Скачать

Проектирование систем электроснабжения сельскохозяйственного назначения

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ПС – подстанция

ВЛ – высоковольтные линии электропередач

РП – распределительный пункт

ТП – трансформаторная подстанция

ТР – трансформатор

СИП – самонесущие изолированные провода

КЗ – короткое замыкание

КА – коммутационная аппаратура

КРУ – комплектные распределительные устройства

КТП – комплектная трансформаторная подстанция

ОПН – ограничитель перенапряжений

КРУ – комплектные распределительные устройства

ТСН – трансформатор собственных нужд

РЗ – релейная защита

МТЗ – максимальная токовая защита


ВВЕДЕНИЕ

Проектирование систем электроснабжения сельскохозяйственного назначения является сложной и ответственной задачей. Принятие проектных решений непосредственно влияет на объем и трудоемкость монтажных работ, удобность и безопасность эксплуатации электротехнических установок.

Выбор схемных решений электроснабжения в значительной степени зависит от принятых систем напряжений в рассматриваемом объекте. Используемый класс напряжения в значительной степени предопределяет капиталовложения в проектируемый объект и величину потерь мощности и электроэнергии в процессе эксплуатации. Окончательное решение по выбору напряжения сети должно приниматься на основании технико-экономического сравнения вариантов.

Основными требованиями к проектам систем электроснабжения являются надежность электроснабжения потребителей и их экономичность. Надежность электроснабжения обеспечивается выбором наиболее совершенных электрических аппаратов, силовых трансформаторов, кабельно-проводниковой продукции, соответствием электрических нагрузок в нормальных и аварийных режимах номинальным нагрузкам этих элементов, а также использованием структурного резервирования и секционированием электрической сети.

Сооружение электрических сетей, повышающих и понижающих подстанций в системе электроснабжения, связано с большими материальными затратами. Поэтому при проектировании должен проводиться детальный анализ экономичности проектных решений и режимов работы всех элементов систем электроснабжения.

В электроэнергетике Украины имеет место ряд негативных тенденций:

– происходит массовое старение основного электросетевого оборудования;

– отсутствуют средства для реконструкции сети;

– выросли технические и коммерческие потери мощности и электрической энергии;

– практически отсутствует резервирование потребителей І и ІІ категории по надежности сельскохозяйственного назначения;

– резко сократился научно-технический потенциал отрасли;

– серьёзно отстаёт сфера разработок, освоения и внедрения новых технологий производства, транспорта и распределения электроэнергии;

– неэффективно действуют механизмы совместной работы собственников электроэнергетических объектов;

– нерационально организованы рынки электроэнергии.

Поэтому, в связи с вышеуказанным, необходимо произвести реконструкцию распределительных сетей, замену старого оборудования на более новое, которое отвечает как современным техническим требованиям качества и надежности, так и экономическим критериям.

Системы электроснабжения сельскохозяйственных потребителей имеют характерные особенности, обусловленные рассредоточенностью сравнительно маломощных потребителей электроэнергии на значительной территории.

В отличие от городского, электроснабжение сельскохозяйственных потребителей осуществляется по воздушным линиям 6 –10 кВ, которые менее надежны, а требования к повышению надежности в последнее время возрасли, т.к. увеличение продуктивности труда возможно только на базе электрифицированного производства.

На территории Украины в эксплуатации находится более 305 тыс. км линий 10 кВ и около 200 тыс. трансформаторных подстанций (ТП) 10/0,4кВ суммарной установленной мощностью 44 тыс. кВА (1).

Сеть 10 кВ, как правило, состоит из линий древовидной структурой с сечениями проводов, ступенчато уменьшающимися от головных участков к концу линии. Почти все линии в сельской местности имеют воздушное исполнение, строятся, в основном, на железобетонных опорах. В качестве проводов используют голые неизолированные стальалюминиевые и алюминиевые провода со штыревой изоляцией.

Рассредоточенность потребителей на значительной территории вызывает относительно большие потери электрической энергии в сетях, потерю напряжения, которая вызывает сверхдопустимые отклонения напряжения на вводах потребителей электрической энергии, несимметрию нагрузок трехфазных сетей и так далее.

В данной дипломном проекте рассматривается реконструкция системы энергоснабжения села Наумовка Корюковского района, направленная на повышение надежности и уменьшения потерь электрической энергии.


1 МАТЕРИАЛЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ ЗОНЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Характеристика зоны электроснабжения

Подстанция (ПС)110/35/10кВ «Корюковка» находиться в Корюковском районе Черниговской области. Зона электроснабжения сельскохозяйственного района охватывает потребителей пятнадцати населенных пунктов, в том числе рассматриваемое в данном дипломном проекте поселок городского типа Наумовка.

