Расчет электрической системы на основе схемы замещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Исходные данные
• 2. Схемы замещения и параметры воздушных линий электропередач
• 3. Схемы замещения и параметры автотрансформаторов
• 4. Приведённые мощности подстанций
• 4.1 Расчет приведенной мощности на понижающей подстанции
• 4.2 Расчет схемы замещения трансформаторов ТРДЦН-63
• 4.3 Расчёт приведённой мощности на электростанции
• 4.4 Расчет схемы замещения трансформаторов ТДТН-80
• 5. Упрощенная схема замещения электрической сети
• 6. Расчёт установившегося режима электрической сети
• 6.1 Расчёт потоков мощности в электрической сети
• 6.2 Расчет напряжений на подстанциях
• 7. Расчет карты режима сети
• 8. Расчет потерь мощности и энергии в сети
• Заключение
• Список литературы

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

1. Исходные данные

Рисунок 1.1 - Электрическая сеть

Таблица 1.1 - Марки проводов и сечения линий

№ Вар.	№ линии	Марка провода	Кол-во цепей	Расст. между фазами, м	Расположение проводов на опоре
2	1	АС-300/39	2	7	По вершинам -ка (бочка)
	2	АС-240/32	1	- -	Горизонтальное
	3	АС-240/32	1	- -	- -
	4	АС-300/39	1	- -	- -
	5	АС-120/19	2	4	По вершинам -ка (бочка)
	6	АС-185/29	2	4	- -

Таблица 1.2- Длины линий, км

№ варианта	l1	l2	l3	l4	l5	l6
25	100	110	55	45	20	35

Таблица 1.3- Марки (тип) трансформаторов, автотрансформаторов, нагрузки на подстанциях и мощность ТЭЦ

№ Вар.	Подстанция 1	Подстанция 2	П/ст3
30	Тип тр-ра	Кол-	P1,	Тип тр-ра	Кол-	P2н	P2с	P3
		во	МВт		во	МВт
	АТДЦТН- 63	2	20	АТДЦТН-125	2	50	100	140
	Подстанция 4	Подстанция 5	ТЭЦ
	Тип тр-ра	Кол-во	P4,	Тип тр-ра	Кол-во	P5	P6	PТЭЦ
			МВт			МВт
	ТРДН -63	2	45	ТДТН -80	2	60	90	180

2. Схемы замещения и параметры воздушных линий электропередач

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) напряжением 110 кВ и выше длиной до 300 км обычно представляются П-образной схемой замещения (рисунок 2.1) с сосредоточенными параметрами: - активное сопротивление учитывает потери активной мощности на нагрев провода, - индуктивное сопротивление определяет магнитное поле, возникающее вокруг и внутри провода, - активная проводимость учитывает затраты активной мощности на ионизацию воздуха (потери мощности на корону) и токи утечки через изоляторы, которыми для ВЛ можно пренебречь, - ёмкостная проводимость обусловлена ёмкостями между проводами разных фаз и ёмкостью провод-земля.

Рисунок 2.1 - П-образная схема замещения линии электропередачи.

В проекте предусмотрены величины сечений F воздушных линий,, исключающие возможность появления короны (для сетей , для сетей с ), поэтому активные поперечные проводимости в схемах замещения учитывать не следует.

Расчёт параметров схемы замещения начинают с определения их значений для 1 км длины линии (погонные параметры).

Погонное активное сопротивление сталеалюминевого провода при температуре 200С определяем выражением:

где - удельное электрическое сопротивление алюминия при температуре 200С, ; - расчётное поперечное сечение токопроводящей (алюминиевой) части, берётся для заданной марки провода из [3, 4];

- коэффициент, учитывающий удлинение провода из-за скрутки, .

При выполнении расчётов установившихся режимов сети отличие эксплуатационной температуры от 200С не учитывается, согласно ГОСТ 839-80.

1) линия Л1, = 301 мм2 ;

2) линия Л2, = 244мм2 ;

3) линия Л3, = 244мм2 ;

4) линия Л4, = 301мм2 ;

5) линия Л5, = 118 мм2 ;

6) линия Л6, = 181 мм2 .

