Определение потерь мощности в ЦТП

 

1. Выбираем трансформаторы ТСЗЛ-630/10

Sн=630 кВА, Uв=10 кB, U_н=0,4 кB, DP_хх=1,65 кВт, DP_кз=7,1 кВт,

 I_хх=1,4 %, U_кз=5,5 %.

 

ТП1, ТП2:

Кз=0,85; N=4,

 

ТП3, ТП4:

Кз=0,86; N=3,

ТП5, ТП6:

Кз=0,87; N=3,

Суммарные потери в трансформаторах:

 

Σ∆Р_1-4=27,1+20,7+21,07=68,87 кВт;

Σ∆Q_1-4=135,42+103,34+105,14 = 343,9 квар.

 

Определение расчетной мощности синхронных двигателей

Найдем мощности СД.

СД-7 цеха типа СТД-630-2

Р_{н СД} =630 кВт; cos j =0,9; tg j =0,5 N_СД =4; к _з = b = 0,85.

Определим расчетные мощности для СД:

Р _{р СД} = Р _{н СД} ´ N_СД ´ к _з =630 ´ 4 ´ 0,85 = 2142 кВт.

Q _{р СД} = Р _{р СД} ´ tg j = 2142 ´ 0,5= 1071 квар.

S _{р СД} = Р _{р СД} / cos j = 2142 /0,9 =2380 квар.

Расчет компенсации реактивной мощности на шинах 10 кВ РП

Составим схему замещения, показанную на рисунке 2.3.

 

               

Рисунок 2.3

 

Составим баланс реактивной мощности для шин 10 кВ ГПП:

∑Q=0; ∑Q_потр=∑Q_ист;

Q_р0,4+ Σ∆Q_тр+Q_рез-Q_э-Q_НБК -Q_ВБК+Q_рСД=0;

Резервная мощность:

Q_рез=0,1×(Q_{р 0,4}+∆Q_тр)=0,1∙(4622,3+343,9)=496,62 квар.

Мощность, поступающая от энергосистемы:

Q_э=tgφ_э×ΣP_рзав=(0,23-0,25)× (ΣP_р0,4+Σ∆P_тр+Р_{р СД})=0,23(4407+68,87+2142)=

=1522,1квар

 

Мощность ВБК определим из условия баланса реактивной мощности:

Q_ВБК= Q_р0,4+ Σ∆Q_тр +Q_рез-Q_э-Q_НБК+Q_рСД =4622,3+343,9+496,62-1522,1 -1500-

-1071=1369,7 квар.

Q_ВБК: 1369,7/2=684,85=900 квар.

 

Принимаем для компенсации реактивной мощности на шинах батареи конденсаторов мощностью 450 квар.

Выбираем 2УКЛ-10,5-450 У3.

 

Уточненный расчет электрических нагрузок по заводу приведены в таблице 2.5 − Уточненный расчет нагрузок по заводу.

 

Таблица 2.4 − Уточненный расчет нагрузок по заводу.
№ТП, S нт, Q НБК	№ цеха	n	P n min -P n max	S Pн	Ки	Ср. мощность		nэ	Kм	Расчетные мощности			Kз
						Рсм, кВт	Qcм, квар			Рр, кВт	Qр, квар	Sp, кВА
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
ТП 1, ТП 2  (4х630) кВА     а) силовая     б) освещение     Qнбк     Итого	1 3	300 150	1-100 10-100	4000 1700		1400 595	1232 696,1
		450	1-100	5700	0,35	1995	1928,1	114	0,7	1396,5 176,04   1572,5	1928,1 84,5 -600 1412,6	2113,8	0,84
ТП 3, ТП 4  (3х630) кВА                   а) силовая     б) освещение     Qнбк     Итого	5 6 7 10	20 80 15 20	1-20 5-50 1-20 1-15	150 1800 80 300		75 1260 52 150	75 945 52 150
		135	1-50	2330	0,66	1537	1222	93	0,8	1229,6 101,97   1331,6	1222 44,66 -450 816,6	1562	0,83

