Расчет установившегося режима сети

Поясниловка.doc

Задание на курсовой проект
(Схема № 3 Вариант №8)
Рис.1 Схема электрической сети.
Марки проводов и сечения линий
Марки (тип) трансформаторов автотрансформаторов
нагрузки на подстанциях и мощность ТЭЦ
Схемы замещения и параметры воздушных линий электропередачи . .7
Схемы замещения и параметры автотрансформаторов . 12
Приведённые мощности подстанций ..21
1. Расчёт приведённой мощности на понижающей подстанции . ..21
2. Расчёт приведённой мощности на электростанции 25
Упрощенная схема замещения электрической сети ..30
Расчёт установившегося режима электрической сети ..33
1. Расчёт потоков мощности в электрической сети 36
2. Расчёт напряжений на подстанциях .44
Карта режима сети 48
Расчёт потерь мощности и энергии в сети .49
Список литературы . ..50
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.
Для простых электрических сетей с небольшим числом контуров и узлов расчёты установившихся режимов обычно проводят «вручную». Практика показывает что во многих случаях этих приближений вполне достаточно.
В курсовой 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.
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 (рис. 2) 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.
Рис. 2 П-образная схема замещения линии электропередачи
Расчёт параметров схемы замещения начинают с определения их значений для 1 км длины линии (погонные параметры).
Погонное активное сопротивление сталеалюминевого провода при температуре 200С определяется 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 .
Погонное индуктивное сопротивление сталеалюминиевого провода рассчитывается 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 .
Погонная ёмкостная проводимость определяется выражением
Если передача электроэнергии осуществляется по двухцепным линиям или по двум одноцепным то в расчётах установившихся режимов электрической сети используются эквивалентные схемы замещения. Параметры таких схем определяются как результат параллельного сложения двух одинаковых схем составленных для каждой линии (цепи).
Рис. 3 Упрощенная схема замещения линии электропередачи
Эквивалентные параметры схемы находят по следующим формулам:
Здесь - номинальное напряжение; n – количество параллельных линий.
Произведем расчеты погонных параметров для линии № 1 марка провода которого АС-40051.
Погонное активное сопротивление сталеалюминевого провода при температуре 200С определим по формуле (2.1)
Погонное индуктивное сопротивление сталеалюминиевого провода рассчитываем по формуле (2.2)
где 6 м так как расположение фаз по вершинам равностороннего треугольника
Погонная ёмкостная проводимость определяем по формуле (2.4)
Эквивалентные параметры схемы находим по формулам (2.5)
В данной курсовой работе погонные параметры следует рассчитывать для одной линии для остальных берем в зависимости от марки провода и номинального напряжения из таблиц [1 2 3]. Все полученные данные заносим в таблицу4.
Параметры схем замещения линий передач
Продолжение таблицы 4
Семы замещения и параметры автотрансформаторов
Автотрансформаторы 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 рис. 4.
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 рис. 4.
Рисунок 4 Автотрансформатор.
а) изображение автотрансформатора в электрических схемах;
б) схема соединения обмоток автотрансформатора
При расчёте электрических сетей автотрансформаторы учитываются схемами замещения (рис. 5). 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.
Рис. 5. Полная схема замещения автотрансформатора
Автотрансформаторы характеризуются следующими каталожными данными [1 2 3]: – 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 %.
Используя каталожные данные автотрансформатора проводят расчёт параметров схемы замещения.
При определении активных сопротивлений возможны два случая:
В справочных данных приведены три величины потерь короткого замыкания (кз):
Здесь – потери кз отнесённые к номинальной мощности АТ; – потери КЗ отнесённые к типовой мощности АТ; a – коэффициент выгодности. Потери короткого замыкания в каждой обмотке автотрансформатора рассчитываются:
Затем вычисляют активные сопротивления схемы замещения:
В справочных данных приведено одно значение потерь короткого замыкания . По нему определяют 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 (3.8)
Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток рассчитываются по формулам:
а индуктивное сопротивление каждой обмотки находится из следующих выражений(3.10):
Примечание. Если индуктивное сопротивление какой-либо обмотки отрицательно в дальнейших расчётах его не учитывают.
