Выбор режимов регулирования напряжения в распределительной электрической сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Факультет Энергетический

Кафедра «Электрические системы»

Курсовая работа

по дисциплине «Управление электроэнергетическими системами»

Тема: «Выбор режимов регулирования напряжения в распределительной электрической сети»

Исполнитель: студент: ЭФ 5курс гр. 30602312 Полуйчик Д.В.

Руководитель: старший преподователь Волков А.А.

Минск

2017

Содержание

Введение

1. Схема распределительной сети и ее краткая характеристика

2. Расчет параметров трансформаторов ТП и участков распределительной электрической сети (активного и реактивного сопротивлений, токов, активных и реактивных мощностей каждой ТП)

3. Составление функций статических характеристик активной и реактивной мощности по каждой ТП

4. Определение зоны нечувствительности автоматического регулятора напряжения трансформатора в центре питания

5. Расчет режимов распределительной сети (ручной расчет)

6. Определение допустимых отклонений напряжения на шинах 0,38 кВ ТП

7. Выбор режима встречного регулирования напряжения на шинах 10 (6) кВ ЦП

8. Выбор ответвлений трансформаторов ТП

9. Расчет режимов на ЭВМ при наибольших и наименьших нагрузках без учета и с учетом статических характеристик нагрузки

Выводы в общем виде

Литература

Введение

Одной из важнейших задач оперативного управления на уровне электрических сетей является обеспечение потребителей электрической энергией соответствующего качества по напряжению, которое регламентируется межгосударственным стандартом. В свою очередь качество напряжения непосредственно связано с рациональным использованием имеющихся в сетях средств регулирования напряжения.

В данной курсовой работе будет рассмотрена методика выбора режимов регулирования напряжения в распределительной электрической сети. Также будет произведен расчет режимов распределительной электрической сети с помощью ЭВМ без учета и с учетом СХН и будет произведен анализ влияния статических характеристик нагрузки на режимные параметры распределительной сети.

1. Схема распределительной сети и её краткая характеристика

напряжение распределительный электрический сеть

Исходные данные: вариант задания №3.

На рисунке 1.1 приведена схема сети напряжением 10 кВ, параметры участков сети, марки кабелей и номинальные мощности трансформаторов 10/0,38 кВ. В центре питания установлен трансформатор 35/10 кВ (4 МВА) со ступенями регулирования РПН дUст=1,78 %. Допустимые отклонения напряжения у электроприёмников дUдоп=±5 %. Отношение наименьшей нагрузки к наибольшей - m=0,3. Потеря напряжения в режиме наибольших нагрузок от шин 0,38 кВ до ближайшего приёмника ДU"нн.б=1 %, а до наиболее удаленного - ДU"нн.у=5 %. Коэффициент чувствительности регулятора напряжения n=1,4.

Таблица 1.1. Исходные данные

Uном, кВ	kI	cosц	m	n	дUст, %	ДU"нн.б	ДU"нн.у
10	0,6	0,9	0,3	1,4	1,78	1	5

Таблица 1.2. Исходные данные по составу потребителей ТП.

Доли мощности в суммарной нагрузке ТП
Активной	Реактивной
nл.н	nл.л	nн.п	nт	nа.д	n'л.н	n'л.л	n'н.п	n'т	n'а.д
0,3	0,2	0,1	0,2	0,1	0	0,2	0	0,2	0,6

Рис. 1.1. Схема сети

2. Расчет параметров трансформаторов ТП и участков распределительной сети (активного и реактивного сопротивлений, токов, активных и реактивных мощностей каждой ТП)

По заданным маркам кабелей (справочные данные в таблице 2.1), длинам участков находим активные и реактивные сопротивления участков линии:

, (2.1)

. (2.2)

Таблица 2.1. Справочные данные по маркам проводов и кабелей

Марка кабеля	, Ом/км	, Ом/км
АСБ-3*240	0,122	0,075
АСБ-3*185	0,159	0,077
АСБ-3*95	0,310	0,083
ААШВ-3*120	0,27	0,081
ААШВ-3*95	0,34	0,083

Для участка 1-2 длиной 3,5 км, кабель марки АСБ-3*240:

Ом,

Ом.

