Создание проекта районной электрической сети с возможностью применения современных проводов воздушных линий электропередачи

Цель итоговой аттестационной работы
Выбор перспективной схемы электроснабжения промышленного узла, удовлетворяющей основным требованиям – надежность работы, практичность и экономичность
Задачи итоговой аттестационной работы
Современные провода воздушных линий электропередачи.
Анализ исходных данных. Составление балансов мощностей, выбор компенсирующих устройств.
Построение схемы районной электрической сети и расчет основных параметров: напряжения, сечение ВЛ, мощностей трансформаторов на ПС.
Технико-экономическое сравнение различных вариантов схем сети.
Расчет основных режимов работы сети по программе RastrWin, анализ расчета.

Современные провода
Высоковольтные неизолированные провода нового поколения: это новые конструкции (с использованием Z-образных и трапециевидных проволок) и новые материалы повышенной прочности и проводимости.
В проводах нового поколения используются материалы, обладающие высокими электрическими и механическими характеристиками (термообработанные алюминий и алюминиевые сплавы с добавками редкоземельных металлов, алюминий-циркониевые термостойкие сплавы) в соответствии с международными и европейским стандартами: МЭК 62219 (2002), МЭК 60004 (2007), МЭК 60121 (1960), EN 60889 (1987), EN 50183 (2000). Применение композитных материалов в качестве несущего сердечника позволяет добиться уникальных свойств у проводов нового поколения.

Высокоэффективные провода с композитным сердечником ACCC® (Aluminium Composite Core Conductor - алюминиевый провод с композитным сердечником) являются новинкой для российского электроэнергетического рынка. Это инновационная технология американской компании СТС с применением композитного материала из углеродного волокна – карбоновых нитей, которые значительно легче и прочнее стали.
Основные преимущества проводов ACCC®:
- позволяют удвоить номинальный ток и увеличить пропускную способность линии в 2 раза;
- позволяют сократить потери линии и связанные с ней выбросы в атмосферу на 20-30%;
- легче по сравнению с проводами АС аналогичного эффективного сечения на 50-60%;
- обеспечивают меньшие стрелы провеса, что позволяет увеличивать длины пролетов линии, использовать анкерные опоры меньшей высоты или меньшее количество опор;
- не подвержены коррозии;
позволяют снизить нагрузку на опоры при обледенении и ветровых нагрузках,
что повышает
надежность и
долговечность работы
ЛЭП.

Термостойкие провода с зазором G(Z)TACSR (Gap Type (Super) Thermal Resistant Aluminium Conductor Steel Reinforced) – это провода из термостойкого алюминиевого сплава со стальным сердечником. Эти провода позволяют существенно увеличить пропускную способность линии без замены опор, обеспечивая заданный габарит. На наш взгляд несмотря на дополнительные тепловые потери эта технология имеет хорошие перспективы при реконструкции отечественных ЛЭП, т.к. позволяют снизить затраты при строительстве (не потребуется замена опор для увеличения пропускной способности линии), а высокотемпературный режим может использоваться не постоянно, а только при пиковых нагрузках.

Энергоэффективность. Применение проводов нового поколения
Применение проводов нового поколения позволяет решать основные проблемы электросетей: повышение надежности, бесперебойности энергоснабжения, сокращение потерь и увеличения пропускной способности. Использование проводов нового поколения приводит к снижению потерь линий электропередач до 30% и увеличению их пропускной способности в 1,5 - 2 раза. Замена имеющихся проводов на провода нового поколения позволяет достичь экономии за счет более низких потерь около 98 тыс. руб. на 1 км линии в год и за счет дополнительной передаваемой мощности 150 - 250 млн руб. на линию в год.
Энергосбережение. Замена проводов
По причине очевидного роста стоимости энергоресурсов потери, которым ранее почти не уделялось внимание, сейчас стали обходиться слишком дорого. Высокий уровень потерь в российских электросетях (около 5% для ФСК и 8-11% для МРСК) определяется не только высоким уровнем изношенности электросетевого оборудования и сложными условиями климата России. При реализации пилотных проектов с проводами нового поколения выяснилось, что несмотря на все очевидные преимущества и экономический эффект существуют административные барьеры при внедрении инновационных проводов.

Исходные данные для проектирования электрической сети
Географическое расположение пунктов
Данные о потребителях электроэнергии
Напряжение на шинах ИП при наибольших нагрузках 105 %;
при наименьших нагрузках 100 %;
при тяжёлых авариях в питающей сети 105 %.
Средний номинальный коэффициент мощности генераторов ИП 0,9.
Для всех пунктов летняя нагрузка 55% от зимней.
Стоимость 1 кВт·час потерянной электроэнергии 6,1 коп. (цены 2000 г.)
Графики нагрузок

Расчетные данные двух наиболее рациональных вариантов схемы электрической сети
Схема эл.сети 3
ИП
ИП
Схема эл.сети 4
Выбор напряжения и сечения проводов схемы 4
Выбор напряжения и сечения проводов схемы 3
Выбор трансформаторов у потребителей схемы 3
Выбор трансформаторов для схемы №4
Т.к. во всех пунктах нагрузки передаваемые мощности и номинальные напряжения по сравнению со схемой №3 не изменились, то можно оставить уже выбранные трансформаторы.

Затраты на сооружение электрической сети определяются по формуле:

Главная электрическая схема сети

Схема замещения электрической сети

Расчет режима работы сети в программе RastrWin
Исходные данные для расчёта режима наибольших нагрузок (Ветви)
Исходные данные для расчёта режима наибольших нагрузок (Узлы)

Вывод: в режиме наибольших нагрузок на вторичной стороне подстанций должно быть напряжение не ниже Uном.=10,5 кВ. В нашем случае, необходимо сделать регулирование напряжения с помощью РПН на ПС№3
Регулирование напряжения в режиме наибольших нагрузок (Ветви)
Регулирование напряжения в режиме наибольших нагрузок (Узлы)

Исходные данные для расчёта режима наименьших нагрузок (Ветви)
Исходные данные для расчёта режима наименьших нагрузок (Узлы)

Вывод: в режиме наименьших нагрузок на вторичной стороне подстанций должно быть напряжение не более Uном.=10 кВ. В нашем случае требуется регулирование напряжения во всех пунктах потребления.
Регулирование напряжения в режиме наименьших нагрузок (Ветви)
Регулирование напряжения в режиме наименьших нагрузок (Узлы)

Исходные данные для расчёта режима при тяжелых авариях в питающей сети (Ветви)
Исходные данные для расчёта режима при тяжелых авариях в питающей сети (Узлы)

Заключение о проделанной работе
Рассмотрены современные провода воздушных линий электропередачи нового поколения. Рассмотрены преимущества.
Рассчитана активная мощность и составлен баланс реактивной мощности.
Составлены варианты схем сети, из них выбраны два наиболее рациональных варианта, для которых были рассчитаны напряжения каждой линии, сечения проводов и трансформаторы.
Произведен технико-экономический расчет для оставшихся вариантов схем, в результате которого был выбран вариант схемы 3, т.к. он оказался наиболее экономичным.
Составлена главная схема сети и ее схема замещения для программы RastrWin.
Проведен анализ основных режимов работы сети схемы 3 в программе RastrWin, который показал, что пропускная способность сети соответствует ожидаемым потокам мощности с учётом потерь.
ВЫВОД:
Данная сеть является экономически целесообразной, обеспечивает необходимое качество электроэнергии и требуемый уровень надёжности питания потребителей.