ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РЕКОНСТРУКЦИИ СИСТЕМЫ СЕЛЬСКОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, Содержание и объем курсового проекта ПО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЮ С.Х.

Приложения 1-5

Пример курсового проектирования

Рекомендуемая литература для выполнения курсового проекта

Широкое развитие электрических сетей в нашей стране началось в 60-х годах. В период экстенсивного развития электрических сетей применялись некоторые упрощенные решения, что вполне объяснимо при необходимости в короткие сроки и при ограниченных капиталовложениях и материальных ресурсах охватить централизованным электроснабжением максимум территории страны. Значительная часть ПС 35-110 кВ сельскохозяйственного назначения являются однотрансформаторными, такое же количество имеют одностороннее питание. Более 10 % эксплуатируемых ВЛ 35 – 110 кВ сооружены на деревянных опорах, значительное количество ВЛ имеют низкую механическую прочность из-за несоответствия их характеристик фактическим гололедно-ветровым нагрузкам.

На первом этапе электрификации, когда электроэнергия использовалась, главным образом, для освещения и привода некоторых вспомогательных процессов, большинство сельскохозяйственных потребителей по требованиям надежности относилось к 3-й категории. По мере электрификации технологических процессов эти требования повышались. В настоящее время сельские потребители делятся на три категории по надежности электроснабжения (см. раздел 10).

Уровень эксплуатации сельских электрических сетей и особенно сетей напряжением 0,4 – 10 кВ не соответствует современным требованиям, предъявляемым к надежности электроснабжения сельских потребителей. В целом состояние электрических сетей 0,4 и 6 – 10 кВ характеризуется данным табл. 4.7.

Таблица 4.7

Уровень потерь электроэнергии в сетях сельскохозяйственного назначения напряжением 35 кВ и ниже составляет около 12 %, что примерно в 2 раза выше уровня потерь электроэнергии в промышленных и городских сетях того же класса напряжения.

Структура потерь электроэнергии в сетях сельскохозяйственного назначения в последние годы характеризуется данными табл. 4.8.

Таблица 4.8

Ликвидация отмеченных “узких” мест является первоочередной задачей сельской энергетики. При этом на современном этапе электрификации сельского хозяйства стоят новые задачи: повышение пропускной способности существующей сети, так как рост нагрузок приводит к повышению потерь электроэнергии и снижению ее качества, и повышение надежности электроснабжения.

Электрические сети 110 кВ и ниже не всегда приспособлены к автоматическому включению резервного питания, ненадежны некоторые средства РЗ и автоматики (РЗА), недостаточен уровень автоматизации средств диспетчерского и технологического управления. Работы по замене и модернизации оборудования, техническому перевооружению и реконструкции линий и ПС в период массовой электрификации были ограничены, т. к. основная часть капиталовложений направлялась на охват территории страны электрическими сетями.

Этап экстенсивного развития электрических сетей можно считать практически завершенным к концу 80-х годов (в целом по промышленности и сельскому хозяйству). Этот период характеризуется достигнутой достаточно высокой плотностью электросетей на обжитой территории страны - 0,06 км ВЛ/км², что соответствует уровню высокоразвитых зарубежных стран; достигнутый сетевой коэффициент (км ВЛ/МВт установленной мощности электростанций) в 2 3 раза превышает соответствующую величину в развитых странах.

Новый этап электросетевого строительства, этап интенсивного развития или “электрификации вглубь” заключается наряду с увеличением пропускной способности сети для присоединения новых потребителей и выдачи мощности новых электростанций в повышении надежности электроснабжения существующих потребителей, совершенствовании схем электрических сетей, повышении технико-экономических показателей и обновлении основных фондов.

Старение основных фондов в электроэнергетике является серьезной проблемой. За последние 10 – 15 лет объем реновации основных фондов снизился в 5 раз. На конец 90-х годов в целом по стране полной замене подлежало 5 тыс. км ВЛ 110 – 220 кВ и оборудование ПС общей мощностью 8,5 млн кВ·А. Эти объемы продолжают расти.

