Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии. Таким образом, электрическая сеть как элемент электроэнергетической системы обеспечивает возможность выдачи мощности электростанций, ее передачу на расстояние, преобразование параметров электроэнергии на подстанциях и ее распределение по некоторой территории вплоть до непосредственных электроприемников.

Простейшим прототипом сложной электроэнергетической системы выступает сеть с двумя источниками питания. Знание режимных свойств такой сети и инструментов качественного анализа ее режимов является тем мостиком, который ведет к пониманию свойств и более сложных сетей.

Электрические сети современных энергосистем характеризуются многоступенчатостью, т.е. большим числом трансформаций на пути от источников электроэнергии к ее потребителям. Наряду со сложностью конфигурации характерной особенностью электрических сетей является их многорежимность. Под этим понимается разнообразие режимов, возникающих при выводе различных элементов сети в плановый ремонт и при аварийных отключениях.

Электрическая сеть должна надежно функционировать, обеспечивать качество поставляемой потребителям электроэнергии и должна быть экономически выгодной.

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.

1. Схемы замещения и параметры воздушных линий электропередач

Расчёт параметров схемы замещения начинают с определения их значений для 1 км длины линии (погонные параметры).

Погонное активное сопротивление сталеалюминевого провода при температуре определяется выражением:

;

Где - удельное электрическое сопротивление алюминия при температуре , ; - расчётное поперечное сечение токопроводящей (алюминиевой) части, берётся для заданной марки провода из [3]; - коэффициент, учитывающий удлинение провода из-за скрутки, .

Марка провода	Сечение алюминиевой части, мм2	Диаметр провода, мм
АС-400/51	400	27,5
АС-240/32	240	21,6
АС-300/39	300	24
АС-300/39	300	24
АС-185/29	185	18,8
АС-120/19	120	15,2



Погонное индуктивное сопротивление сталеалюминевого провода рассчитывается по формуле

,

где - диаметр провода, 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

Рисунок 1 Упрощенная схема замещения линии электропередачи

Эквивалентные параметры схемы находят по следующим формулам:

Здесь - длина линии в км; - номинальное напряжение; - количество параллельных линий.

№ линии	Исходные данные	Погонные параметры	Расчетные параметры
	Uн, кВ	Марка провода	Кол-во цепей	Длина, км	r0, Ом/км	x0, Ом/км	в0, 10-6 См/км	rлэ, Ом	xлэ, Ом	влэ, 10-4 См	, МВАр
1	220	АС-400/51	2	115	0,074	0,402	2,834	3,22	23,115	1,63	31,55
2	220	АС-240/32	1	75	0,123	0,353	3,2425	9,225	26,475	2,43	11,77
3	220	АС-300/39	1	55	0,099	0,347	3,307	5,445	19,085	1,82	8,803
4	220	АС-300/39	1	55	0,099	0,347	3,307	5,445	19,085	1,82	8,76
5	110	АС-185/29	2	35	0,160	0,396	2,883	2,8	6,93	0,504	2,44
6	110	АС-120/19	2	30	0,247	0,409	2,785	3,705	6,135	0,42	2,02

2. Схемы замещения и параметры автотрансформаторов

Рисунок 2 Полная схема замещения автотрансформатора

Автотрансформатор АТДЦТН- 125000/220/110

Автотрансформатор АТДЦТН-200000/220/110



Рисунок 3 Упрощенная схема замещения АТ

Так как на подстанции 1 установлены два автотрансформатора:

АТДЦТН-125000/220/110, то определяем эквивалентные параметры:

Рисунок 4 Упрощенная эквивалентная схема замещения при отсутствии нагрузки на обмотке НН автотрансформатора АТДЦТН-200000/220/110.

Так как на подстанции 2 установлен 1 автотрансформатор АТДЦТН-200000/220/110, тогда:

3. Приведённые мощности подстанций

3.1 Расчёт приведённой мощности на понижающей подстанции

Рисунок 5 Двухобмоточный трансформатор с расщеплённой обмоткой НН с РПН в электрической схеме сети (а), его полная схема замещения (б)

На подстанции 4 установлены 2 трансформатора ТРДЦН-63000/110:

Так как обмотки низшего напряжения соединены параллельно, то сопротивление каждой определяется:

Проводимости определяются по формулам:



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. 6)

Рисунок 6 Упрощенная схема замещения трансформатора ТРДЦН-63/110 с расщеплённой обмоткой НН.