 

Продолжение таблицы 2. 4.
№ТП, S нт, Q НБК	№ цеха	n	P n min -P n max	S Pн	Ки	Ср. мощность		nэ	Kм	Расчетные мощности			Kз
						Рсм, кВт	Qcм, квар			Рр, кВт	Qр, квар	Sp, кВА
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
ТП 5, ТП 6  (3х630) кВА     а) силовая б) освещение Осв.территории Qнбк Итого	2 4 8 9	180 38 5 28	3-120 3-60 20 5-15	2400 550 100 280		720 165 40 112	720 193 30 112
		251	3-120	3330	0,31	1037	1055	55	0,75	777,7 153,5 437,1	1055 70,68 209,8
										1368,3	-450 885,48	1629,8	0,86
Итого на шинах 0,4кВ										4272,4	3114,68
Потери в трансф.-х										68,87	343,9
Итого нагр. 0,4кВ привед. к шинам 10кВ										4341,3	3458,6
Компрессорная	7	4	630	2520						2142	1071
QВБК											-900
Всего по заводу										10824,6	7088,2	12938,8

 

 

3 Выбор схемы внешнего электроснабжения

 

При решении задач оптимизации промышленного электроснабжения возникает необходимость сравнения большого количества вариантов.

     Много вариантность задач промышленной энергетики обуславливает проведения технико-экономического расчета, целью которого является определение оптимального варианта схемы, параметров электросети и ее элементов

   Для технико-экономического сравнения вариантов электроснабжения завода рассмотрим два варианта:

1. I вариант – ЛЭП 110кВ;

2. II вариант – ЛЭП 10 кВ.

I Вариант

Рисунок 3.1 − I вариант схемы электроснабжения

З_г=ЕК+И, у.е/год;

К_I=К_В1,В2+К_ЛЭП+К_трГПП+К_В3,В4+К_раз+К_ОПН , у.е;

И_I=И_а+И_пот.эн+И_экспл., у.е/год.

 

Выбираем электрооборудование по I варианту.

            

1) Выбираем трансформаторы ГПП:

    Выбираем два трансформатора мощностью 10 МВА.

    Коэффициент загрузки:

 

    Паспортные данные трансформатора: ТДН –10000/110

S_н=10 МВА, U_вн=115кВ, U_нн=11 кВ,

ΔP_хх=14кВт, ΔP_кз=58кВт, U_кз=10,5%, I_хх=0,9%.

 

     Потери мощности в трансформаторах:

ΔQ_т =

    Потери энергии в трансформаторах.

    При двухсменном режиме работы Т_вкл=4000 ч. Т_макс=3000 ч.

тогда время максимальных потерь:

τ= ч.

         

     Потери активной мощности в трансформаторах:

ΔW_{тр ГПП}=2×(ΔP_хх×T_вкл+ΔP_кз× τ ×K_з²)=2(14×4000+58×1574,8×(0,64)²=

=186,82 МВтч/год

 

2) ЛЭП –110 кВ.

    Полная мощность, проходящая по ЛЭП:

=

   Расчетный ток, проходящий по одной линии:

I_р=

    Ток аварийного режима:

I_а=2×I_р=2×32,6=65,3 А

       

    Выбираем сечение проводов по следующим условиям:

 1)по экономической плотности тока

мм²,

где j - экономическая плотность тока;

      j =1,1 А/мм² при Т_м=4500 ч и алюминиевых проводах.

2) по условию потерь на корону выбираем провод АС –70, I_доп=265А.

3) проверим выбранные провода по допустимому нагреву:

при расчетном токе:

I_доп=265А>I_р=32,64 А

при аварийном режиме:

I_{доп ав}=1,3xI_доп=1,3x265=344,5A>I_ав=65,3 A

 

     Потери электроэнергии в ЛЭП:

ΔW_ЛЭП= ,

где R=r₀×L, где r₀=0,46 Ом/км удельное сопротивление сталеалюминевого 

провода сечением 70 мм², l=4 км длина линии R=1,84 Ом.

