Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Электроника

Замкнутая электрическая сеть двух номинальных напряжений 220 кВ и 110 кВ  Просмотрен 55

Исследованию подлежит замкнутая электрическая сеть двух номинальных напряжений 220 кВ и 110 кВ, состоящая из одной ВЛ 220 кВ, трех ВЛ 110 кВ и четырех подстанций, две из них с высшим напряжением 220 кВ и две с напряжением Uном = 110 кВ ( рис. 8). Источник питания подключен к шинам 110 кВ ПС 1. Этот узел питания принимается в расчетах как базисный.

 

 

Рис. 8. Расчетная схема исследуемой сети

 

Марки проводов и длины воздушных линий электропередачи, марки трансформаторов и автотрансформаторов, мощности нагрузок задаются преподавателем в соответствии с вариантом исходных данных, приведенных в табл. П1, П2.

Паспортные данные трансформаторов приведены в табл. 1, погонные параметры проводов – в табл. 3.

 

Таблица 1

 

Паспортные данные трансформаторов

Параметры   Тип SТном МВА Пределы регулирования UВном кВ UСном кВ UНном кВ ΔРк, кВт % ΔРхх, кВт ΔQхх, квар R, Ом Х, Ом        
В-С В-Н С-Н ВС ВН СН RB RC RH XB XC XH        
АТДЦТН-63000/220   ± 6 × 2                       1,33 1,33 4,17   
АТДЦТН-125000/220   ± 6 × 2                       0,55 0,51 1,45 59,2  
АТДЦТН-200000/220   ± 6 × 2                       0,33 0,24 0,42 30,4   54,2
ТДН -10000/110   ± 9 × 1,78               10,5         7,94    
ТДН -16000/110   ± 9 × 1,78               10,5         4,39     86,7 
ТРДН -25000/110   ± 9 × 1,78     10,5         10,5         2,54     55,5 
ТРДН -40000/110   ± 9 × 1,78     10,5         10,5         1,42     34,7 
                   

 

Таблица 2

Параметры воздушных линий электропередачи

Марка провода r0, Ом/км Удельные сопротивления при напряжении   
110 кВ 220 кВ    
х0, Ом/км b0 · 10-6, 1/(Ом·км) х0, Ом/км b0 · 10-6, 1/(Ом·км)  
АС-150/24 0,203 0,407 2,69 - -
АС-185/43 0,158 0,39 2,8 - -
АС-240/56 0,122 0,384 2,86 0,411 2,66
АС-300/67 0,102 - - 0,406 2,7
АС-400/64 0,075 - - 0,4 2,75
     

 

 

Первая часть работы выполняется на компьютере по программе «ROOR».

 

1. Для заданного варианта исходных данных составить схему замещения электрической сети и рассчитать ее параметры. Пронумеровать узлы и ветви схемы замещения. Структурная схема замещения исследуемой сети приведена на рис. 9. На этой схеме каждый элемент сети представлен прямоугольником, внутри которого указаны параметры элемента. В программе «ROOR» сопротивления ветвей должны быть приведены к напряжению начального узла, поэтому, чтобы получить положительные значения токов и мощностей в автотрансформаторе АТ1, сопротивления его обмоток нужно привести к среднему напряжению автотрансформатора:

; ,

где и – сопротивления обмоток автотрансформатора, приведенные к высшему номинальному напряжению (табл. 1). Рассчитанные параметры всех элементов схемы замещения должны быть указаны на ней внутри прямоугольников. Для АТ1 указать сопротивления, приведенные к высшему напряжению, а также и приведенные к среднему напряжению (в скобках).

2. Ввести исходные данные в программу. При расчете экономического потокораспределения индуктивное сопротивление воздушных линий электропередачи и автотрансформаторов принять равными 0,001 Ом. В базисном узле 1 (рис. 9) выставить заданное напряжение U1.

3. Провести расчет экономического потокораспределения, нанести на схему замещения значения мощностей в начале каждой ветви. В табл. 3 занести значения модулей и фаз токов, потерь активной мощности для каждой ветви замкнутой части схемы и суммарные потери активной мощности ΔРΣ. В табл. 4 указать значения модулей напряжений во всех узлах схемы замещения.

