Akademia Górniczo - Hutnicza im. Stanisława Staszica Wydział EAIiE, kierunek Elektrotechnika ZAKŁAD ELEKTROENERGETYKI

Gospodarka Elektroenergetyczna

PROJEKT

Konsultacje: dr inż. Waldemar Szpyra mgr inż. Wojciech Tylek

Wykonawcy: Wojciech Bogusz Marcin Janocha Marian Kozik

Spis treści

1. Temat projektu 3

2. Założenia projektowe 4

3. Opis wybranych wariantów wraz z doborem zasadniczych parametrów elementów układów 5

1. Wariant I 5

2. Wariant II

3. Wariant III

4. Kosztorysy wybranych wariantów

1. Wariant I 5

2. Wariant II

3. Wariant III

1. Temat projektu

Na terenie Zakładu Energetycznego Kraków zachodzi potrzeba zasilania odbioru o mocy zapotrzebowania P_z i współczynniku mocy cosϕ na napięciu. W warunkach poawaryjnych wymagane jest zapewnienia zasilania odbioru na poziomie P_a­­.

Odbiór ten może być zasilony z istniejących GPZ A i lub B pod warunkiem wybudowania dodatkowych linii ŚN lub z nowego GPZ, wybudowanego specjalnie w tym celu.

Wybudowanie nowego GPZ umożliwi dokonanie zamiany w konfiguracji sieci istniejącej, w efekcie której nastąpi:

• odciążenie istniejących GPZ,

• zmniejszenie strat mocy w sieci.

Celem projektu jest:

• zaproponowanie minimum dwóch wariantów układu zasilania odbioru,

• dobór zasadniczych parametrów elementów tych układów (obciążalność, warunki zwarciowe, dopuszczalne spadki napięcia),

• wykonanie analizy ekonomicznej i wybór wariantu optymalnego w sensie kosztów.

Analizy ekonomiczne należy wykonać dla okresu 15 lat.

2. Założenia projektowe

Dane odbioru
Moc odbioru Pz w kolejnych latach:		Nominalna	Poawaryjna
Rok 1	MW	0,5	0
Rok 2	MW	0,5	0
Rok 3	MW	2	2
Rok 4	MW	5	5
Rok 5 i następne	MW	8	8
Współczynnik mocy odbioru cosϕ	-	0,7	0,7
Lokalizacja odbioru wzglądem linii 110 kV i GPZ
Odległość nowego GPZ od linii 110 kV	km	2
Odległość odbioru od GPZ A	km	12
Odległość odbioru od GPZ B	km	12
Dane GPZ
		GPZ A	GPZ B
Moc znamionowa transformatorów	MVA	2 × 10	2 × 16
Straty jałowe transformatora	kW	7,5	70,5
Straty obciążeniowe transformatora	kW	55	78
Napięcia zwarcia transformatora	%	12	12
Prąd biegu jałowego transformatora	%	0,5	0,5
Obciążenie szczytowe GPZ	MW	9	12
Współczynnik mocy	-	0,9	0,9
Energia pobierana z GPZ w ciągu roku	GWh	25,2	33,6
Straty mocy w obwodach zasilanych z GPZ	kW	100	120
Straty energii w obwodach zasilanych z GPZ	MWh	223	223,2
Stopień odciążenia GPZ w wyniku budowy nowego GPZ	%	25	20
Stopień zmniejszenia strat mocy czynnej w obwodach zasilanych z GPZ w wyniku wybudowania nowego GPZ	%	50	40
Roczny przyrost mocy zapotrzebowania z GPZ	%	1	1
Roczny przyrost energii pobieranej z GPZ	%	1	1

3. Opis wybranych wariantów

Rozpatrujemy trzy warianty:

1. Zasilanie nowego odbioru z istniejących GPZ za pomocą nowo wybudowanych linii kablowych ŚN.

Wariant ten wymaga dokonania podziału mocy pobieranej z poszczególnych GPZ do zasilania nowo powstałego odbioru. Należało by się tu kierować zasadą najmniejszych strat mocy w liniach zasilających nowy odbiór z poszczególnych GPZ. Ponieważ nowy odbiór, od każdego GPZ jest oddalony o równą odległość równą 12 km, więc spadki moc w liniach ze względu na ich jednakową długość i przekrój będą jednakowe, można więc przyjąć, że każdy z GPZ będzie pokrywał 50 % mocy zapotrzebowania zainstalowanej w nowym odbiorze.