Для остальных участков проводим аналогичные расчеты, результаты которых представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Параметры участков сети

Номер участка сети	Марка кабеля	Длина участка, км	R, Ом	X, Ом
1-2	АСБ-3*240	1,5	0,183	0,1125
2-3	АСБ-3*185	0,920	0,146	0,07
2-5	АСБ-3*95	0,410	0,13	0,033
5-7	ААШВ-3*95	0,282	0,096	0,023
7-9	АСБ-3*95	0,330	0,1023	0,027
2-11	АСБ-3*95	0,480	0,15	0,04
2-13	АСБ-3*120	0,380	0,15	0,04
13-15	АСБ-3*95	0,440	0,1364	0,036
15-17	АСБ-3*95	0,610	0,189	0,0506
13-19	ААШВ-3*120	0,720	0,19	0,058
13-21	АСБ-3*95	0,300	0,093	0,0249

Аналогично определяем параметры трансформаторов по формулам 2.3 и 2.4. Паспортные данные трансформаторов приведены в таблице 2.3.

(2.3)

(2.4)

где - потери короткого замыкания, кВт;

- напряжение короткого замыкания, %;

- номинальная мощность трансформатора, кВА;

- номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, кВ.

Таблица 2.3. Паспортные данные трансформаторо

, кВА	, %	, кВт
160	4,7	3,10
250	4,2	4,7
400	5,9	4,5
630	5,5	5,8
1000	12,2	5,5

Для трансформатора 3-4 (S=160 кВА):

Ом,

Ом.

Результаты расчетов представим в таблице 2.4.

Таблица 2.4. Параметры трансформаторов

Номер участка сети	Марка трансформатора	Номинальная мощность, Ква	R, Ом	X, Ом
3-4	ТМ-160	160	12,11	29,375
5-6	ТМН-1000	1000	1,345	6,06
7-8	ТМ-400	400	3,68	11,25
9-10	ТМ-400	400	3,68	11,25
11-12	ТМЗ-630	630	1,61	9,625
13-14	ТМ-250	250	6,72	18,8
15-16	ТМ-400	400	3,68	11,25
17-18	ТМ-400	400	3,68	11,25
19-20	ТМ-400	400	3,68	11,25
21-22	ТМ-400	400	3,68	11,25
Суммарная мощность УSном, кВА	4440

По заданному коэффициенту kI и суммарной номинальной мощности трансформаторов всех ТП УSном, определим суммарный ток ЦП со стороны 10 кВ в режиме наибольших нагрузок:

, А, (2.5)

А.

где n - число трансформаторов всех ТП;

- номинальное напряжение сети, кВ;

- номинальная мощность трансформаторов i-го ТП.

По току центра питания в режиме наибольших нагрузок и cosц вычислим ток, активную и реактивную мощности каждой ТП пропорционально номинальным мощностям их трансформаторов. Для i-ой ТП:

, (2.6)

, кВт, (2.7)

, квар. (2.8)

По заданному отношению наименьшей нагрузки к наибольшей находим нагрузки каждой ТП в режиме наименьших нагрузок:

, , . (2.9)

Для трансформатора 3 - 4:

А,

кВт,

квар.

А,

кВт,

квар.

Для остальных ТП проводим аналогичные расчеты, результаты которых занесем в таблицу 2.5.

Таблица 2.5. Параметры узлов сети.

Номер узла	Номинальная мощность, кВА	Загрузка трансформатора, о.е.	Ток, А	Мощности	Cosц
			Iнб	Iнм	активная	реактивная
					Рнб	Рнм	Qнб	Qнм
3-4	160	0,55	5,548	1,664	86,38	25,914	41,84	12,52	0,9
5-6	1000	0,55	34,68	10,404	539,96	161,98	261,58	78,474	0,9
7-8	400	0,55	13,87	4,161	215,95	64,785	04,61	31,383	0,9
9-10	400	0,55	13,87	4,161	215,95	64,785	104,61	31,83	0,9
11-12	630	0,55	21,84	6,552	340,04	102,01	164,73	19,19	0,9
13-14	250	0,55	8,67	2,601	134,99	40,497	65,39	19,617	0,9
15-16	400	0,55	13,87	4,161	215,95	64,785	104,61	31,383	0,9
17-18	400	0,55	13,87	4,161	215,95	64,785	104,61	31,383	0,9
19-20	400	0,55	13,87	4,161	215,95	64,785	104,61	31,383	0,9
21-22	400	0,55	13,87	4,161	215,95	64,785	104,61	31,383	0,9

Рассчитанные сопротивления и нагрузки нанесем на схему сети: для режима наибольших нагрузок - рисунок 2.1, для режима наименьших нагрузок - рисунок 2.2.

