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

№ п/пЛинияДлина линии, кмМарка проводаUном, кВ1ЛЭП-129,5АС-1851502ЛЭП-218АС-1851503ЛЭП-315,5АС-1851504ЛЭП-420,2АС-185150№ п/пУзелЧисло и тип трансформаторовПотребляемая мощность, МВАНапряжение, кВ1ПС-238+j162ПС-32ТРДН 32000/158/1123+j73ПС-46+j44ЦП-1157,7

. 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

Номер ЛЭП, кВМарка проводаСопротивление , Ом/кмДиаметр, ммЛЭП-1150АС-185/290,15918,8ЛЭП-2150АС-185/290,15918,8ЛЭП-3150АС-185/290,15918,8ЛЭП-4150АС-185/290,15918,8

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

Геометрия расположения фаз на опорах воздушных ЛЭП ЛЭПНапряжение, кВТип опорыРасстояния по рис.o-ao-bo-cc-b1-4150ПБ 150-12,52,54,04,0

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,

В расчётах режимов работы сети обычно учитывается не емкостная проводимость , а зарядная мощность, которая генерируется линией. Она определяется по следующей формуле:

. (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

Линия, кмМарка провода, Ом, ОмЛЭП-129,5АС-185/294,712,2400,9950,900ЛЭП-218АС-185/292,97,5250,5630,563ЛЭП-315,5АС-185/292,56,4210,4730,473ЛЭП-420,2АС-185/293,28,4280,6300,630

. 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

ПСТип трансформатораКаталожные параметры трансформаторараПараметры схемы замещения ,

кВт,

кВт

, Ом, Ом, МВт, МВАрПС-42xТРДН-32000/15010,5145350,7

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)= Uном.=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

Составляющие балансаАктивная мощность, МВтРеактивная мощность, МВАрГенерацияМощность, поступающая в схемуРеактивные мощности, генерируемые воздушными ЛЭП-150кВЛЭП-1-1,895ЛЭП-2-1,126ЛЭП-3-0,946ЛЭП-4-1,26Итого генерация68,24231,273Потребление нагрузки в схемеПС-23816ПС-3237ПС-464Итого нагрузки6727Потери мощностиа) в линияхЛЭП-11,0662,766ЛЭП-20,0420,108ЛЭП-30,047ЛЭП-40,0050,014б) в трансформаторах0,1111,347Итого потери в схеме1,2424,282Итого потребление68,24231,282Небаланс00,0097. 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

Рис. 19. Падение напряжения на линий 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.

Оглавление 1. Исходные данные . Составление схемы замещения линий электропередачи и расчёт их параметров . Расчет параметров схемы замещения трансф

Больше работ по теме: