Методы расчета режимов сети

Аннотация В курсовой работе предлагается самостоятельно выполнить расчёт установившегося нормального режима электрической сети «вручную» и с применением персональной вычислительной техники, что поможет освоить методы расчёта режимов сети, развить навыки в составлении схем замещения и определении параметров элементов электрических сетей.

Содержание Введение

1. Расчёт параметров схем замещения воздушных линий электропередач.

2. Расчёт параметров автотрансформаторов

3. Расчёт приведённой мощности на понижающей п/ст 4.

4. Расчёт приведённой мощности на п/ст 5

5. Упрощённая схема замещения электрической сети

6. Расчёт установившегося режима электрической сети

6.1 Расчёт потоков мощности в электрической сети

6.2 Расчёт потокораспределения в кольцевой сети

7. Расчёт напряжений на подстанциях

8. Карта режима сети.

Введение

Одним из основных разделов курса «Передача и распределение электрической энергии», подлежащих изучению, являются методы расчёта установившихся режимов электрических сетей. Различают нормальные и послеаварийные установившиеся режимы. В этих режимах рассчитывается потокораспределение по участкам сети. Знание потокораспределения даёт возможность определить потери мощности в сети, напряжения в различных узлах системы и по полученным результатам оценить выполнение ряда технических условий.

Для выполнения расчётов реальной электрической системе ставится в соответствие схема замещения. Схемы замещения современных сложных электроэнергетических систем содержат десятки и даже сотни узлов и ветвей. При анализе режимов работы таких систем и разработке алгоритмов их расчёта на ЭВМ используются аппарат матричной алгебры, теория графов и современные численные методы решения систем уравнений.

Для простых электрических сетей с небольшим числом контуров и узлов расчёты установившихся режимов обычно проводят «вручную» или на ЭВМ, ограничиваясь одной, двумя итерациями. Практика показывает, что во многих случаях этих приближений вполне достаточно.

В курсовой работе предлагается самостоятельно выполнить расчёт установившегося нормального режима электрической сети «вручную» и с применением персональной вычислительной техники, что поможет освоить методы расчёта режимов сети, развить навыки в составлении схем замещения и определении параметров элементов электрических сетей.

1. Расчёт параметров схем замещения воздушных линий электропередач Воздушные линии электропередач напряжением 110кВ и выше длинной до 300 км обычно представляют П-образной схемой замещения изображённой на рисунке 2.

Рис. 2. П-образная схема замещения ЛЭП.

rлактивное сопротивление учитывает потери активной мощности на нагрев провода.

xлиндуктивное сопротивление учитывает реактивную мощность расходуемую на создание внешнего магнитного поля вокруг проводника и магнитного поля замыкающегося в проводе.

gлактивная проводимость учитывает потери активной мощности на корону.

bлемкостная проводимость учитывает ёмкости между проводами разных фаз и ёмкость провод-земля.

При выполнении проектных расчётов установившихся нормальных режимов сетей с напряжениями до 220 кВ допустимо использовать упрощенные схемы замещения (рис. 3), в которых погонные ёмкостные проводимости заменяют погонными зарядными мощностями соответствующих линий Qci.

Найдём активное сопротивление линии 1 rл1.

где

r0- погонное активное сопротивление провода, r0=0,09 Ом/км,

l1- длина линии, l1=80 км.

rл1=7,2 Ом.

Так как линия двух цепная, то эквивалентное активное сопротивление линии 1 r1э найдём по формуле:

r1э= ,

где nколичество цепей, n=2.

r1э=3,6 Ом.

Найдём индуктивное сопротивление линии 1 хл1.

где

— погонное индуктивное сопротивление

где

— среднегеометрическое расстояние между проводами фаз.

=

Так как расположение проводов на опоре по вершинам треугольника, то =7 м.

dдиаметр алюминиевого провода, d=24мм.

Хл1=33,12 Ом.

Найдём эквивалентное индуктивное сопротивление

16,56 Ом.

Найдём емкостную проводимость линии 1 bл1.

bл1 = b0 * l1, где

b0 — погонная емкостная проводимость

b0= См/км

b0= См/км

bл1 = 219,2 См Найдём эквивалентную емкостную проводимость

b1э = bл1

b1э =438,4 См.

Найдём зарядную мощность линии 1 Qc1.

Qc1=

=220кВ — номинальное напряжение линии 1

Qc1= 10,6 МВар.

Найдём эквивалентную зарядную мощность Q1э.

