Компенсация реактивной мощности в электросетях

Размещено на http://allbest.ru

1. Составить схему замещения сети и определить ее параметры

1.1 Характеристики элементов по справочным данным и заводов изготовителей

ЛЭП:

ЛЭП1: АС-300, Ll = 45 км

rо1 = 0,098 Ом/км; хо1 = 0,414 Ом/км

qо1 = 0,144 Мвар/км

ЛЭП2: АС-300, L2 = 65 км

rо2 = 0,098 Ом/км; хо2 = 0,414 Ом/км

qо2 = 0,144 Мвар/км

ЛЭП3: АС-240, L3 = 35 км

rо3 = 0,13 Ом/км; хо3 = 0,4 Ом/км

qо3 = 0,127 Мвар/км

ЛЭП4,5: АС-150, L45 = 40 км

rо45 = 0,198 Ом/км; хо45 = 0,406 Ом/км

qо45 = 0,036 Мвар/км

Трансформаторы:

Т1,2: ТРДН-40000/220/11 (РПН 8х1,5%)

Uн = 230/11

uк = 12 %

Рк = 170 кВт; Рхх = 50 кВт; Iхх = 0,9%; Qx = 360 квар

Т3,4: АТДЦТН-125000/220/110/10 (РПН 6х2%)

Uн = 230/121/11

uк_вн-сн = 11%, uк_вн-нн = 45%, uк_сн-нн = 28%

Рк = 305 кВт; Рхх = 65 кВт; Iхх = 0,5%; Qx = 625 квар

Rвн = 0,55 Ом, xвн = 59,2 Ом; хсн = 0, Rсн = 0,48 Ом

Rнн = 3,2 Ом, хнн = 131 Ом

Т5,6: ТДН-40000/115/10,5 (РПН 9х1,78%)

Uн = 115/10,5

uк = 10,5 %

Рк = 172 кВт; Рхх = 36 кВт; Iхх = 0,65 %; Qx = 260 квар

Нагрузка:

Р1нб = 46 МВт; cosц = 0,89

Q1нб = Р1нб*tgц = 46*0,51 = 23,46 МВАр

Р2нб₁₀ = 36 МВт; cosц = 0,9

Q2нб₁₀ = Р2нб₁₀*tgц = 36*0,48 = 17,28 МВАр

Р2нб₁₁₀ = 46 МВт; cosц = 0,94

Q2нб₁₁₀ = Р2нб₁₁₀*tgц = 46*0,36 = 16,56 МВАр

Р3нб = 46 МВт; cosц = 0,89

Q3нб = Р3нб*tgц = 73*0,54 = 39,4 МВАр

1.2 Параметры элементов

Учитываем параллельно включенные элементы.

ЛЭП1 - 220 кВ

Л1: r1 = rо1*Ll = 0,098*45 = 4,41 Ом

x1 = xо1*Ll = 0,414*45 = 18,63 Ом

Qг1 = qoг*L1 = 0,144*45 = 6,48 МВар

Л2: r2 = rо2*Ll = 0,098*65 = 6,37 Ом

x2 = xо2*Ll = 0,414*65 = 26,91 Ом

Qг2 = qoг*L2 = 0,144*65 = 9,36 МВар

Л3: r3 = rо1*L3 = 0,13*35 = 4,55 Ом

x3 = xо1*L3/2 = 0,4*35 = 14 Ом

Qг3 = qoг*L1 = 0,127*35 = 4,45 МВар

ЛЭП1-110 кВ

Л4,5: r45 = rо45*L4 = 0,198*40/2 = 3,96 Ом

x45 = xо1*L4 = 0,406*40/2 = 8,12 Ом

Qг45 = qo45*L45*nл = 0,036*40*2 = 2,88 МВар

Трансформаторы.