Рис. 2.1. Режим наибольших нагрузок. 11



Рис.2.2. Режим наименьших нагрузок. 12

3. Составление функций статических характеристик активной и реактивной мощности по каждой ТП

По заданному составу потребителей ТП находим статические характеристики нагрузки:

, (3.1)

, (3.2)

где - активные мощности ламп накаливания, люминесцентных ламп, нагревательных приборов, телевизоров, асинхронных двигателей в соответствующем режиме работы сети (при наибольшей и наименьшей нагрузках) ;

- соответствующие реактивные мощности.

Для составления функций воспользуемся статическими характеристиками отдельных электроприемников.

Для ламп накаливания:

, (3.3)

,

где - отклонение напряжения, равное:

. (3.4)

Для люминесцентных ламп:

, (3.5)

. (3.6)

Для нагревательных приборов:

, (3.7)

.

Для телевизоров:

, (3.8)

. (3.9)

Для асинхронных двигателей:

, (3.10)

. (3.11)

где - потери активной мощности в двигателе при номинальном напряжении, о.е. =0,12.

При коэффициенте загрузки двигателя m=1:

. (3.12)

Подставив данные в 3.10, получим: .

В результате расчетов получим статические характеристики в виде 3.1, 3.2: , .

Полученные характеристики графически изобразим на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 Статические характеристики нагрузки

4. Определение зоны нечувствительности автоматического регулятора напряжения трансформатора в центре питания

Выпускаемые трансформаторы с РПН имеют следующие диапазоны и ступени регулирования:

- трансформаторы 35/10 кВ ±6Ч1,5%;

- трансформаторы 110/10 кВ и 110/35/10 кВ ±9Ч1,78%.

Таким образом, на трансформаторах ЦП ступень регулирования может быть дUст=1,5 или дUст=1,78% от номинального напряжения обмотки. Ступень регулирования непосредственно влияет на точность поддержания заданного в ЦП напряжения. Точность регулирования напряжения определяется зоной нечувствительности (некоторая полоса изменения напряжения на шинах ЦП, при которой не происходит срабатывания регулирующей аппаратуры):

, (4.1)

где - ступень регулирования на обмотке трансформатора;

n - коэффициент чувствительности, вводимый для того, чтобы исключить многочисленные бесцельные срабатывания переключающих устройств.

При отклонении напряжения в ЦП менее чем на 1,25 % регулирующая аппаратура трансформатора срабатывать не будет.

5. Расчет режимов распределительной сети (ручной расчет)

По данным параметров участков сети (таблицы 2.2, 2.4), наибольшим и наименьшим нагрузкам ТП находим потоки мощности на всех участках сети. Расчет произведем, используя 1-ый закон Кирхгофа, от концов сети до ЦП. Результаты отразим на схеме сети: режим наибольших нагрузок - рисунок 5.1, режим наименьших нагрузок - рисунок 5.2.

По формулам:

, В, (5.1)

найдем потери напряжения в вольтах и процентах. Так для участка 1-2 в режиме наибольших нагрузок: ,0

Результаты расчетов занесем в таблицу 5.1.

Таблица 5.1. Потери напряжения на участках сети.

Номер участка	Потери напряжения в режиме
	наибольших нагрузок	наименьших нагрузок
	ДU``нб, В	ДU``нб, %	ДU`нм, В	ДU`нм, %
Линии
1-2	56,925	0,569	17,077	0,17
2-3	1,556	0,015	0,466	0,0046
2-5	114,18	0,141	34,254	0,342
5-7	4,63	0,046	1,389	0,013
7-9	2,49	0,0249	0,747	0,0074
2-11	5,75	0,057	1,725	0,017
2-13	11,78	0,117	3,536	0,0353
13-15	6,64	0,064	1,992	0,019
15-17	4,61	0,046	1,383	0,013
13-19	9,609	0,096	2,882	0,028
19-21	2,268	0,0226	0,680	0,0068
Трансформаторы
3-4	227,51	2,275	68,253,	0,682
5-6	231,14	2,31	69,342	0,693
7-8	197,15	1,97	59,145	0,591
9-10	197,15	1,97	59,145	0,591
11-12	213,29	2,13	63,987	0,639
13-14	213,64	2,13	64,092	0,64
15-16	197,15	1,97	59,145	0,591
17-18	197,15	1,97	59,145	0,591
19-20	197,15	1,97	59,145	0,591
21-22	197,15	1,97	59,145	0,591

По найденным потерям напряжения на участках сети вычислим потери напряжения в процентах от шин ЦП до шин 0,38 кВ каждой ТП. Для примера, для участка в режиме наибольших нагрузок:

ДU1-4= 0,569%+0,015%+2,275% = 2,859%.

