Исследование установившихся режимов работы участка районной электрической сети при реконструкции

Abstract

Study of the installed operating modes of work of the site of the district electrical network at the reconstruction

Damir Zalialiew, Dmitriy Kretov, Zaur Djafarow

"Togliatty State University"

Togliatti, Russia

E-mail: zalialiew.d@yandex.ru

The investigated section of the regional power grid is located in the Samara region near Togliatti. The structure of the investigated area includes 500 kV Substations "Azot", 110 kV "Vyselki", "Stroybaza", 35 kV "Russkie Vyselki", "Teplichnaya", "Kirpichnaya". The 35/10 kV substation "Russkie Vyselki" operates at the limit of its capacity and serves to supply electricity to consumers of Vyselki. The substation "Russkie Vyselki" receives power from 35 kV buses of the substation "Stroybaza" on a single-circuit air line with a voltage of 35 kV. There are large losses in the network because of its schematic solution. In the event of an accident on the line 35 kV "Stroybaza"-"Russkie Vyselki", the substation "Russkie Vyselki" will be disconnected, which will lead to a break in the power supply to consumers of the first, second and third categories. New substation 110/35/10 kV "Vyselki" was nuilt in the Vyselki. The construction of an overhead line connecting the substations "Vyselki" and "Russian Vyselki" will increase the reliability of electricity supply to consumers and reduce the power losses in the network. The article analyzes network operation modes before and after reconstruction, and compares power losses in the network before and after reconstruction. During the study of steady-state operating conditions of a section of regional electrical network, methods of mathematical modeling in the RastrWin program were used before and after reconstruction. The installation of capacitor batteries on low-voltage buses of substations that are part of the district electric network is proposed. When calculating the air line of 35 kV "Stroybaza"-"Russkie Vyselki", choosing capacitor batteries and choosing the optimal transformation coefficients, engineering design methods were used. As a results of the analysis of the operation modes of the section of the regional electric network, the values of the power losses before and after reconstruction, the values of the voltages on the substation buses were obtained. The graphs for visualizing the changes in power losses are structured. Losses of active power in the network decreased by 45.2%, reactive power - by 33.6, full capacity - by 33.7%. The RastrWin program developed models of the district electrical network before and after reconstruction, indicating the voltages on substation tires, overflows and power losses. The construction of the air line "Stroybaza"-"Russkie Vyselki" and the installation of reactive power compensation devices will reduce losses and increase the reliability of electricity supply to consumers of Vyselki.

Keywords -- RastrWin, steady state, power loss, regional electric network, reactive power compensation.

Анализ режимов работы участка районной электрической сети

Анализируемый участок районной электрической сети до реконструкции представлен на Рис. 1.

Рис. 1. Участок районной электрической сети до реконструкции.

Далее представлены нагрузки на шинах подстанций участка сети. Активные и реактивные нагрузки на шинах 6 кВ №1 и №2 подстанции "Тепличная" равны по величине: 5,7 МВт, 2,73 МВАр. Нагрузки 6 кВ на сборной шине № 2 подстанции "Кирпичная" равны 2,3 МВт и 1,24 МВАр, на шине № 1 - равны 5 МВт, 3,16 МВАр. Нагрузки на сборной шине 10 кВ № 1 подстанции "Русские Выселки" равны 6,2 МВт и 2,64 МВАр, на шине № 2 - равны 4 МВт и 1,7 МВАр. Нагрузки на сборных шинах 10 кВ № 1,2 подстанции "Выселки" равны соответственно 2 МВт и 0,85 МВАр. Обмотки 35 кВ трансформаторов на подстанции "Выселки" работают на холостом ходу. Нагрузки на сборной шине 6 кВ № 1 подстанции "Стройбаза" равны 2,3 МВт и 1,26 МВАр, на шине 6 кВ № 2 - равны 1,58 МВт и 0,9 МВАр. Так как подстанции 110/35/10 кВ "Выселки" и 35/10 "Русские Выселки" расположены близко друг к другу, решено сконструировать воздушную линию 35 кВ, отходящую от шины 35 кВ подстанции "Выселки" и питающей в нормальном режиме (когда трансформаторы на подстанции работают раздельно) наиболее мощный трансформатор подстанции "Русские Выселки" - 6,3 МВА. Тем самым возможно максимально сократить пути передачи электроэнергии от системных шин (шин подстанции "Азот") до подстанции "Русские Выселки". Схема сети после реконструкции представлена на Рис. 2. Пунктирная линия на Рис. 2 - спроектированная воздушная линия 35 кВ.

Рис. 2. Участок районной электрической сети после реконструкции.

Сокращение пути передачи электроэнергии позволит уменьшит потери электроэнергии, выровнять напряжение на шинах. Также строительство новой линии позволит увеличить надежность в послеаварийном режиме (в случае отключения существующей воздушной линии 35 кВ "Выселки"-"Русские Выселки". В программе RastrWin [2] рассчитаны режимы работы электрической сети до и после реконструкции. При расчете электрическая схема в программе RastrWin представлена в виде узлов и ветвей. Каждой ветви соответствует одна шина подстанции или средняя точка трансформатора в схеме замещения (для трехобмоточного трансформатора). Ветви расположены между каждыми двумя узлами. Каждый узел промаркирован двузначным числом. После внесения значений параметров узлов и ветвей районной электрической сети в графическом редакторе программы составлены схема с узлами и ветвями (Рис. 3).