На подстанции установлено два трансформатора, поэтому сопротивления уменьшаются в 2 раз, потери мощности в намагничивающей ветви увеличиваются в 2 раза:

Мощность подстанции, приведённая к шинам ВН, увеличивается по сравнению с заданной нагрузкой на величину потерь мощности в трансформаторах:

Для схемы замещения (рис.6) суммарные потери в трансформаторах составляют:

где и - суммарные нагрузки на первую и вторую обмотки НН для параллельно работающих трансформаторов, применительно к 4-й подстанции

;

где ,

3.2 Расчёт приведённой мощности на электростанции

Рисунок 7 Изображение трёхобмоточного трансформатора в электрических схемах

На электростанции установлены два трансформатора ТДТН-80000/110:

Потери мощности в обмотках не зависят от направления потоков мощности и для схемы замещения (рис. 8) суммарные потери в 2 работающих трансформаторах по приближённым формулам составят:

Где

- суммарные нагрузки на обмотках высшего, среднего и низшего напряжений для n= 2 трансформаторов. Указанные нагрузки применительно к подстанции 5 составляют:



Рисунок 8. Упрощенная эквивалентная схема замещения трёхобмоточного трансформатора

Приведённая мощность подстанции, учитывая принятое за положительное направление генерируемой мощности, определяется:

Приведенная мощность положительна, следовательно, мощности, генерируемой станцией, достаточно для электроснабжения потребителей, подключенных к этой станции.

4. Упрощенная схема замещения электрической сети

В однолинейную схему замещения электрической сети линии передачи вводим П-образными схемами; автотрансформаторы и трёхобмоточные трансформаторы - трёхлучевыми схемами с подключением намагничивающей ветви со стороны питающей обмотки; двухобмоточные трансформаторы учитываем 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 курсовой работе электрической сети, учитываем:

Тупиковые подстанции задаём приведёнными значениями мощности;

Электрическая сеть имеет участки с разными напряжениями. Связь осуществляется через автотрансформаторы. Для расчёта режима сети все элементы схемы замещения приводим к одному базисному напряжению, приняв за него автотрансформатора. В упрощенной схеме указываем приведённые значения сопротивлений линий Л5 и Л6:

За принимаем напряжение , а , т.е. переключатель ответвлений установлен на нулевой отпайке.

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.

На схеме все параметры представлены числовыми значениями. Числовые индексы линий и подстанций соответствуют принятым исходной семе.

Рисунок 9 Упрощенная схема замещения электрической сети

5. Расчёт установившегося режима электрической сети

Расчётные нагрузки применительно к упрощенной схеме замещения определяются следующим образом:

;

;

;

;

;

;

;

Рисунок 10 Расчётная схема сети

Для узла 10 величины расчётной мощности зависят от направления приведённой мощности. замещение мощность электрический сеть

;

5.1 Расчёт потоков мощности в электрической сети

В первом приближении (на первом этапе) напряжения во всех узловых точках приравниваем номинальному напряжению сети и находим распределение мощности по участкам сети. Расчёт ведётся от конца (наиболее удалённые подстанции) к началу линии (питающий узел). Для разомкнутой сети питающим узлом является подстанция 2, для разветвлённой - подстанция 4 (рис. 3). Любой участок этих сетей представлен 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 используем следующие расчётные формулы:

;

;



Рисунок 11 Потокораспределение для участка электрической сети

Мощность в начале n - го участка

Мощность в конце (n-1) - го участка

В результате расчёта магистральных ответвлений определяют потоки мощности в начале ветвей 2-7 - и 4-5 -, а затем эквивалентные нагрузки в узлах 2 и 4 (рис. 10)



МВт



Рассчитываем кольцевую схему сети, разрезая её по балансирующему узлу Б (рис. 12). 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:

Рисунок 12. Потокораспределение в кольцевой сети



Производим проверку:

и рассчитываем остальные потоки по балансу мощности для узлов сети.

