Технико-экономическое обоснование выбора устройств компенсации реактивной мощности и напряжения питающей линии ГПП инструментального завода

Технико-экономическое обоснование выбора устройств компенсации реактивной мощности и напряжения питающей линии ГПП инструментального завода

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Факультет - Энергетический институт

Направление (специальность) - Оптимизация развивающихся систем электроснабжения

Кафедра - Электроснабжения промышленных предприятий

Курсовой проект по курсу

Специальные вопросы электроснабжения

Технико-экономическое обоснование выбора устройств компенсации реактивной мощности и напряжения питающей линии ГПП инструментального завода

Студент гр. 9М300

Мельничук И.М.

Принял профессор

Кабышев А.В.

Томск - 2010

Содержание

Введение

Исходные данные

1. Технико-экономическое обоснование выбора напряжения питающей линии ГПП предприятия

1.1 Выбор напряжения питающей линии ГПП предприятия

1.2 Расчет по суточному графику нагрузки

1.3 Выбор номинальной мощности трансформаторов ГПП по графику нагрузки

1.4 Проверка возможности перегрузки выбранных трансформаторов работать с перегрузкой по заданному графику нагрузки

1.5 Составление схемы внешнего электроснабжения и приемной подстанции

1.6 Экономический режим работы трансформаторов

1.7 Распределение нагрузок между параллельно работающими трансформаторами

1.8 Выбор сечения проводов ВЛЭП 35 и 110 кВ

1.9 Определение суммарных приведенных затрат на сооружение воздушной ЛЭП

1.10 Определение суммарных приведенных затрат на установку оборудования

1.11 Выбор оптимального варианта питающего напряжения ГПП

2. Технико-экономическое обоснование выбора устройств компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения предприятия

2.1 Расчет реактивной мощности, поставляемой энергосистемой предприятию, определение вариантов суммарной мощности компенсирующих устройств на стороне 0,4 кВ

2.2 Технико-экономическое сравнение вариантов компенсации реактивной мощности

2.3 Распределение мощности батарей конденсаторов по узлам нагрузки сети напряжением 0,4 кВ

Заключение

Список литературы

Введение

При проектировании, оптимизации, реконструкции и техническом перевооружении электроснабжения предприятия помимо выбора основного оборудования и выбора схемы электроснабжения важным является также технико-экономическое обоснование выбора той или иной схемы электроснабжения, питающего напряжения, а следовательно и выбора основного оборудования.

Как правило, для технико-экономического сопоставления намечают два и более вариантов электроснабжения (питающего напряжения, схемы электроснабжения, трансформаторов подстанций, устройств и схем компенсации реактивной мощности). Такое сравнение позволяет выбрать наиболее эффективный вариант.

Техническое сопоставление основано на сравнении режимов работы, показателей и характеристик оборудования. Выбирается вариант с наиболее эффективными и наилучшими показателями работы оборудования.

Экономическое сравнение основано на расчете стоимости реализации варианта (по приведенным затратам) и выбирается вариант с минимумом приведенных затрат. Оценка базируется на двух основных показателях: капитальных вложениях для создания производства и издержек производства продукции.

Варианты системы электроснабжения, подлежащие сопоставлению, должны соответствовать требованиям нормативных документов и руководящих указаний по проектированию. Рассматриваемые варианты должны обеспечивать одинаковый энергетический эффект у потребителей: полезный отпуск электроэнергии и мощности в течении каждого года всего рассматриваемого периода.

Главные технические показатели, которым должны соответствовать рассматриваемые варианты, - бесперебойность электроснабжения, качество электроэнергии, устойчивость работы системы электроснабжения.

Исходные данные

1.   Суточный график активной и реактивной мощности предприятия

Рис.1.Суточные графики активной и реактивной мощности

2. Данные нагрузок по предприятию и по инструментальному цеху:

Таблица 1.

Данные нагрузок по предприятию и по инструментальному цеху

Часть 1. Технико-экономическое обоснование выбора напряжения питающей линии ГПП предприятия

1.1 Выбор напряжения питающей линии ГПП предприятия

Экономически целесообразное напряжение питающей линии ГПП можно оценить по формуле Илларионова:

  (1.1.1)

Подставив исходные значения, получаем:

Тогда в качестве напряжения питающей линии намечаем два варианта:

35 кВ

110 кВ

Окончательный вариант напряжения питающей линии получаем в результате технико-экономического сравнения вариантов.

1.2 Расчет по суточному графику нагрузки

Мощность каждой ступени:

 (1.2.1)

 (1.2.2)

,где: (1.2.2)

 и -

расчетные активная и реактивная мощности предприятия со стороны высшего напряжения трансформаторов ГПП.

Таким образом, для суточного графика, представленного на рис.1. получим:

Аналогично для других ступеней. Значения активной , реактивной и полной мощности для последующих ступеней приведем в таблице 2.

