Работа линии дальней электропередачи при различных режимах

Работа линии дальней электропередачи при различных режимах

Реферат

Данная курсовая работа состоит из пояснительной записки и графической части.

Пояснительная записка содержит 34 листов, 15 рисунков, 7 таблиц, 5 источников и приложения, в которой подробно расписана методика расчёта, которая использовалась в данной работе.

Объект исследования - дальняя линия электропередач высокого напряжения.

Цель работы - исследовать различные режимы работы линии электропередачи сверхвысокого напряжения для заданного варианта.

Данная курсовая работа состоит из пояснительной записки и графической части.

Содержание

Введение

. Исходные данные к заданию

. Выбор опор линии

. Вычисление характеристических параметров и волновой длины линии

. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на волновое сопротивление

.1 Расчёт распределения напряжения вдоль линии

.2 Расчёт распределения тока вдоль линии

.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии

.4 Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии

.5 Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по линии

.6 Выводы

. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на сопротивление Z_нагр = 3Z_в

.1 Расчёт распределения напряжения вдоль линии

.2 Расчёт распределения тока вдоль линии

.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии

.4 Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии

.5 Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по линии

.6 Выводы

. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на сопротивление Z_нагр=Z_в/3

.1 Расчёт распределения напряжения вдоль линии

.2 Расчёт распределения тока вдоль линии

.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии

.4 Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии

.5 Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по линии

.6 Выводы

. Расчёт компенсированной линии

.1 Вычисление точек установки четырёхполюсников

.2 Расчёт параметров четырёхполюсника

.3 Расчёт распределения напряжения и тока вдоль компенсированной линии

7.4 Расчёт предельной мощности, коэффициентаK_p

.5 Выводы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Электропередачи сверхвысокого напряжения занимают особое место в современных электроэнергетических системах. Обладая большой пропускной способностью, они являются системообразующими линиями и повышают надёжность и экономичность работы энергосистемы. Кроме того, они являются мощными межсистемными связями, обеспечивая большие межсистемные перетоки мощности, повышая тем самым живучесть объединённой энергосистемы.

В настоящее время СИГРЭ (Международная конференция по большим электрическим системам высокого напряжения) установлена следующая классификация линий электропередачи: к линиям высокого напряжения (ВН) относятся линии переменного и постоянного тока с междуфазным напряжением до 400 кВ, к линиям сверхвысокого напряжения (СВН)- линии напряжением 400-1000 кВ, к линиям ультравысокого напряжения (УВН)- линии напряжением выше 1000 кВ.

Под передачей СВН понимается комплекс устройств и сооружений, предназначенных для транспорта больших количеств электроэнергии на любое расстояние. В этот комплекс входят все цепи линии, концевые и промежуточные подстанции с трансформаторами, автотрансформаторами, коммутационной аппаратурой, компенсирующие устройства, средства повышения пропускной способности и другие устройства, обеспечивающие передачу электроэнергии.

При проектировании линий СВН и анализе их режимов необходимо учитывать особенности этих линий. К особенностям линий СВН относятся: высокая пропускная способность; большая протяжённость; применение расщеплённых проводов фаз; большая зарядная мощность линий.

Основные требования, которым должны отвечать линии СВН: обеспечение балансов мощностей в системе; выравнивание графиков нагрузки электростанций в объединённой системе; обеспечение экономичной работы системы путём передачи мощности от наиболее экономичных электростанций и разгрузки менее экономичных; повышение надёжности функционирования системы путём передачи больших потоков мощности в дефицитный район; минимальное воздействие на окружающую среду; повышенная конструктивная надёжность всех элементов электропередачи; наибольшая простота конструктивного выполнения и наименьшая стоимость сооружения электропередачи при выбранных основных параметрах; возможность постепенного развития электропередачи с постепенным вложением средств, материалов и оборудования по мере роста нагрузок системы.

Передача электрической энергии по линии переменного тока осуществляется распространением вдоль неё электромагнитной волны, что создаёт электромагнитное поле линии. Это поле имеет две составляющие: магнитное поле, обусловленное протеканием электрического тока в проводах, электрическое поле, создаваемое напряжением между фазами линии и между каждой фазой и землёй. Поскольку ток и напряжение линии переменны, то обе составляющих электромагнитного поля так же изменяются во времени.

.       
Исходные данные к заданию

Исходные данные для выполнения курсовой работы по дисциплине «Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения» согласно номеру варианта (№14) приведены в таблице1.