В результате расчёта получена одна точка потокораздела в узле 2 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. 13)

.

Рисунок 13 Разомкнутые расчётные схемы для кольцевой сети

Далее расчёт проводится так, как рекомендуется для разомкнутой сети при заданном напряжении в Б. Первый этап расчёта заканчивается, при определении мощности балансирующего узла, совмещённого с базисным:





Проверка:

5.2 Расчёт напряжений на подстанциях

На втором этапе (во втором приближении) по напряжению базисного узла рассчитываем напряжения во всех остальных точках сети последовательно от базисного узла к наиболее удалённым потребителям. Для ветви вычисляем соответственно продольную и поперечную составляющие падения напряжения в сопротивлении

Напряжение в узле j:

и его модуль:

Для рассматриваемой сети вначале определяем напряжения в кольцевой части, используя расчётные схемы и заданное напряжение в балансирующем узле. В условно разделённом пункте (точке потокораздела) напряжение определяем с двух сторон.



Разница между полученными с двух сторон напряжениями в точке (узле) потокораздела равна 7,17% ,что превышает 1 ... 2% от , необходимо определить уравнительный поток мощности [1], обусловленный указанной разницей напряжений; наложить его на все ветви кольцевой сети и пересчитать напряжения в узлах.



%

Разница лежит в пределах заданной точности расчёта 1,16<2 % от , фактическое значение напряжения в точке потокораздела определяем как среднее арифметическое из полученных.

Уточнив значения напряжений в узлах кольцевой сети, приступаем к расчёту напряжений на магистральных ответвлениях.



6. Карта режима сети

Результаты расчёта режима сети представлены в виде карты режима (рис. 14).

Каждый узел символически обозначен кружком, в верхней части которого указан его номер , использованное при проведении расчёта режима, в нижней - полученное напряжение в узле. Линии передачи и обмотки трансформаторов и автотрансформаторов символически обозначены прямоугольником, в который заносят цифровые значения активных и реактивных сопротивлений. Стрелками, отходящими от узла, показаны расчётные нагрузки потребителей и расчётные мощности станций, далее указаны потоки мощности в начале и в конце ветви, а также потери мощности .

Рисунок 14 Карта режима электрической сети

7. Расчёт потерь мощности и энергии в сети

Потери активной мощности определяем суммированием потерь мощности в активных сопротивлениях схемы замещения, потери реактивной мощности - в индуктивных. Для определения потерь энергии за год пользуемся следующими формулами [1, 2, 3]:

для линий передач

для двухобмоточных трансформаторов (п/ст 1)

для трансформаторов с расщеплённой обмоткой (п/ст 4)

для трёхобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов(п/ст 2) и (п/ст 5)

где - количество трансформаторов, установленных на подстанции;

- время наибольших потерь рассчитывается по эмпирической формуле

 - число часов использования наибольшей нагрузки; - коэффициент загрузки трансформаторов.

Суммарные потери мощности и для любой линии электропередачи указаны на карте режима (рис. 14).

, , - потери мощности в обмотках высшего, среднего и низшего напряжения трансформатора или автотрансформатора;

- потери мощности трансформатора с расщеплёнными обмотками.

Потери активной мощности:

Потери реактивной мощности:

Потери мощности в энергосистеме составляют:

;

Общие потери энергии определяем как сумму потерь энергии во всех элементах схемы замещения.

Суммарные мощности нагрузок и суммарную переданную к потребителям электроэнергию находим следующим образом:

где - заданные наибольшие нагрузки потребителей;

Определяем суммарные потери мощности и энергии в процентах к суммарной мощности нагрузок и и энергии :



Список литературы

1. Веников В.А. Электрические системы. Электрические сети. - М.: Высшая школа, 1998.

2. Правила устройства электроустановок М.: Энергоатомиздат, 2002.

3. Справочник по проектированию электрических сетей. Под редакцией Д.Л. Файбисовича. Издание 2-е, переработанное и дополненное: Москва. «Издательство НЦ ЭНАС” 2006 г.

Размещено на Allbest.ru

...