Погонное индуктивное сопротивление сталеалюминевого провода рассчитываем по формуле:

,

где d - диаметр провода, d берётся для заданной марки провода из [1, 3, 4];

- среднегеометрическое расстояние между фазами, определяемое следующим выражением:

.

Здесь - расстояние между проводами фаз а, в, с.

При расположении фаз по вершинам равностороннего треугольника равно междуфазному расстоянию , при горизонтальном расположении проводов

При размещении параллельных цепей на двухцепных опорах потокосцепление каждого фазного провода определяем токами обеих цепей. Однако индуктивное сопротивление одной цепи при учёте и без учёта влияния второй цепи разнится на 5-6%, поэтому в практических расчётах вторая цепь не учитывается.

1) Линия Л1, d = 24 мм, Dср = D=6,5 м = 8,2 м

2) Линия Л2, d = 21,6 мм, Dср = D=6,5 м = 8,2 м

;

3) Линия Л3, d = 21,6 мм, Dср = D=6,5 м = 8,2 м

;

4) Линия Л4, d = 24 мм, Dср = D=6,5 м = 8,2 м

;

5) Линия Л5, d = 15,2 мм, Dср = D= 4 м

;

6) Линия Л6, d = 18,8 мм, Dср = D= 4 м

.

Погонная ёмкостная проводимость определяем выражением:

;

При выполнении проектных расчётов установившихся нормальных режимов сетей с напряжениями до 220 кВ допустимо использовать упрощенные схемы замещения (рисунке 2.2), в которых погонные ёмкостные проводимости заменяют погонными зарядными мощностями соответствующих линий :

;

1) Линия Л1

;

;

2) Линия Л2

;

;

3) Линия Л3

;

;

4) Линия Л4

;

;

5) Линия Л5

;

;

6) Линия Л6

;

;

Если передача электроэнергии осуществляется по двухцепным линиям или по двум одноцепным, то в расчётах установившихся режимов электрической сети используем эквивалентные схемы замещения. Параметры таких схем определяем как результат параллельного сложения двух одинаковых схем, составленных для каждой линии (цепи).

Рис. 2.2. - Упрощенная схема замещения линии электропередачи

Эквивалентные параметры схемы находим по следующим формулам:

Здесь l - длина линии в км; - номинальное напряжение;

n - количество параллельных линий.

1) Линия Л1

2) Линия Л2

3) Линия Л3

4) Линия Л4

5) Линия Л5

6) Линия Л6

Таблица 2.1. Параметры схем замещения линий передач

№	Исходные данные	Погонные параметры
линии	, кВ	Марка провода	Кол-во цепей	Длина, км	r0, Ом/км	x0, Ом/км	в0, 10-6 См/км
1	220	АС-300/39	2	100	0.098	0.425	2.674
2	220	АС-240/32	1	110	0.121	0.432	2.632
3	220	АС-240/32	1	55	0.121	0.432	2.632
4	220	АС-300/39	1	45	0.098	0.425	2.674
5	110	АС-120/19	2	20	0.251	0.409	2.785
6	110	АС-185/29	2	35	0.163	0.396	2.883

Окончание таблицы 2.1.

№	Расчётные параметры
линии	rлэ, Ом	xлэ, Ом	влэ, 10-4 См	, Мвар
1	4,900	17.085	5,340	28,46
2	13,31	47,52	2,890	14,00
3	6,650	23,76	1,445	7,000
4	4,410	19,125	1,203	5.800
5	2,510	4,090	1,114	1,346
6	2,850	6,930	2,018	2,440

3. Схемы замещения и параметры автотрансформаторов

Автотрансформаторы, как правило, устанавливаются на мощных узловых подстанциях районных сетей и предназначены для связи сетей двух номинальных напряжений. От шин среднего напряжения таких подстанций, обычно, получают электроэнергию целые районы с большим числом потребителей. Изображение автотрансформатора в принципиальной электрической схеме сети при наличии устройства РПН (регулирование напряжения под нагрузкой) представлено на рисунке 3.1.

Автотрансформатор (АТ) имеет последовательную обмотку (П), общую (О) и обмотку низшего напряжения (Н).