Q1э = Qc1

Q1э = 21,2 МВар.

Аналогично производим расчёт параметров схем замещения остальных пяти линий электропередач, полученные данные заносим в таблицу 1.

Таблица 1. Параметры схем замещения линий передач.

Окончание таблицы 1

2. Расчёт параметров автотрансформаторов электрический сеть подстанция трансформатор В данном курсовом проекте предлагается рассчитать параметры автотрансформаторов установленных на подстанциях 1 и 2. Автотрансформаторы, как правило, устанавливаются на мощных узловых подстанциях районных сетей и предназначены для связи сетей двух номинальных напряжений.

На подстанции 1 установлены 2 автотрансформатора АТДЦТН-63 000/220/110, нагрузка на шинах среднего напряжения Р1=36МВт,

Q1=10,8МВар.

Расшифровка обозначения автотрансформаторов.

Аавтотрансформатор Ттрехфазный Дпринудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла Цпринудительная циркуляция воды и масла ненаправленным потоком масла Ттрехобмоточный Нналичие системы регулирования напряжения

63 000- номинальная мощность, кВ*А

220- класс напряжения обмотки ВН, кВ

110- класс напряжения обмотки СН, кВ.

Паспортные данные автотрансформатора.

Номинальная мощность Sном, МВА 63

Номинальные напряжения обмоток, кВ

UномВН 230

UномСН 121

UномНН 11

Напряжение короткого замыкания, %

UкВН 35

UкВС 11

UкСН 22

Потери холостого хода Рхх, кВт 37

Потери короткого замыкания Рк, кВт 200

Ток холостого хода Iх, % 0,45

При расчёте параметров автотрансформатора c используют упрощённую схему замещения. Упрощённая схема замещения автотрансформатора представляет собой трёх лучевую звезду и изображена на рисунке 4.

Рис. 4. Упрощённая схема замещения автотрансформатора.

Где rв, rc, rнактивные сопротивления обмоток высшего, среднего и низшего напряжений; хв, хс, хниндуктивные сопротивления обмоток; Pxпотери активной мощности на нагрев магнитопровода и обмоток; Qxнамагничивающая мощность.

Определение активных сопротивлений.

Суммарное активное сопротивление двух обмоток:

rв-с= = 2,66 Ом

rв=rc = = 1,33 Ом

rн= = 2,66 Ом Найдём индуктивные сопротивления.

Суммарное реактивное сопротивление пар обмоток:

Ом Ом Ом Индуктивное сопротивление каждой обмотки:

Ом Ом Ом Так как Хс меньше 0, то принимаем Хс=0.

Найдём активную и реактивную проводимости.

См См См Найдём эквивалентные сопротивления:

Ом Ом Ом Ом Ом Ом Эквивалентные потери:

Вт Вар Если обмотка НН автотрансформатора не нагружена, то её в схеме замещения не учитывают. Схема замещения упрощается и принимает вид рисунок 5.

Рис. 5. Упрощенная эквивалентная схема замещения при отсутствии нагрузки на обмотке НН автотрансформатора.

Аналогично рассчитываем параметры АТ установленных на п/ст 2.

На п/ст 2 установлены 2 автотрансформатора марки АТДЦТН-125 000/110/10.

Паспортные данные.

Номинальная мощность Sном, МВА 125

Номинальные напряжения обмоток, кВ

UномВН 230

UномСН 121

UномНН 11

Напряжение короткого замыкания, %

UкВН 45

UкВС 11

UкСН 28

Потери холостого хода Рхх, кВт 65

Потери короткого замыкания Рк, кВт 315

Ток холостого хода Iх, % 0,4

Ом Ом Ом Ом Ом Ом МВт МВар

3. Расчёт приведённой мощности на понижающей п/ст 4

На п/ст 4 установлены 2 трансформатора ТРДН-40 000/110. Нагрузка на шинах НН Р4=42 МВт, Q4=12,6 МВар.

Расшифровка обозначения автотрансформаторов.

_ - трансформатор Т — трёхфазный Р — наличие расщеплённой обмотки Д — с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла

_ - двухобмоточный Н — наличие системы регулирования напряжения

40 000 — номинальная мощность, кВА

110 — класс напряжения обмотки ВН, кВ Паспортные данные:

Номинальная мощность Sном, МВА 40

Номинальные напряжения обмоток, кВ

UномВН 115

UномНН 11

Напряжение короткого замыкания, %

UкВН 10,5

Потери холостого хода Рхх, кВт 34

Потери короткого замыкания Рк, кВт 170

Ток холостого хода Iх, % 0,5

Для расчета параметров трансформатора используют упрощенную схему замещения рис. 6.