В данном населенном пункте проживает около 1338 человек. На его территории находятся следующие потребители: кирпичный завод, свинотоварная ферма, молочно-товарная ферма, машинотракторный пункт, школа, детский сад, фельдшерно-акушерский пункт, четыре магазина, дом культуры на 320 мест, пилорама, пункт по сортировки и хранению картофеля и зерна, мельница, птицефабрика, а также некоторые другие учреждения повседневного обслуживания населения и учреждения культурно-бытового обслуживания. Практически все жилые дома на территории населенного пункта одноэтажные. Пище приготовление и обогрев – на природном газе. В данном населенном пункте имеются потребители как І, ІІ так и III категории по надежности электроснабжения. Все потребители питаются от одного распределительного пункта (РП).

Значения потребляемой электрической энергии производственными потребителями за год приведены в таблице 1.1. Остальные нагрузки общественных и комунально-бытовых потребителей выбираются в соответствии с (2).

Принимаем, что в одном доме в среднем проживает три человека, тогда примерное количество домов можно рассчитать по формуле:

,                                          (1.1)

где  – количество домов, шт;

 – количество жителей в населенном пункте, чел;

 – количество жильцов в одном доме, чел.

Таблица 1.1 – Количество электроэнергии, потребляемое за год производственными потребителями

Номер ТПНазвание потребителяСуммарное количество электроэнергии, кВт∙ч∙год
419Свинотоварная ферма76000
437кирпичный завод62000
360молочно-товарная ферма500140
236машинотракторный пункт198000
301Точок (пилорама, пункт по сортировки и хранению картофеля и зерна)812000
7мельница648900
350птицефабрика1599000

Следовательно:

 шт.

Все потребители данного населенного пункта питаются от ТП 10/0,4кВ, общее число которых 26. Из них 7 ТП питают потребителей с производственным видом нагрузки, 13 ТП с коммунально-бытовым и 6 ТП со смешенным видом нагрузки. Месторасположение и параметры существующих ТП 10/0,4кВ (диспетчерский номер подстанции, характер нагрузок, количество и мощность трансформаторов) приведены на рисунке 1.1.


1.2 Определение расчетных нагрузок

Расчет электрических нагрузок распределительных сетей 10кВ производиться исходя из расчетных нагрузок на вводе потребителей, на шинах подстанций с соответствующими коэффициентами одновременности отдельно для дневного и вечернего максимумов (2):

,                                  (1.2)

,                                  (1.3)

где ,  – расчетная дневная, вечерняя нагрузка на участке линии или шинах трансформаторной подстанции, кВт;

 – коэффициент одновременности;

,  – дневная, вечерняя нагрузка на вводе i-го потребителя или i-го элемента сети, кВт.

Допускается определение расчетных нагрузок по одному режиму – дневному (если суммируются производственные потребители), или вечернему (если суммируются бытовые потребители). Коэффициенты дневного или вечернего максимума принимаем:

– для производственных потребителей ;

– для бытовых потребителей с домами без электроплит .

Коэффициент одновременности зависит от количества потребителей (2).

Для нашего случая нагрузки жилых домов рассчитываем по формуле:

,                    (1.4)

где  – расчетная нагрузка жилых домов, кВт;

 – коэффициент одновременности для суммирования нагрузок в сетях 0,38 кВ;

 – количество домов, шт;

 – удельная нагрузка одного дома, кВт/дом.

Значение  берем в соответствии с руководящими материалами (2).

При наличии годового потребления электроэнергии производственных потребителей расчетная нагрузка определяется исходя из годового числа часов использования максимальной нагрузки (2):

,                                            (1.5)

где  – максимальная расчетная нагрузка, кВт;

 – годовое потребление электроэнергии, кВт∙ч;

 – число часов использования максимума в зависимости от характера нагрузки, ч.

При смешенной нагрузке отдельно определяются нагрузки на участках сети с жилыми домами, с производственными и общественными помещениями, предприятиями с использованием соответствующих коэффициентов одновременности. Суммирование нагрузок участков сети производиться по формуле:

,                                  (1.6)

где  – большая из слагаемых нагрузок, кВт;

 – добавка к наибольшей слагаемой нагрузке, в зависимости от значения наименьшей слагаемой, кВт.

Расчетная нагрузка существующих ТП 10/0,4кВ на расчетный год определяется по формуле:

,                                      (1.7)

где  – существующая нагрузка на ТП, кВт;

 – коэффициент роста нагрузок.

Суммарная нагрузка ТП на линиях ищется в зависимости от количества ТП с учетом коэффициента одновременности для сетей 6-20кВ.

Реактивная нагрузка на ТП определяется по формуле:

,                                  (1.8)

где  – активная нагрузка ТП, кВт;

 – коэффициент мощности характеризующий нагрузку ТП.

Принимаем для ТП со смешенной нагрузкой – , для ТП с производственной нагрузкой – , для ТП с коммунально-бытовой нагрузкой –  (2).