Обмотки последовательная и общая электрически соединены друг с другом и пронизываются общим магнитным потоком, тогда как обмотка низшего напряжения связана с ними только магнитной связью, что отражено на рисунке 3.1

а) б)

Рисунок 3.1 - Автотрансформатор

а - изображение автотрансформатора в электрических схемах;

б - схема соединения обмоток автотрансформатора.

Автотрансформаторы характеризуются двумя значениями мощности: номинальная - это предельная мощность, которая может быть передана со стороны высшего напряжения (), типовая - мощность последовательной обмотки (). Расчётная мощность общей обмотки также равна типовой мощности, а обмотка низшего напряжения рассчитывается на мощность меньшую или равную типовой. Связь между номинальной и типовой мощностью АТ определяется выражением , где - коэффициент выгодности автотрансформатора:

.

Чем меньше коэффициент выгодности, тем автотрансформатор более экономичен по сравнению с трёхобмоточным трансформатором. В электрических сетях с =0,25; 0,4; 0,5.

При расчёте электрических сетей автотрансформаторы учитываются схемами замещения (рисунок 3.2.). Полная схема замещения автотрансформатора имеет вид трёхлучевой звезды, где - активные сопротивления соответствующих обмоток высшего, среднего и низшего напряжений учитывают потери активной мощности на нагрев обмоток; - соответственно индуктивные сопротивления обмоток учитывают индуктивную мощность на потоки рассеяния. Намагничивающая ветвь подключается со стороны питающей обмотки, при этом - активная проводимость обусловлена потерями активной мощности на нагрев магнитопровода, а - реактивная проводимость определяет магнитный поток взаимоиндукции обмоток.



Рисунок 3.2. - Полная схема замещения автотрансформатора

Все параметры схемы замещения приведены к номинальному напряжению обмотки высшего напряжения. Для расчёта действительных значений напряжений и токов в обмотках среднего и низшего напряжений в схему включаются идеальные трансформаторы (трансформаторы без потерь мощности), которые учитывают коэффициент трансформации в режиме холостого хода.

Автотрансформаторы характеризуются следующими каталожными данными:

- номинальная мощность, МВА; - номинальные линейные напряжения соответственно обмоток высшего (ВН), среднего (СН), низшего (НН) напряжения, кВ, т.к. параметры схемы замещения отнесены к напряжению обмотки ВН, то в дальнейших расчётах , напряжения заданы при холостом ходе трансформатора; - максимальное число положительных и отрицательных по отношению к основному выводу обмотки ВН регулировочных ответвлений, - относительное значение изменения напряжения в процентах от , приходящееся на одно ответвление;

- суммарные потери короткого замыкания для двух обмоток, кВт; - напряжения короткого замыкания, %. - потери холостого хода, кВт; - ток холостого хода, %.

Для АТ проводят три опыта короткого замыкания, в каждом участвуют две обмотки. Например, при коротком замыкании на выводах обмотки СН, разомкнутой обмотке НН и подключении к источнику выводов обмотки ВН замеряются значения и при протекании по обмоткам ВН и СН номинальных токов. Следовательно, величины и отнесены к автотрансформатора. Если в опыте короткого замыкания участвует обмотка низшего напряжения, по обмоткам протекают токи, соответствующие номинальной мощности обмотки НН, т.е. типовой мощности автотрансформатора. Следовательно и - отнесены к типовой мощности, поэтому указанные величины приводят к номинальной мощности АТ;

Используя каталожные данные автотрансформатора, проводят расчёт параметров схемы замещения.