Необходимость обновления основных фондов электрических сетей вызывается их физическим и моральным износом.

Под физическим износом понимается материальное старение основных фондов в результате воздействия эксплуатационных факторов и влияния внешних неблагоприятных условий. Сроки физического износа отдельных элементов объектов электрических сетей – оборудования, строительных конструкций, зданий и сооружений существенно различаются между собой. Срок службы объекта в целом определяется наиболее долговечными элементами: опорами для линий электропередачи, зданиями для ПС.

Амортизационный период, в течение которого за счет ежегодных отчислений на полное восстановление (реновацию) должна быть получена первоначальная стоимость объекта (простое воспроизводство), соответствует усредненным экономически целесообразным срокам службы основных фондов (с учетом морального износа); физические сроки службы объекта могут быть существенно выше. Амортизационный период равен обратной величине нормы амортизационных отчислений на реновацию.

Амортизационные периоды основных элементов электрических сетей, соответствующие нормам ежегодных отчислений на реновацию, приведены ниже:

Таблица

Как видно из приведенных данных, амортизационные периоды для ВЛ определяются по объекту в целом исходя из долговечности опор. Стандарт на провода устанавливает срок службы для наиболее употребляемых на ВЛ марок проводов (АС) 45 лет.

По условиям физического износа ВЛ на железобетонных и стальных опорах до настоящего времени практически не ликвидировались, хотя стальные неоцинкованные опоры под воздействием атмосферных факторов подвергаются коррозии, влияние которой на их механические характеристики возрастает по мере увеличения фактического срока службы линии.

ВЛ на деревянных опорах (главным образом 35 и 110 кВ) в последние годы постепенно ликвидируются со строительством взамен таких же ВЛ на железобетонных опорах. Вследствие невысокого качества антисептической пропитки древесины физический износ таких ВЛ в значительном числе случаев наступает раньше нормативного срока (через 20 – 25 лет), а постепенная замена опор на железобетонные во время капремонта выполнялась недостаточно. В итоге реконструкция таких ВЛ сводится практически к их демонтажу и сооружению новых линий (часто – по новой трассе). Использовать демонтируемый провод, даже при его удовлетворительном состоянии, не удается, т.к. его намотка на барабаны в полевых условиях неосуществима; а в ряде случаев применяется провод большего сечения.

Для ПС амортизационные периоды определяются раздельно для зданий и для оборудования, что обусловлено значительно более короткими сроками физического износа и морального старения активных основных фондов (оборудования) в сравнении с пассивными (зданиями). Согласно соответствующим стандартам сроки использования основного оборудования ПС до списания составляют не менее 25 лет. Поэтому для ПС вопрос об износе объекта в целом, как правило, не возникает. Замена оборудования должна осуществляться по мере его износа. На практике необходимость реконструкции ПС часто возникает и по условиям морального износа: необходимость изменения схемы, замены трансформаторов; при этом должно меняться изношенное оборудование.

Сущность морального износа состоит в том, что в результате научно-технического прогресса основные фонды технически стареют и становятся экономически все менее эффективными. Различают две формы морального износа: первая утрата стоимости существующих объектов из-за роста производительности труда; вторая – обесценивание основных фондов вследствие появления более совершенного оборудования аналогичного назначения. Поскольку первая форма не связана со снижением потребительной стоимости электросетевых объектов, в условиях ускоряющегося научно-технического прогресса следует считаться только со второй формой морального износа. Экономическим сроком службы оборудования является период, в течение которого целесообразно его эксплуатировать по условиям морального износа. Обесценивающее действие морального износа может быть ослаблено с помощью техперевооружения и реконструкции основных фондов. Поскольку целью развития электросетей является обеспечение надежного снабжения потребителей электроэнергией высокого качества при минимальных затратах, морально изношенными объектами следует считать те, которые не удовлетворяют этим требованиям в современных условиях.