Таблица 1 - Исходные данные

.       
Выбор опор линии

Для номинального напряжения 500 кВ выбираем следующие виды опор:

анкерные угловые транспозиционные типа У1Т;

промежуточные типа ПБ-1.

Отметим основные конструктивные особенности линий СВН, оказывающие влияние на электрические параметры линии. Линии СВН сооружаются с применением унифицированных металлических или железобетонных опор, стоящих свободно или с оттяжками. Для линий 500 кВ применяются только одноцепные опоры с горизонтальным расположением фаз. Также характерны большие размеры (габариты) опор, что объясняется необходимостью обеспечить требуемые изоляционные расстояния от проводов до земли и до части опор; большие токи фаз, что предопределяет большие сечения проводов фазы, значительно превышающие сечение одиночных проводов; повышенная напряжённость электрического поля на поверхности проводов, а также на земле под проводами линии; применение расщеплённых проводов для снижения потерь энергии на корону, ограничения радиопомех и акустических шумов от разрядов при коронировании; повышенные требования к конструктивной надёжности всех элементов линии.

3. Вычисление характеристических параметров и волновой длины линии

Для заданного варианта выбираем первичные параметры линии, выполненной проводом АС-500/26 по справочным данным:

Таблица 2

Определяем постоянную распространения волны:

 1/км

Постоянная затухания:

 Нп/км

Фазовая постоянная:

 рад/км

Определяем волновое сопротивление линии:

Ом

Определяем волновую длину линии:

 рад,

где L - это длина линии, которая равна 1200 км.

 = asin(0,916)∙ = 66,348⁰

Определяем затухание линии:

б = б₀∙L = 0,051 Нп

4. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на волновое сопротивление

Разобьём линию длиной L = 1100 км на участки равной длины. Длины участков сведём в таблицу.

x=  ,

где k - номер участка

Таблица 3

х - расстояние от начала линии до конца i-ого участка, км.

.1 Расчёт распределения напряжения вдоль линии

Ток в конце линии при согласованной нагрузке:

I₂ =  = 991,254 А

Определяем распределение напряжения вдоль линии при Z_нагр = Z_в:

U_k = U₂∙cosh() + I₂∙Z_в∙sinh()

Результаты расчёта представлены в таблице 4.

Строим график зависимости напряжения от длины линии по таблице 4.

Рисунок 1 - График зависимости напряжения от длины линии, нагруженной на волновое сопротивление

.2 Расчёт распределения тока вдоль линии

Определяем распределение напряжения вдоль линии при Z_нагр = Z_в:

I_k = U₂∙+ I₂∙cosh()

Результаты расчёта представлены в таблице 4.

Строим график зависимости тока от длины линии по таблице 4.

Рисунок 2 - График зависимости тока от длины линии, нагруженной на волновое сопротивление

4.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_нагр = Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаемS_k = P_k + jQ_kи следовательно P_k = Re(S_k)

Результаты расчёта представлены в таблице 4.

Строим график зависимости активной мощности от длины линии по таблице 4.

Рисунок 3 - График зависимости активной мощности от длины линии, нагруженной на волновое сопротивление

.4 Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_нагр = Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_kи следовательно Q_k = Im(S_k)

Результаты расчёта представлены в таблице 4.

Строим график зависимости реактивной мощности от длины линии по таблице 4.

Рисунок 4 - График зависимости реактивной мощности от длины линии, нагруженной на волновое сопротивление

Таблица 4

4.5 Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по линии

Определяем максимальную мощность линии:

Р_м =  = 9,416∙10⁸Вт

Определяем натуральную мощность:

Р_нат =  = 8,614∙10⁸Вт

Определяем наибольшую мощность по следующим ограничениям:

1)      Ограничение по нагреву проводов:

Р_нб1 = N∙ Р_нат = 2,98∙10⁹Вт,

где N - это ограничение максимальной мощности по нагреву проводов, равное 2,9.

)        Ограничение по статической устойчивости:

Р_нб2 = (1 - К_з)∙Р_м = 7,533∙10⁸Вт,

где К_з ограничение максимальной мощности по статической устойчивости, равное 0,2.