Таблица 3.1.Справочные данные выбранных автотрансформаторов

Тип	S, МВА	Uном ВН, кВ	Uном СН, кВ	Uном НН, кВ	Uк ВС, %	Uк ВН, %	Uк СН, %	Px, кВт	Pк, кВт	Ix, %
АТДЦТН- 63000/220/110	63	230	121	6,6; 11; 38,5	11,0	35,7	22	45	215	0,5
АТДЦТН- 125000/220/110	125	230	121	6; 11,0; 38,5	11,0	45	28	65	350	0,5

В справочных данных приведено одно значение потерь короткого замыкания . По нему определяем суммарное активное сопротивление двух обмоток:

Мощность обмотки высшего напряжения равна номинальной мощности автотрансформатора, а мощность обмотки низшего напряжения составляет от неё не более 50%. При наличии магнитной связи активные сопротивления в схеме замещения обратно пропорциональны мощностям соответствующих обмоток:

а для обмотки НН:

1) Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 63000/220/110

2) Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 125000/220/110

Для расчёта индуктивных сопротивлений используют напряжения короткого замыкания. Заданные в каталожных данных напряжения и предварительно должны быть приведены к номинальной мощности АТ.

и .

Если в справочниках напряжения отнесены к номинальной мощности, пересчёта делать не следует.

Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток рассчитываем по формулам:

.

А индуктивное сопротивление каждой обмотки находим из следующих выражений:

1) Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 63000/220/110

Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток:

Ом;

Ом;

Ом;

Индуктивное сопротивление каждой обмотки:

2) Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 125000/220/110

Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток:

Ом;

Индуктивное сопротивление каждой обмотки:

Если индуктивное сопротивление какой-либо обмотки отрицательно, в дальнейших расчётах его не учитываем.

Проводимости и схемы замещения вычисляем по результатам опыта холостого хода (х.х). Потребляемая в этом опыте мощность определяем параметрами цепи намагничивания:

Откуда

Намагничивающая мощность и ток хх в % равны. Так как , следовательно,

1) Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 63000/220/110

МВАр;

2) Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 125000/220/110

См;

МВАр;

См;

Для АТ с используют упрощенные схемы замещения. В таких схемах отсутствуют идеальные трансформаторы, а ветвь намагничивания учитывается потребляемой мощностью (рисунок 3.2.).

Рисунок 3.3. - Упрощенная схема замещения АТ

В схеме электрической сети промышленного района, рассчитываемой в работе, автотрансформаторы установлены на узловых подстанциях 1 и 2 и служат для связи сетей двух номинальных напряжений. Так как , то в расчётную схему сети они вводятся упрощенной схемой замещения.

Если на подстанции установлено два и более АТ, то для упрощенной схемы замещения (см. рисунок 3.3.) определяем эквивалентные параметры:

,

где n- количество АТ, установленных на подстанции.

Если обмотка НН автотрансформатора не нагружена (п/ст 1), её в схеме замещения не учитывают. Схема замещения упрощается и принимает вид (рисунок 3.4.).

Рисунок 3.4. - Упрощенная эквивалентная схема замещения при отсутствии нагрузки на обмотке НН автотрансформатора

Определим эквивалентные параметры для автотрансформаторов и нарисуем для них упрощенные схемы.

1) Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 63000/220/110

Ом; Ом;

Ом; Ом;

Ом; Ом;

МВА;

2) Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 125000/220/110

Ом; Ом;

Ом; Ом;

Ом; Ом;

МВА;

Составим схемы замещения для автотрансформаторов:

Рисунок 3.5. - Упрощённая эквивалентная схема замещения автотрансформатора АТДЦТН 125000/220/110

Рисунок 3.6. - Упрощённая эквивалентная схема замещения автотрансформатора АТДЦТН 63000/220/110

4. Приведённые мощности подстанций

Количество узлов в расчётной схеме сети можно существенно уменьшить, если на подстанциях заданную нагрузку привести к шинам высшего напряжения. Такое представление нагрузки требует учёта характеристик трансформаторного оборудования.

На понижающих подстанциях 35-330 кВ устанавливаются трёхфазные двухобмоточные трансформаторы с регулированием коэффициента трансформации без отключения трансформатора от сети (РПН). Для ограничения токов короткого замыкания обмотка низшего напряжения таких трансформаторов может быть разделена на 2 идентичных, каждая рассчитана на 50% от номинальной мощности трансформатора.

Расчет приведенной мощности на понижающей подстанции.

Изображение двухобмоточного трансформатора с расщеплённой обмоткой низшего напряжения при наличии РПН в электрической схеме сети представлено на рис. 4.1, а; его полная схема замещения на рис. 4.1, б. Две ветви схемы замещения, учитывающие потери мощности в обмотках, имеют одинаковые сопротивления: , шунт проводимостей учитывает потери в магнитопроводе.



