Расчет электрической системы на основе схемы замещения
Содержание
Введение
1. Исходные данные
. Схемы замещения и параметры
воздушных линий электропередач
. Схемы замещения и параметры
автотрансформаторов
. Приведённые мощности
подстанций
.1 Расчет приведенной
мощности на понижающей подстанции
.2 Расчет схемы замещения
трансформаторов ТРДЦН-63
.3 Расчёт приведённой
мощности на электростанции
.4 Расчет схемы замещения
трансформаторов ТДТН-80
. Упрощенная схема замещения
электрической сети
. Расчёт установившегося
режима электрической сети
.1 Расчёт потоков мощности в
электрической сети
.2 Расчет напряжений на
подстанциях
. Расчет карты режима сети
. 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 D-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 D-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 
;
)
линия Л2, 
= 244мм2 
;
)
линия Л3, = 244мм2 ;
)
линия Л4, = 301мм2 ;
)
линия Л5, = 118 мм2 
;
)
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.
) Линия
Л1, d = 24 мм, Dср = 
D=6,5 м = 8,2 м
) Линия
Л2, d = 21,6 мм, Dср = D=6,5 м = 8,2 м
;
) Линия
Л3, d = 21,6 мм, Dср = D=6,5 м = 8,2 м
;
) 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 
:
;
)
Линия Л1
;
;
)
Линия Л2
;
;
)
Линия Л3
;
;
)
Линия Л4
;
;
)
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
)
Линия Л2
)
Линия Л3
) Линия Л4
) Линия Л5
) Линия Л6
Таблица 2.1. Параметры схем замещения линий передач
|
№
|
Исходные данные
|
Погонные параметры
|
линии 
,
кВМарка
проводаКол-во
цепейДлина,
кмr0,
Ом/кмx0,
Ом/кмв0, 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 a- коэффициент
выгодности автотрансформатора:
.
Чем
меньше коэффициент выгодности, тем автотрансформатор более экономичен по
сравнению с трёхобмоточным трансформатором. В электрических сетях с 
a=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
|
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, кВтРкз,
кВтIхх, %
|
|
|
|
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:
1 Тупиковые подстанции задаются
приведёнными значениями мощности;
2 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.
3 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.
4 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.
.
.
.
Рассмотрим разветвлённую магистраль с узлами 2-5-6-8-10:
1.
.
.
.
.
.
.
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:
. 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
t- 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.
.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.
. Передача и распределение электрической энергии: Учебное
пособие/ А. А. Герасименко, В. Т. Федин. - Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск:
Издательские проекты, 2006. - 720 с.
. Электрические системы и сети: Учебное пособие/ Идельчик
В.И. -
М.: Энергоатомиздат, 2009.
. Справочник по проектированию электроэнергетических систем /
С.С. Рокотян - М.: Энергоатомиздат, 2013