Технико-экономическое обоснование схемы развития электрической сети районной энергосистемы для электроснабжения новых узлов нагрузки

Исходные данные:
Схема существующей электрической сети (рисунок 1).
Мощности шин действующих подстанций (10 и 35 кВ) режима максимальных нагрузок (таблица 1) на пятый год эксплуатации сооружаемой сети.
Геометрическое расположение существующих (таблица 2) и мест сооружения новых (таблица 3) подстанций в декартовой системе координат.
Максимальные мощности новых узлов нагрузки (новых подстанций) на пятый год их эксплуатации (таблица 3, по вариантам).
Время использования максимальной нагрузки Tmax (таблица 3) для общего годового графика энергосистемы с учетом мощностей новых нагрузок.
Ориентировочный состав видов нагрузок новых подстанций (таблица 4, по величине мощностей нагрузки).
Зимние и летние суточные графики характерных дней новых подстанций, таблица 5.
Напряжение пункта питания в режимах максимальных нагрузок поддерживается на уровне 242 кВ.
Номинальное напряжение на шинах низкого напряжения новых подстанций – 10 кВ.
Место строительства – определяется руководителем курсового проекта.
Материал опор для ВЛ всех напряжений – железобетон.

Таблица 1 – Мощности режима максимальных нагрузок существующей сети
Мощности нагрузок А–10 Б–35 Б–10 В–10 Г–10
Активная, МВт 110 15 10 80 90
Реактивная, Мвар 70 10 5 50 60
Таблица 2 – Координаты расположения существующих подстанций, кмПодстанция x y
А 63 0
Б 107 –33
В 12 –57
Г 66 –50
Примечание. Начало координат в точке пункта питания О.

Рисунок 1 – Схема существующей электрической сети 220/110 кВ (расстояния в километрах).

Полужирным шрифтом обозначены номера узлов для шин, включенных в расчетную схему:

Рисунок 2 – Граф существующей сети

Таблица 3 – Координаты положения, мощности нагрузок новых подстанций и время использования максимальной нагрузки Tmax
Номер варианта Координаты, км Мощности нагрузок, МВт и Мвар Tmax, ч
x1 y1 x2 y2 x3 y3 P1 Q1 P2 Q2 P3 Q3
1 51 36 84 33 85 44 61 40 39 25 18 12 5600

Таблица 4 – Состав нагрузки сооружаемых подстанций, %Подстанция Максимальная активная мощность, МВт Состав нагрузки
Осветительная нагрузка Промышленная 3-сменная Промышленная 2-сменная Промышленная 1-сменная Электрифицированный транспорт Сельскохозяйственное производство
ПС–1 до 40 15 15 30 – 40 –
свыше 40 до 50 15 15 20 10 40 –
свыше 50 20 20 15 15 30 –
ПС–2 до 40 20 20 40 10 – 10
свыше 40 до 50 20 30 10 20 – 20
свыше 50 15 20 15 30 – 20
ПС–3 до 20 40 10 – – – 50
свыше 10 40 15 – – – 45

Таблица 5 – Зимние и летние суточные графики характерных дней для новых подстанций, %Время ПС–1 ПС–2 ПС–3
Зима Лето Зима Лето Зима Лето
P Q P Q P Q P Q P Q P Q
0:00 45 43 33 31 45 40 33 32 58 58 37 34
1:00 42 41 24 23 34 32 26 25 50 52 33 32
2:00 43 42 24 23 30 30 23 22 45 46 30 31
3:00 44 44 22 22 30 29 27 27 44 44 28 30
4:00 47 45 25 24 36 35 45 43 46 45 34 35
5:00 53 52 30 30 56 55 60 58 52 50 44 46
6:00 73 71 67 66 78 77 74 73 68 66 52 53
7:00 90 92 76 77 100 99 75 74 80 80 56 55
8:00 100 100 80 81 100 100 72 72 86 85 54 54
9:00 100 100 70 71 96 95 62 60 84 82 50 50
10:00 92 95 68 68 90 88 55 52 80 78 47 48
11:00 91 93 69 70 80 81 50 50 72 70 45 46
12:00 93 90 70 71 70 73 47 45 66 66 43 44
13:00 88 86 68 68 66 67 46 44 65 65 42 45
14:00 87 85 69 68 66 67 45 44 66 65 40 43
15:00 92 94 70 71 66 68 45 45 67 66 41 44
16:00 95 95 68 69 65 68 46 46 70 70 44 46
17:00 100 100 70 72 64 67 48 47 86 85 48 49
18:00 98 95 75 75 72 70 54 52 100 100 55 57
19:00 97 94 80 78 83 80 62 60 98 99 65 65
20:00 96 93 80 78 85 84 65 63 95 96 65 65
21:00 88 86 70 72 80 80 64 62 80 80 60 63
22:00 78 77 48 47 65 64 49 47 68 68 52 43
23:00 58 56 34 35 53 50 35 34 63 62 41 42
Среднее 78,75 77,88 57,92 57,92 67,08 66,63 50,33 49,04 70,38 69,92 46,08 46,67
Примечание 1. Значения активных и реактивных мощностей даны в процентах от Pmax и Qmax, соответственно.
Примечание 2. Для контроля расчетов по графикам нагрузки для каждого из графиков в таблице приведены среднесуточные значения.


 
1. Выбор вариантов схем развития электрической сети

Имеются данные о расположении новых подстанций ПС–1, ПС–2 и ПС–3 в принятых координатах.
На рисунке П.2.1 приведен граф существующей сети (без учета количества цепей ЛЭП) и точки размещения новых подстанций. Намечаем несколько вариантов соединения точек новых подстанций с близлежащими подстанциями. Это подстанции А и Б. Варианты схем с новыми линиями (с учетом количества цепей новых ЛЭП) приведены на рисунке П.2.2.

Рисунок П.2.1 – Граф существующей сети

Рисунок П.2.2 – Варианты радиально-магистральных и замкнутых схем соединения новых ЛЭП

Расстояния между пунктами 1, 2 и 3, а также между ними и близрасположенными существующими подстанциями А и Г приведены ниже:
L_(А-1)=√((63-51)^2+(0-36)^2 )=37,9 км;
L_(А-2)=√((63-84)^2+(0-33)^2 )=39,1 км;
L_(А-3)=√((63-85)^2+(0-44)^2 )=49,2 км;
L_(Г-2)=√((66-84)^2+(-50-33)^2 )=118,7 км;
L_(1-2)=√((51-84)^2+(36-33)^2 )=33,1 км;
L_(1-3)=√((51-85)^2+(36-44)^2 )=34,9 км;
L_(2-3)=√((84-85)^2+(33-44)^2 )=11,1 км;
Сопоставим намеченные варианты по критерию суммарной длины новых ЛЭП для питания нагрузок 1, 2 и 3.
Радиальные варианты (суммируются двухцепные ЛЭП):
ΣLР–1 = LA–1 + L1–3 + LГ–2 = 37,9 + 34,9 + 118,7 = 191,5 км;
ΣLР–2 = LА–1 + L1–2 + L2-3 = 37,9 + 33,1 + 11,1 = 82,1 км;
ΣLР–3 = LA–1 + LА–2 + L2-3= 37,9 + 39,1 + 11,1 = 88,1 км.
Минимальное значение для варианта Р–2. Однако мощность ПС-1 практически равна мощностям ПС-2 и ПС-3 вместе взятых, поэтому выбираем схему Р–3.
Кольцевые варианты (суммируются одноцепные ЛЭП):
ΣLЗ–1 = LA–1 + LA–2 + L2–3 + L1-3= 37,9 + 39,1 + 11,1 +34,9 = 123 км;
ΣLЗ–2 =LБ–1 + LБ–2+ L2–3 + L1-3= 88,9 + 69,9 + 11,1 +34,9 = 204,8 км;
ΣLЗ–3 = LА–1 + LБ–2 + L2–3 + L1-3= 37,9 + 69,9 + 11,1 +34,9 = 153,8 км.
Минимальное значение для варианта З–1.
Из приведенных вариантов для дальнейшего рассмотрения выбираем радиально-магистральный вариант Р–3 и вариант замкнутой сети – 3–1, как варианты, имеющие минимальную суммарную длину новых ВЛ.
 
2. Выбор номинальных напряжений ВЛ

Выбор номинальных напряжений выполняем по эмпирической формуле:
U=16∜Pl,
где P – в МВт на одну цепь;
l – в км.
Расстояния между подстанциями увеличиваем на 20 % относительно воздушной прямой.
Исходные данные по нагрузкам подстанций заданы, а данные по длинам ЛЭП берем для выбранных вариантов из предыдущего пункта.
По всем линиям радиально-магистрального варианта передается мощность подстанции А. Расчеты по радиально-магистральному варианту сведены в таблицу П.2.2.