Рисунок 4.1. - Двухобмоточный трансформатор с расщеплённой обмоткой НН и с РПН в электрической схеме сети (а), его полная схема замещения (б).

При проведении опыта КЗ обмотки низшего напряжения соединяются параллельно. При коротком замыкании на выводах этих обмоток и подключении к источнику выводов обмотки ВН замеряются и , обеспечивающее номинальный ток в обмотках.

Далее, используя формулы, рассчитывают

и , (4.1)

а т.к. обмотки НН соединены параллельно, то сопротивление каждой определяется:

(4.2)

Рассматриваемая подстанция в дальнейших расчётах может быть представлена мощностью, приведённой к шинам ВН, причём величина этой мощности определяется с использованием упрощенной схемы замещения трансформатора (рис. 4.2).

Если на подстанции подключено несколько трансформаторов (n), в схеме замещения (см. рис. 4.2) учитываются эквивалентные параметры: сопротивления уменьшаются в n раз, потери мощности в намагничивающей ветви увеличиваются во столько же раз.

Такой пересчёт необходимо провести для всех пар обмоток и далее, рассматривая обмотку Н1, как обмотку СН, Н2 как НН, рассчитывать параметры схем замещения.

Рисунок 4.2. - Упрощенная схема замещения трансформатора с расщеплённой обмоткой НН

Мощность подстанции, приведённая к шинам ВН, увеличивается по сравнению с заданной нагрузкой на величину потерь мощности в трансформаторах:

. (4.3)

Формулы, определяющие потери мощности, зависят от принятой схемы замещения.

Для схемы замещения (рис. 4.2) суммарные потери в n параллельно работающих трансформаторах составляют:

(4.4)

(4.5)

где и - суммарные нагрузки на первую и вторую обмотки НН для параллельно работающих трансформаторов, применительно к 4-й подстанции.

(4.6)

Таблица 4.1. - Паспортные данные трансформаторов

Тип тр-ра	Uвн, кВ	Uсн, кВ	Uнн, кВ	Рхх, кВт	Ркз, кВт	Iхх, %
ТРДЦН-63/110	115	-	6,3	59	260	0,6
ТДТН-80/110	115	38,5	11	82	390	0,6

Расчет схемы замещения трансформаторов ТРДЦН-63.

Произведем расчет параметров трансформатора ТРДЦН-63.

Определяем суммарное активное и реактивное сопротивления двух обмоток по формуле (4.1):

Сопротивление каждой обмотки определяем по формуле (4.2):

Так как на подстанции установлено два трансформатора, то определяем эквивалентные параметры:



Определяем и по формуле (4.6)

Определяем суммарные потери двух параллельно работающих трансформаторов по формулам (4.4) и (4.5):

Рассчитаем приведенную мощность подстанции по формуле (4.3):

Рисунок 4.3. - Упрощенная схема замещения трансформатора ТРДЦН-63.

Расчёт приведённой мощности на электростанции

Принципиальная схема трёхобмоточного трансформатора представлена на рис. 4.3, а полная схема замещения совпадает со схемой замещения автотрансформатора (см. рис.3.2).

Состав каталожных данных отличается от приведённого в п. 3 тем, что потери мощности короткого замыкания и относительные значения напряжения короткого замыкания между парами обмоток отнесены к номинальной мощности трансформатора (пересчёт не требуется).

Рисунок 4.4. - Изображение трёхобмоточного трансформатора в электрических схемах

Обычно для современных трансформаторов при равных номинальных мощностях обмоток (100%/100%/100%,) задаётся одно значение потерь короткого замыкания - . Учитывая, что при наличии магнитной связи между обмотками, отношение активных сопротивлений обмоток обратно пропорционально их мощностям, получим для определения активных сопротивлений следующие формулы:

(4.7)

(4.8)

Расчет схемы замещения трансформаторов ТДТН-80.

Произведем расчеты параметров трансформатора ТДТН-80.

Определяем активные сопротивления по формулам (4.7) и (4.8):

Находим индуктивное сопротивление каждой обмотки:

Эквивалентные параметры упрощенной схемы замещения.

