Тема курсовой работы:
«Минимизация потерь мощности
при распределении нагрузок в сети электропередачи»
1. Назначение и количественные параметры сети
В качестве исследуемой части сети объединенной энергосистемы выступает региональная электрическая сеть, охватывающая территории Юго-Восточного округа г.Москвы и Люберецкого района Московской области.
Основной функцией электросети является передача и распределение между потребителями электрической энергии от вырабатывающей её станции ТЭЦ 22, обеспечивающей электроэнергией районы Жулебино, Лыткарино, снабжающей Московский нефтеперерабатывающий завод в Капотне и большую часть населенных пунктов Люберецкого района Московской области: Чагино, Красково, Малаховка, Некрасовка и т.д.
Номинальная мощность ТЭЦ составляет 500МВт, которые отпускаются в сеть и распределяются между потребителями. Передача энергии от электростанции к потребителями осуществляется по магистральным и региональным линиям электропередачи при напряжениях 110кВ и 220кВ. Для взаимной связи линий электропередачи и потребителей служат электрические подстанции, предназначенные для преобразования и распределения электрической энергии.
Все электроподстанции, включая ТЭЦ, имеют своё наименование и характеризуются индивидуальной пропускной способностью, то есть номинальной мощностью, на которую каждая из них рассчитана. Данные по станции и подстанциям сети приведены в таблице 1.
Таблица 1. Пропускная способность подстанций сети
№ п/п |
Обозначение ЭП |
Наименование ЭП |
Номинальная мощность Sном, МВт |
1 |
a1 |
ТЭЦ 22 |
500 |
2 |
b2 |
Чагино 1 |
125 |
3 |
b3 |
Восточная |
200 |
4 |
b4 |
МНПЗ 1 |
40 |
5 |
b5 |
МНПЗ 2 |
100 |
6 |
b6 |
Красково 3 |
40 |
7 |
b7 |
Красково 4 |
70 |
8 |
c8 |
Жулебино |
80 |
9 |
c9 |
Некрасовка |
180 |
10 |
c10 |
Красково 1,2 |
88 |
11 |
c11 |
Болятино |
125 |
12 |
c12 |
Юбилейная |
63 |
13 |
d13 |
Минеральная |
250 |
14 |
d14 |
Малаховка |
70 |
15 |
d15 |
Мячково |
63 |
16 |
d16 |
Лыткарино |
125 |
17 |
d17 |
Чагино 2 |
40 |
Конечными потребителями энергии являются подстанции d13-d17: Минеральная (231 МВт), Малаховка (53 МВт), Мячково (59 МВт), Лыткарино (119 МВт), Чагино 2 (38 МВт). В скобках указана величина нормативного спроса (потребления) мощности для каждой подстанции-потребителя.
Каждая линия электропередачи между станцией и подстанциями, обладает номинальным напряжением и имеет различную длину. Данные по линиям сети электропередачи приведены в таблице 2.
Таблица 2. Характеристики линий электропередачи
№ п/п |
Наименование ЛЭП |
Номинальное напряжение Uном, кВ |
Длина линии L, км |
1 |
ТЭЦ 22 – МНПЗ 1 |
110 |
1,2 |
2 |
ТЭЦ 22 – МНПЗ 2 |
110 |
1,5 |
3 |
ТЭЦ 22 – Красково 3 |
110 |
7,5 |
4 |
ТЭЦ 22 – Красково 4 |
110 |
7 |
5 |
МНПЗ 1 – МНПЗ 2 |
110 |
1,35 |
6 |
МНПЗ 2 – Красково 3 |
110 |
5,8 |
7 |
Красково 3 – Красково 4 |
110 |
1,2 |
8 |
МНПЗ 1 – Красково 1,2 |
110 |
7,4 |
9 |
МНПЗ 2 – Красково 1,2 |
110 |
7,45 |
10 |
МНПЗ 2 - Болятино |
110 |
14 |
11 |
Красково 3 - Болятино |
110 |
9 |
12 |
Красково 4 - Юбилейная |
110 |
5,1 |
13 |
Болятино - Юбилейная |
110 |
4 |
14 |
Красково 1,2 - Некрасовка |
110 |
9,5 |
15 |
Красково 1,2 - Малаховка |
110 |
11,5 |
16 |
Красково 1,2 - Мячково |
110 |
18 |
17 |
Красково 1,2 - Лыткарино |
110 |
19,5 |
18 |
Болятино - Лыткарино |
110 |
17 |
19 |
Болятино – Чагино 2 |
110 |
16,5 |
20 |
Юбилейная – Чагино 2 |
110 |
4,5 |
21 |
Мячково - Лыткарино |
110 |
2 |
22 |
ТЭЦ 22 – Чагино 1 |
220 |
6,25 |
23 |
ТЭЦ 22 - Восточная |
220 |
15 |
24 |
Чагино 1 - Восточная |
220 |
8,5 |
25 |
Чагино 1 - Жулебино |
220 |
4,8 |
26 |
Восточная - Жулебино |
220 |
5,75 |
27 |
Восточная - Некрасовка |
220 |
5 |
28 |
Жулебино - Некрасовка |
220 |
6,7 |
29 |
Жулебино - Минеральная |
220 |
8,4 |
30 |
Некрасовка - Минеральная |
220 |
6 |
31 |
Минеральная - Малаховка |
220 |
10 |
На рис.1 изображена топографическая схема сети, состоящая из источника энергии, электроподстанций и линий электропередачи.
