ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

 

Кафедра электромеханики

 

ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

 

Методы расчёта установившихся режимов электрических сетей

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине «Электроэнергетика»    

Содержание

Введение .……………………………………………………………… 4

1. Содержание расчёта и варианты заданий…………………………………… 6

2. Схемы замещения и параметры воздушных линий электропередач...…… 13

3. Схемы замещения и параметры автотрансформаторов ………………… 11

4. Приведённые мощности подстанций ……….…………………………. 22

4.1. Расчёт приведённой мощности на понижающей подстанции………… 17

4.2. Расчёт приведённой мощности на электростанции ………………..... 26

5. Упрощенная схема замещения электрической сети …………..……….. 29

6. Расчёт установившегося режима электрической сети ………………… 31

6.1. Расчёт потоков мощности в электрической сети ……………… …… 34

6.2. Расчёт напряжений на подстанциях ………………………………… 38

7. Карта режима сети ……………………………………………………. 39

8. Расчёт потерь мощности и энергии в сети ..…………………………… 40

Библиографический список………………………………… ….……………. 43

Введение

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. 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.

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.

 

 

Содержание расчёта и варианты заданий

Целью курсовой работы является расчёт параметров установившегося режима заданного варианта электрической сети (рис. 1 – 3). На схеме указать количество трансформаторов на подстанциях, обозначить их тип; марку провода и длину линии; нагрузки задать числовыми значениями.

Для электрической сети необходимо:

1) определить параметры схем замещения линий передач и автотрансформаторов, установленных на системных подстанциях;

2) рассчитать приведённые мощности для тупиковых подстанций;

3) рассчитать установившийся режим электрической сети: составить расчётную однолинейную схему замещения сети; найти потокораспределение активных и реактивных мощностей в ветвях схемы с учётом потерь мощности; определить напряжения в узловых точках;

4) представить результаты расчёта в виде карты режима;

За базисный и балансирующий узлы принять шины подстанции Б. Напряжение в базисном узле поддерживать на 10% выше номинального напряжения сети, . Число часов использования максимальной нагрузки для всех подстанций принять . Тангенс нагрузки для всех подстанций , для ТЭЦ _ТЭЦ=0,45.

Сечения линий, марки проводов и количество цепей, длины линий, типы трансформаторов и автотрансформаторов, величины нагрузок принимают по таблицам 1,2,3 в соответствии с шифром задания. Первое число шифра указывает вариант задания по табл. 1, второе число – вариант задания по табл. 2, третье число – вариант задания по табл. 3. Вариант задания также включает римскую цифру I – III, которая определяет принципиальную электрическую схем районной сети.

Пояснительная записка к курсовой работе оформляется в соответствии со СТО УГАТУ по оформлению текстовых документов.

 

 

 

Рис. 1

 

 

Рис. 2

 

 

Рис. 3

 

 

Таблица 1

 

Марки проводов и сечения линий

 

№ варианта	№ линии	Марка провода	Кол-во цепей	Расст. между фазами, м	Расположение проводов на опоре
		АС-400/51		6,5	По вершинам D-ка (бочка)
		АС-240/32		–  –	Горизонтальное
		АС-300/39		–  –	–  –
		АС-300/39		–  –	–  –
		АС-185/29			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-120/19			–  –
		АС-300/39			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-240/32		–  –	Горизонтальное
		АС-240/32		–  –	–  –
		АС-300/39		–  –	–  –
		АС-120/19			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-185/29			–  –
		АС-400/51			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-300/39		–  –	Горизонтальное
		АС-240/32		–  –	–  –
		АС-240/32		–  –	–  –
		АС-95/15			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-120/19

 

 

Таблица 2

 

Длины линий, км

 

№ варианта	l1	l2	l3	l4	l5	l6

 

 

Таблица 3

 

Марки (тип) трансформаторов, автотрансформаторов,

нагрузки на подстанциях и мощность ТЭЦ

 