Т1,2: ТРДН-40000/220/11 (РПН 8х1,5%)

Uн = 230/11

uк = 12 %

Рк = 170 кВт; Рхх = 50 кВт; Iхх = 0,9%; Qx = 360 квар

Rт12 = = = 2,81 Ом

х12 = = 79,35 Ом

Т3,4: АТДЦТН-125000/220/110/10

Uн = 230/121/11

uк_вн-сн = 11%, uк_вн-нн = 45%, uк_сн-нн = 28%

Рк = 305 кВт; Рхх = 65 кВт; Iхх = 0,5%; Qx = 625 квар

Rвн = 0,28 Ом, xвн = 29,6 Ом; хсн = 0, Rсн = 0,24 Ом

Rнн = 1,6 Ом, хнн = 65,5 Ом,

Т5,6: ТДН-40000/115/10,5 (РПН 9х1,78%)

Uн = 115/10,5

uк = 10,5 %

Рк = 172 кВт; Рхх = 36 кВт; Iхх = 0,65 %; Qx = 260 квар

Rт12 = = = 0,71 Ом

х12 = = 17,36 Ом

1.3 Параметры схемы замещения

Параметры схемы замещения линий:

z1 = 4,41 + 18,63j; Qг1 = 6,48 Мвар

z2 = 6,37 + 26,91j; Qг2 = 9,36 Мвар

z3 = 4,55 + 14j; Qг3 = 4,45 Мвар

z45 = 3,96 + 8,12j; Qг45 = 2,88 Мвар

Параметры схемы замещения трансформаторов:

zт12 = 2,81 + 79,35j

ДSx12 = 0,1 + 0,42j

zт34_в = 0,28 + 29,6j

zт34_с = 0,24

zт34_н = 1,6 + 65,5j

ДSx34 = 0,13 + 1,25j

zт56 = 0,71 + 17,36j

ДSx56 = 0,072 + 0,52j

Параметры схемы замещения нагрузки:

S12 = 46 + 23,46j; S12_m = mod(S12) = 51,64 МВА

Здесь и далее mod(S) = , МВА

S34₁₀ = 36 + 17,28j; S34_m10 = mod(S34₁₀) = 39,93 МВА

S34₁₁₀ = 46 + 16,56j; S34_m110 = mod(S34₁₁₀) = 48,89 МВА

S56 = 46 + 39,4j; S56_m = mod(S56) = 60,57 МВА

1.4 В принятых обозначениях расчетная схема будет иметь вид

2. Выполнить расчеты потокораспределения и напряжений в узлах сети в нормальном режиме работы сети (в режиме наибольших нагрузок)

2.1 Перед расчетом кольцевого участка определим нагрузку в узлах сети

П/ст 1

Sт12 = S12 + ДSx12 + ДS12 = 46 + 23,46j + 0,23 + 5,92j + 0,1 + 0,42j =

= 46,33 + 29,8j

?S12 =

Sт56 = S56 + ДSx56 + ДS56 = 46 + 39,4j + 0,072 + 0,52j + 0,2 + 4,82j =

= 46,27 + 44,74j

?S56 =

П/ст 2

Нагрузка в конце линии Л4,5:

S45к = Sт56 - ДjQг45/2 = 46 + 39,4j - 1,44j = 46 + 37,96j

S45к_m = mod(S4к) = 59,64 МВА

Потери мощности в Л4,5

?S45 =

Нагрузка в начале линии Л4,5:

S45н = S45к + ?S45 - ДjQг45/2 =

= 46 + 37,96j + 0,92 + 1,97j - 1,44j = 46,92 + 38,49j

S45н_m = mod(S4н) = 60,69 МВА

Нагрузка СН Т34:

S34с = S4₁₁₀ + ?S34с = 46 + 16,56j

?S34с =

Нагрузка НН Т34:

S34н = S34₁₀ + ?S34н = 36 + 17,28j + 0,17 + 7,13j = 36,17 + 24,41j

?S34н =

Суммарная нагрузка Т34:

S34сум = S34с + S34н = 46 + 16,56j + 36,17 + 24,41j = 82,17 + 40,97j

S4сум_m = mod(S34сум) = 91,82 МВА

Нагрузка трансформатора Т34 на стороне ВН:

Sт34 = S34сум + ?S34в = 82,17 + 40,97j + 0,04 + 4,72j = 82,21 + 45,69j

?S34 =

В итоге имеем следующую расчетную схему для расчета кольца Л1-3:

2.2 Расчетные потоки головных участков

Дано:

Sт12 = 46,33 + 29,8j

Sт56 = 46,27 + 44,74j

S34 = 82,21 + 45,69j

z1 = 4,41 + 18,63j; Qг1 = 6,48 Мвар

z2 = 6,37 + 26,91j; Qг2 = 9,36 Мвар

z3 = 4,55 + 14j; Qг3 = 4,45 Мвар

Расчетные нагрузки узлов:

Sp1 = Sт12 - ДjQг1/2 - ДjQг3/2 = 46,33 + 29,8j - 3,24j - 2,23j = 46,33 + 24,33j

Sp2 = Sт34 - ДjQг2/2 - ДjQг3/2 = 82,21 + 45,69j - 4,68j - 2,23j = 82,21 + 38,78j

Расчетные потоки головных участков определяем по методу моментов:

S₁ =

=

= = 68,68 + 34,64j

S₂ =

=

= = 59,86 + 28,47j

Здесь:

z = z1 + z2 + z3 = 4,41 + 18,63j + 6,37 + 26,91j + 4,55 + 14j = 15,33 + 59,54j

z2 + z3 = 6,37 + 26,91j + 4,55 + 14j = 10,92 + 40,91j

z1 + z3 = 4,41 + 18,63j + 4,55 + 14j = 8,96 + 32,63j

Расчетные потоки по линиям:

Sл1 = S₁ = 68,68 + 34,64j

Sл2 = S₂ = 59,86 + 28,47j

Sл3 = S₁ - S34 = 68,68 + 34,64j - 82,21 - 45,69j = -13,53 - 11,05j

Поток мощности в линии Л3 направлен от п/ст 2.

Контроль:

S₁ + S₂ = Sp1 + Sp2

S₁ + S₂ = 68,68 + 34,64j + 59,86 + 28,47j = 128,54 + 63,11j

Sp1 + Sp2 = 46,33 + 24,33j + 82,21 + 38,78j = 128,54 + 63,11j

Баланс сходится, потоки рассчитаны верно. Точки потокораздела по активной и реактивной мощностям находятся в узле п/ст 2.

2.3 Напряжение в узлах

Расчетные токи линий:

Sл1 = 68,68 + 34,64j

Sл1_m = mod(Sл1) = 76,92 МВА

Sл2 = 59,86 + 28,47j

Sл2_m = mod(Sл2) = 66,29 МВА

Sл3 = 13,53 + 11,05j

Sл3_m = mod(Sл3) = 17,47 МВА

Iр₁ =

Iр₂ =

Iр₃ =

Напряжения в узлах:

z1 = 4,41 + 18,63j

z1_m = mod(z1) = 19,14 Ом

z2 = 6,37 + 26,91j

z2_m = mod(z2) = 27,65 Ом

z3 = 4,55 + 14j

z3_m = mod(z3) = 14,72 Ом

U_o = 235 кВ

U₁ = U_o - ДU₁ = 235 - 3,7 = 231,3 кВ

ДU₁ = I_р1*z1m = 193,3*19,14/1000 = 3,7 кВ

U₂ = U_o - ДU₂ = 235 - 4,61 = 230,39 кВ

ДU₂ = I_р2*z2m = 166,6*27,65/1000 = 4,61 кВ

U₃ = U₁ - ДU₃ = 231,3 - 0,65 = 230,65 кВ

ДU₃ = I_р3*z3m = 43,9*14,72/1000 = 0,65 кВ

Как видно U₃ ? U₂ - напряжение с разных сторон питания Т34 практически (с точностью до округления) одинаковы. Задача решена верно.

3. Расчеты потокораспределения и напряжений в узлах сети в послеаварийном режиме работы сети (отключение наиболее загруженной линии в кольцевой сети 220 кВ)

Наиболее загружена Л1. При ее обрыве потокораспределение будет следующим. реактивный мощность электроэнергия трансформатор

3.1 Расчетные нагрузки узлов

Sp1 = Sт12 - ДjQг3/2 = 46,33 + 29,8j - 2,23j = 46,33 + 27,57j

Sp1_m = mod(Sp1) = 53,91 МВА

Sp2 = Sp1 + Sт34 - ДjQг2 - ДjQг3/2 =

= 46,33 + 24,33j + 82,21 + 45,69j - 9,36j - 2,26j = 128,54 + 58,4j

Sp2_m = mod(Sp2) = 141,18 МВА

Iр₃ =

Iр₂ =

3.2 Напряжение в узлах

U₂ = U_o - ДU₂ = 235 - 9,81 = 225,19 кВ

ДU₂ = I_р1*z2m = 354,8*27,65/1000 = 9,81 кВ

U₁ = U₂ - ДU₃ = 225,19 - 2 = 223,19 кВ

ДU₃ = I_р3*z3m = 135,5*14,72/1000 = 2 кВэ

4. Оценить достаточность регулировочных диапазонов устройств РПН трансформаторов на всех подстанциях

В нормальном режиме во все узлах сети напряжение заметно выше номинального (±5%), однако РПН (±8x1,5 % и ±6 x2 %) способно штатно отработать в рабочем режиме изменение напряжения от изменения нагрузки узлов.