Эти объекты подлежат техническому перевооружению и реконструкции, к которым относятся следующие мероприятия и виды работ:

– перевод ПС на более высокое напряжение;

– замена трансформаторов ПС на более мощные;

– развитие РУ действующих ПС для дополнительных присоединений, в том числе с переходом на новую схему электрических соединений;

– замена оборудования ПС новым, соответствующим современному техническому уровню (в том числе замена выключателей в связи с ростом в сети уровня токов КЗ, замена короткозамыкателей и отделителей на выключатели);

– установка на ПС источников реактивной мощности;

– автоматизация и телемеханизация ПС, замена или установка новых устройств РЗ, ПА, диспетчерского и технологического управления;

– перевод линий электропередачи на более высокое номинальное напряжение; подвеска второй цепи на существующих опорах линий или дополнительных проводов в фазе;

– замена проводов на новые большего сечения;

- замена дефектных проводов, тросов на новые на участках ВЛ длиной, превышающей 15 % ее общей протяженности (при меньших объемах работы выполняются в процессе капремонта);

– замена дефектных опор ВЛ на новые на участках общей длиной более 15 % протяженности ВЛ, либо при общем количестве заменяемых опор, превышающем 30 % установленных (при меньших объемах работы выполняются в процессе капремонта).

Проблема техперевооружения и реконструкции электрических сетей в связи со старением основных фондов и моральным износом является в современных условиях решающей для обеспечения живучести и надежности электроэнергетики всех регионов страны и ЕЭС в целом.

Необходимо совершенствование схем электрической сети и улучшение технического состояния ее элементов для повышения надежности и экономичности электроснабжения потребителей, в том числе:

– повышение пропускной способности участков сети путем перевода ВЛ на повышенное напряжение, замены ряда параллельных линий одной ВЛ более высокого напряжения;

– сокращение количества ступеней напряжения в электрической сети, в т. ч. перевод сетей 6 кВ на 10 кВ, 35 кВ на 110 кВ;

– кольцевание сети всех напряжений с целью обеспечения потребителей двухсторонним питанием;

– установка вторых трансформаторов на однотрансформаторных под станциях с соответствующим изменением, при необходимости, схемы ПС;

– использование силовых трансформаторов 110 кВ со сниженными потерями;

– установка на ПС регулирующих устройств и источников реактивной мощности для повышения пропускной способности сети и снижения уровня потерь электроэнергии;

– реконструкция схем присоединения ПС с сокращением количества ответвительных ПС (главным образом, за счет ответвлений от одной ВЛ), выполнением заходов линий, необходимым техперевооружением РУ ПС и т. п.;

– повышение коммутационной способности аппаратов и ограничение уровня токов КЗ.

Исходные данные формируются по номеру варианта, который состоит из трех цифр и задается преподавателем. Варианты курсового проекта приведены в таблицах 1-6.

Первый знак номера варианта определяет координаты объектов (план населенного пункта) в условных единицах; размер условной единицы задается преподавателем. В задании на курсовой проект предполагается, что объекты с номерами 01-14 – одноквартирные дома, с номерами 15-18 – четырехквартирные дома, а с номерами 19-20 – двенадцатиквартирные, остальные – это учреждения, производственные и бытовые предприятия. Их коды определяют по второму знаку номера варианта и таблице 2. Наименование этих объектов и максимальную нагрузку на вводе определяют по таблицам 2.3-2.6 из [5].

Коды нагрузок на вводе в дома или квартиры в многоквартирных домах в этих таблицах совпадают с кодами нагрузок принятыми в практике проектирования электрических сетей сельскохозяйственного назначения начинаются с цифры шесть и состоит из трех цифр.

