Расчет установившегося режима электрической сети

Расчет установившегося режима электрической сети

Оглавление

1. Исходные данные

. Составление схемы замещения линий электропередачи и расчёт их параметров

. Расчет параметров схемы замещения трансформаторов

. Составление схемы замещения всего участка электрической сети

. Расчёт перетоков мощности в линиях

. Составление баланса мощностей в схеме

. Распределение напряжений в схеме

. Регулирование напряжения на стороне 10,5 кВ подстанции

. Выводы по курсовом проекту

. 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

. 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,

. (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

. Расчёт параметров схемы замещения трансформаторов

На подстанции ПС-3 установлены два двухобмоточных трансформатора типа: ТРДН -32000/158/11. 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

                       ,

кВт,

кВт

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

. 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.

. 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.

) 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

) 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.

) 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:

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

) 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

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.

. 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.

Список литературы

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

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