Электрический расчет схемы двухстороннего питания сети напряжением 10 кВ

Надежность электроснабжения при магистральной схеме питания можно повысить, если применять кольцевую магистраль с двухсторонним питанием. В этом случае магистраль начинается и заканчивается на шинах одного и того же пункта питания. Схемы двухстороннего питания имеют ряд преимуществ перед разомкнутыми. Во-первых, в случае двухстороннего питания повышается надежность электроснабжения и исключается пауза в подаче питания. Во-вторых, уменьшаются потери напряжения, активной мощности и электроэнергии: в замкнутых контурах сети автоматически устанавливается потокораспределение в соответствии с законами Кирхгофа, естественным образом стремящееся к минимальным потерям. В-третьих, такая сеть обладает высокой гибкостью управления. Трудности расчета замкнутых сетей обусловлены, прежде всего, наличием замкнутых контуров в схемах. Без специального расчета невозможно даже ориентировочно представить распределение потоков мощности по отдельным ветвям сети, а ведь именно потокораспределение обусловливает потери напряжения. Дополнительную трудность вносит нелинейный характер нагрузок.

Электрический расчет схемы двухстороннего питания сети напряжением 10 кВ необходимо начать с составления расчетной схемы в соответствии с рис. 6. Схему следует привести в расчетно-пояснительной записке на листе формата А4 в масштабе.

На расчетной схеме кроме длины участков необходимо указать суммарные мощности нагрузок S_ТП1 — S_ТП3 подстанций с учетом потерь мощности? S_ТП1 — ?S_ТП3 в трансформаторах, а также суммарные мощности нагрузок подстанций с учетом потерь в трансформаторах.

Как было сказано выше, сложность расчета кольцевых (замкнутых) схем питания заключается в том, что невозможно сразу определить точку сети, до которой будет максимальное падение напряжения (при одностороннем питании максимальные потери напряжения всегда будут до наиболее удаленного приемника энергии). Такая точка получила название точки раздела (или потокораздела) мощности. В общем случае точки раздела мощности для активной и реактивной мощностей могут не совпадать (одни потребители могут потреблять больше активной мощности, другие — реактивной).

Рис. 6 Расчетная схема двухстороннего питания сети 10 кВ

Последовательность расчета кольцевых схем следующая:

«разрезать» схему по пункту питания (в нашем случае — ГПП), в результате чего она преобразуется в схему двухстороннего питания с двумя условными источниками питания, у которых напряжения равны по модулю и совпадают по фазе;

после преобразования схемы найти распределение потоков мощности между двумя условными источниками питания (определить точки раздела мощностей);

разбить схему по точке раздела, в результате чего получится две схемы одностороннего питания (если точки раздела активной и реактивной мощностей совпадают) или четыре (если точки раздела не совпадают);

найти эквивалентный ток для каждой из полученных схем одностороннего питания и для наибольшего тока определить экономическое сечение, которое необходимо проверить по условиям потерь и отклонения напряжения в нормальном и аварийном режимах.

Расстояние от ГПП до ТП3 определяется по формуле, км:

. (31).

Схема разбивается по источнику питания ГПП, в результате чего получается схема двухстороннего питания с условными источниками 1 и 2 (рис. 7).

Рис. 7 Схема двухстороннего питания с условными источниками 1 и 2

Распределение мощностей между источниками 1 и 2 при прочих равных условиях обратно пропорционально зависит от расстояния между подстанциями и этими источниками. Мощности, потребляемые нагрузкой от условных источников 1 и 2, можно определить по формулам:

(33).

(34).

(35).

где P_ТП1 — P_ТП3, Q_ТП1 — Q_{ТП 3} — мощности, потребляемые первой — третьей подстанциями, с учетом потерь в трансформаторах.

Если мощности, потребляемые нагрузкой от условных источников, определены правильно, то должны выполняться условия:

(36).

(37).

Точка потокораздела активной мощности определяется следующим образом: из мощности P₁ вычитается сначала мощность P_ТП1 подстанции ТП1, затем — сумма мощностей (P_ТП1+P_ТП2) подстанций ТП1 и ТП2 и т. д. до тех пор, пока разность не получится отрицательной. У подстанции, разность мощностей которой будет отрицательной, и будет находиться точка раздела потоков активной мощности. Это значит, что данная подстанция получает питание с двух сторон: часть мощности она потребляет слева (получившаяся положительная разность), а часть — справа (отрицательная разность). Разобьем схему, изображенную на рис. 7, по этой подстанции и получим две схемы с односторонним питанием, на которые для каждого участка нанесена активная мощность (рис. 8). Например, на рис. 8 точка раздела потоков активной мощности находится у подстанции ТП3.

Рис. 8 Расчетная схема с точкой раздела потоков активной мощности у подстанции ТП3

Точка раздела реактивной мощности определяется аналогично.

Точки раздела потока мощности в большинстве случаев не совпадают, поэтому в общем случае необходимо рассчитать четыре схемы. При этом в двух схемах за положительное направление будет принято направление активной мощности, в двух других — реактивной. Расчетная схема получается путем наложения всех схем друг на друга.

Для определения сечения проводов необходимо рассчитать эквивалентные токи для всех четырех схем по формуле (22) и выбрать максимальный. Суммарные мощности S_У1 — S_У3 и токи I₁ — I₃ рассчитываются по формулам (15 — 20).

Экономическое сечение провода определяется по формуле (21), выбирается провод ближайшего большего сечения с соответствующими параметрами, и выполняется проверка провода по потере напряжения для каждой из схем по формулам (23 — 25) в нормальном режиме работы, исходя из того, что потери напряжения до наиболее удаленной точки сети определяются как сумма потерь напряжения на всех участках.

Выбранное сечение провода также проверяется по потере напряжения в аварийном режиме, т. е. когда одна из линий отключена. На практике наиболее сложным будет режим при отключении одной из головных линий (между ГПП и ТП1 длиной l₁ или между ГПП и ТП3 длиной l₄). Необходимо определить, по какому из участков передается большая мощность в нормальном режиме и в качестве наиболее сложного аварийного режима следует принять тот, когда из строя вышел именно этот участок. Допустим, что вышел из строя участок между ГПП и ТП1, тогда все потребители будут питаться через головной участок l₄ кольца схемы (см. рис. 6). Исходя из этого предположения далее определяются потери напряжения от ГПП до ТП1.

Если условие (25) не выполняется для какого-либо из режимов, то необходимо увеличить сечение провода и проверку повторить.

Проверка выбранного сечения провода по установившемуся отклонению напряжения выполняется так же, как и для схемы одностороннего питания.

Окончательно принимается сечение провода, проходящее по всем условиям проверки.