстановления (время аварийного простоя). Для потребителей 2-ой категории перерыв в эл.снабжении приводит к последствиям,которые могут быть выражены в виде экономического эквивалента - ожидаемого среднегодового ущерба от нарушения эл.снабжения: У(тыс.руб/год). Ущерб (У) из-за недоотпускаэл.энергии включают в состав приведённых затрат. Среднегодовой ущерб из-за аварийного вынужденного нарушения эл.снабжения определяется: У_В=ω·Т_В·Р_НБ·Е_Н·У_ОВ, ω - среднее количество отказов за год; Р_НБ - суммарная наибольшая нагрузка нормального режима; У_ОВ- расчётный удельный годовой ущерб из-за вынужденного перерыва эл.снабжения (тыс.руб/кВт·год); Е_Н - отношение нагрузки, которую необходимо отключить в данном режиме при данном отказе к сумме наибольшей нагрузки нормального режима.ω·Т_В=К_В- коэффициент вынужденного простоя.

Выбор номинального напряжения сети. Исходные данные. Методика выбора номинального напряжения. Проверки выбранного номинального напряжения.

Исходные данные: Р - активная мощность участка сети; L- длина участка сети.

Это главные факторы, определяющие уровень напряжения сети.

Последовательность расчета:

1.По эмпирическим формулам или номограммам определяем величину номинального напряжения по Р и L.

2.Если расчёт ведётся по эмпирическим формулам, то округляем нестандартное полученное номинальное напряжение до ближайших стандартов, при этом берём ближайшую большую и ближайшую меньшую величины, проверяем получаемые величины напряжения.

(6, 10, 35, 110, (150), 220, 330, 500, 750, 1150 кВ)

Упрощённый способ проверки по допустимой потере напряжения:

1.Суммарные потери напряжения в нормальном режиме от источника питания до самой удалённой нагрузки: Σ∆U_НР≤15%U_НОМ

2.Суммарные потери напряжения в послеаварийном режиме от источника питания до самой удалённой нагрузки: Σ∆U_ПАВР≤20%U_НОМ

Точная проверка по приведённым затратам на основе технико-экономических расчётов.

Варианты проектирования эл.сети или отдельных её участков могут иметь разные номинальные напряжения. Сначала проверяют номинальное напряжение головных более загруженных участков (участки кольцевых сетей выполняют на одно номинальное напряжение).

Расчёт установившихся режимов работы эл.сетей. Режимы работы эл.сети, подлежащие расчёту при её проектировании. Исходные данные, цели и задачи точногорасчёта эл.сети.

В практике выделяют два типа эл.сетей и соответствующих им расчётных схем: разомкнутые и замкнутые. К разомкнутым относятся радиальные, магистральные и радиально-магистральные сети, а к числу простейших замкнутых -кольцевые сети, а также сети и отдельные электропередачи с дву­сторонним питанием, связывающие друг с другом независимые ис­точники мощности.Эл.сети имеют следующие режимы работы:

а)нормальный режим работы - режим, на который проек­тируется сеть;

б)послеаварийный режим работы - режим, наступивший после отключения одного или нескольких элементов сети;

в)переходный режим работы - режим, возникающий в момент перехода от одного режима к другому.

К установившимся режимам работы эл.сетей от­носят нормальный и послеаварийный режимы работы.В зависимости от загрузки эл.сети различают сле­дующие установившиеся режимы работы: максимальный (макси­мальные нагрузки потребителей) и минимальный (минимальные нагрузки потребителей) нормальные режимы работы эл.сети.

Исходные данные для точного эл.расчёта:

а)схема эл.соединений сети;

б)мощности нагрузок подстанций сети;

в)величины напряжений источника питания или номинальное напряжение сети;

г)параметры схемы замещения элементов сети (линий элек­тропередач, трансформаторов).

Цели выполнения точного эл.расчёта:

а)выбор оборудования для эл.сети;

б)решение вопросов качества э/э и оптимизации режимов работы эл.сети;

в)выбор способов, повышающих экономичность работы эл.сети.

В состав задач точного эл.расчёта входят сле­дующие:

а)определение потоков мощности на участках сети с учётом потерь мощности;

б)определение напряжений в узлах сети с учётом потерь на­пряжения.

Расчёт режимов работы распределительой сети. В виде чего задаются нагрузки для расчёта разомкнутой распределительной сети? Как определяются потери напряжения на участке сети? Чем характеризуется КПД передачи электроэнергии?

Нагрузки часто представляют для разомкнутой распред.сети в виде задающих токов:

U^* - сопряженное комплексное напряжение в данном узле.

В схеме замещения линий учитывается только продольное сопротивление. В разомкнутой распределительной сети токи и мощность на любом i-ом участке определяются суммированием n нагрузок, получающих питание по данному участку сети:

Потери напряжения на любом участкеi-ой схемы сети определяют по полученным ранее формулам. В линии величина потери напряжения определяется:

При постоянном сечении проводов на всех m участках сети погонные r и х одинаковые.

где R_OI,X_OI - сопротивление от пункта 0 до пункта i-й сети.

Потери мощности на участке i.

Для сети из m участков независимо от схемы:

Относительные значения потерь активной мощности на участках сети характеризует КПД передачи энергии. Обычно потери активной мощности в сети одного напряжения составляют не более 5%, потери реактивной мощности во многих случаях значительно больше, потери э/э ΔWi определяются в зависимости от длительности режима t_I.

Суммарные потери за длительный период времени определяют путём суммиро-вания потерь отдельных режимов.

n- число рабочих режимов.

Конденсаторные установки.

Конденсаторной установкой называется электро­установка, состоящая из конденсаторов, относящегося к ним вспомога­тельного электрооборудования (выключателей, разъединителей, раз­рядных резисторов, устройств регулирования, защиты и т.п.) и ошиновки. Конденсаторная установка может состоять из одной или несколь­ких конденсаторных батарей или из одного или нескольких отдельно установленных единичных конденсаторов, присоединённых к сети че­рез коммутационные аппараты. Конденсаторной батареей называется группа еди­ничных конденсаторов, электрически соединённых между собой. Единичным конденсатором называется конструк­тивное соединение одного или нескольких конденсаторных элементов в общем корпусе с наружными выводами.

Конденсаторные батареи.

Конденсаторные батареи на напряжение выше 10 кВ соби­раются из однофазных конденсаторов путём их параллельно-последо­вательного соединения. Число последовательных рядов конденсаторов выбирается так, чтобы в нормальных режимах работы токовая нагруз­ка на конденсаторы не превышала номинального значения. Число кон­денсаторов в ряду должно быть таким, чтобы при отключении одного из них из-за перегорания предохранителя напряжение на оставшихся конденсаторах ряда не превышало 110% номинального.Конденсаторные батареи на напряжение 10 кВ и ниже дол­жны собираться, как правило, из конденсаторов с номинальным на­пряжением, равным номинальному напряжению сети. При этом допу­скается длительная работа единичных конденсаторов с напряжением не более 110% номинального.

Защита.

Конденсаторные установки в целом должны иметь защиту от токов КЗ, действующую на отключение без выдержки времени. За­щита должна быть отстроена от токов включения установки и толчков тока при перенапряжениях.Конденсаторная установка в целом должна иметь защиту от повышения напряжения, отключающую батарею при повышении действующего значения напряжения сверх допустимого. Отключение установки следует производить с выдержкой времени 3-5 мин. По­вторное включение конденсаторной установки допускается после сни­жения напряжения в сети до номинального значения, но не ранее чем через 5 мин после её отключения. Защита не требуется, если батарея выбрана с учётом максимально возможного значения напряжения це­пи, т.е. так, что при повышении напряжения к единичному конденса­тору не может быть длительно приложено напряжение более 110 % номинального.Вслучаях, когда возможна перегрузка конденсаторов тока­ми высших гармоник, должна быть предусмотрена релейная защита, отключающая конденсаторную установку с выдержкой времени при действующем значении тока для единичных конденсаторов, превы­шающем 130% номинального.Для конденсаторной батареи, имеющей две или более па­раллельные ветви, рекомендуется применять защиту, срабатывающую при нарушении равенства токов ветвей. На батареях с параллельно-последовательным включением конденсаторов каждый конденсатор выше 1,05 кВ должен быть защи­щён внешним предохранителем, срабатывающим при пробое конден­сатора. Конденсаторы 1,05 кВ и ниже должны иметь встроенные внутрь корпуса плавкие предохранители по одному на каждую секцию, срабатывающие при пробое секции.На конденсаторной установке должны предусматриваться приспособления для заземления несущих металлических конструк­ций, которые могут находиться под напряжением при работе уста­новки.

 

Шины, провода, кабели.

Между неподвижно укреплёнными неизолированными токоведущими частями разной полярности, а также между ними и неизолированными нетоковедущими металлическими частями должны быть обеспечены расстояния не менее: 20 мм по поверхности изоляции и 12 мм по воздуху. От неизолированных токоведущих частей до огра­ждений должны быть обеспечены расстояния не менее: 100 мм при сетках и 40 мм при сплошных съёмных ограждениях.В пределах панелей, щитов и шкафов, установленных в су­хих помещениях, незащищённые изолированные провода с изоляцией, рассчитанной на рабочее напряжение не ниже 660 В, могут проклады­ваться по металлическим, защищённым от коррозии поверхностям и вплотную один к другому. В этих случаях для силовых цепей должны применяться снижающие коэффициенты на токовые нагрузки.Заземлённые неизолированные провода и шины могут быть проложены и без изоляции.

 

Классификация подстанций.

Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения э/э и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распредели­тельных устройств, устройств управления и вспомогательных сооруже­ний.В зависимости от преобладания той или иной функции подстан­ций они называются трансформаторными или преобра­зовательными,пристроенной п/с, встроенной п/с, внутрицеховой п/с, комплектной трансформаторной п/с, столбовой трансформаторной п/с. Пристроенной подстанцией называется подстанция, непосредственно примыкающая к основному зданию. Встроенной подстанцией назы­вается закрытая подстанция, вписанная в контур основного здания. Внутрицеховой подстанцией называется под­станция, расположенная внутри производственного здания (открыто или в отдельном закрытом помещении). Комплектной трансформаторной подстанцией называется подстанция, состоя­щая из трансформаторов (преобразователей) и блоков (КРУ или КРУН и других элементов), поставляемых в собранном или пол­ностью подготовленном для сборки виде. Комплектные трансформа­торные (преобразовательные) подстанции (КТП, КПП) или части их, устанавливаемые в закрытом помещении, относятся к внутренним установкам, устанавливаемые на открытом воздухе, - к наружным установкам. Столбовой трансформаторной подстанцией называется открытая трансформаторная подстан­ция, всё оборудование которой установлено на конструкциях или на опорах ВЛ на высоте, не требующей ограждения подстанции. Распределительным пунктом (РП) называется РУ, предназначенное для приёма и распределения э/э на одном напряжении без преобразования и трансформации, не входящее в состав подстанции. Камерой называется помещение, предназначенное для установки аппаратов и шин. Закрытой камерой называется камера, закрытая со всех сторон и имеющая сплошные двери. Взрывной камерой называется закрытая камера, предна­значенная для локализации возможных аварийных последствий при повреждении установленных в ней аппаратов и имеющая выход нару­жу или во взрывной коридор. Взрывным коридором называется коридор, в который вы­ходят двери взрывных камер.Электрооборудование, токоведущие части, изоляторы, кре­пления, ограждения, несущие конструкции, изоляционные и другие расстояния должны быть выбраны и установлены таким образом, чтобы:

1)вызываемые нормальными условиями работы электроустановки усилия, нагрев, эл.дуга или другие сопутствующие её работе явления (искрение, выброс газов и т. п.) не могли привести к повреждению оборудования и возникновению КЗ или замыкания на землю, а также причинить вред обслуживающему персоналу;

2)при нарушении нормальных условий работы электроустановки была обеспечена необходимая локализация повреждений, обусло­вленных действием КЗ;

3)при снятом напряжении с какой-либо цепи относящиеся к ней аппараты, токоведущие части и конструкции могли подвергаться безо­пасному осмотру, замене и ремонтам без нарушения нормальной ра­боты соседних цепей;

4)была обеспечена возможность удобного транспортирования оборудования.

Распределительные устройства 3 кВ и выше должны быть оборудованы оперативной блокировкой, исключающей возмож­ность:

-включения выключателей, отделителей и разъединителей на зазе­мляющие ножи и короткозамыкатели;

-включения заземляющих ножей на ошиновку, не отделенную разъ­единителями от ошиновки, находящейся под напряжением;

-отключения и включения отделителями и разъединителями тока нагрузки, если это не предусмотрено конструкцией аппарата. На заземляющих ножах линейных разъединителей со стороны ли­нии допускается устанавливать только механическую блокировку с приводом разъединителя и приспособление для запирания заземляющих ножей замками в отключенном положении.Для РУ с простыми схемами эл.соединений рекомен­дуется применять механическую оперативную блокировку, а во всех остальных случаях - электромагнитную. Приводы разъеди­нителей, доступные для посторонних лиц, должны иметь приспособле­ния для запирания их замками в отключенном и включенном положе­ниях.

Задачи и методы проектирования энергосистем и электрических сетей. Комплекс внестадийных проектных работ.

Задача проектирования энергосистем состоит в разработке и технико-экономическом обосновании решений, определяющих развитие энергосистем, обеспечивающих при наименьших затратах снабжение потребителей электрической и тепловой энергией при выполнении технических ограничений по надёжности и качеству э/э. Проектирование начинается с выполнения комплекса внестадийных проектных работ. В результате разрабатываются обосновывающие материалы для определения экономической эффективности и целесообразности проектирования, строительства или реконструкции и расширение электросетевых объектов большой стоимости(4 млн.руб. и выше в ценах 1989 года).

Комплекс внестадийных проектных работ включает:

1.Схема развития энергосистем эл.сетей.

2.Разработка энергетических и электросетевых разделов в составе проектов электростанций.

3.Схемы внешнего эл.снабжения объектов народного хозяйства,т.е. электрифицированных участков ж/д, нефте- и газопроводов, промышленных узлов и отдельных предприятий.

После утверждения обоснованных материалов начинается стадийное проектирование эл.сетей.