Расчеты для режима наименьших нагрузок аналогичны. Результаты представим в таблице 5.2.

Таблица 5.2. Потери напряжения на участках до шин 0,38 кВ ТП

Номер участков 0,38 кВ	ДU, %, в режиме
	наибольших нагрузок ДUн``	наименьших нагрузок ДUн`
1-4	2,859	0,856
1-6	3,02	1,205
1-8	2,726	1,116
1-10	2,75	1,123
1-12	2,756	0,826
1-14	2,816	0,832
1-16	2,72	0,815
1-18	2,766	1,146
1-20	2,752	0,824
1-22	2,774	0,831

Рисунок 5.1. Потоки мощности в режиме наибольших нагрузок



Рисунок 5.2. Потоки мощности в режиме наименьших нагрузок

6. Определение допустимых отклонений напряжения на шинах 0,38 кВ ТП

Будем ориентироваться на то, что у ближайшего к ТП приемника отклонение напряжения может быть равно верхнему допустимому пределу дUб= +5%, а у наиболее удаленного - нижнему допустимому пределу дUу= -5%.

По условию потеря напряжения в сети 0,38 кВ от шин ЦП до наиболее удаленного приемника в режиме наибольших нагрузок равна ДU``нн.у=5%, а до ближайшего приемника ДU``нн.б=1%. В режиме наименьших нагрузок эта потеря напряжения составит:

, (6.1)

(6.2)

Допустимые отклонения напряжения на шинах 0,38 кВ ТП в режиме наибольших нагрузок:

(6.3)

(6.4)

Таким образом, в режиме наибольших нагрузок отклонение напряжения на шинах 0,38 кВ ТП должно находиться в пределах:

0% ? ? +6%.

В режиме наименьших нагрузок допустимые отклонения напряжения:

 (6.5)

(6.6)

Таким образом, в режиме наименьших нагрузок отклонение напряжения на шинах 0,38 кВ ТП должно находиться в пределах: -3,5% ? ? +5,3%.

7. Выбор режима встречного регулирования напряжения на шинах 10 (6) кВ ЦП

Выберем следующий режим регулирования:

- при набольших нагрузках

- при наименьших нагрузках

Тогда с учетом зоны нечувствительности регулятора , найдем пределы возможных отклонений напряжения на шинах ЦП в режиме наибольших нагрузок:

(7.1)

(7.2)

Аналогично для режима наименьших нагрузок:

(7.3)

(7.4)

8. Выбор ответвлений трансформаторов ТП

Найдем зону сети, в которой может быть выбрана наименьшая добавка напряжения на трансформаторах (соответствует ответвлению +5%). Для этого вычислим соответствующие наибольшие потери напряжения от ЦП до шин 0,38 кВ ТП.

Для режима наименьших нагрузок:

а) (8.1)

(8.2)

отсюда 0,51% ? ? 6,51%;

б) (8.3)

(8.4)

отсюда 0,51% ? ? 4,01%;

Обобщая неравенства а) и б), получим, что при ответвлении +5% потеря напряжения должна находиться в пределах: 0,51% ? ? 4,01%.

Этому условию удовлетворяют трансформаторы всех ТП.

Далее перейдем к нахождению зоны сети, в которой может быть установлено ответвление трансформаторов +2,5% с добавкой напряжения

Для режима наибольших нагрузок:

а)

отсюда 2,88% ? ? 8,88%;

б)

отсюда 0,38% ? ? 6,38%;

Обобщая неравенства а) и б), получим, что при ответвлении +2,5% потеря напряжения должна находиться в пределах:

2,88% ? ? 6,38%.

Этому условию не удовлетворяет ни один из трансформаторов.

По данным таблицы 5.2 для примера участок 1-4:

0,51% ? 2,827 ? 4,01%.

Проверим выполнение требований для режима наименьших нагрузок:

а) (8.5)

(8.6)

отсюда -1,47% ? ? 7,63%;

б) (8.7)

(8.8)

отсюда -3,79% ? ? 2,76%;

Обобщая неравенства а) и б), получим, что при ответвлении +5% потеря напряжения должна находиться в пределах: -3,79% ? ? 2,76%.

Этому условию также соответствуют трансформаторы всех ТП. Следовательно, по условию обоих режимов на трансформаторах всех ТП может быть выбрано ответвление +5%.

