Оценка эффективности использования классических унифицированных и компактных воздушных линий электропередачи в сетях 110 кВ
|
ВВЕДЕНИЕ 10
1. ОСНОВЫ КОМПАКТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ 12
1.1. Отличия классических и компактных линий электропередач 12
1.2. Элементы электропередачи и особенности конструкции 13
1.3. Технические параметры 19
1.4. Пропускная способность 22
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАЙОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ
КЛАССИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ 24
2.1. Основы проектирования электрических сетей 24
2.2. Исходные данные на проектирование электрической сети 25
2.3. Климатическая и географическая характеристика района 26
2.4. Определение вероятностных характеристик нагрузки узлов 28
2.5. Разработка конкурентноспособных вариантов электрической сети 30
2.5.1. Разработка четырех вариантов конфигурации электрической сети 31
2.5.2. Расчет упрощенного потокораспределения активной мощности и выбор
номинального напряжения 32
2.5.3. Выбор компенсирующих устройств 36
2.5.4. Выбор сечений и марки проводов линий электропередач 38
2.5.5. Выбор силовых трансформаторов 42
2.5.6. Расчет потерь мощности в элементах электрической сети 44
2.5.6.1. Расчет потерь мощности в линиях электропередачи 45
2.5.6.2. Расчет потерь мощности в силовых трансформаторах 48
2.5.7. Проверка баланса активных и реактивных мощностей в системе 49
2.5.8. Выбор схем распределительных устройств подстанций 50
2.5.9. Выбор оптимального варианта электрической сети 52
Расчет капитальных вложений
Расчет потерь электрической энергии
Расчет эксплуатационных издержек
Определение среднегодовых эксплуатационных затрат
2.5.10. Расчет и анализ установившихся режимов
2.5.10.1.
Составление эквивалентной схемы замещения
Определение расчетных нагрузок
Расчет максимального режима
Расчет минимального режима
Расчет послеаварийного режима
Регулирование напряжения в сети
2.5.11. Проверка расчета режимов с помощью RastrWin3
2.5.11.1. Задание исходных данных режимов
2.5.11.2. Результаты расчета режимов
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КЛАССИЧЕСКИХ И КОМПАКТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННОЙ РАЙОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 79
79
3.1. Определение параметров компактных линий электропередач
3.2. Расчет и анализ установившихся режимов оптимального варианта развития электрической сети на компактных линиях электропередачи
Определение расчетных нагрузок узлов
Расчет максимального режима
Расчет минимального режима
Расчет послеаварийного режима
Регулирование напряжения в сети Сравнение результатов расчета установившихся режимов
3.4. Расчет стоимости устройства километра классических и компактных линий
87
электропередач
3.5. Оценка эффективности использования классических и компактных линий
88
электропередач
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 92
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. ОСНОВЫ КОМПАКТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ 12
1.1. Отличия классических и компактных линий электропередач 12
1.2. Элементы электропередачи и особенности конструкции 13
1.3. Технические параметры 19
1.4. Пропускная способность 22
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАЙОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ
КЛАССИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ 24
2.1. Основы проектирования электрических сетей 24
2.2. Исходные данные на проектирование электрической сети 25
2.3. Климатическая и географическая характеристика района 26
2.4. Определение вероятностных характеристик нагрузки узлов 28
2.5. Разработка конкурентноспособных вариантов электрической сети 30
2.5.1. Разработка четырех вариантов конфигурации электрической сети 31
2.5.2. Расчет упрощенного потокораспределения активной мощности и выбор
номинального напряжения 32
2.5.3. Выбор компенсирующих устройств 36
2.5.4. Выбор сечений и марки проводов линий электропередач 38
2.5.5. Выбор силовых трансформаторов 42
2.5.6. Расчет потерь мощности в элементах электрической сети 44
2.5.6.1. Расчет потерь мощности в линиях электропередачи 45
2.5.6.2. Расчет потерь мощности в силовых трансформаторах 48
2.5.7. Проверка баланса активных и реактивных мощностей в системе 49
2.5.8. Выбор схем распределительных устройств подстанций 50
2.5.9. Выбор оптимального варианта электрической сети 52
Расчет капитальных вложений
Расчет потерь электрической энергии
Расчет эксплуатационных издержек
Определение среднегодовых эксплуатационных затрат
2.5.10. Расчет и анализ установившихся режимов
2.5.10.1.
