Пример 1. Электроснабжение пунктов 1 ¸ 5 предполагается осуществлять от системной подстанции "А"

Электроснабжение пунктов 1 ¸ 5 предполагается осуществлять от системной подстанции "А", которая имеет распределительные устройства с номинальными напряжениями 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ. Взаимное географическое расположение пунктов потребления электроэнергии и узловой подстанции "А" с указанием масштаба, а также конфигурация сети приведены на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Конфигурация сети

В табл. 2.2 даны мощности потребителей, соответствующие режиму наибольших нагрузок, а также коэффициент мощности и количество силовых трансформаторов на подстанции. Требуется произвести выбор номинального напряжения для каждого участка сети.

Таблица 2.2

Параметры нагрузок подстанций

Для выбора номинального напряжения участков сети необходимо определить их протяженности с учетом непрямолинейности трасс линий и провести предварительные расчеты перетоков активной мощности по ним.

Длины линий, определенные с учетом масштаба и рекомендаций по их увеличению, составляют величины, указанные на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Географическое расположение подстанций

Распределение активных мощностей на магистрально-радиальных участках сети определяется по первому закону Кирхгофа. Расчеты начинают с наиболее удаленных точек сети, последовательно приближаясь к точке питания (подстанция «А»). Мощность в линии «3-5» в соответствии с первым законом Кирхгофа для узла 5 будет равна, МВт:

;

.

Перетоки активной мощности в замкнутой части сети определяются из условия, что все участки, входящие в замкнутый контур, выполнены проводами одного сечения, поэтому мощности на головных участках можно определить по длинам линий [3].

При расчете потокораспределения на первом этапе проектирования электрической сети не учитываются потери мощности, потери напряжения и зарядные мощности линий электропередачи. Поэтому мощность в начале линии «3-5» равна мощности в конце этой линии и равна мощности, потребляемой нагрузкой узла 5. Следовательно, при расчете потокораспределения в замкнутой части схемы нагрузка узла 3 принимается равной сумме мощностей Р₃ и Р₅.

Центром питания для замкнутой части является узел 1. Рассматриваемую кольцевую часть сети можно представить в виде линии с двухсторонним питанием, мысленно разрезав ее по узлу 1 (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Преобразование замкнутой части сети

в линию с двухсторонним питанием

Тогда значения P₁₃ и P₁₄:

(2.3)

В качестве проверки правильности вычислений можно использовать уравнение баланса мощностей, то есть мощность, поступающая в замкнутую часть сети (сумма мощностей головных участков) должна быть равна сумме мощностей нагрузок, получающих питание в этой части сети:

Направлениями потоков мощности на участках «3-2» и «4-2» задаются произвольно, после чего мощности, передаваемые по этим и другим линиям сети, определяются по первому закону Кирхгофа.

По линии «А-1» от источника питания «А» передается мощность ко всем приемникам электрической энергии, то есть

;

.

Перетоки активной мощности по участкам сети, определенные по описанному выше алгоритму, приведены на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Потокораспределение в электрической сети

Участок сети «А-1» выполнен двумя одноцепными линиями, поэтому, используя формулу (2.1), определяем линии «А-1»:

кВ.

Для линии «А-1» может оказаться целесообразным напряжение как 220 кВ, так и 110 кВ. Первый вариант будет характеризоваться большими капитальными вложениями на сооружение линии и подстанции 1, но меньшими потерями мощности. Второй будет иметь меньшие капитальные затраты на сооружение сети, но при этом потери мощности и электроэнергии возрастут. А так как по рассматриваемому участку передается энергия для всех потребителей сети, то перспектива развития всего сетевого района будет определяться пропускной способностью линии «А-1». При выполнении этой линии на напряжение 110 кВ она будет работать практически на пределе своих возможностей. Важным обстоятельством является и тот факт, что в этом случае при отключении одной из параллельных линий «А-1» в результате аварийной ситуации уровни напряжения на всех подстанциях района существенно снизятся, что может привести к ухудшению качества отдаваемой потребителю электроэнергии. Это может вызвать необходимость установки дополнительных средств регулирования напряжения на подстанциях либо применения проводов с сечениями, значительно превышающими экономически целесообразные, что негативно скажется на величине капитальных вложений.

Выбор напряжения для остальных участков производится аналогично по формулам (2.1) и (2.2).

Для кольцевой части сети номинальные напряжения составят, кВ:

;

;

;

.

Так как в кольце рекомендуется для всех участков принимать одинаковое номинальное напряжение, то следует выбрать номинальное напряжение 110 кВ.

Для электроснабжения потребителей подстанции 5 предполагается строительство одноцепной линии «3-5» протяженностью 21 километр, по которой передается мощность 8 МВт. Согласно формуле (2.1) ее номинальное напряжение составит, кВ:

.

Для этой линии возможны два варианта: = 110 кВ и = 35 кВ. Для первого варианта будут больше капитальные вложения на сооружение линии и подстанции 5, но меньше потери мощности и капитальные затраты на сооружение подстанции 3, на которой следует установить в этом случае двухобмоточные трансформаторы. Для второго варианта увеличатся потери мощности в сети, но уменьшатся капитальные затраты на линию и подстанцию 5. На подстанции 3 потребуется установка трехобмоточных трансформаторов, что увеличит ее стоимость. Окончательный выбор номинального напряжения линий «А-1» и «3-5» можно сделать на основании технико-экономических расчетов. В рамках рассматриваемого проекта такие расчеты не предусматриваются.