 

 

Рис. 9. Структурная схема замещения сети
 

Таблица 3

Параметры режимов электрической сети

Ветви Iдоп, Iном, А Режим сети      
экономический естественный при размыкании при установке УПК     
I, А фаза ΔР, МВт I, А ΔР, МВт I, А ΔР, МВт I, А ΔР, МВт
. . .        
        
        

 

Таблица 4

Напряжения в узлах

Узел сети Напряжения U, кВ, в режимах  
экономическом естественном при размыкании при установке УПК
. . .   
   

 

4. Выполнить расчет естественного потокораспределения. Для этого восстановить в базе исходных данных рассчитанные значения индуктивных сопротивлений. Отрегулировать напряжение на шинах низшего напряжения подстанций ПС3 и ПС4, добиваясь значений Uн = 10,5÷11 кВ, путем изменения установленных ступеней РПН в таблице исходных данных по ветвям. В табл. 3 записать значения токов и потерь активной мощности в линиях и автотрансформаторах, в табл. 4 – напряжения в узлах. Нанести значения потоков мощностей на схему замещения.

5. Сравнить естественное и экономическое потокораспределение, а также суммарные потери активной мощности в сети при экономическом и естественном потокораспределении. Путем сравнения токов в ветвях при естественном потокораспределении с допустимым током Iдоп воздушных линий электропередачи и номинальными токами Iном автотрансформаторов, сделать вывод о допустимости данного режима.

6. Провести оптимизацию режима работы сети размыканием замкнутого контура путем поочередного отключения ветвей схемы замещения (линии или секционного выключателя Q на подстанции), подключенных к точке раздела мощностей экономического потокораспределения. Выбрать тот из двух режимов, при котором суммарные потери активной мощности будут меньше.

7. Нанести значения мощностей в оптимальном режиме после размыкания на схему замещения. Отрегулировать напряжение на шинах низшего напряжения ПС3 и ПС4. Сравнить токи в ветвях с допустимыми (номинальными для автотрансформаторов). Проанализировать, как изменилось потокораспределение в замкнутой сети после размыкания, сравнить его с экономическим потокораспределением. Сделать вывод, за счет изменения нагрузки каких ветвей снизились суммарные потери активной мощности после размыкания замкнутого контура.

8. Включить отключенную ветвь. Последовательно с ветвью 2, моделирующую ВЛ-220 кВ, включить ветвь 13 с отрицательным реактивным сопротивлением, имитирующую установку УПК. Активное сопротивление этой ветви принять равным 0,001 Ом. Реактивное сопротивление изменять пропорционально индуктивному сопротивлению линии:

ХУПК = СХW1,

где С = 0,1, 0,2 … 0,8 – степень компенсации.

Выполнить серию расчетов с различной степенью компенсации С = 0,1, 0,2 … 0,8. Для каждого значения ХУПК провести расчеты режима, выбрать из них тот, при котором суммарные потери ΔРΣ минимальны. Построить зависимости ΔР∑=f(ХУПК). Отрегулировать напряжение на ПС3 и ПС4. Результаты расчета оформить аналогично п. 4.

9. Выполнить анализ полученных результатов расчета режимов:

– сравнить загрузку линий напряжением 220 кВ и 110 кВ и автотрансформаторов при естественном и экономическом потокораспределении;

– сравнивая токи в ВЛ 220 кВ при естественном потокораспределении и при включении УПК, пояснить изменение напряжения в сети 220 кВ;

– пояснить зависимость суммарных потерь активной мощности от степени компенсации;

– сравнить эффект, получаемый при различных способах оптимизации режима неоднородной замкнутой сети.

10. По результатам расчета экономического потокораспределения определить экономическую ЭДС, введение которой в замкнутый контур приведет к созданию в неоднородной сети экономического потокораспределения по выражению (12).

Вторая часть работы посвящена исследованию влияния продольного, поперечного, продольно – поперечного регулирования напряжения на режим работы замкнутой сети.