Так как на подстанции установлено два трансформатора, то определяем эквивалентные параметры по формулам (3.11):

Суммарные потери в работающих трансформаторах.

Рассматриваемая в проекте электростанция (ТЭЦ) выдаёт электроэнергию на трёх уровнях напряжений: генераторном, 35кВ, и в энергосистему по линии 110кВ. Все указанные напряжения меньше 220кВ, поэтому в расчётах электростанция может быть представлена приведённой мощностью на шинах ВН. Если за положительное принять направление мощности, генерируемой на станции, то распределение потоков мощности по обмоткам в эквивалентной упрощенной схеме замещения трансформаторов, установленных на ТЭЦ, соответствует представленному на рис. 4.5.

Потери мощности в обмотках не зависят от направления потоков мощности и для схемы замещения (рис. 4.4) суммарные потери в n работающих трансформаторах по приближённым формулам составят:

(4.9)

(4.10)

где - суммарные нагрузки на обмотках высшего, среднего и низшего напряжений для n трансформаторов.

Указанные нагрузки применительно к подстанции 5 составляют:

(4.11)



Рисунок 4.5. - Упрощенная эквивалентная схема замещения трёхобмоточного трансформатора.

Приведённая мощность подстанции, определяется:

(4.12)

Если полученная в результате расчёта положительна (), то ТЭЦ по линии 110кВ выдаёт мощность в сеть (является вторым по отношению к балансирующему узлу (Б) источником мощности). Если отрицательна (),то мощности, генерируемой станцией, недостаточно для электроснабжения потребителей, подключенных к этой станции. В этом случае недостающая мощность поступает из системы (из Б) и подстанция рассматривается как нагрузка.

Проведённые для линий передач и подстанций расчёты позволяют составить упрощенную схему замещения электрической сети.

Определяем нагрузки применительно к подстанции 5 по формулам (4.11):

Определяем суммарные потери двух работающих трансформаторов по формулам (4.9) и (4.10):

Приведенная мощность подстанции.

Определяем приведённую мощность подстанции по формуле (4.12):

Так как полученная в результате расчёта положительна, то ТЭЦ по линии 110 кВ выдаёт мощность в сеть (является вторым по отношению к балансирующему узлу (Б) источником мощности).



Рисунок 4.6.- Упрощённая эквивалентная схема замещения трёхобмоточного трансформатора ТДТН-80.

5. Упрощенная схема замещения электрической сети

В однолинейную схему замещения электрической сети линии передачи вводятся П-образными схемами; автотрансформаторы и трёхобмоточные трансформаторы - трёхлучевыми схемами с подключением намагничивающей ветви со стороны питающей обмотки; двухобмоточные трансформаторы учитываются Г-образными схемами, а двухобмоточные трансформаторы с расщеплёнными обмотками - как трёхобмоточные или содержат в схеме замещения два луча и намагничивающую ветвь со стороны питающей обмотки.

Составляя схему замещения для рассматриваемой в дипломной работе электрической сети, необходимо учесть:

Тупиковые подстанции задаются приведёнными значениями мощности;

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:

1) Линия Л5

2) Линия Л6

За принимается напряжение 230 кВ, а , т.е. переключатель ответвлений установлен на нулевой отпайке.

Со стороны низшего напряжения автотрансформатора подстанции 1 нагрузки нет, поэтому в расчётной схеме не учитывают сопротивления , а участки схемы замещения, определяющие параметры обмоток высшего и среднего напряжений соединяются последовательно.

На схеме (рисунок 5.1.) все параметры должны быть представлены числовыми значениями.



Рисунок 5.1.- Упрощённая схема замещения электрической сети

6. Расчёт установившегося режима электрической сети

Перед выполнением расчёта определяем расчётные нагрузки в узлах и составляем расчётную схему замещения. Конфигурация и параметры расчётной схемы полностью соответствуют упрощенной схеме замещения, а расчётные определяем последующим формулам:

Рис. 6.2 Расчётная схема сети

Расчёт потоков мощности в электрической сети.

Приведение к кольцевой схеме сети.