Жулебино
Чагино 1
80Мвт
125Мвт
Восточная
200Мвт Минеральная 250Мвт
ТЭЦ 22
МНПЗ 2
500Мвт
100Мвт
40Мвт
Некрасовка
180Мвт
Малаховка
70Мвт
Мячково
63Мвт
88Мвт
Лыткарино
125Мвт
125Мвт
Болятино
70Мвт
Юбилейная
63Мвт
Чагино 2
40МвтКрасково 3
Красково 4
МНПЗ 1
40Мвт
Красково 1,2
Рис.1. Топографическая схема сети электропередачи
Топографическая схема сети показывает соединение станции ТЭЦ 22 с электроподстанциями Чагино, Красково, МНПЗ, Восточная и т.д., через магистральные и региональные линии электропередачи, которые имеют своё номинальное напряжение и определяются по цвету. Так, магистральные линии напряжением 220кВ изображены синим цветом, а региональные 220кВ – зелёным; магистральные линии 110кВ представленны красным цветом, а региональные 110кВ – чёрным. Двунаправленные стрелки на схеме означают, что электроэнергия между этими подстанциями может передаваться как в прямом, так и в обратном направлении.
В кружках, обозначающих электроподстанции, вписаны их номинальные мощности, которые можно отличить также по цвету. Например, подстанция с номинальной мощностью 125МВт, имеет красную окраску, а мощностью в 40 МВт – зелёную и так далее. Некоторые подстанции-потребители могут отдавать часть мощности смежной подстанции-потребителю.
2. Потери электроэнергии в лэп и их физическая сущность
В процессе передачи электроэнергии на линиях сети возникают потери мощности, которые включают в себя три составляющих:
нагрузочные потери – потери, обусловленные физическими процессами передачи электроэнергии по линиям электросети и выражающиеся в преобразовании части электроэнергии в тепло, а также в расходе части электроэнергии на технологическое функционирование сети.
потери на корону – потери электроэнергии при её передаче из-за возникновения коронного разряда (короны) вокруг проводника. Вследствие высокого напряжения на проводах ЛЭП происходит ионизация воздуха вокруг провода, и в результате – коронный разряд.
потери от токов утечки по изоляторам – потери, возникающие в результате осаждения на изоляторах загрязнений разной интенсивности и влаги, присутствующих в воздухе. Это существенно снижает сопротивление изолятора, что приводит к утечкам тока, т.е. потерям мощности.
Величина нагрузочных потерь и потерь на корону на линиях электропередачи зависит от электрического тока, то есть от мощности. Величина утечек зависит от напряжения и не зависит от протекающего электрического тока, а значит, не зависит от мощности. Поскольку напряжение постоянно, то токовые утечки фиксированы и отсутствуют только в том случае, если линия обесточена (отключена).
3. Расчет потерь мощности
Специалисты по электротехнике используют различные подходы и методики для определения величины потерь электроэнергии. Одна из таких методик содержит подходящую для данной задачи формулу расчета удельных потерь на участке линии от подстанции i до подстанции j:
∆Pijуд = 0, если xij = 0; (1a)
∆Pijуд = ∆Pijутеч + kij ∙ xij, если xij > 0; (1б)
где
∆Pijуд [МВт/км] – удельные потери на 1 км длины линии;
∆Pijутеч [МВт/км] – удельные потери мощности из-за утечек;
kij [1/км] – коэффициент удельных потерь на нагрев и корону;
xij [МВт] – величина потока мощности.
Числовые значения коэффициентов потерь для линий электропередачи определяются в зависимости от напряжения на линии, сечения проводов, конструкции фазы провода, географического положения, метеорологических условий на трассе линии с учетом времени года и могут быть взяты из статистических данных. Для поставленной задачи их можно принять следующими:
Для магистральных линий 220кВ: Для магистральных линий 110кВ:
∆Pijутеч = 0,0023 ∆Pijутеч = 0,00236
kij = 0,00202 kij = 0,00208
Для региональных линий 220кВ: Для региональных линий 110кВ:
∆Pijутеч = 0,0042 ∆Pijутеч = 0,0048
kij = 0,0016 kij = 0,0018
Умножая удельные потери, вычисленные по (1), на длину Lij участка линии электропередачи, получим абсолютные потери мощности ∆Pij [МВт] на участке линии от подстанции i до подстанции j:
∆Pij (xij) = ∆Pijуд (xij) ∙ Lij (2)