В аварийном режиме при отключении наиболее загруженной Л1 отклонение напряжения на стороне высокого напряжения в узле №1 составит:

ДU₁ (%) = 100*(223,19 - 230)/230 = -2,96 %, что также допустимо.

Вывод - дополнительных мероприятий по нормализации режима сети по отклонению напряжения не требуется. Диапазоны РПН трансформаторов всех узлов будут достаточны для обеспечения требуемого уровня напряжения.

5. Рассчитать потери активной мощности и годовые потери электроэнергии в сети

Расчет ведем для нормального режима работы сети.

5.1 Потери мощности

z1 = 4,41 + 18,63j; Qг1 = 6,48 Мвар

z2 = 6,37 + 26,91j; Qг2 = 9,36 Мвар

z3 = 4,55 + 14j; Qг3 = 4,45 Мвар

z45 = 3,96 + 8,12j; Qг45 = 2,88 Мвар

?S12 = 0,23 + 5,92j

ДSx12 = 0,14 + 4j

?S34 = 0,04 + 4,72j

ДSx34 = 0,13 + 1,25j

?S56 = 0,2 + 4,82j

ДSx56 = 0,072 + 0,52j

Sл1 = 68,68 + 34,64j

Sл1_m = mod(Sл1) = 76,92 МВА

?Sл1 =

Sл2 = 59,86 + 28,47j

Sл2_m = mod(Sл2) = 66,29 МВА

?Sл2 =

Sл3 = 13,53 + 11,05j

Sл3_m = mod(Sл3) = 17,47 МВА

?Sл3 =

?S45 = 0,92 + 1,97j

У?Si = ?S12 + ?Sх12 + ?S34 + ?Sх34 + ?S56 + ?Sх56 + ?Sл1 + ?Sл2 + ?Sл3 + ?Sл45

У?Si = 0,23 + 5,92j + 0,14 + 4j + 0,04 + 4,72j + 0,13 + 1,25j + 0,2 + 4,82j + 0,072+ 0,52j + 0,49 + 2,08j + 0,53 + 2,24j + 0,03 + 0,08j + 0,92 + 1,97j = = 2,78 + 27,6j

5.2 Потери энергии

Учтем, что для трансформаторов потери холостого хода действуют в течение года Тг = 8760 ч., а нагрузочные потери только за время Тнб = 4900 ч.

Расчет ведем для активных потерь:

Тг = 8760 час. - время действия потерь холостого хода;

Тнб = 3800 час. - время действия потерь нагрузки.

У?Wi = Тг*(?Рх12 + ?Рх34 + ?Рх56) + Тнб*(?Р12 + ?Р34 + ?Р56 + ?Рл1 + ?Рл2 + ?Рл3 + ?Рл45)

У?Wi = 8760*(0,14 + 0,13 + 0,072) + 3800*(0,23 + 0,04 + 0,02 + 0,19 + 0,49 + 0,53 + 0,03 + 0,92) = 12306 МВт.час

Что от общего потребления:

Wнагр = Тнб*(Рp1 + Рp2) = 3800*(46,33 + 128,54) = 664506 МВт.час

Составляет:

ДW = 100*У?Wi/Wнагр = 100*12306/664506 = 1,85 %,

и является хорошим показателем.

Заключение

Дополнительно отметим, что решение вопросов компенсации реактивной мощности на стороне низкого напряжения (непосредственно на нагрузке) позволит еще более снизить как потери мощности/энергии, так и улучшить режим работы сети по напряжению, в том числе и в аварийных режимах. Для более точных расчетов следует режим работы сети считать в несколько итераций.

Напряжение, заданное в центре питания слишком велико и крайне редко встречается на практике. В этом примере РПН всех трансформаторов будут всегда работать на понижение.

Литература

1. С. С. Ананичева А. Л. Мызин Методы анализа и расчета замкнутых электрических сетей. Екатеринбург, 2012.

2. Передача и распределение электроэнергии. Учебное пособие.: Санкт-Петербург, 2003.

Размещено на Allbest.ru

...