Проводимости и схемы замещения вычисляются по результатам опыта холостого хода (ХХ). Потребляемая в этом опыте мощность определяется параметрами цепи намагничивания:
Намагничивающая мощность и ток ХХ в % равны. Так как следовательно
Для АТ с используют упрощенные схемы замещения. В таких схемах отсутствуют идеальные трансформаторы а ветвь намагничивания учитывается потребляемой мощностью (рис. 6).
Рис. 6 Упрощенная схема замещения АТ
В схеме электрической сети промышленного района рассчитываемой в курсовой 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. рис. 6) определяют эквивалентные параметры (3.12):
где n– количество АТ установленных на подстанции.
Если обмотка НН автотрансформатора не нагружена (пст 1) её в схеме замещения не учитывают. Схема замещения упрощается и принимает вид (рис. 7).
Рис. 7 Упрощенная эквивалентная схема замещения при отсутствии нагрузки на обмотке НН автотрансформатора
Произведем расчет параметров автотрансформатора АТДЦТН-125.
Таблица 5 Технические данные автотрансформатора.
Т.к. в справочниках приведено одно значение потерь КЗ то используем формулы (3.6) (3.7) (3.8).
Находим суммарные реактивные сопротивления пар обмоток по формулам (3.9):
а индуктивное сопротивление каждой обмотки находим по формулам (3.10):
Проводимости и схемы замещения вычисляются по результатам опыта холостого хода (х.х) используем формулы (3.11):
Так как АТ с то используем упрощенную схему замещения (рис. 8).
Так как на подстанции установлено один АТ АТДЦТН–125 то эквивалентные параметры будут равны:
Произведем расчет параметров автотрансформатора АТДЦТН-200. ПСТ-1
Таблица 6. Технические данные автотрансформатора.
Т.к. в справочниках приведено одно значение потерь КЗ то используем формулы (3.6) (3.7). Так как обмотка НН автотрансформатора не нагружена (пст 1)то её в расчетах и в схеме замещения не учитываем.
Проводимости и схемы замещения вычисляются по результатам опыта холостого хода (ХХ) используем формулы (3.11):
Так как на подстанции установлен один АТ АТДЦТН-200 то для упрощенной схемы замещения (см. рис. 8) эквивалентные параметры не определяются (3.12).
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.
1 Расчёт приведённой мощности на понижающей подстанции
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.
Изображение двухобмоточного трансформатора с расщеплённой обмоткой низшего напряжения при наличии РПН в электрической схеме сети представлено на рис. 8 а; его полная схема замещения на рис. 8 б. Две ветви схемы замещения учитывающие потери мощности в обмотках имеют одинаковые сопротивления: шунт проводимостей учитывает потери в магнитопроводе.
Рис. 8. 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
а т.к. обмотки НН соединены параллельно то сопротивление каждой определяется:
Проводимости и определяются из опыта ХХ по формулам (3.11).
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. 9).
Если на подстанции подключено несколько трансформаторов (n) в схеме замещения (см. рис. 9) учитываются эквивалентные параметры: сопротивления уменьшаются в n раз потери мощности в намагничивающей ветви увеличиваются во столько же раз.
Рис. 9. 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. 9) суммарные потери в n параллельно работающих трансформаторах составляют:
где и – суммарные нагрузки на первую и вторую обмотки НН для параллельно работающих трансформаторов применительно к 4-й подстанции
Произведем расчет параметров трансформатора ТРДЦН-80.
Таблица 7. Технические данные трансформатора.
Определяем суммарное активное и реактивное сопротивления двух обмоток по формуле (4.1):
Сопротивление каждой обмотки определяем по формуле (4.2):
Определяем проводимости и по формулам (3.11):
Так как на подстанции установлено два трансформатора то определяем эквивалентные параметры по формулам (3.12):
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):
2 Расчёт приведённой мощности на электростанции
Если на электростанции для передачи и распределения электроэнергии необходимы три номинальных напряжения то применяют трёхобмоточные трансформаторы все три обмотки которых имеют магнитную связь.
Принципиальная схема трёхобмоточного трансформатора представлена на рис. 10 а полная схема замещения совпадает со схемой замещения автотрансформатора (см. рис. 5).