1. Выполнить оптимизацию режима сети путем изменения ступеней РПН автотрансформаторов АТ1 и АТ2, входящих в замкнутый контур, т. е. осуществить продольное регулирование. С этой целью, используя метод направленного перебора, следует изменять положения РПН автотрансформаторов АТ1 и АТ2 и добиваться такого режима, при котором суммарные потери активной мощности окажутся минимальными. Результаты исследований занести в табл. 5.

При этом необходимо контролировать напряжение в узлах сети. На шинах ВН и СН подстанций оно не должно превышать 1,1 , т. е. 242 кВ и 121 кВ соответственно, а на шинах НН подстанций 3 и 4 должно выполняться условие встречного регулирования (10,5 ¸ 11) кВ. Также следует контролировать токи в ветвях: они не должны быть больше допустимых (номинальных для автотрансформаторов).

Таблица 5

Оптимизация режима сети путем изменения коэффициентов

трансформации автотрансформаторов

№ реж. Число ступеней РПН Напряжение в узлах, кВ Токи в ветвях, А , МВт   
АТ1 АТ2 АТ1 W1 АТ2
  
          
       

 

Результаты расчета оптимального режима при продольном регулировании (потоки мощности по участкам сети, напряжение в узлах, положение РПН ) представить на рисунке. Сравнить полученное в результате оптимального продольного регулирования напряжения потокораспределение с естественным и дать анализ степени изменения активных и реактивных мощностей по участкам замкнутой сети. Сделать вывод об эффективности продольного регулирования напряжения.

2. Выполнить оптимизацию сети путем изменения фазового угла с помощью фазоповоротного устройства.

При расчете установившегося режима с помощью программного комплекса модель ФПУ представляет собой трансформаторную ветвь, обладающую свойством смещения напряжения по фазе ( рис. 6):

В базе исходных данных этого элемента задается величина , равная углу . В программном комплексе расчета установившегося режима этот угол задается в радианах. Для выявления эффекта поперечного регулирования следует изменять величину угла с шагом 0,01–0,05, в результате, согласно (11) в замкнутом контуре будут меняться, в основном, потоки активной мощности и, как следствие, изменяться потери активной мощности в сети. Поиск оптимального режима с минимальными потерями активной мощности осуществляется методом направленного перебора. При этом, как и в предыдущем случае, следует контролировать напряжения в узлах и токи по участкам замкнутой сети. Результаты расчета занести в табл. 6.

Таблица 6

Результаты поиска оптимального режима при поперечном регулировании

№ реж. Угол , рад Потери активной мощности в ветвях, МВт , МВт  
АТ1 W1 АТ2 W2 W3 W4
В С В С  
  0,05 0,1 0,15 0,2     
     

 

Сравнить полученное после оптимального поперечного регулирования потокораспределение с естественным и дать анализ изменения потоков активных и реактивных мощностей по участкам замкнутой сети. Сделать вывод об эффективности поперечного регулирования.

Результаты расчета оптимального режима, полученного при поперечном регулировании представить на рисунке.

3. Осуществить продольно – поперечное регулирование. В этом случае следует совместно изменять и число ступеней РПН автотрансформаторов и фазовый угол сдвига фазоповоротного устройства, добиваясь наименьших потерь активной мощности в сети. В оптимальном режиме напряжения в узлах сети и токи по ветвям замкнутого контура, как и в предыдущих опытах, не должны выходить за ограничения. Результаты расчета занести в табл. 7.

Сравнить оптимальное потокораспределение, полученное в результате продольно – поперечного регулирования напряжения с экономическим. Результаты расчета представить на рисунке. Оценить эффективность и целесообразность продольно – поперечного регулирования.

Таблица 8

№ опы-та     Угол , рад Число ступеней РПН Напряжение в узлах, кВ Потери активной мощности в ветвях, МВт       
АТ1 АТ2 (АТ1) W1 (АТ2) W2 W3 W4
В С В С        
    -1 -1         
  0,05 -1 -1         
            
           

 

Рассчитать величину оптимизирующей ЭДС, которая была введена в замкнутый контур за счет оптимального изменения коэффициентов трансформации автотрансформаторов и работы ФПУ по выражению:

, (23)

где – продольная ЭДС;

– поперечная ЭДС.