Добавляя к потоку мощности у приёмного конца каждого участка потери мощности на нём, определяем значение мощности у его питающего конца. В узловых пунктах производим сложение значений мощности собственной нагрузки и потоков мощности отходящих ветвей. Расчёт продолжаем до определения полной мощности, поступающей в данную сеть из пункта питания. Для каждого участка в соответствии с принятыми на схеме обозначениями (рис. 6.3) используем следующие расчётные формулы:

; (6.1)

; (6.2)

(6.3)

(6.4)

Рисунок 6.2. - Потокораспределение для участка электрической сети.

Мощность в начале n - го участка:

(6.5)

Мощность в конце (n-1) - го участка:

(6.6)

Рассмотрим распределительную магистраль с узлами 3-7-9:

1.

2.

3.

4.

Рассмотрим разветвлённую магистраль с узлами 2-5-6-8-10:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Рисунок 6.3. - Кольцевая схема цепи.

Расчет кольцевой схемы сети.

Рассчитываем кольцевую схему сети, разрезая её по балансирующему узлу Б (рис. 6.4).

Рисунок 6.4. -Кольцевая схема цепи, разрезанная по балансирующему узлу

Сначала находим распределение потоков мощности в сети без учёта потерь в зависимости от нагрузок и полных комплексных сопротивлений ветвей сети, входящих в кольцо; определяем точку потокораздела в соответствующем узле схемы и потоки мощности, поступающие в неё с двух сторон:

(6.7)

Производим проверку и рассчитываем остальные потоки по балансу мощности для узлов сети.

Производим проверку:

Рисунок 6.5. -Потокораспределение в кольцевой сети.

В результате расчёта получена одна точка потокораздела в узле 4 для активной и реактивной мощности, сеть условно делится по ней на две разомкнутые. Нагрузка в конце каждой разомкнутой сети определяется потоком мощности, поступающей по соединённой с ней линии (рис. 6.6)

Рисунок 6.6. - Разомкнутые расчётные схемы для кольцевой сети.

Потери мощности в линии 2-4':

Поток мощности в начале линии 2-4':

Поток мощности в конце линии 3-2:

Потери мощности в линии 3-2:

Поток мощности в начале линии 3-2:

Поток мощности в конце линии А-3:

Потери мощности в линии А-3:

Поток мощности в начале линии А-3:

Поток мощности, подведённый к узлу А:

Потери мощности в линии Б-4'':

Поток мощности в начале линии Б-4'':

Поток мощности, подведённый к узлу Б:

Мощность балансирующего узла :

Расчет напряжений на подстанциях.

Расчет напряжений в узлах и потери напряжений в линиях кольцевой сети.

По напряжению базисного узла рассчитываем напряжения во всех остальных точках сети последовательно от базисного узла к наиболее удалённым потребителям.

(6.2.1)

Напряжение в узле j:

(6.2.2)

и его модуль:

(6.2.3)

Если на ветви поток мощности направлен от узла j в узел (j-1), то

(6.2.4)

(6.2.5)

Продольная составляющая падения напряжения на линии А-3:

Поперечная составляющая падения напряжения на линии А-3:

Напряжение в узле 3:

Модуль напряжения в узле 3:

Продольная составляющая падения напряжения на линии 3-2:

Поперечная составляющая падения напряжения на линии 3-2:

Напряжение в узле 2:

Модуль напряжения в узле 2:

Продольная составляющая падения напряжения на линии 2-4':

Поперечная составляющая падения напряжения на линии 2-4':

Напряжение в узле 4':

Модуль напряжения в узле 4':

Продольная составляющая падения напряжения на линии Б-4'':

Поперечная составляющая падения напряжения на линии Б-4'':

Напряжение в узле 4'':

Модуль напряжения в узле 4'':

Разница между напряжениями в узлах 4' и 4'':

Среднее значение напряжение в узле 4:

Разница между полученными с двух сторон напряжениями в точке (узле) потокораздела не превышает 2% от . Следовательно, можно приступить к расчёту напряжений на магистральных ответвлениях.

Расчет напряжений в узлах распределительной магистрали.