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).
Рис. 10. Изображение трёх-обмоточного трансформатора в электрических схемах
Используя каталожные данные [1 2 3] производят расчёт параметров схемы замещения также как для автотрансформатора
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:
Рассматриваемая в курсовой работе электростанция (ТЭЦ) выдаёт электроэнергию на трёх уровнях напряжений: генераторном 35 кВ и в энергосистему по линии 110 кВ. Все указанные напряжения меньше 220 кВ 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. 11.
Потери мощности в обмотках не зависят от направления потоков мощности и для схемы замещения (рис. 11) суммарные потери в n работающих трансформаторах по приближённым формулам составят:
где – суммарные нагрузки на обмотках высшего среднего и низшего напряжений для n трансформаторов. Указанные нагрузки применительно к подстанции 5 составляют:
Рис. 11 Упрощенная эквивалентная схема замещения трёхобмоточного трансформатора
Приведённая мощность подстанции учитывая принятое за положительное направление генерируемой мощности определяется:
(4.12) Если 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). 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.
Произведем расчеты параметров трансформатора ТДТН-63.
Таблица 8. Технические данные трансформатора.
Определяем активные сопротивления по формулам (4.7) и (4.8):
Находим суммарные реактивные сопротивления по формулам (3.9):
Определяем нагрузки применительно к подстанции 5 по формулам (4.11):
Определяем суммарные потери двух работающих трансформаторов по формулам (4.9) и (4.10):
Определяем приведённую мощность подстанции по формуле (4.12):
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 электрической сети учитываем что:
Электрическая сеть имеет участки с разными напряжениями. Связь осуществляется через автотрансформаторы. Для расчёта режима сети желательно чтобы все элементы схемы замещения были приведены к одному базисному напряжению принимаем за него автотрансформатора. В упрощенной схеме указываем приведённые значения сопротивлений линий Л5 и Л6:
За принимаем напряжение 230 кВ а т.е. переключатель ответвлений установлен на нулевой отпайке.
Так как со стороны низшего напряжения автотрансформатора подстанции 1 нагрузки нет поэтому в расчётной схеме не учитываем сопротивления а участки схемы замещения определяющие параметры обмоток высшего и среднего напряжений соединяются последовательно.
Рассчитаем и для линий Л5 и Л6:
Рис.12. Упрощенная схема замещения электрической сети.
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 (рис. 14) а расчётные нагрузки применительно к рис. 14 определяем по следующим формулам:
Для узла 10 величины расчётной мощности зависят от направления приведённой мощности:
Рис. 13 Определение расчётной нагрузки в узле 10
Примем случай «а» т.к. по результатам направления приведённой мощности в данном случае станция генерирует мощность в систему. Примем для расчёта соответственно следующую формулу:
Рис.14 Расчетная схема сети.
1 Расчёт потоков мощности в электрической сети
Напряжения во всех узловых точках приравниваем к номинальному напряжению сети и находим распределение мощности по участкам сети. Расчёт ведём от конца (наиболее удалённые подстанции) к началу линии (питающий узел). Для разомкнутой сети питающим узлом является подстанция 2 для разветвлённой – подстанция 4 (рис. 16). Любой участок этих сетей представляем простейшей схемой замещения – двумя последовательно включенными активным и индуктивным сопротивлениями.
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. 15) используем следующие расчётные формулы:
Рис. 15 Потокораспределение для участка электрической сети
Мощность в начале n - го участка
Мощность в конце (n-1) - го участка
В результате расчёта магистральных ответвлений определяем потоки мощности в начале ветвей 2-7 – и 4-5 – а затем эквивалентные нагрузки в узлах 2 и 4 (рис. 14)
Рассчитываем кольцевую схему сети разрезая её по балансирующему узлу Б (рис. 14). Вначале 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:
Производим проверку: (6.1.10) и рассчитываем остальные потоки по балансу мощности для узлов сети.