Przy takim podziale obciążenia zapotrzebowanie mocy w kolejnych 15 latach kształtuje się następująco:

1. Nowy odbiór będzie pracował z cosϕ = 0,7

Rok	Moc	Moc awaryjna	Bez kompensacji cosϕ=0,7
						GPZ A		GPZ B
	MW	MW	MVA	MW	MVA	MW
1	0,5	0	10,357	9,250	13,690	12,250
2	0,5	0	10,457	9,340	13,824	12,370
3	2	2	11,630	10,181	15,030	13,241
4	5	5	13,874	11,773	17,309	14,864
5	8	8	16,120	13,365	19,589	16,487
6	8	8	16,224	13,459	19,728	16,612
7	8	8	16,329	13,554	19,868	16,738
8	8	8	16,436	13,649	20,009	16,866
9	8	8	16,543	13,746	20,152	16,994
10	8	8	16,651	13,843	20,297	17,124
11	8	8	16,761	13,942	20,443	17,255
12	8	8	16,871	14,041	20,590	17,388
13	8	8	16,983	14,141	20,739	17,522
14	8	8	17,095	14,243	20,889	17,657
15	8	8	17,209	14,345	21,041	17,794

2. Przewidziana kompensacja do poziomu cosϕ = 0,9

Rok	Moc	Moc awaryjna	Kompensacja odbioru cosϕ=0,9
						GPZ A		GPZ B
	MW	MW	MVA	MW	MVA	MW
1	0,5	0	10,278	9,250	13,611	12,250
2	0,5	0	10,378	9,340	13,744	12,370
3	2	2	11,312	10,181	14,712	13,241
4	5	5	13,081	11,773	16,515	14,864
5	8	8	14,850	13,365	18,319	16,487
6	8	8	14,955	13,459	18,458	16,612
7	8	8	15,060	13,554	18,598	16,738
8	8	8	15,166	13,649	18,740	16,866
9	8	8	15,273	13,746	18,883	16,994
10	8	8	15,381	13,843	19,027	17,124
11	8	8	15,491	13,942	19,173	17,255
12	8	8	15,601	14,041	19,320	17,388
13	8	8	15,713	14,141	19,469	17,522
14	8	8	15,825	14,243	19,619	17,657
15	8	8	15,939	14,345	19,771	17,794

Z analizy obciążenia w poszczególnych latach wynika, że już w pierwszym roku konieczna jest wymiana transformatora w GPZ A oraz w GPZ B na nowe jednostki o mocy:

1. GPZ A - 25 MVA, GPZ B - 25 MVA*,

2. GPZ A - 16 MVA, GPZ B - 25 MVA*,

aby zapewnić 100% rezerwę zasilania.

* - w GPZ B transformatory mogą zostać wymienione dopiero w trzecim roku od momentu rozpoczęcia pracy nowego odbioru

Dane techniczne nowych transformatorów:

1. GPZ A - 25 MVA i GPZ B - 25 MVA

W obydwu GPZ decydujemy się na zainstalowanie jednakowych transformatorów produkcji EMIT - Zakłady Wytwórcze Maszyn Elektrycznych i Transformatorów S.A.

Parametry znamionowe wraz z rysunkiem (w dodatku):

Typ		TORb 25000/115
Moc	kVA	25000
GN	V	115000
DN	V	15750
Częst	Hz	50
Regulacja	%	±10/±8st. lub ±16/±12st.
Grup. poł.	-	YNd11
Uz	%	12
Po	kW	18
Pcu	kW	42700
M.cał	kg	42700
M.olej	kg	11500
A	mm	6000
B	mm	3080
H	mm	4300
Ros. kół	mm	1505/3010

2. GPZ A - 16 MVA

W tym przypadku decydujemy się na zainstalowanie transformatorów z GPZ B o mocy 16 MVA, a w miejsce nich zainstalowanie transformatorów nowych których parametry zamieszczone są poniżej. Transformator 10 MVA traktujemy jako złom.

GPZ B - 25 MVA

Decydujemy na zainstalowanie transformatora o mocy 25 MVA produkcji EMIT - Zakłady Wytwórcze Maszyn Elektrycznych i Transformatorów S.A.

