Расчет установившегося режима электрической сети

1. Исходные данные

2. Составление схемы замещения линий электропередачи и расчёт их параметров

3. Расчет параметров схемы замещения трансформаторов

4. Составление схемы замещения всего участка электрической сети

5. Расчёт перетоков мощности в линиях

6. Составление баланса мощностей в схеме

7. Распределение напряжений в схеме

8. Регулирование напряжения на стороне 10,5 кВ подстанции

9. Выводы по курсовом проекту

10. Список литературы

1. Исходные данные Рис. 1. Исходная схема электрической сети Рассмотренный участок электрической сети получает электроэнергию с шин высокого напряжения 150 кВ центра питания ЦП-1, т. е. понижающей подстанции энергосистемы. В состав участка электрической сети входят четыре одноцепных воздушных ЛЭП-185 кВ, которые связывают источник питания ЦП-1 с узлами потребления электроэнергии 2,3,4, в которых задана мощность нагрузки соответствующего узла Sн2, Sн3, Sн4. Линии ЛЭП-2, ЛЭП-3 и ЛЭП-4 образуют кольцевую сеть для повышения надёжности питания нагрузочных узлов.

Приведём таблицу 1 исходных данных.

Таблица 1

Исходные данные

2. Составление схемы замещения линий электропередачи и расчёт их параметров Схема замещения каждой воздушной ЛЭП (150кВ), имеет вид П-образной схемы:

Рис. 2. Схема замещения ЛЭП Активной проводимостью в схеме замещения пренебрегаем, т.к. сечение фазных проводов превышает минимально допустимые сечения по ПУЭ, при которых явление общей короны не наблюдается.

Приведём в таблице 2 параметры фазного провода заданных ЛЭП.

Таблица 2

Параметры проводов

Для всех ЛЭП выбираем одноцепную железобетонную, промежуточную, свободностоящую опору, типа ПБ 150−1. Геометрия расположения проводов на опоре и расстояния приведены в таблице 3.

Таблица 3

Технические данные опор

Определяем расстояния между фазными проводами DAB, DBC, DAC и средние геометрические расстояния между фазными проводами Dср (для всех воздушных линий одинаковы):

м;

м;

= 2,5+4 = 6,5 м;

м.

Определим погонные параметры и параметры схемы замещения всех воздушных ЛЭП.

Фазные провода ЛЭП не имеют расщепления, поэтому эквивалентный радиус фазы равен расчетному радиусу провода: .

ЛЭП-1.

Ом/км, (1)

(2)

где длина линий 1.

ЛЭП-2

Ом/км, ЛЭП-3

Ом/км, ЛЭП-4

Ом/км, В расчётах режимов работы сети обычно учитывается не емкостная проводимость, а зарядная мощность, которая генерируется линией. Она определяется по следующей формуле:

. (3)

Так как напряжение в начале ЛЭП-1 задано кВ, то:

МВАр, Так как в узле 2 напряжение неизвестно примем его равным номинальному значению кВ. В результате получим:

МВАр.

ЛЭП-2:

МВАр.

ЛЭП-3:

МВАр.

ЛЭП-4:

МВАр.

Результаты расчёта параметров схем замещения всех ЛЭП:

Таблица 4

Параметры схем замещения всех ЛЭП

3. Расчёт параметров схемы замещения трансформаторов На подстанции ПС-3 установлены два двухобмоточных трансформатора типа: ТРДН -32 000/158/11. Нагрузка включена на стороне низкого напряжения — 11 кВ. Схемы замещения трансформаторов имеет вид:

Рис. 3. Схема замещения двух трансформаторов Параметры схемы замещения определяются по каталожным данным, которые применяются из справочника.

Таблица 5

Параметры трансформатора

Расчётные формулы для определения параметров схемы замещения имеют вид:

МВт,

МВАр,

МВт,

МВАр.

В результате в схему замещения всего заданного участка электрической сети вместо двухобмоточных трансформаторов вводится следующая расчётная схема:

Рис. 4. Упрощенная схема замещения двух трансформаторов

4. Составление схемы замещения всего участка электрической сети Рис. 5. Схема замещения электрической цепи

Примечание: все сопротивления в Ом, реактивные (зарядные) мощности в МВАр, а мощности нагрузки в МВА.