Рассчитаем падение напряжений на магистрали, идущей от узла 2.

Продольная составляющая падения напряжения ветви 2-7:

Поперечная составляющая падения напряжения ветви 2-7:

Напряжение в узле 7:

Модуль напряжения в узле 7 с учетом коэффициента трансформации:

Продольная составляющая падения напряжения ветви 7-9:

Напряжение в узле 9:

Приведение к среднему напряжению:

Модуль напряжения в узле 9 с учетом коэффициента трансформации:

Расчет напряжений в узлах разветвленной магистрали.

Рассчитаем падение напряжений на магистрали, идущей от узла 4.

Продольная составляющая падения напряжения ветви 4-5:

Поперечная составляющая падения напряжения ветви 4-5:

Напряжение в узле 5:

Модуль напряжения в узле 5:

Продольная составляющая падения напряжения ветви 5-6:

Поперечная составляющая падения напряжения ветви 5-6:

Напряжение в узле 6:

Модуль напряжения в узле 6 с учетом коэффициента трансформации:

Продольная составляющая падения напряжения ветви 5-8:

Поперечная составляющая падения напряжения ветви 5-8:

Напряжение в узле 8:

Модуль напряжения в узле 8 с учетом коэффициента трансформации:

Продольная составляющая падения напряжения ветви 6-10:

Напряжение в узле 10:

Приведение к среднему напряжению:

Модуль напряжения в узле 10 с учетом коэффициента трансформации:

7. Расчет карты режима сети

Результаты расчёта режима сети необходимо представить в виде карты режима. Карту режима составляют в соответствии с конфигурацией сети. Каждый узел символически обозначают кружком, в верхней части которого указывают его номер или буквенное обозначение, использованное при проведении расчёта режима, в нижней - полученное напряжение в узле. Линии передачи и обмотки трансформаторов и автотрансформаторов символически обозначают прямоугольником, в который заносят цифровые значения активных и реактивных сопротивлений. Стрелками, отходящими от узла, показывают расчётные нагрузки потребителей и расчётные мощности станций, далее указываются потоки мощности в начале и в конце ветви, а также потери мощности .



8. Расчет потерь мощности и энергии в сети

Потери активной мощности определяют суммированием потерь мощности в активных сопротивлениях схемы замещения, потери реактивной мощности - в индуктивных. Для определения потерь энергии за год используем следующие формулы:

для линий передач:

для трансформатора с расщеплённой обмоткой ТРДЦН-63:

для трёхобмоточного трансформатора ТДТН-80:

для автотрансформатора АТДТН-125:

для автотрансформатора АТДЦТН-200:

где - время наибольших потерь рассчитываем по эмпирической формуле

- число часов использования наибольшей нагрузки.

, , - потери мощности в обмотках высшего, среднего и низшего напряжения трансформатора или автотрансформатора;

, - потери мощности в одной и другой ветвях трансформатора с расщеплёнными обмотками.

Суммарные мощности нагрузок и суммарную переданную к потребителям электроэнергию находят следующим образом:

Заключение

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.

Расчёт реальной электрической системы осуществляется на основе схемы 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 работе предлагается самостоятельно выполнить расчёт установившегося нормального режима электрической сети «вручную», что поможет освоить методы расчёта режимов сети, развить навыки в составлении схем замещения и определении параметров элементов электрических сетей.

Список литературы

электрический подстанция трансформатор замещение

1.Справочник по проектированию электрических сетей / И. Г. Карапетян, Д. Л. Файбисович, И. М. Шапиро; под ред. Д. Л. Файбисовича. - М.: ЭНАС, 2011. - 349 с.

2.Электротехнический справочник. В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии. 9-е изд., стер. / Под общ. ред. В.Г. Герасимова и др.; гл. ред. А. И. Попов. - М.: Энергоатомиздат, 2012. - 963 с.

3. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие/ А. А. Герасименко, В. Т. Федин. - Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. - 720 с.

4. Электрические системы и сети: Учебное пособие/ Идельчик В.И. -

М.: Энергоатомиздат, 2009.

5. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / С.С. Рокотян - М.: Энергоатомиздат, 2013

Размещено на Allbest.ru