Рассмотрим расчет нагрузки на ТП с коммунально-бытовой нагрузкой (рисунок 1.1). От ТП с номером 425 питаются n=23 дома. Коэффициент одновременности согласно (2) принимаем равным ko=0.333, а удельную нагрузку одного дома принимаем равным Руд=10 кВт/дом. Согласно формуле (1.4):

 кВт.

Тогда согласно (1.7) активная нагрузка на ТП-425 будет составлять:

 кВт.

Реактивную нагрузку находим по (1.8):

 кВАр.

Аналогично рассчитываем нагрузки на других ТП с коммунально-бытовыми нагрузками. Полученные значения сведены в таблицу 1.1.

Нагрузка на ТП с производственными потребителями ищется в соответствии с (1.5), (1.7). Так, например, от ТП номер 437 питается кирпичный завод. Тогда по (1.5):

 кВт.

Следовательно, активная нагрузка на ТП-437:

 кВт.

Тогда реактивная нагрузка имеет следующее значение:

 кВАр.

Рассмотрим ТП со смешенной нагрузкой. От ТП номер 6 питаются 10 домов и магазин. Нагрузка магазина в соответствии с (1) равняется 4 кВт. Тогда нагрузки на ТП-6 по (1.6), (1.7) и (1.8) будут равны:

 кВт;

, кВАр.

Остальные нагрузки рассчитываются аналогично. Полученные значения по всем ТП занесены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Результаты расчетов нагрузок по всем ТП

Номер ТПМощность ТП, кВАПотребители

Активная нагрузка,

, кВт

Реактивная нагрузка,

, кВАр

12345
16160жилые дома161,61669,4949
15250жилые дома252,84108,72
246160жилые дома151,2065,016
448160жилые дома, магазин163,23125,58
14160жилые дома, детский сад, фельдшеро-акушерский пункт165,13123,848
245250жилые дома189,0081,27
426400жилые дома, дом культуры, магазины, школа, сельсовет, административные здания375,27281,453
35325жилые дома, столовая25,2018,90
12160жилые дома, аптека159,67119,753
424100жилые дома107,22646,107
31863жилые дома67,2028,896
663жилые дома, магазин62,79246,62
425100жилые дома107,22646,107
41940свинотоварная ферма42,5651,072
43725кирпичный завод34,7241,664
301400точок406,00487,20
236100машинотракторный пункт102,667123,20
360250молочно-товарная ферма250,07300,084
9160жилые дома164,0870,554
41863жилые дома67,2028,896
8100жилые дома103,1844,367

1063жилые дома63,14027,15

42240жилые дома42,0018,06

13100жилые дома103,28344,412

7320мельница324,45389,34

350800птицефабрика799,5959,4

Найдем суммарное значение нагрузок ТП на линиях. Расчет рассмотрим на примере участка 8-9. На этом участке находиться четыре ТП (ТП-419,ТП-437,Т-15,ТП-14). В соответствии с (2) коэффициент одновременности для четырех ТП равен kод=0,825. Тогда суммарная активная нагрузка ТП на линии 8-9 будет составлять:

 кВт.

Аналогично рассчитываются суммарные нагрузки ТП на всех остальных участках линий. Полученные значения сводим в таблицу 1.2.

1.3 Определение потерь мощности и отклонения напряжения

При передаче энергии от электрических станций к потребителям во всех звеньях электрических сетей имеются потери активной мощности. Эти потери возникают как в кабельных и воздушных линиях различных напряжений, так и в трансформаторах подстанций.

В среднем потери в сетях энергосистемы составляют примерно 10% от отпускаемой электрической энергии в сети электроснабжающих организаций. Значительная часть этих потерь расходуется в линиях передачи всех напряжений и меньшая часть – в трансформаторах (ТР).

Таблица 1.2 – Полученные значения нагрузок по линиям

Участок линииСоставляющие ТП

Суммарная активная нагрузка ТП на линии, , кВт

123
1-2ТП-16, ТП-246, ТП-245, ТП-448, ЗТП-7, ТП-3011105,7677
2-4-ТуровкаТП-425, ТП-424, ТП-6, ТП-9, ТП-418, ТП-8, ТП-10, ЗТП-3501215,8124
ЦентрТП-426375,27
5-8ТП-318, ТП-360285,543
7-8-ПеределТП-12, ТП-353, ТП-236, ТП-422, ТП-13375,161
8-9ТП-14, ТП-15, ТП-419, ТП-437408,581
Активная нагрузка на РП3766,13

Потери активной и реактивной мощности в общем виде для трансформаторов и для линий определяется по формулам:

,                               (1.9)

,                             (1.10)


где ,  – потери активной и реактивной мощности соответственно, кВт,

(кВАр);

,  – активная и реактивная нагрузка, кВт, (кВАр);

,