5. Расчёт перетоков мощности в линиях ЛЭП-2, -3, -4 образуют кольцевую сеть. Для её расчёта необходимо определить эквивалентные расчётные нагрузки на шинах отдельных подстанций (ПС-2, ПС-3, ПС-4). Такой расчётный метод позволяет избавиться от поперечных элементов в схемах замещения, что резко упрощает расчёт.

1) Определим расчётную нагрузку ПС-3.

Рис. 6. ПС-3

Так как нагрузка задана на стороне НН (10 кВ), то для определения эквивалентной расчётной нагрузки на стороне ВН (150 кВ), необходимо найти потери в трансформаторах ПС-3 и сложить их с нагрузкой. Потери в трансформаторах состоят из нагрузочных потерь, при протекании тока по обмоткам и потерь ХХ (в стали трансформатора).

Нагрузочные потери определяются по следующей формуле:

.

Полные потери в трансформаторе:

Заносим полученный результат в таблицу баланса мощностей в графу «потери мощности в трансформаторах».

Расчётная эквивалентная нагрузка в узле 3 включает в себя нагрузку, потери в трансформаторах и зарядные мощности ЛЭП-2 и ЛЭП-4:

Рис. 7. Эквивалентный узел 3

2) Определим расчётную нагрузку узла 4.

Рис. 8. Узел 4

Для замены нескольких нагрузок на одну эквивалентную применим первый закон Кирхгофа для мощностей.

МВА.

В результате получаем кольцевую сеть следующего вида:

Рис. 9. Кольцевая схема Для расчёта перетоков мощности в кольцевой сети используются методы расчёта из теоретической механики. Разрежем схему по питающему узлу:

Рис. 10. Разрезанная кольцевая схема Для расчёта применяется метод итераций.

Рассматриваем нулевую итерацию расчёта, т. е. предполагается, что все напряжения в узлах равны номинальному: U₂⁽⁰⁾= U₃⁽⁰⁾= U₄⁽⁰⁾= U_ном.=150 кВ. При этом отсутствуют потери мощности на участках кольцевой схемы и падения напряжений.

Так как все линии кольца имеют провода одинаково сечения, то расчёт распределения мощностей в кольцевой сети производится по длинам линий.

Определим неизвестные мощности S₂₄ и S₂₃ по методу моментов. Запишем выражение моментов для узла 2', приняв нагрузки в узлах 3, 4, как силы, приложенные к балкам с плечами, , .

?. (4)

МВА.

Так как расчёт ведётся в нулевом приближений с пренебрежением потерь мощности, то перенесём найденную мощность в узел 3. По 1 закону Кирхгофа для мощностей определим мощность на участке 43:

МВА.

МВА.

Для проверки правильности решения определим по уравнению моментов:

МВА.

Получили аналогичный результат, что подтверждает правильность расчёта.

Отобразим распределение мощностей на рисунке 11.

Рис. 11. Точка раздела мощностей Узел 3 является точкой раздела мощностей.

Рассмотрим первое приближение итерационного метода, т. е. будем учитывать потери мощности на отдельных участках кольцевой схемы считая напряжение в узлах равные номинальному.

Разрежем схему ещё раз в точке потока раздела. В результате получаем 2 схемы следующего вида:

1) участок 2−3

Рис. 12. Правая часть схемы Примем .

а) Определим потери мощности на участке 2−3 отдельно для активной и реактивной составляющих.

Заносим найденные потери в таблицу баланса мощностей в графу «Потери мощности в ЛЭП-2».

б) Определим мощность в начале участка 2−3.

МВА.

2) переходим к расчёту второй части разрезанной схемы.

Рис. 13. Левая часть схемы Примем .

а) Определим потери мощности на участке 4−3 отдельно для активной и реактивной составляющих.

Заносим найденные потери в таблицу баланса мощностей в графу «Потери мощности в ЛЭП-4».

б) Определим мощность в начале участка 4−3.

МВА.

в) Определим по закону Кирхгофа для мощностей:

МВА.

г) Определим потери мощности на участке 2−4.

Заносим найденные потери в таблицу баланса мощностей в графу «Потери мощности в ЛЭП-3».