Таблица 2.

Значения активной, реактивной и полной мощности по графику нагрузки

Таким образом, получаем суточный график:

Рис.1.2.1 Суточные графики полной, активной и реактивной мощности

Потребляемая активная и реактивная суточная энергия:

, где: (1.2.4)

-мощность -ой ступени,-время -ой ступени.

, где: (1.2.5)

-мощность -ой ступени,-время -ой ступени.

Средняя полная мощность предприятия за сутки:

 (1.2.6)

Определяем число часов использования максимальной нагрузки:

Число часов использования максимальной нагрузки ()- это такое время, в течение которого через электрическую сеть, работающую с максимальной нагрузкой, передавалось бы такое же количество электроэнергии, которое передается через нее в течение года по действительному графику нагрузки:

Перестраиваем суточный график активной мощности предприятия в годовой по продолжительности.

 (1.2.7)

 (1.2.8)

Рис.1.2.2. Годовой график нагрузки по продолжительности

1.3 Выбор номинальной мощности трансформаторов ГПП по графику нагрузки

Совокупность допустимых нагрузок, систематических и аварийных перегрузок определяет нагрузочную способность трансформаторов, в основу которой положен тепловой износ изоляции трансформатора. Выбор трансформатора без учета нагрузочной способности может привести к необоснованному завышению их установленной мощности, что экономически нецелесообразно.

Рис.1.3.1 Суточные графики нагрузки завода

Так как мощность трансформатора неизвестна, то пользуемся следующим подходом:

1.   на исходном графике проводят линию средней нагрузки Sср;

2.   выделяется пиковая часть – участок наибольшей перегрузки с продолжительностью Н’( пересечение графика полной мощности и прямой Sср);

Продолжительность наибольшей перегрузки составляет Н’=12 часов

3.   Определяем начальную загрузку графика К1:

  (1.3.1)

4. Предварительно определяем перегрузку К’2:

  (1.3.2)

5.   Полученное значение К’2 меньше чем

,

поэтому принимаем:

,

а продолжительность перегрузки Н скорректируем по формуле:

 (1.3.3)

6.   По полученным значениям К1 и Н определяем допустимый коэффициент систематической перегрузки К2доп.

При температуре 20С определяем К2доп =1,1 [2, табл.1.36]

7.   Определяем номинальную мощность трансформатора

 (1.3.4)

Исходя из полученной мощности намечаем 2 варианта ближайшей номинальной мощности трансформатора:

·     Sном.тр.1=4 МВА

·     Sном.тр.2= 6,3МВА

Выполняем расчет коэффициентов К1 и К2 для каждого из вариантов номинальной мощности трансформаторов:

1 вариант: Sном.тр=4МВА

1.   на исходном графике проводят линию средней нагрузки Sном.тр;

2.   выделяется пиковая часть – участок наибольшей перегрузки с продолжительностью Н’( пересечение графика полной мощности и прямой Sном.тр);

Продолжительность перегрузки составляет Н’=14 часов.

3.   Определяем начальную загрузку графика К1:

 (1.3.5)

4. Предварительно определяем перегрузку К’2:

 (1.3.6)

5. Полученное значение К’2 меньше чем

,

поэтому принимаем:

,

а продолжительность перегрузки Н скорректируем по формуле:

6.   По полученным значениям К1 и Н определяем допустимый коэффициент систематической перегрузки К2доп.

При температуре 20С определяем К2доп =1,105 [2, табл.1.36]

7.   Сравнивая полученное значение К2 с К2доп можно сделать вывод, что

К2=1,705> К2доп следовательно трансформатор не может систематически перегружаться по данному графику нагрузки, следовательно, данный вариант мощности трансформатора отпадает.

2 вариант: S ном. тр = 6,3 МВА

1.   на исходном графике проводят линию средней нагрузки Sном.тр;

2.   выделяется пиковая часть – участок наибольшей перегрузки с продолжительностью Н’( пересечение графика полной мощности и прямой Sном.тр);

Продолжительность перегрузки составляет Н’=9 часов.

3.   Определяем начальную загрузку графика К1:

4. Предварительно определяем перегрузку К’2:

5.Полученное значение К’2 больше чем

,

поэтому принимаем:

,

а продолжительность перегрузки Н =Н’=9 час

6.   По полученным значениям К1 и Н определяем допустимый коэффициент систематической перегрузки К2доп.

При температуре 20С определяем К2доп =1,155 [2, табл.1.36]

7.   Сравнивая полученное значение К2 с К2доп можно сделать вывод, что

К2доп=1,155> К2 следовательно трансформатор может систематически перегружаться по данному графику нагрузки, следовательно, данный вариант мощности трансформатора проходит по данной проверке.