Определяем д_нб по линии с учётом заданных ограничений по отношению к максимальной мощности:

д_нб = asin∙ = 53,13⁰

Вычисляем активную мощность потребляемую нагрузкой:

1)      На входе линии:

Р_вх = ∙U₁∙I₁∙cos(ц) = 8,643∙10⁸Вт

2)      На выходе линии:

Р_вых = ∙U₂∙I₂∙cos(ц) = 8,03∙10⁸Вт

Определяем коэффициент полезного действия электропередачи:

з = ∙100% = 92,5 %

.6 Выводы

Из графиков можно сделать вывод, что в линии длиной 1200 км, нагруженной на волновое сопротивление, то есть при передаче по ней натуральной мощности, напряжения и токи вдоль линии распределены равномерно, и на входе линии напряжение, ток, активная мощность больше, чем на выходе линии, а реактивная мощность наоборот немного снизилась к началу линии.

5. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на сопротивление Z_нагр=3Z_в

.1 Расчёт распределения напряжения вдоль линии при Z_нагр = 3Z_в

Ток в конце линии при сопротивлении нагрузки в три раза больше волнового сопротивления:

I₂ =  = 330,418 А

Определяем распределение напряжения вдоль линии при Z_нагр = 3Z_в:

U_k = U₂∙cosh() + I₂∙Z_в∙sinh()

Результаты расчёта представлены в таблице 5.

Строим график зависимости напряжения от длины линии по таблице 5.

Рисунок 5 - График зависимости напряжения от длины линии, нагруженной на утроенное сопротивление

5.2  Расчёт распределения тока вдоль линии

Определяем распределение напряжения вдоль линии при Z_нагр = 3Z_в:

I_k = U₂∙+ I₂∙cosh()

Результаты расчёта представлены в таблице 5.

Строим график зависимости тока от длины линии по таблице 5.

Рисунок 6 - График зависимости тока от длины линии, нагруженной на утроенное волновое сопротивление

.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_нагр = 3Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_kи следовательно P_k = Re(S_k)

Результаты расчёта представлены в таблице 5.

Строим график зависимости активной мощности от длины линии по таблице 5.

Рисунок 7 - График зависимости активной мощности от длины нагруженной на утроенное волновое сопротивление

.4 Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_нагр = 3Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_kи следовательно Q_k = Im(S_k)

Результаты расчёта представлены в таблице 5.

Строим график зависимости реактивной мощности от длины линии по таблице 5.

Рисунок 8 - График зависимости реактивной мощности от длины линии, нагруженной на утроенное волновое сопротивление

Таблица 5

.5 Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по линии

Определяем максимальную мощность линии:

Р_м =  = 3,291∙10⁸Вт

Определяем натуральную мощность:

Р_нат =  = 3,011∙10⁸Вт

Определяем наибольшую мощность по следующим ограничениям:

1)      Ограничение по нагреву проводов:

Р_нб1 = N∙ Р_нат = 8,732∙10⁸Вт

)        Ограничение по статической устойчивости:

Р_нб2 = (1 - К_з)∙Р_м = 2,633∙10⁸Вт

Определяем д_нб по линии с учётом заданных ограничений по отношению к максимальной мощности:

д_нб = asin()∙ = 53,13⁰

Вычисляем активную мощность потребляемую нагрузкой:

1)      На входе линии:

Р_вх = ∙U₁∙I₁∙cos(ц) = 3,162∙10⁸Вт

2)      На выходе линии:

Р_вых = ∙U₂∙I₂∙cos(ц) = 2,858∙10⁸Вт

Определяем коэффициент полезного действия электропередачи:

з = ∙100% = 90 %

Выводы

Из анализа графиков можно сделать вывод о том, что для поддержания номинального напряжения на шинах нагрузки в линии длинной 1200 км, нагруженной на утроенное волновое сопротивление, напряжение на входе должно быть значительно снижено, в противном случае напряжение на нагрузке будет составлять несколько номинальных значений, что не допустимо и является одним из основных недостатков линий сверхвысокого напряжения длиной близких к 1500км. Ток и активная мощность на входе линии больше чем на выходе линии, а реактивная мощность увеличилась по сравнению с выходной мощностью

6. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на сопротивлениеZ_нагр=Z_в/3

.1 Расчёт распределения напряжения вдоль линии при Z_нагр = Z_в/3

Ток в конце линии при сопротивлении нагрузки в три раза меньше волнового сопротивления:

I₂ =  = 297,4 А

Определяем распределение напряжения вдоль линии при Z_нагр = Z_в/3:

U_k = U₂∙cosh() + I₂∙Z_в∙sinh()В

Результаты расчёта представлены в таблице 6.