Результаты выбора ответвлений трансформаторов сведем в таблицу 8.1.

Таблица 8.1. Выбранные ответвления трансформаторов.

Номер трансформатора ТП	Выбранные ответвления, %
1-4	+5
1-6	+5
1-8	+5
1-10	+5
1-12	+5
1-14	+5
1-16	+5
1-18	+5
1-20	+5
1-22	+5

Выбранные ответвления удовлетворяют режимам наибольших и наименьших нагрузок.

9. Расчеты режимов на ЭВМ при наибольших и наименьших нагрузках без учета и с учетом статических характеристик нагрузки

Дальнейшие расчеты выполняем с помощью программы «МИФ1» расчета режима распределительной сети на ПЭВМ. В соответствии с инструкцией к программе набираем схему сети, заносим длины и марки проводов линий, номинальные мощности трансформаторов ТП. Коэффициенты трансформации трансформаторов ТП задаем в соответствии с выбранными ответвлениями (таблица 8.1).

При этом проведем два расчета с предельными значениями отклонения напряжения на шинах ЦП: для режима наибольших нагрузок и ; для режима наименьших нагрузок соответственно и . На основании этих расчетов найдем напряжения на шинах 0,38 кВ ТП и сравним их с допустимыми, а также определим суммарные потери активной и реактивной мощности.

Результаты расчетов представим в виде схем сети, а также занесем в таблицу 9.1.

Таблица 9.1. Допустимые и фактические отклонения напряжения на шинах 0,38 кВ.

Номер шин 0,38 кВ	Допустимые отклонения напряжения, %, в режиме	Фактические отклонения напряжения, %
		без учета статических характеристик в режиме	с учетом статических характеристик в режиме
	наибольших нагрузок	наименьших нагрузок	наибольших нагрузок	наименьших нагрузок	наибольших нагрузок	наименьших нагрузок
4	0% ? ? +6%.	-3,5% ? ? +5,3%.	2.439	0,597	2.223	0.661
6			2.293	0,641	2.059	0.711
8			2.374	0,616	2.159	0.680
10			2.347	0,624	2.134	0,688
12			2.326	0.631	2.091	0.701
14			2.472	0.587	2.254	0.652
16			2.426	0.600	2.209	0,666
18			2.392	0,611	2.177	0,675
20			2.395	0,610	2.179	0.675
22			2.379	0,615	2.163	0.679

При учете СХН потери мощности при снижении напряжения увеличиваются, однако это увеличение незначительно. Объяснить данное явление можно тем, что при учете СХН увеличиваются нагрузки узлов по сравнению с номинальными, а, соответственно, увеличиваются и потоки мощности по ветвям, что в конечном итоге отражается на том, что потери увеличиваются незначительно.

Фактические отклонения напряжения входят в допустимые пределы в режимах наибольших и наименьших нагрузок.

Рисунок 9.1. Параметры сети в режиме наибольших нагрузок без учета (с учетом) статических характеристик



Рисунок 9.2. Параметры сети в режиме наибольших нагрузок с учетом (без учета) статических характеристик

Выводы в обобщенном виде

В курсовой работе была рассмотрена методика выбора режимов регулирования напряжения в распределительной электрической сети. Был произведен расчет режимов распределительной электрической сети с помощью ЭВМ без учета и с учетом статических характеристик нагрузки. Также в работе было проанализировано влияние СХН на режимные параметры распределительной сети.

Моделирование нагрузки статическими характеристиками по напряжению может вносить существенную поправку в результаты расчетов потерь в радиальных сетях, как в сторону увеличения этих потерь, так и в сторону их уменьшения.

Оптимизация режимов сети регулированием напряжения с целью снижения потерь мощности в них дает значительный эффект при наличии узлов потребления с существенным преобладанием двигательной нагрузки.

Для обеспечения необходимого качества напряжения у потребителей в распределительной сети используют встречное регулирование напряжения в центре питания, а также регулирование напряжения на ТП с помощью устройств ПБВ на трансформаторах. Таким образом, в результате выполнения курсовой работы мною были получены навыки по регулированию напряжения и обеспечению необходимого качества напряжения для потребителей в распределительной сети.

Литература

1. Федин В. Т., Фурсанов М. И., Выбор режимов регулирования напряжения в распределительной электрической сети. - Мн.: БНТУ, 2002.

2. Лычев П. В., Федин В. Т., Электрические системы и сети. Решение практических задач. - Мн.: Дизайн ПРО, 1997.

Размещено на Allbest.ru

...