Parametry znamionowe wraz z rysunkiem (w dodatku):

Typ		TORb 25000/115
Moc	kVA	25000
GN	V	115000
DN	V	15750
Częst	Hz	50
Regulacja	%	±10/±8st. lub ±16/±12st.
Grup. poł.	-	YNd11
Uz	%	12
Po	kW	18
Pcu	kW	42700
M.cał	kg	42700
M.olej	kg	11500
A	mm	6000
B	mm	3080
H	mm	4300
Ros. kół	mm	1505/3010

Dobór baterii kondensatorów i ich dane znamionowe:

Rozważamy zainstalowanie baterii kondensatorów na szynach rozdzielni odbioru

moc szczytowe wynosi P_s = 8000 kW,

dyrektywny tgϕ na szynach 15 kV tgϕ ≤ 0,4

moc baterii kondensatorów


gdzie:

P_s - szczytowe obciążenie zakładu mocą czynną w kW,

tgϕ₁ - tangens kąta odpowiadającego cosϕ₁ przed kompensacją,

tgϕ₂ - tangens kąta odpowiadającego cosϕ₂ (dyrektywnego).






[kvar]

Takie zainstalowanie kompensatora mocy biernej pozwoli na ograniczenie prądu jaki należałoby przesłać z GPZ do odbioru, a co za tym idzie na zmniejszenie spadków napięć, straty mocy i energii na linii kablowej jak i w transformatorze w porównaniu z przypadkiem gdy współczynnik mocy pozostał by na poziomie z przed kompensacji (cosϕ = 0,7). Zainstalowanie baterii o mocy 5 Mvar pozwoli również na wymianę tylko transformatorów tylko w jednym GPZ (GPZ B), a wymontowane transformatory pozwoli zainstalować w GPZ drugim (GPZ A) ze względu na to, że moc pobierana przez odbiór znacznie się zmniejszy.

Dobór linii kablowych:

Ze względu na zapotrzebowanie, warunki zwarciowe oraz dopuszczalny spadek napięcia dobieramy następujące linie kablowe zasilające odbiór z GPZ.

1. Zasilanie nowego odbioru z nowo wybudowanego jednotransformatorowego GPZ z rezerwowaniem w stanach awaryjnych z istniejących GPZ nowo wybudowanymi liniami kablowymi ŚN.

W wariancie tym rozważamy wybudowanie linii kablowych ŚN z istniejących GPZ oraz nowego GPZ (jedfnotransformatorowego zasilanego z odczepu założonego na linii 110 kV oddalonej o 2 km od miejsca lokalizacji odbioru), który to miałby być podstawowym źródłem zasilania nowo powstałego odbioru. Linie kablowe ŚN prowadzone z istniejących już głównych punktów zasilających będą spełniać role rezerwowego źródła w razie awarii źródła podstawowego. Mogą one również spełniać w fazie podstawowej źródło zasilania podstawowego, gdyż odbiór nie wymaga rezerwowania w pierwszych dwóch latach pracy. Dlatego też decydujemy się na budowę linii kablowych w fazie początkowej, a następnie na budowę GPZ.




Przy takim zasilaniu nowego odbioru zapotrzebowanie mocy wraz z przejęciem części mocy z istniejących GPZ, w kolejnych 15 latach kształtuje się następująco:

1. bez kompensacji mocy biernej (współczynnik mocy cosϕ = 0,7)

Rok	Moc	Moc awaryjna	GPZ A		GPZ B		Bez kompensacji cos=0,7
														GPZ Nowy 1×Tr.25MVA
	MW	MW	MVA	MW	MVA	MW	MVA	MW
1	0,5	0	10,000	9,000	13,333	12,000	5,881	5,150
2	0,5	0	10,100	9,090	13,467	12,120	5,933	5,197
3	2	2	10,201	9,181	13,601	12,241	8,128	6,743
4	5	5	10,303	9,273	13,737	12,364	12,466	9,791
5	8	8	10,406	9,365	13,875	12,487	16,805	12,839
6	8	8	10,510	9,459	14,013	12,612	16,859	12,887
7	8	8	10,615	9,554	14,154	12,738	16,913	12,936
8	8	8	10,721	9,649	14,295	12,866	16,968	12,985
9	8	8	10,829	9,746	14,438	12,994	17,023	13,035
10	8	8	10,937	9,843	14,582	13,124	17,079	13,086
11	8	8	11,046	9,942	14,728	13,255	17,136	13,136
12	8	8	11,157	10,041	14,876	13,388	17,193	13,188
13	8	8	11,268	10,141	15,024	13,522	17,251	13,240
14	8	8	11,381	10,243	15,175	13,657	17,309	13,292
15	8	8	11,495	10,345	15,326	13,794	17,368	13,345