Строим график зависимости напряжения от длины линии по таблице 6.

Рисунок 9 - График зависимости напряжения от длины линии при Z_нагр= Z_в/3

6.2 Расчёт распределения тока вдоль линии

Определяем распределение напряжения вдоль линии при Z_нагр = Z_в/3:

I_k = U₂∙+ I₂∙cosh()А

Результаты расчёта представлены в таблице 6.

Строим график зависимости тока от длины линии по таблице 6.

Рисунок 10 - График зависимости тока от длины линии приZ_нагр = Z_в/3

.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_нагр = Z_в/3 для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_kи следовательно P_k = Re(S_k)

Результаты расчёта представлены в таблице 6.

Строим график зависимости активной мощности от длины линии по таблице 6.

Рисунок 11 - График зависимости активной мощности от длины линии при Z_нагр = Z_в/3

.4 Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_нагр = Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_kи следовательно Q_k = Im(S_k)

Результаты расчёта представлены в таблице 6.

Строим график зависимости реактивной мощности от длины линии по таблице 6.

Рисунок 12 - График зависимости реактивной мощности от длины лини при Z_нагр = Z_в/3

Таблица 6

.5 Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по линии

Определяем максимальную мощность линии:

Р_м =  = 2,964∙10⁹Вт

Определяем натуральную мощность:

Р_нат =  = 2,711∙10⁹Вт

Определяем наибольшую мощность по следующим ограничениям:

1)      Ограничение по нагреву проводов:

Р_нб1 = N∙ Р_нат = 7,863∙10⁹Вт

)        Ограничение по статической устойчивости:

Р_нб2 = (1 - К_з)∙Р_м = 2,371∙10⁹Вт

Определяем д_нб по линии с учётом заданных ограничений по отношению к максимальной мощности:

д_нб = asin()∙ = 53,13⁰

Вычисляем активную мощность потребляемую нагрузкой:

На входе линии:

Р_вх = ∙U₁∙I₁∙cos(ц) = 2,506∙10⁸Вт

На выходе линии:

Р_вых = ∙U₂∙I₂∙cos(ц) = 2,706∙10⁸Вт

Определяем коэффициент полезного действия электропередачи:

з = ∙100% = 92,6 %

Выводы

Из графиков следует то, что в линии нагруженной на треть волнового сопротивления, то есть при передаче мощности больше натуральной в три раза, для поддержания номинального напряжения на шинах нагрузки в конце линии, напряжение в начале линии, то есть на источнике должно быть увеличено в несколько раз и составить несколько номинальных значений, в противном случае напряжение в конце линии упадет в несколько раз, что не допустимо, это вынуждает к необходимости применения компенсирующих устройств. Значение тока уменьшилось, а значение мощностей увеличилось.

7. Расчёт компенсированной линии

Из предыдущих расчётов видно, что напряжение вдоль линии не постоянно. В зависимости от нагрузки баланс реактивной мощности нарушается, что приводит к повышению или понижению напряжения. Для поддержания равномерного распределения напряжения вдоль ЛЭП (так, чтобы напряжения в начале и конце линии совпадали) организуем промежуточные переключательные пункты. Они представляют собой П-образные четырёхполюсники, в последовательную ветвь которых включен конденсатор с ёмкостью С, а в поперечные ветви включены реакторы с индуктивностьюL.

Рисунок 13 - Компенсирующий П-образный четырёхполюсник

.1 Вычисление точек установки четырёхполюсников

Переменная х изменяется от нуля (конец линии) до значения , соответствующего месту установки первого компенсирующего четырёхполюсника. В нашем случае их четыре, установленных на одинаковых друг от друга и концов линии расстояниях.

7.2 Расчёт параметров четырёхполюсника

Определяем коэффициент компенсации:

К_к =  = 0,613

Определяем параметры продольного сопротивления и поперечной проводимости:

Z_П = -jX₀∙l₁∙K_k = -j44,729 Ом

Y₁ = Y₂ = Y = -j0,5∙ B₀∙l₁∙K_k= -j2,678∙10^-4 См

Определяем А параметры компенсирующего четырёхполюсника:

А = 1 + Z_П∙Y = 0,988

B = Z_П = -j44,729

C = Y₁ + Y₂ + Y₁∙ Y₂∙ Z_П = -j5.324∙10^-4

D = 1 + Z_П∙Y = 0,988

Определяем ток и напряжение на входе четырёхполюсника, являющиеся одновременно выходными величинами следующего участка линии:

U₁ = A∙ U₂ + B∙I₂

I₁ = C∙U₂ + D∙I₂

7.3 Расчёт распределения напряжения и тока вдоль компенсированной линии

Выполняем расчёт распределения напряжения и тока вдоль линии для случаев нагрузки её на Z_в, 3Z_в иZ_в/3.