 

3)Выбор выключателей, разъединителей и ОПН на U =110 кВ

Перед выбором аппаратов составим схему замещения показанную на рисунке 5 и рассчитаем ток короткого замыкания.

                                       

Рисунок 5 - Схема замещения для расчета токов короткого замыкания

Расчет I _кз (в о.е.)

 

S_б=1000 МВА; U_б=115 кВ; S_КЗ=1000 МВА

 Сопротивление системы:

х_с= S_б /S_КЗ= 1000 / 1000 =1 о.е.

  Сопротивление ЛЭП:                                          

 

Выбираем оборудование

 

Выбираем выключатели В1 и В2 типа 3 AP 1 FG -145/ EK - элегазовый

Проверка выбранных выключателей:

Паспортные данные	Расчетные данные
Uн= 110 кВ Iн= 1600 А Iотк= 40 кА Iдин=25 кА	Uр= 110 кВ IАВ= 65,27 А Iкз= 5,02 кА Iук-1=12,78 кА

 

Выбираем выключатели В3 и В4 типа 3 AP 1 FG -145/ EK – элегазовый

Проверка выбранных выключателей:

Паспортные данные	Расчетные данные
Uн= 110 кВ Iн= 1600 А Iотк= 40 кА Iдин=25 кА	Uр= 110 кВ IАВ= 65,3 А Iкз= 4,55 кА Iук-1=11,58 кА

 

Выбираем разъединители Р1-Р4 типа DBF 4-123+ AE

Проверка выбранных разъединителей:

Паспортные данные	Расчетные данные
Uн=110 кВ Iн= 2500 А Iдин=40 кA	Uр= 110 кВ Iав =65,27 А                 Iуд = 12,78 кА

 

Выбираем ограничители перенапряжений ОПН типа 3EF-110.

 

 

Расчет затрат на первый вариант

   Суммарные затраты на оборудование первого варианта:

К_Σ1=К_В1-В4+К_ЛЭП+К_опн+К_Р1-Р4+К_{т гпп} тг;

       

   Затраты на выключатели В1– В4:

К_В1-В4=4×Кв =4×7,28 млн=29,12 млн тг;

Затраты на ЛЭП (принимаем двухцепную на железобетонных опорах):

К_ЛЭП=l×К_уд=4×4,5 млн =18 млн тг;

   Затраты на тр ГПП:

К_{тр ГПП}=2×К тр =2×72 млн =144 млн тг;

   Затраты на Р1-Р4:

К_Р1-Р4=4×К_Р1-Р4 =4×0,5 млн =2 млн тг;

Затраты на ОПН:

К_вв=2×Копн =2×0,5 млн =1 млн тг.

      В итоге получим

К_Σ1= 29,12+18+144+2+1= 194,12 млн тг.

 

Определим издержки

   Суммарные издержки на оборудований первого варианта

SИ₁=И_а+И_потери+И_э, тг;

 

    Издержки на эксплуатацию ЛЭП:

И_{экс ЛЭП}=Е_{ЭКС ЛЭП} ×К_ЛЭП=0,004×18 млн =0,072 млн тг;

    Амортизация ЛЭП:

И_{а ЛЭП}= Е_{А ЛЭП} ×К_ЛЭП=0,028×18 млн =0,504 млн тг;

    Издержки на эксплуатацию оборудования:

И_{экс об}= Е_{ЭКС обор} ×К_об=0,01×176,12 млн =1,7612 тг;

     где К_об –суммарные затраты без стоимости ЛЭП.

    Амортизация оборудования:

И_{а об}= Е_{А обор} ×К_об=0,063×176,12 млн =11,09556 млн тг.

    Стоимость потерь:

И_пот=Сo×(Wтргпп+ Wлэп)=14 ×(13272,6+189180,95=2,83 млн тг.