По таблицам 1-9, 1-10 или 2.1-2.2 [5] принимают нагрузки на вводе в одноквартирный дом. Код нагрузки одноквартирного дома задается преподавателем или определяется как сумма трех цифр номера варианта по двум последним цифрам кода нагрузки таблиц 1-9, 1-10 (2.1-2.2 [5]) с добавлением впереди получившегося кода цифры “6”, в случае, если сумма трех цифр превышает число 20, цифры этого числа суммируются еще раз. Например, для варианта курсового проекта 534 код нагрузки на один дом или квартиру в многоквартирном доме 612, а при варианте 986 (сумма равна 23, суммируем цифры 2 и 3) код нагрузки 605.

Для проектирования высоковольтных электрических сетей задается план района электрических сетей по таблице 3. Расчетные данные дневных и вечерних нагрузок населенных пунктов приведены в таблицах 4-5. Прочерк в этих таблицах означает точку подключения трансформатора (трансформаторов) проектируемого населенного пункта. Знак * означает – потребитель первой категории.

В курсовом проекте должны быть решены следующие вопросы:

1. Определение расчетной мощности на вводах потребителей.

2. Выбор количества трансформаторных подстанций и определение места их расположения.

3. Выбор наиболее оптимальной конфигурации электрической сети 0,38 кВ и расчет нагрузок по участкам сети.

4. Выбор мощности силовых трансформаторов.

5. Выбор сечения проводов сети 0,38 кВ и схемы электрических соединений трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ.

6. Расчет сети 0,38 кВ по потерям напряжения и потерям энергии.

7. Проверка сети на колебания напряжения при запуске электродвигателя.

8. Расчет нагрузок по сети 10 кВ.

9. Определение числа, мощности и места расположения понизительной подстанции районных электрических сетей (РЭС).

10. Оценка качества напряжения у потребителей с учетом сетей 10 и 0,38 кВ и составление таблицы допустимых потерь напряжения.

11. Расчет токов короткого замыкания.

12. Выбор оборудования для подключения линии 10 кВ к подстанции РЭС и аппаратуры трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ.

13. Расчет заземляющих устройств.

Графическая часть состоит из двух трех листов формата А-1

1.Планы населенного пункта и районных электрических сетей с нанесением линий 0,38 и 10 кВ, повторными заземлениями, расстановкой опор.

2. Электрическая схема соединения одной из трансформаторных подстанций с конструктивным исполнением отдельных элементов трансформаторного пункта или линий электропередачи.

3. В отдельных проектах по заданию преподавателя в графической части дополнительно могут быть показаны расчетные схемы сетей 0,38 и 10 кВ, карта селективности защиты ТП 10/0,4 кВ.

При выполнении курсового проекта студентам рекомендуется пользоваться литературой .

Наиболее подробно особенности проектирования систем сельского электроснабжения с примерами расчетов рассмотрены в [2].

Правила оформления записки и графической части приведены в [3].

Кодовые обозначения элементов электрических схем приведены в Коды обозначений.

Правила оформления титульного листа, исходных данных и расчетно–пояснительной записки приведены в примере расчета курсового проекта.

Приложения 1-5

Таблица 1.

Координаты объектов на плане населенного пункта (х; у) в условных единицах

Таблица 2.

Коды производственных, общественных и коммунальных потребителей в населенном пункте

Таблица 3.

Координаты (х; у) населенных пунктов

Таблица 4.

Расчетные дневные Р_д нагрузки, кВт, населенных пунктов

Таблица 5.

Расчетные вечерние Р_в нагрузки, кВт, населенных пунктов

Таблица 6.