Рис. 6. Упрощённая схема замещения трансформатора с расщеплённой обмоткой НН.

Найдём параметры схемы замещения.

Суммарное активное сопротивление:

Ом Суммарное индуктивное сопротивление:

Ом Ом Ом Ом Ом Найдём активную и реактивную проводимости:

См Вар См Так как на п/ст 4 установлено два трансформатора, то эквивалентные параметры определяются:

Ом Ом Ом Ом Вт Вар Нагрузка на шинах НН МВт МВар Найдём потери трансформатора.

Нагрузка распределяется на оба трансформатора по 50%, тогда Вт Вт Вар Вар Вт Вар Приведённая мощность.

Вт Вар

4. Расчёт приведённой мощности на п/ст 5

На п/ст 5 установлены два трансформатора ТДТН-63 000/110, схема замещения трёхобмоточного трансформатора совпадает со схемой замещения автотрансформатора представленной на рисунке 4.

Расшифровка обозначения автотрансформаторов.

_ - трансформатор Т — трёхфазный Д — с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла Т — трёхобмоточный Н — наличие системы регулирования напряжения

63 000 — номинальная мощность, кВА

110 — класс напряжения обмотки ВН, кВ Паспортные данные.

Номинальная мощность Sном, МВА 63

Номинальные напряжения обмоток, кВ

UномВН 115

UномСН 10

UномНН 6

Напряжение короткого замыкания, %

UкВН 18

UкВС 10,5

UкСН 7

Потери холостого хода Рхх, кВт 53

Потери короткого замыкания Рк, кВт 290

Ток холостого хода Iх, % 0,5

Расчёт параметров схемы замещения.

Активные сопротивления.

Ом Ом Ом Ом Реактивные сопротивления.

Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток.

Ом Ом Ом Индуктивное сопротивление каждой обмотки.

Ом Ом Ом Так как индуктивное сопротивление обмотки среднего напряжения получилось отрицательным, то принимаем его равным нулю .

Найдём активную и реактивную проводимости.

Вар См См Нагрузка на шинах НН =95 МВт, =28.5 МВар. Мощность генерируемая ТЭЦ =120 МВт, =54 МВар. Тогда паток мощности со стороны НН:

МВт МВар Нагрузка на шинах СН, =40 МВт;, =12 МВар.

Нагрузка на стороне ВН:

МВт МВар Найдём эквивалентные параметры схемы замещения и эквивалентные потери холостого хода.

Ом Ом Ом Ом Ом Ом Вт Вар Найдём потери мощности трансформатора.

Вт Вар Мощность приведённая к шинам высокого напряжения трансформатора.

Вт Вар Так как активная мощность приведённая к шинам высокого напряжения отрицательна, а реактивная положительна, то активной мощности, генерируемой ТЭЦ, недостаточно для электроснабжения потребителей подключенных к ней. В этом случае недостающая активная мощность поступает из системы, а реактивная наоборот поступает в систему. Тогда принимая за положительное направление патока мощности из системы, поменяем знаки в приведённой мощности, и получим:

МВт МВар

5. Упрощённая схема замещения электрической сети Электрическая сеть имеет участки с разными напряжениями. Связь осуществляется через автотрансформаторы. Для расчёта режима сети желательно все элементы схемы замещения привести к одному базисному напряжению, приняв за него автотрансформатора. В упрощенной схеме указывают приведённые значения сопротивлений линий Л5 и Л6. За принимается напряжение 230 кВ, а .

Ом Ом Ом Ом

6. Расчёт установившегося режима электрической сети Найдём расчётные мощности в узлах сети.

ВА ВА ВА ВА ВА ВА ВА ВА ВА Составим расчётную схему сети.

6.1 Расчёт потоков мощности в электрической сети В первом приближении напряжения во всех узловых точках приравнивают номинальному напряжению сети и находят распределение мощности по участкам сети. Расчёт ведётся от конца к началу линии. Любой участок этих сетей представлен простейшей схемой замещения — двумя последовательно включенными активным и индуктивным сопротивлениями. Добавляя к потоку мощности у приёмного конца каждого участка потери мощности на нём, определяют значение мощности у его питающего конца. В узловых пунктах производят сложение значений мощности собственной нагрузки и потоков мощности отходящих ветвей. Расчёт продолжается до определения полной мощности, поступающей в данную сеть из пункта питания.