Сo=14 тг за кВт×ч

       

    Суммарные издержки:

И_Σ1=Иа+Ипот+Иэ =16,26 млн тг.

            

     Приведенные суммарные затраты:

З=Е×К_Σ1+ И_Σ1=0,12×194,12+16,26 =39,56 млн тг.

II Вариант

Рисунок 3.3. Второй вариант схемы электроснабжения.

 

Выбираем электрооборудование по II варианту.

 

1. Выбираем трансформаторы энергосистемы, на которой установлены два двухобмоточных трансформатора мощностью 40 МВА.

 

Тип ТРДН –40000/110-У1,УХЛ1

S_н=40МВА, U_вн=115кВ, U_нн=11кВ,

ΔP_хх=34 кВт, ΔP_кз=170 кВт, U_кз=10,5%, I_хх=0,55%.

 

Коэффициент долевого участия завода в мощности трансформаторов энергосистемы:

 

Потери активной мощности в трансформаторах энергосистемы:

ΔW_{тр сист}=2(ΔP_хх×T_вкл+ΔP_кз× τ ×K_з²) =2(34×4000+175×1574,8×0,162²) =

=286,5 МВтч

При двухсменном режиме работы Т_вкл=4000 ч. Т_макс=3000 ч.

тогда время максимальных потерь:

τ= ч.

ЛЭП –10 кВ.

 

Полная мощность, проходящая по ЛЭП:

 

Расчетный ток, проходящий по одной линии:

Ток аварийного режима:

I_а=2×I_р=2×355,7=711,5 А

По экономической плотности тока определяем сечение проводов:

где j=1,1 А/мм² экономическая плотность тока при Т_м=3000ч и алюминиевых проводах.

При напряжении 6-10 кВ предельно допустимое сечение проводника – 120 мм². Выбираем 3провода марки АС-120.

r₀=0,27 Ом/км.

х₀= 0,32 Ом/км.

I_доп = 3 ∙ 390=1170А

Проверим выбранные провода по допустимому току.

При расчетном токе:

I_доп= 1170А>I_р=355,7 А

При аварийном режиме:

I_{доп ав}=1,3xI_доп=1,3x1170=1521A>I_ав=711,5A

 

Потери электроэнергии в ЛЭП:

где  Ом,

где r₀=0,27 Ом/км - удельное сопротивление провода с сечением 120 мм²,

 l= =4 км - длина линии.

 

 

3)Выбор выключателей, разъединителей и ОПН на U =10,5 кВ

Перед выбором аппаратов составим схему замещения, показанную на рисунке 5 и рассчитаем ток короткого замыкания.

                                       

Рисунок 5 - Схема замещения для расчета токов короткого замыкания

Расчет I _кз (в о.е.)

 

S_б=1000 МВА; U_б=10,5 кВ; S_КЗ=1000 МВА

 Сопротивление системы:

х_с= S_б /S_КЗ= 1000 / 1000 =1 о.е.

 

  Сопротивление ЛЭП:                                          

   

Выбираем оборудование

 

Выбираем выключатели В1 и В2 типа 3 AH 5 – вакуумный силовой

Проверка выбранных выключателей:

Паспортные данные	Расчетные данные
Uн= 12 кВ Iн= 800 А Iотк= 25 кА Iдин=63 кА	Uр= 10 кВ IАВ= 711,5А Iкз= 15,3 кА Iук-1=38,87 кА

 

Коэффициент долевого участия завода в стоимости выключателей В1 и В2:

g=

 

Выбор выключателя В3:

Выбираем выключатель В3 типа 3 AH 5.135-4– вакуумный силовой

Проверка выбранных выключателей:

 

Паспортные данные	Расчетные данные
Uн= 12 кВ Iн= 2500 А Iотк= 31,5 кА Iдин=82 кА	Uр= 10 кВ IАВ= 2199,43А Iкз= 15,3 кА Iук-1=38,87 кА

 