1.4 Проверка возможности перегрузки выбранных трансформаторов работать с перегрузкой по заданному графику нагрузки

1)  Нормальный режим

Коэффициент загрузки трансформатора составит:

 (1.4.1)

Трансформаторы в часы максимума нагрузки также смогут пропустить всю мощность, так как их суммарный коэффициент перегрузочной способности составит:

, где (1.4.2)

-допустимая систематическая перегрузка за счет неравномерности суточного графика нагрузки;

- допустимая систематическая перегрузка за счет неравномерности годового графика нагрузки, не должна превышать 15%.

 (1.4.3)

Следовательно, трансформаторы будут обеспечивать электрической энергией вех потребителей II и III категории с допустимой систематической перегрузкой в 130,5%.

2)  Послеаварийный режим работы

Проверяем установленную мощность трансформатора в аварийном режиме при отключении одного из трансформаторов и необходимости обеспечить электроснабжение потребителей 1-й и 2-й категорий в период максимума:

1,3 Sном.тр =1,3 6,3 =8,19 МВА> 0,1738 7,577=1,317 МВА, где 17,38% Smax – потребители II категории, где 1,3- коэффициент аварийной перегрузки .[2, табл.1.36]

Следовательно, в послеаварийном режиме трансформатор будет обеспечивать потребителей II и III категории

1.5 Составление схемы внешнего электроснабжения и приемной подстанции

Схемы подстанций должны обеспечивать следующие требования:

1.   Схема должна обеспечить необходимую степень надежности электроснабжения потребителей

2.   Схема должна быть простой и удобной в эксплуатации

3.   Схема должна учитывать возможности развития предприятия с учетом роста нагрузок без коренной реконструкции сети

4.   Схема должна обеспечивать надежную защиту всего электрооборудования в аварийных режимах и автоматическое восстановление питания.

5.   Схема должна обеспечивать электроснабжение потребителей при аварийном выходе из строя одного из основных элементов ( трансформатора или линии электропередач), при этом оставшиеся в работе элементы должны принять на себя полную или частичную нагрузку отключившегося элемента с учетом допустимой перегрузки в послеаварийном режиме

6.   Схема должна обеспечить резервирование отдельных элементов позволяющих проводить ремонтные и противоаварийные работы.

7.   Внешнее электроснабжение завода осуществляется от подстанции энергосистемы по двум ВЛЭП на стальных опорах. На ГПП установлены два двухобмоточных трансформатора. В качестве схемы внешнего электроснабжения принята схема два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линии. Данная схема является менее надежной, чем схема на выключателях, но более дешевой.

·     Стальных двухцепных опорах (110 кВ)

·     Стальных двухцепных опорах (35 кВ)

Рис. 1.5.1 – Схема внешнего электроснабжения

1.6 Экономический режим работы трансформаторов

При эксплуатации и проектировании необходимо предусматривать экономически целесообразный режим работы трансформаторов, который определяется их параметрами и нагрузкой подстанции. Нагрузка подстанции изменяется в течение суток, а суточные графики - в течении года. Значительные снижения нагрузки приходятся на весенне-летний период.

В такие периоды трансформаторы оказываются длительное время недогруженными. Это вызывает в них относительное увеличение потерь электроэнергии. При снижении нагрузки в работе целесообразно оставлять только часть трансформаторов. При этом нагрузку подстанции недостаточно просто принять на трансформаторы, ее необходимо покрыть наиболее экономичным способом, обеспечив минимум потерь активной мощности в сети.

Суммарные потери трансформатора можно показать с помощью данной формулы:

, (1.6.1)

Где

-

приведенные потери холостого хода трансформатора; (1.6.2)

-

приведенные потери короткого замыкания трансформатора; (1.6.3)

- экономический эквивалент реактивной мощности, учитывает потери активной мощности, связанные с производством и распределением реактивной мощности;

-

коэффициент загрузки трансформатора (1.6.4)

Расчет экономического режима работы трансформатора проведем для двух вариантов:

1. Sном.тр = 6,3 МВА Uном=35 кВ

2. Sном.тр =

1) Sном.тр = 6,3 МВА Uном=35 кВ

Определяем исходные данные трансформаторов: ТМН- 6300/35 [2, табл.3.4]

Sном. тр = 6,3 МВА

Uкз = 7,5 %

 = 46,5 кВт

 = 9,2 кВт

I xx = 0,9 %

Приведенные потери:

, где

(при ) ;

 (1.6.5)

, где

 (1.6.6)

Приведенные потери для одного трансформатора:

Приведенные потери для двух раздельно работающих трансформаторов:

Определяем нагрузку, при которой целесообразно переходить на работу с двумя трансформаторами:

 кВА. (1.6.7)

Полученные результаты сведем в таблицу 1.6.1:

Таблица 6.1.1

Годовые потери мощности и электроэнергии

Страницы: 1, 2