U_k = U₂∙cosh() + I₂∙Z_в∙sinh()

I_k = U₂∙+ I₂∙cosh()

Результаты расчёта длятрёх случаев сведём в таблицу 7.

Таблица 7

Строим график распределения указанных величин вдоль компенсированной линии.

Рисунок 14 - График распределения напряжения вдоль компенсированной линии при Z_нагр = Z_в

Рисунок 15 - График распределения напряжения вдоль компенсированной линии при Zнагр = 3Zв

Рисунок 16 - График распределения напряжения вдоль компенсированной линии при Z_нагр = Z_в/3

7.4 Расчёт предельной мощности, коэффициента K_p

Определяем максимальную мощность компенсированной линии:

 =

Определяем коэффициент увеличения пропускной способности линии:

K_p =

Результаты расчёта для трёх случаев сведём в таблицу 8.

Таблица 8

Выводы

Из графика (рис. 14) видно, что при передаче по линии натуральной мощности, распределение напряжений и токов вдоль линии практически равномерно, как в случае некомпенсированной линии, так и при наличии переключательных пунктов, из чего можно сделать вывод о том, что идеализированная линия при передаче натуральной мощности не нуждается в применении компенсации, из-за равенства реактивной мощности в любой точке линии, а вслучае неидеализированной линии, нуждается в незначительной компенсации, что видно из графика.

Из графика (рис. 15) можно сделать вывод о том, что наличие переключательных в линии длиной 1200 км, нагруженной на утроенное волновое сопротивление, то есть при передаче по ней мощности меньше натуральной в три раза, позволяет обеспечить более высокое напряжении в начале линии, при поддержании номинального напряжения на шинах нагрузки в конце линии, или же снизить скачок напряжения в конце линии при поддержании номинального напряжения на источнике, то есть переключательные пункты позволяют выровнять напряжения вдоль линии, путем компенсации реактивной мощности.

Из графика (рис. 16) можно сделать аналогичный вывод о том, что наличие переключательных в линии длиной 1200 км, нагруженной на треть волнового сопротивления, то есть при передаче по ней мощности больше натуральной в три раза, позволяет обеспечить более низкое напряжение в начале линии, при поддержании номинального напряжения на шинах нагрузки в конце линии, или же увеличить напряжения в конце линии при поддержании номинального напряжения на источнике, то есть переключательные пункты позволяют выровнять напряжения вдоль линии, путем компенсации реактивной мощности, и обеспечивать отбор мощности в промежуточных точка линии.

Заключение

При работе линии на нагрузку, эквивалентное сопротивление которой равно волновому, в линии отсутствует отраженные волны и передаваемая при этом активная мощность близка к предельно допустимой. Напряжение уменьшается вследствие падения на активном сопротивлении продольной ветви .

При сопротивлении нагрузки втрое меньше волнового ток в конце линии будет стремиться к бесконечности, напряжение на выходе, будет стремиться к нулю. В нашем случае для поддержания напряжения на нагрузке, равным номинальному, мы должны повысить напряжение источника на 962 кВ, то есть до 1462кВ.

Естественно, что такие перенапряжения неприемлемы для оборудования. Поэтому на участке линии мы организуем переключательные пункты, в которых будем организовывать компенсацию реактивной мощности, для выравнивания напряжения вдоль линии.

В ходе выполнения работы были сделаны выводы о работе линии ДЭП для трёх различных режимов. Был рассчитан коэффициент полезного действия, максимальная, наибольшая и натуральная мощности, а также коэффициент компенсации и коэффициент увеличения пропускной способности линии. Были вычислены параметры элементов компенсирующего четырёхполюсника. Построены графики распределения величин вдоль линии для различных режимов работы.

мощность напряжение четырёхполюсник

Список используемой литературы

1. Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения: учебник для вузов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 488 с.

с.

. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. - М.: Папирус Про, 2003. - 640 с.

. Ананичева С.С., Мызин А. Л., Шелюг С. Н. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Часть 1. - Екатеринбург, 2010.

4. Конспект лекций