№ вар.	Подстанция 1	Подстанция 2	П/ст3
	Тип тр-ра	Кол-	P1,	Тип тр-ра	Кол-	P2н	P2n	P3
		во	МВт		во	МВт
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 200
	АТДЦТН–63			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН–63
	АТДЦТН–200			АТДЦТН– 125
	АТДТН– 32			АТДЦТН–125
	АТДЦТН–63			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН–200
	АТДЦТН–200			АТДЦТН– 125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН –125			АТДЦТН–200
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН–200			АТДЦТН–125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 63			АТДЦТН–125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН– 200			АТДЦТН– 125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 63
	АТДТН– 63			АТДЦТН–125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН– 200			АТДЦТН–125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН– 63			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 200
	АТДЦТН– 200			АТДЦТН– 125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 63			АТДЦТН–125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН– 200			АТДЦТН–125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 200
	АТДЦТН– 63			АТДЦТН–125

 

Окончание табл. 3

 

№ вар.	Подстанция 4	Подстанция 5	ТЭЦ
	Тип тр-ра	Кол-	P4,	Тип тр-ра	Кол-	P5	P6	PТЭЦ
		во	МВт		во	МВт
	ТРДН – 40			ТДТН –80
	ТРДН –40			ТДТН –80
	ТРДЦН – 63			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –80
	ТРДН –40			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –80
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 25			ТДТН –40
	ТРДЦН –63			ТДТН –80
	ТРДН – 25			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –80
	ТРДН –40			ТДТН –63
	ТРДЦН – 63			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 25			ТДТН –40
	ТРДН –40			ТДТН –80
	ТРДЦН – 63			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –40
	ТРДН –40			ТДТН –63
	ТРДЦН – 63			ТДТН –80
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –63
	ТРДН –40			ТДТН –80
	ТРДЦН – 40			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 25			ТДТН –80
	ТРДН –63			ТДТН –80

 

Схемы замещения и параметры воздушных линий электропередач

Рис. 4. П-образная схема замещения линии электропередачи В курсовой работе предусмотрены величины сечений F воздушных линий, исключающие возможность появления короны (для…

Схемы замещения и параметры автотрансформаторов

Автотрансформатор (АТ) имеет последовательную обмотку (П), общую (О) и обмотку низшего напряжения (Н). Обмотки последовательная и общая электрически соединены друг с другом и…  

Примечание. Если в справочниках [1, 3] напряжения отнесены к номинальной мощности, пересчёта делать не следует.

Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток рассчитываются по формулам:

 

, (2)

 

а индуктивное сопротивление каждой обмотки находится из следующих выражений:

 

 

Примечание. Если индуктивное сопротивление какой-либо обмотки отрицательно, в дальнейших расчётах его не учитывают.

Проводимости и схемы замещения вычисляются по результатам опыта холостого хода (х.х). Потребляемая в этом опыте мощность определяется параметрами цепи намагничивания:

 

 

откуда

(3)

Намагничивающая мощность и ток хх в % равны. Так как , следовательно,

 

(4)

Для АТ сиспользуют упрощенные схемы замещения. В таких схемах отсутствуют идеальные трансформаторы, а ветвь намагничивания учитывается потребляемой мощностью (рис. 8).

 

 

Рис. 8. 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. 8) определяют эквивалентные параметры

,

где n– количество АТ, установленных на подстанции.

Если обмотка НН автотрансформатора не нагружена (п/ст 1), её в схеме замещения не учитывают. Схема замещения упрощается и принимает вид (рис. 9).

 

 

Рис. 9. Упрощенная эквивалентная схема замещения при отсутствии нагрузки на обмотке НН автотрансформатора

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.

Расчёт приведённой мощности на понижающей подстанции

Изображение двухобмоточного трансформатора с расщеплённой обмоткой низшего напряжения при наличии РПН в электрической схеме сети представлено на…

Примечание. Необходимо детально ознакомиться с назначением элементов по схеме замещения автотрансформатора (см. п. 3).

В каталожных данных на трансформатор в отличие от автотрансформатора (см. п. 3) указывается одно значение потерь короткого замыкания и одно значение напряжения кз [1, 3]:

– суммарные потери короткого замыкания, кВт;

– напряжение короткого замыкания, %.

 

 

Рис. 10. 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 (1), (2 ), рассчитывают

и ,

 

а т.к. обмотки НН соединены параллельно, то сопротивление каждой определяется:

 

 

Проводимости и определяются из опыта хх по формулам (3), (4).