Поток мощности в начале линии 5.

Вт Вар Вт Вар Поток мощности в конце участка 4−5 равен потоку в начале линии 5.

Вт Вар Поток в начале участка 4−5.

Вт Вар Вт Вар Поток в начале линии 6.

Вт Вар Вт Вар Поток мощности в конце участка 7−9 равен потоку в начале линии 6.

Вт Вар Поток в начале участка 7−9.

Вт Вар Вт Вар Поток в начале участка 7−8.

Вт Вар Вт Вар Эквивалентный поток в узле 7.

Вт Вар Поток в конце участка 3−7 равен эквивалентному потоку в узле 7.

Вт Вар Поток в начале участка 3−7.

Вт Вар Вт Вар Рис. 9. Схема замещения кольцевой сети.

6.2 Расчёт потокораспределения в кольцевой сети Для расчёта потокораспределения в кольцевой сети условно разрежем её по балансирующему узлу рисунок 10.

Рис. 10. Потокораспределение в кольцевой сети.

Найдём потоки мощности из балансирующего узла по линиям Л1 и Л2.

Ом Ом Ом Ом ВА ВА Сделаем проверку.

ВА ВА Найдём точку потокораздела.

ВА ВА ВА Точкой потокораздела является узел 3 (п/ст 2).

Условно разделяем кольцевую сеть на две разомкнутые по точке потокораздела (рис.11) и находим патоки мощности для каждой разомкнутой ветви.

Рис. 11. Разомкнутая расчётная схема для кольцевой сети.

Поток мощности в начале участка 4−3.

Вт Вар Вт Вар Вт Вар Поток мощности в конце участка 1−4.

Вт Вар Вт Вар Поток мощности в начале участка 1−4.

Вт Вар Вт Вар Поток мощности в начале участка 3−2.

Вт Вар Вт Вар Вт Вар Поток мощности в конце участка 2−1.

Вт Вар Поток мощности в начале участка 2−1.

Вт Вар Вт Вар Поток мощности в базисном узле.

Вт Вар

7. Расчёт напряжений на подстанциях На втором этапе (во втором приближении) по напряжению базисного узла рассчитывают напряжения во всех остальных точках сети последовательно от базисного узла к наиболее удалённым потребителям.

Напряжение на п/ст 1 (узел 4).

Ом Ом кВ МВт МВар В

В В

Напряжение на п/ст 2 (узел 3*).

Ом Ом Вт Вар В

В В

Напряжение на п/ст 3(узел 2).

Ом Ом В

Вт Вар В

В В

Напряжение на п/ст 2 (узел 3**).

Ом Ом В

Вт Вар В

В В

В условно разделённом пункте (точке потокораздела) напряжение определяют с двух сторон, при этом могут получиться различные величины. Различие показывает, что результаты расчёта неточны. Если разница лежит в пределах заданной точности расчёта, фактическое значение напряжения в точке потокораздела определяют как среднее арифметическое из полученных. Так как напряжения на п/ст 2 получились разные, то находим среднее значение напряжения.

В Напряжение на шинах среднего напряжения п/ст 1(узел 5).

Ом Ом Вт Вар В

В В

Для определения действительных значений напряжений необходимо учесть коэффициенты трансформации автотрансформатора. Предполагается, что переключатель отпаек в устройстве РПН установлен на нулевой отпайке. Тогда напряжение на шинах среднего напряжения п/ст 1составит:

В Напряжение на п/ст 4 (узел 6).

Для сетей с поперечную составляющую падения напряжения не учитывают.

Ом Ом Вт Вар В

В Напряжение в узле 7.

Ом Ом Вт Вар В

В В

Напряжение на шинах среднего напряжения п/ст 2(узел 9).

Ом Ом Вт Вар В

В В

В Напряжение на шинах низшего напряжения п/ст 2(узел 8).

Ом Ом Вт Вар В

В В

В В

В Напряжение на п/ст 5(узел 10).

Ом Ом Вт Вар В

В

8. Карта режима сети Рис. 12. Карта режима сети.

Литература

Идельчик В. И. Электрические системы и сети. — М.: Энергоатомиздат, 1989.

Блок В. М. Электрические сети и системы. — М.: Высшая школа, 1986.

Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Под ред. С. С. Рокотяна. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

Электротехнический справочник / Под ред. В. Г. Герасимова. — М.: Энергия, 1982. — Т. 1 — 3.

Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. — 6-е изд. — М.: Энергоатомиздат, 2002.