Рис. 3. Схема сети в программе RastrWin3.

С помощью команды "Режим" программа RastrWin3 автоматически рассчитывает все параметры режима работы электрической сети: напряжение на шинах подстанции, угол напряжений, указывает потоки и потери мощности. По результатам расчета установившегося режима работы сети до реконструкции построена диаграмма потерь в ветвях сети (Рис. 4). По оси ординат показаны значения активной мощности (МВт), по оси абсцисс - маркировка ветвей

Рис. 4. Диаграмма потерь активной мощности до реконструкции.

Потери напряжений в ветвях сети представлены на Рис. 5. Суммарные потери активной мощности в сети равны 1,206286 МВт, реактивной мощности 8,585647 МВАр. Наибольшие потери выделяются в линии электропередачи 35 кВ питающую подстанцию "Русские Выселки". Линия выполнена из провода марки АС-70. Ток, протекающий по данному проводу при работе подстанции "Русские Выселки" на полную мощность (все потребители подключены), равен 185 А при максимально допустимом токе 265 А. Коэффициент загрузки линии равен 0,698.

Рис. 5. Диаграмма потерь напряжений в сети до реконструкции.

При анализе диаграммы потерь напряжений в сети до реконструкции также установлено, что наибольшие потери напряжения имеют место в той же воздушной линии 35 кВ.

Строительство новой воздушной линии 35 кВ "Выселки"-"Русские Выселки" позволит разгрузить существующую линию 35 кВ, уменьшить потери мощности и напряжения в сети, сократив пути перетоков мощности, и повысить надежность в аварийном режиме. Новая воздушная линия 35 кВ выполнена проводом марки АС 120/19. Выбор сечений проводников произведен по экономической плотности тока. Для проверки проводников на термическую стойкость произведен расчет токов коротких замыканий при наиболее неблагоприятном и тяжелом режиме работы сети. Ток короткого замыкания в конце проектируемой воздушной линии равен 1,585 кА, что удовлетворяет требованию термической стойкости. План сети после реконструкции изображен на Рис. 6.

Рис. 6. План сети после реконструкции.

Спроектированная воздушная линия выполнена на металлических анкерно-угловых опорах типа У35-1 (которые используются также в качестве концевых) и промежуточных железобетонных опорах типа ПБ-35-3.1. Выполнена проверка механических характеристик воздушной линии. После проверки установлено, что при всех климатических условиях тяжение проводов не превышает допустимого значения, а стрела провеса не превышает максимально допустимой 6,5 м. Длина пролета между промежуточными опорами равна 180 м. Для повышения коэффициента мощности и снижения реактивной составляющей передаваемой по линиям электропередач мощности на подстанциях решено установить компенсирующие устройства. В качестве устройств компенсации предложены конденсаторные батареи. Суммарная мощность конденсаторных батарей, установленных на подстанции "Тепличная" равна 750 кВАр, на подстанции "Кирпичная" - 1950 кВАр, на подстанции "Русские Выселки" - 675 кВАр, на подстанции "Выселки" - 300 кВАр, на подстанции "Стройбаза" - 825 кВАр.

При подключении конденсаторных батарей к шинам подстанции суммарная передаваемая реактивная мощность уменьшилась. С учетом установки конденсаторных батарей внесены соответствующие изменения параметров узлов в программу RastrWin (изменена суммарная потребляемая реактивная мощность). Спроектированная воздушная линия электропередачи представлена новой ветвью. Смоделирован новый режим работы сети с учетом компенсирующих устройств и новой воздушной линии. Суммарные потери активной мощности в сети (в линиях электропередачи и трансформаторах) равны 0,661498 МВт, потери реактивной мощности равны 5,70384 МВАр. Диаграмма потерь активной мощности в сети изображена на Рис. 7.

Рис. 7. Диаграмма потерь активной мощности после реконструкции

Диаграмма потерь реактивной мощности изображена на Рис. 8. В результате реконструкции участка районной электрической сети потери активной мощности уменьшились на 45,2 %, потери реактивной мощности уменьшились на 33,6 %, потери полной мощности уменьшились на 33,7 %.

Рис. 8. Диаграмма потерь реактивной мощности после реконструкции

В результате реконструкции удалось значительно снизить потери в электрической сети, разгрузить воздушную линию питающую подстанцию 35/10 кВ "Русские Выселки". Строительство новой воздушной линии 35 кВ позволит увеличить надежность работы в сети в послеаварийном режиме. Сечение проводов марки АС-120/19 позволяет также передавать мощность для питания двух трансформаторов подстанции "Русские Выселки". Тем самым в послеаварийном режиме (когда существующая воздушная линия отключена) не будет необходимости для работы только одного трансформатора с перегрузкой в 40%. Это предотвратит преждевременный износ изоляции от нагрева и не допустит увеличения потерь в трансформаторе при повышенной нагрузке.

Список литературы