Условия электроснабжения района

1. Будзко, И.А. Электроснабжение сельского хозяйства / И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, В.И. Сукманов. – М.: Колос, 2000. – 536 с.
2. Костюченко, Л.П. Проектирование систем сельского электроснабжения: Учеб. пособие, 2-е изд., испр. и доп./ Л.П. Костюченко, А.В. Чебодаев; Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2005. – 184с.
3. Бастрон, А.В. Монтаж электрооборудования и средств автоматизации: Лаборатор. практикум/А.В. Бастрон: Краснояр. гос. агрор. ун-т. – Красноярск, 2004. – 268с.
4. Костюченко, Л.П. Электроснабжение сельского хозяйства: Учеб.-метод. пособие для самостоятельной работы / Л.П. Костюченко; Краснояр. Гос. Аграр. Ун-т.-Красноярск, 2002.-64с.
5. Электротехнический справочник: В 4-х т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). – 8-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 964 с.
6. Нормы технологического проектирования электрических сетей сельскохозяйственного назначения / Сельэнергопроект. – М., 1988.
7. Правила устройства электроустановок-ПУЭ - М.:Изд-во НЦ ЭНАС, 2002.
8. Справочник по проектированию электрических сетей. Под редакцией Д.Л. Файбисовича. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2005 – 320с.
9. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Т.1. Электроснабжение / Под общ. ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 568 с.
10. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4 – 35 кВ и 110 – 1150 кВ в 6-ти томах Т. 3 /Под ред. И.Т. Горюнова и А.А. Любимова. – М.: Папирус ПРО, 2003 – с.
11. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4 – 35 кВ и 110 – 1150 кВ в 6-ти томах Т. 4 /Под ред. И.Т. Горюнова и А.А. Любимова. – М.: Папирус ПРО, 2005 – 640 с.
12. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4 – 35 кВ и 110 – 1150 кВ в 6-ти томах Т. 5 /Под ред. И.Т. Горюнова и А.А. Любимова. – М.: Папирус ПРО, 2005 – с.
13. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. В 2 т. Т.2. Электрооборудование / Под общ. ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 592 с.
14. Рекомендации по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004.-80с.
15. Неклепаев, Б.Н., Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. / Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.
16. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства / Сельэнергопроскт. М., 1986

Дополнительная

17. Железко, Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко, А.В. Артемьев, О.В. Савченко. – М.: Изд – во НЦ ЭНАС, 2004. – 289с.
18. Базуткин, В.В. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах: Учебник для вузов / В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, Ю.С. Пинталь; под общ. Ред. В.П. Ларионова. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986.-464с.
19. Гельфанд, Я.С. Релейная защита распределительных сетей.-2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987.-368 с
20. Чунихин, А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов / А.А. Чунихин - 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 19988. – 720с.
21. Рожкова, Л.Д., Электрооборудование электростанций и подстанций: Учеб. для сред. проф. образования / Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В. Чиркова М.: изд. Центр “Академия”, 2004. - 448с.
22. Комаров, Д.Т. Резервные источники электроснабжения сельскохозяйственных потребителей / Д.Т. Комаров, Н.Ф. Молоснов – М.: Энергоатомиздат,1990. – 88с. Комаров, Д.Т.
23. Штерн, В.И. Эксплуатация дизельных электростанций / В.И. Штерн – М.: Энергия, 1980, - 120с.
24. Рекомендации по эксплуатации дизельных электроагрегатов. / ВНИИЭСХ. М.,1987. – 72с.
25. Молоснов, Н.Ф. Резервные источники электроснабжения АПК: Обзор. информ. / Н.Ф. Молоснов, Ю.М. Антонов - М.,1990. - 41с.
26. Суднова, В. В. Косоухов, Ф.Д. Несимметрия напряжений и токов в сельских распределительных сетях / Ф.Д Косоухов., И.В Наумов. /Иркутс. Гос. С.-Х. Акад.- Иркутск, 2003.-257с.
27. Наумов, И.В. Электроснабжение / И.В. Наумов – Иркутск: ИрГСХА, 2003. – 188с.
28. Федоров, А.А., Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов / А.А. Федоров, Л.В. Старкова – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 368 с.
29. Алиев, И.И. Электротехнический справочник / И.И. Алиев – 4-е изд., испр. – М.: ИП РадиоСофт, 2001. – 384с.
30. Каталог КТПБ 35-220 кВ, КТПУ 35/0,4 кВ. Выпуск № 11 – ЗАО “Группа компаний “Электрощит” - ТМ Самара”.
31. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. Официальное издание, М.: ЦПТИ ОРГРЭС, 2004.