Коэффициент долевого участия завода в стоимости выключателей В3:

g=

 

Выбираем выключатели В4 –В7 типа 3 AH 5 – вакуумный силовой

Проверка выбранных выключателей:

Паспортные данные	Расчетные данные
Uн= 12 кВ Iн= 800 А Iотк= 25 кА Iдин=63 кА	Uр= 10 кВ IАВ= 711,5 А Iкз= 7,36 кА Iук-1=18,73 кА

 

Выбираем разъелинители Р1-Р4 типа 3 D С-12

Проверка выбранных разъединителей:

Паспортные данные	Расчетные данные
Uн=12 кВ Iн= 630 А Iдин=63 кA	Uр= 10 кВ Iав =711,5 А                 Iуд = 38,87 кА

 

Выбираем ограничители перенапряжений ОПН типа 3EF-10.

 

Расчет затрат на второй вариант

Затраты на трансформаторы системы:

К_тр.сис=γ₁∙2∙К_тр=0,162∙2∙160 млн=51,84 млн тг.

Затраты на выключатели В1 и В2:

К_В1,В2=γ₂∙2∙К_В=0,89∙2∙0,5 млн=0,89 млн тг.

Затраты на выключатель В3:

К_В3= γ₃∙К_В3 =0,142∙0,5=0,071 млн тг.

Затраты на выключатели В4 и В7:

К_В4-В7=4×К_В4-В7=4×0,5 млн=2 млн тг.

Затраты на разъединители:

К_Р1-Р4=4×К_Р1-Р4=4∙0,2=0,8 млн тг.

Затраты на ОПН:

К_ОПН1-2=2×К_ОПН1-2=2∙0,2=0,4 млн тг.

Затраты на ЛЭП-10 кВ на двухцепной железобетонной опоре:

К_ЛЭП=3∙4∙2 млн=24 млн тг.

 

Суммарные затраты на оборудование II варианта:

К _Σ2= К_{тр сис} + К_В1-2 + К_В3+ К_В4-7+ К_Р1-4 + К_ОПН1-2+ К_ЛЭП

К_Σ2=7,76+0,89+0,071+2+0,8+0,4+24=80млн тг.

 

Определим издержки

   Суммарные издержки на оборудований первого варианта

SИ₁=И_а+И_потери+И_э, тг;

    Издержки на эксплуатацию ЛЭП:

И_{экс ЛЭП}=Е_{ЭКС ЛЭП} ×К_ЛЭП=0,004×24 млн =0,96 млн тг;

    Амортизация ЛЭП:

И_{а ЛЭП}= Е_{А ЛЭП} ×К_ЛЭП=0,028×24 млн =0,672 млн тг;

    Издержки на эксплуатацию оборудования:

И_{экс об}= Е_{ЭКС обор} ×К_об=0,01×56 млн =0,56 млн тг;

     где К_об –суммарные затраты без стоимости ЛЭП.

    Амортизация оборудования:

И_{а об}= Е_{А обор} ×К_об=0,063×56 млн =7,05 млн тг.

    Стоимость потерь:

И_пот=Сo×(Wтрсист+ Wлэп)=14 ×(286500+430370)= 10,036 млн тг.

Сo=14 тг за кВт×ч

       

    Суммарные издержки:

И_Σ2=Иа+Ипот+Иэ =7,05+10,036+1,52=18,6 млн тг.

       

 

     Приведенные суммарные затраты:

 

З=Е×К_Σ2+ И_Σ2=0,12×80+18,6 = 28,6 млн тг.

 

Составим сводную таблицу по вариантам.

Таблица 3.1 − Результаты ТЭР.

Вариант	Uном,кВ	КΣ млн.тг.	ИΣ млн.тг.	З млн.тг.
I	110	194,12	16,26	39,56
II	10	80	18,6	28,6

 

Выбираем I вариант, т.к. он надежнее и целесообразнее II варианта.

4 Выбор оборудования U =10 кВ