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. 11).

Если на подстанции подключено несколько трансформаторов (n), в схеме замещения (см. рис. 11) учитываются эквивалентные параметры: сопротивления уменьшаются в n раз, потери мощности в намагничивающей ветви увеличиваются во столько же раз (см. п. 3).

Примечание. Если в составе каталожных данных вместо и приведены следующие значения:– суммарные потери короткого замыкания для двух обмоток, кВт; – относительное значение напряжения кз, %, то в расчётах используется трёхлучевая схема замещения (рис. 7, 8).

Расчёт всех параметров производится также, как для автотрансформаторов (см. п. 3). Полученные в опытах короткого замыкания и отнесены к номинальной мощности обмоток (рис. 11), которая составляет 50% от трансформатора, поэтому должны быть пересчитаны на номинальную мощность трансформатора:

 

и .

 

Такой пересчёт необходимо провести для всех пар обмоток и далее, рассматривая обмотку Н1, как обмотку СН, Н2 как НН, рассчитывать параметры схем замещения (см. п. 3).

Рис. 11. 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:

.

 

Формулы, определяющие потери мощности, зависят от принятой схемы замещения.

Для схемы замещения (рис. 11) 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

 

Примечание. Суммарные потери мощности в трансформаторах могут быть рассчитаны иначе:

 

 

где и – соответственно потери активной и реактивной мощности в одном трансформаторе, n – количество трансформаторов, установленных на подстанции:

 

 

где и – нагрузки на первую и вторую части обмотки одного трансформатора, применительно к 4-й подстанции

.

Примечание. Если для трансформатора с расщеплёнными обмотками принята схема замещения трёхлучевая, потери мощности в нём находят так же, как и в трёхобмоточном трансформаторе. Нагрузки на обмотках высшего, среднего и низшего напряжений одного трансформатора имеют следующие значения (для подстанции 4):

 

 

Расчёт приведённой мощности на электростанции

   

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 в курсовой работе электрической сети, необходимо учесть:

1. Тупиковые подстанции задаются приведёнными значениями мощности (см. п. 4);

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

 

Рис. 14. Упрощенная схема замещения электрической сети

 

 

За принимается напряжение 230 кВ, а , т.е. переключатель ответвлений установлен на нулевой отпайке.

3. Со стороны низшего напряжения автотрансформатора подстанции 1 нагрузки нет, поэтому в расчётной схеме не учитывают сопротивления , а участки схемы замещения, определяющие параметры обмоток высшего и среднего напряжений соединяются последовательно.

4. На схеме (рис. 14) все параметры должны быть представлены числовыми значениями. Числовые индексы линий и подстанций соответствуют принятым в исходной схеме (рис. 1 ... рис. 3).

Расчёт установившегося режима электрической сети

Используя расчётную схему сети, проводим расчёт установившегося режима сети «вручную».

  Рис. 16. Расчётная схема сети  

Расчёт потоков мощности в электрической сети

Добавляя к потоку мощности у приёмного конца каждого участка потери мощности на нём, определяют значение мощности у его питающего конца. В узловых… ;  

Расчёт напряжений на подстанциях

   

Для определения действительных значений напряжений необходимо учесть коэффициенты трансформации автотрансформатора.

Предполагается, что переключатель отпаек в устройстве РПН установлен на нулевой отпайке.

Карта режима сети

На карте режима должны быть представлены числовые значения всех параметров. На рис. 22 приведена для примера карта режима электрической сети.  

Расчёт потерь мощности и энергии в сети

для линий передач для двухобмоточных трансформаторов

Суммарные потери мощности в обмотках автотрансформаторов также берутся с карты режима (рис. 22); а для трансформаторов, установленных на подстанциях 4 и 5, из п. 4.

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

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

где – заданные наибольшие нагрузки потребителей; i=1, ..., 6.

 

 

Рис. 22. Карта режима электрической сети

 

 

Библиографический список

2. Лыкин А. В. Электрические системы и сети: Учеб. Пособие. – М.: Университетская книга; Логос, 2006. – 254 с., 1986. 3. Справочник по проектированию электрических сетей / И. Г. Карапетян, Д. Л.… 4. Электротехнический справочник. В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии. 9-е изд.,…