2. kompensacja mocy biernej (współczynnik mocy cosϕ = 0,9)

Rok	Moc	Moc awaryjna	GPZ A		GPZ B		Z kompensacją cos=0,9
														GPZ Nowy 1XTr.16MVA
	MW	MW	MVA	MW	MVA	MW	MVA	MW
1	0,5	0	10,000	9,000	13,333	12,000	5,704	5,150
2	0,5	0	10,100	9,090	13,467	12,120	5,756	5,197
3	2	2	10,201	9,181	13,601	12,241	7,421	6,743
4	5	5	10,303	9,273	13,737	12,364	10,700	9,791
5	8	8	10,406	9,365	13,875	12,487	13,979	12,839
6	8	8	10,510	9,459	14,013	12,612	14,032	12,887
7	8	8	10,615	9,554	14,154	12,738	14,087	12,936
8	8	8	10,721	9,649	14,295	12,866	14,142	12,985
9	8	8	10,829	9,746	14,438	12,994	14,197	13,035
10	8	8	10,937	9,843	14,582	13,124	14,253	13,086
11	8	8	11,046	9,942	14,728	13,255	14,309	13,136
12	8	8	11,157	10,041	14,876	13,388	14,366	13,188
13	8	8	11,268	10,141	15,024	13,522	14,424	13,240
14	8	8	11,381	10,243	15,175	13,657	14,482	13,292
15	8	8	11,495	10,345	15,326	13,794	14,541	13,345

Z analizy obciążenia w poszczególnych latach wynika, że już w pierwszy roku pracy konieczna jest wymiana transformatorów w GPZ A na nowe jednostki o mocy 16 MVA, aby zapewnić 100% rezerwę zasilania.

W zależności od tego czy nowy odbiór będzie pracował z cosϕ = 0,7, czy zostanie zastosowana kompensacja mocy biernej do poziomu współczynnika mocy dyrektywnego cosϕ = 0,9 należy zastosować różne jednostki transformatorów. Jeśli będzie to praca bez kompensacji należy zastosować transformator o mocy 25 MVA, natomiast w przypadku zainstalowania baterii kondensatorów moc transformatora jaki będzie mógł pokryć zapotrzebowanie mocy wynosi 16 MVA.

Dane techniczne transformatorów:

Decydujemy na zainstalowanie transformatora o mocy 25 MVA lub 16 MVA w zależności od wybranego wariantu produkcji EMIT - Zakłady Wytwórcze Maszyn Elektrycznych i Transformatorów

Dobór baterii kondensatorów i ich dane znamionowe:

Dobór linii kablowych:

Ze względu na zapotrzebowanie, warunki zwarciowe oraz dopuszczalny spadek napięcia dobieramy następujące linie kablowe zasilające odbiór z GPZ.

1. Wybudowanie dwutransformatorowegom GPZ na potrzeby zasilania nowego odbioru.

Wariant ten przewiduje wybudowanie nowego GPZ, którego zadaniem będzie zasilanie nowego odbioru i przejęcie części mocy z istniejących GPZ. Ponieważ wymagane jest 100 % rezerwowanie zapotrzebowania mocy decydujemy się na rozwiązanie GPZ jako dwutransformatorowego zasilanego dwustronnie w układzie H-4. Należy więc rozważać budowę dwóch niezależnych linii napowietrznej 110 kV o długości 2 km.




Przy takim zasilaniu nowego odbioru zapotrzebowanie mocy wraz z przejęciem części mocy z istniejących GPZ, w kolejnych 15 latach kształtuje się następująco:

4. Kosztorysy wybranych wariantów

Gospodarka Elektroenergetyczna

© Copyright by W. Bogusz, M. Janocha, M. Kozik, Kraków 2002 Strona 9

GPZ A

GPZ B

Nowy odbiór

Nowy GPZ wraz z odbiorami

GPZ B

GPZ A

Linia 110kV

Linie 15kV

Linia 110kV

Nowy GPZ wraz z odbiorem

GPZ B

GPZ A

---