Рис. 16 Потокораспределение в кольцевой сети
Если в результате расчёта получена одна точка потокораздела в узле 4
(отмечен чёрным треугольником) для активной и реактивной мощности то сеть условно делится по ней на две разомкнутые. Нагрузка в конце каждой разомкнутой сети определяем потоком мощности поступающей по
соединённой с ней линии (рис. 19)
Рис. 17 Точки потокораздела мощностей в кольцевой схеме.
Далее расчёт проводим так как рекомендуется для разомкнутой сети при заданном напряжении в Б. Определяем мощность балансирующего узла совмещённого с базисным:
Произведем расчет для каждого участка используя формулы (6.1.1) (6.1.2) (6.1.3) (6.1.4) (6.1.5) и (6.1.6):
Рассчитаем эквивалентные нагрузки в узлах 2 и 3 по формуле (6.1.7):
Определяем потоки мощности поступающие в точку потокораздела с двух сторон по формулам (6.1.8) и (6.1.9) :
Производим проверку по формуле (6.1.10):
Так как в результате расчёта получена одна точка потокораздела в узле 4 для активной и реактивной мощности то сеть условно делится по ней на две разомкнутые то нагрузка в конце каждой разомкнутой сети определяем потоком мощности поступающей по соединённой с ней линии
по выражениям (рис.19) (6.1.11):
Произведем расчет и используя формулы (6.1.1) (6.1.2) (6.1.3) (6.1.4) (6.1.5) и (6.1.6):
Рассчитаем сначала :
Определяем мощность балансирующего узла совмещённого с базисным по формуле (6.1.12):
2. Расчет напряжений на подстанциях .
По напряжению базисного узла рассчитываем напряжения во всех остальных точках сети последовательно от базисного узла к наиболее удалённым потребителям.
- продольная и поперечная составляющие падения напряжения в
- напряжение и его модуль в узле j
- модуль напряжения в узле (j-1).
2.1. Расчет напряжений в кольцевой схеме в узлах 2 3 4 по формулам (6.2).
Напряжение в узле 1 будет равно = 242кВ.
Так как то следовательно погрешность вычисления не превышает допустимой величины в 2% значит действительное значение напряжения в узле 3 можно найти как среднее арифмитическое между получим:
2.2. Расчет напряжений в магистральной схеме.
Для напряжений 115кВ и ниже поперечную составляющую падения напряжения не учитываем для линий 5 и 6 используем действительные значения сопротивлений.
2.2.1. Для узлов 2 5 6 по формулам (6.2).
Учитывая коэффициент трансформации трансформатора АТ1 найдем действительное значение напряжения в точке 5:
2.2.2. Для узлов 378910 по формулам (6.2).
Учитывая коэффициент трансформации трансформатора АТ2 найдем действительное значение напряжения в точке 8:
Учитывая коэффициент трансформации трансформатора АТ2 найдем действительное значение напряжения в точке 9;
рис.18 Карта режима сети.
Расчет потерь мощности и энергии в сети.
1 Определение потерь за год:
- время наибольших потерь
- число часов использования наибольшей нагрузки.
1.1 Для линий электропередач:
1.2 Для линий трансформаторов с расщепленной обмоткой:
Для ТРДЦН-80 трансформатор с расщепленной обмоткой;
1.2 Для линий трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов:
а) Для АТДЦТН-200 автотрансформатор.
б) Для АТДЦТН-125 автотрансформатор по формуле (8.1).
в) Для ТДТН-63 трехобмоточный трансформатор по формуле (8.1).
1.3 Общие потери определяют как сумму всех потерь :
2 Определение общих мощностей нагрузок и суммарную переданную к потребителям электронергию.
2.1 Определение общей активной составляющей мощности нагрузок:
2.2 Определение общей реактивной составляющей мощности нагрузок:
2.3 Определение суммарной переданной мощности к потребителям:
Идельчик В.И. Электрические системы и сети. – М.: Энергоатомиздат 1989.
Блок В.М. Электрические сети и системы. – М.: Высшая школа 1986.
Справочник по проектированию электроэнергетических систем Под ред. С.С. Рокотяна. – М.: Энергоатомиздат 1985.
Правила устройства электроустановок Минэнерго СССР. – 6-е изд. – М.: Энергоатомиздат 2002.

Упрощенная схема.cdw

Карта режима сети.cdw