Составление эквивалентной схемы замещения
Определение расчетных нагрузок
Расчет максимального режима
Расчет минимального режима
Расчет послеаварийного режима
Регулирование напряжения в сети
2.5.11. Проверка расчета режимов с помощью RastrWin3
2.5.11.1. Задание исходных данных режимов
2.5.11.2. Результаты расчета режимов
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КЛАССИЧЕСКИХ И КОМПАКТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННОЙ РАЙОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 79
79
3.1. Определение параметров компактных линий электропередач
3.2. Расчет и анализ установившихся режимов оптимального варианта развития электрической сети на компактных линиях электропередачи
Определение расчетных нагрузок узлов
Расчет максимального режима
Расчет минимального режима
Расчет послеаварийного режима
Регулирование напряжения в сети Сравнение результатов расчета установившихся режимов
3.4. Расчет стоимости устройства километра классических и компактных линий
87
электропередач
3.5. Оценка эффективности использования классических и компактных линий
88
электропередач
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 92
ПРИЛОЖЕНИЕ
Уровень развития энергетического комплекса оправданно является одним из первостепенных факторов экономического и промышленного роста современного государства. Благодаря энергетике возможна непрерывная работа промышленного оборудования, создание экологически чистого электрифицированного транспорта, организация комфортных условий проживания населения. Исходя из приведенных факторов, правомерно считать проблему развития энергетики ключевым вопросом политики Российской федерации.
Энергетический комплекс Российской Федерации имеет ряд особенностей по сравнению с другими странами. Так, учитывая площадь страны и ее протяженность по часовым поясам, становится возможным укрупнение энергосистем, уменьшение потребностей в резервах мощности вследствие взаимосвязей отдельных субъектов, оптимизация режимов действующих электростанций совместно с необходимостью увеличения гибкости использования, что следует из различия максимумов нагрузок районов. Именно на основании данных факторов было принято решение о создании единой энергетической системы.
Стоит уделить внимание состоянию существующих электрических сетей как показателю уровня развития энергетического комплекса. Отметим в электрических сетях ЛЭП (линии электропередачи), которые являются наиболее ответственной их частью. Ухудшение технического состояния линий, как следствие износа, является основной причиной роста повреждаемости и последующей необходимости замены основных элементов конструкции, из чего следует вывод, что в целях эффективной работы неизбежна их комплексная модернизация и реконструкция, а последующее развитие, сопряженное со строительством новых линий электропередач нуждается в оптимальной стратегии развития.
Применяемые на данный момент электропередачи зачатую не отвечают всем предъявляемым требованиям в полном объеме, причем в большей степени исходя из недостаточной пропускной способности и заметного экологического влияния на окружение. Возможным решением данных недочетов способны стать компактные воздушные линии электропередачи. Такого рода электропередачи характеризуются повышенной, при сравнении с классическими линиями, пропускной способностью, что достигается за счет использования современных материалов при создании опор и элементов конструкции. Изменение конструкции опор, в свою очередь, позволяет значительно уменьшить полосу отвода земли и, как следствие, снизить негативное влияние на окружающую среду.
Данная работа посвящена исследованию в области передачи электроэнергии на основе воздушных линий нового поколения. Актуальность работы обусловлена необходимостью поиска новых решений при проектировании электрических сетей, позволяющих увеличить как пропускную способность линии электропередачи, так и ее максимальную дальность передачи электроэнергии. Достижение поставленной задачи возможно благодаря применению в электрических сетях КВЛ (компактных линий электропередач), которые представлены объектом исследования. В качестве предметов исследования использованы теоретические сведения и опытные данные за все время разработки КВЛ.
В качестве цели представлена технико-экономическая оценка эффективности использования классических и компактных воздушных линий в электрической сети 110 кВ. Ряд задач, решаемых в процессе исследования:
1. Изучить основные элементы электропередачи, особенности конструкции опор и специфику расчета технических параметров компактных воздушных линий электропередач;
2. Спроектировать электрическую сеть, применяя классические воздушные линии электропередачи;
3. Оценить эффективность использования классических и компактных ЛЭП на основе сравнения их технико-экономических показателей в спроектированной электрической сети.
Энергетический комплекс Российской Федерации имеет ряд особенностей по сравнению с другими странами. Так, учитывая площадь страны и ее протяженность по часовым поясам, становится возможным укрупнение энергосистем, уменьшение потребностей в резервах мощности вследствие взаимосвязей отдельных субъектов, оптимизация режимов действующих электростанций совместно с необходимостью увеличения гибкости использования, что следует из различия максимумов нагрузок районов. Именно на основании данных факторов было принято решение о создании единой энергетической системы.
Стоит уделить внимание состоянию существующих электрических сетей как показателю уровня развития энергетического комплекса. Отметим в электрических сетях ЛЭП (линии электропередачи), которые являются наиболее ответственной их частью. Ухудшение технического состояния линий, как следствие износа, является основной причиной роста повреждаемости и последующей необходимости замены основных элементов конструкции, из чего следует вывод, что в целях эффективной работы неизбежна их комплексная модернизация и реконструкция, а последующее развитие, сопряженное со строительством новых линий электропередач нуждается в оптимальной стратегии развития.
Применяемые на данный момент электропередачи зачатую не отвечают всем предъявляемым требованиям в полном объеме, причем в большей степени исходя из недостаточной пропускной способности и заметного экологического влияния на окружение. Возможным решением данных недочетов способны стать компактные воздушные линии электропередачи. Такого рода электропередачи характеризуются повышенной, при сравнении с классическими линиями, пропускной способностью, что достигается за счет использования современных материалов при создании опор и элементов конструкции. Изменение конструкции опор, в свою очередь, позволяет значительно уменьшить полосу отвода земли и, как следствие, снизить негативное влияние на окружающую среду.
Данная работа посвящена исследованию в области передачи электроэнергии на основе воздушных линий нового поколения. Актуальность работы обусловлена необходимостью поиска новых решений при проектировании электрических сетей, позволяющих увеличить как пропускную способность линии электропередачи, так и ее максимальную дальность передачи электроэнергии. Достижение поставленной задачи возможно благодаря применению в электрических сетях КВЛ (компактных линий электропередач), которые представлены объектом исследования. В качестве предметов исследования использованы теоретические сведения и опытные данные за все время разработки КВЛ.
В качестве цели представлена технико-экономическая оценка эффективности использования классических и компактных воздушных линий в электрической сети 110 кВ. Ряд задач, решаемых в процессе исследования:
1. Изучить основные элементы электропередачи, особенности конструкции опор и специфику расчета технических параметров компактных воздушных линий электропередач;
2. Спроектировать электрическую сеть, применяя классические воздушные линии электропередачи;
3. Оценить эффективность использования классических и компактных ЛЭП на основе сравнения их технико-экономических показателей в спроектированной электрической сети.
Итогом выпускной квалификационной работы является углубление знаний в сфере одноцепных компактных воздушных линий электропередачи. В первой главе приведена основная информация о конструкции опор, их технических показателей и показано сравнение параметров схемы замещения для провода марки АС-240/32. Согласно сравнению, использование компактных линий электропередач позволяет улучшить технические характеристики участка сети, а именно уменьшить волновое сопротивление.
Во второй главе приведено проектирование районной электрической сети на классических линиях электропередачи. В первую очередь показана климатическая характеристика района проектирования, с учётом которой проводился дальнейший расчет. Далее определены вероятностные характеристики электрических нагрузок с помощью заданных коэффициентов графиков нагрузки. Согласно расположению потребительских подстанций и их мощностей были разработаны четыре варианта конфигурации электрической сети, которые являются технически осуществимыми и равнонадежными.
Для четырех вариантов электрической сети произведен расчет упрощенного потокораспределения активной мощности и определено номинальное напряжение сети. Следом по задаваемому энергосистемой коэффициенту реактивной мощности проведена компенсация реактивной мощности, с учётом которой выбраны сечения проводов и марки силовых трансформаторов. После этого, определив капитальные вложения в элементы сети, потери электроэнергии и суммарные эксплуатационные издержки, вычислили среднегодовые эксплуатационные затраты, исходя из расчета которых первый вариант развития электрической сети является оптимальным (см. Приложение 9).
Во второй главе приведено проектирование районной электрической сети на классических линиях электропередачи. В первую очередь показана климатическая характеристика района проектирования, с учётом которой проводился дальнейший расчет. Далее определены вероятностные характеристики электрических нагрузок с помощью заданных коэффициентов графиков нагрузки. Согласно расположению потребительских подстанций и их мощностей были разработаны четыре варианта конфигурации электрической сети, которые являются технически осуществимыми и равнонадежными.
Для четырех вариантов электрической сети произведен расчет упрощенного потокораспределения активной мощности и определено номинальное напряжение сети. Следом по задаваемому энергосистемой коэффициенту реактивной мощности проведена компенсация реактивной мощности, с учётом которой выбраны сечения проводов и марки силовых трансформаторов. После этого, определив капитальные вложения в элементы сети, потери электроэнергии и суммарные эксплуатационные издержки, вычислили среднегодовые эксплуатационные затраты, исходя из расчета которых первый вариант развития электрической сети является оптимальным (см. Приложение 9).