Определим мощность в начале ЛЭП-3, участка 2−4:

МВА.

Рассмотрим более подробно узел 2:

Рис. 14. Узел 2

Определим расчётную нагрузку узла 2:

МВА.

Расчёт режима работы ЛЭП-1.

Рис. 15. ЛЭП-1

Определим потери мощности активной и реактивной мощности в ЛЭП-1.

Заносим найденные потери в таблицу баланса мощностей в графу «Потери мощности в ЛЭП-1».

Определим мощность в начале линии.

МВА.

Определим мощность поступающую в рассматриваемый участок электрической сети с шин питающей подстанций ЦП-1. По первому закону Кирхгофа для мощностей:

МВА.

6. Составление баланса мощностей в схеме Активная и реактивная мощности поступают в рассматриваемую схему с шин-150кВ ЦП-1. В числе источников реактивной мощности, необходимо также учесть ЛЭП-150 кВ. Потребителями мощности в схеме являются нагрузки подстанций ПС-2, ПС-3, ПС-4. В графе потребители мощности, необходимо также учитывать потери мощности в ЛЭП и в трансформаторах.

Таблица 6

Баланс активных и реактивных мощностей рассматриваемого участка

7. Распределение напряжений в схеме а) ЛЭП-1

Рис. 16. Падение напряжения на линии 1

Для определения напряжения, в конце линии (в узле 4), необходимо определить 2 составляющих падения напряжения:

1) продольную составляющую, которая совпадает по направлению с осью действительных величин;

2) поперечную составляющую, которая совпадает с осью мнимых величин.

Расчётные формулы имеют вид:

. (5)

В выражении (5), продольная составляющая падения напряжения имеет вид:

Поперечная составляющая падения напряжения имеет вид:

В результате получаем:

.

кВ.

Строим векторную диаграмму напряжения. Векторную диаграмму напряжения в едином масштабе строить практически нереально, т.к. падение напряжения незначительны. В технической литературе и курсовых работах разрешается строить векторные диаграммы приблизительно. Совместим с действительной осью.

Рис. 17. Векторная диаграмма б) ЛЭП-3.

Рис. 18. Падение напряжения на линии 3

Расчётные формулы имеют вид:

.

.

кВ.

в) ЛЭП-2

Рис. 19. Падение напряжения на линий 2

Расчётные формулы имеют вид:

.

.

кВ.

г) ЛЭП-4

Рис. 20. Падение напряжения на линии 4

Расчётные формулы имеют вид:

.

.

кВ.

Проверим правильность расчёта. Для этого определим:

?E = = < 0,5,

следовательно, вводить уравнительную ЭДС нет необходимости.

8. Регулирование напряжения на стороне 10,5 кВ подстанции Для максимального режима требуется, чтобы на стороне низкого напряжения было напряжение близкое к 10,5 кВ. Известны каталожные данные трансформатора: кВ; кВ; ?.

Запишем уравнение связи:

Из уравнения. Следовательно, чтобы получить напряжение 11 кВ, необходимо поставить отпайку +1.

9. Выводы по курсовому проекту электрический сеть напряжение подстанция В соответствии с выданным заданием выбраны опоры воздушных ЛЭП, составлена полная расчётная схема замещения всего участка сети, включающая линии электропередачи и трансформаторы.

Выполнены расчёты потоков мощности для всех линий сети, включая кольцевую схему, составлен баланс активных и реактивных мощностей по результатам расчётов. Погрешность в расчётах составляющих потребления и генерации приблизительно равна 0, что говорит о хорошей точности расчётов. Потери активной мощности в схеме составили величину приблизительно 1,82% от поступающей в сеть со стороны ЦП — 1 мощности.

Произведён расчёт распределения напряжений в линиях.

Выполнен расчёт регулирования напряжения на стороне 10,5 кВ подстанции. Согласно ему, чтобы получить напряжение 10,5 кВ, необходимо поставить отпайку +1.

Таким образом, выполнены расчёты всех заданных параметров, установившегося режима работы участка сети.

1) Справочник по проектированию электроэнергетических систем, под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро, г. Москва, Энергоатомиздат, 1985 г.

2) Справочник по электрическим установкам высокого напряжения, под редакцией И. А. Баумштейна.