определены по (14) и (15) соответственно при оптимальных положениях РПН.

Сравнить полученные значения с требуемыми для создания экономического потокораспределения в неоднородной замкнутой сети, рассчитанными ранее по (12).

 

 

Содержание отчета по лабораторной работе

 

1. Привести расчетную схему исследуемой системы, схему ее замещения с указанными на ней параметрами.

2. Привести результаты расчета режима при естественном потокораспределении: токи по ветвям и потери мощности в сети (табл. 3), напряжения в узлах ( табл.4), потоки мощности по участкам сети на схеме замещения.

3. Привести результаты расчета режима при экономическом потокораспределении: токи (табл. 3), напряжения ( табл. 4), потоки мощности на схеме замещения.

3.1. Привести расчет уравновешивающей экономической ЭДС по (12).

3.2. Дать сравнение результатов расчета режима при естественном и экономическом потокораспределении.

3.3. Дать обоснование выбора места размыкания замкнутого контура.

4. Привести результаты расчета параметров режима сети при оптимальном размыкании замкнутого контура: токи и потери мощности в табл. 3, напряжения в табл. 4, потоки мощности на схеме замещения. Сделать выводы по влиянию размыкания замкнутого контура на параметры режима сети (пояснить, как изменились напряжения в узлах, потоки мощности, токи на отдельных участках, потери мощности в сети ).

5. Привести результаты расчета при установке УПК: токи и потери мощности (табл. 3), напряжения в узлах ( табл. 4), потокораспределение на схеме замещения, зависимость суммарных потерь активной мощности от степени компенсации. Сделать выводы по влиянию УПК на режим сети.

6. Привести результаты расчета естественного потокораспределения без учета регулирования напряжения в сети, полученные с использованием программного комплекса расчета установившегося режима: потоки мощности по участкам сети, напряжения в узловых точках, потери мощности в сети (составляющие в именованных единицах и в процентах, а также суммарные), их анализ. Выполнить сравнение с результатами естественного потокораспределения, полученного по программе ROOR.

7. Привести результаты поиска оптимального режима сети при изменении коэффициентов трансформации автотрансформаторов, входящих в замкнутый контур (табл. 5). Привести результаты расчета параметров оптимального режима при продольном регулировании напряжения: потокораспределение, напряжение в узлах с указанием положения РПН, потери мощности.

Сделать выводы по влиянию продольного регулирования напряжения на режим замкнутой сети.

8. Привести результаты поиска оптимального режима сети при установке ФПУ (табл. 6). Привести результаты расчета оптимального режима сети (потокораспределение, напряжение в узлах ) при поперечном регулировании.

Сделать выводы по влиянию поперечного регулирования напряжения на режим сети.

9. Привести результаты поиска оптимального режима при продольно – поперечном регулировании напряжения (табл. 7). На расчетной схеме сети привести потокораспределение, напряжение в узлах в оптимальном режиме при продольно – поперечном регулировании напряжения. Выполнить сравнение полученного потокораспределения с экономическим. Сделать выводы о влиянии продольно – поперечного регулирования на режим замкнутой сети.

Привести результаты расчета по (23) действительной ЭДС, созданной в замкнутом контуре за счет изменения числа ступеней РПН автотрансформаторов АТ1 и АТ2 и включения ФПУ. Сравнить значения продольной и поперечной составляющей этой ЭДС с требуемой для получения экономического потокораспределения,рассчитанной по (12).

10. Выполнить анализ влияния на режим сети различных способов его оптимизации.

Контрольные вопросы

 

1. Поясните, какое потокораспределение называется естественным.

2. Какие замкнутые сети называются однородными? Какие замкнутые сети называются неоднородными?

3. Какое потокораспределение называется экономическим?

4. В каких замкнутых сетях естественное потокораспределение совпадает с экономическим? Поясните, почему.

5. Поясните, за счет чего в замкнутых неоднородных сетях потери активной мощности при естественном потокораспределении больше, чем при экономическом.

6. Поясните, как осуществляется оптимизация режима путем размыкания замкнутого контура.

7. Поясните, почему для снижения потерь следует отключать участок сети, несущий наименьшую нагрузку при экономическом потокораспределении.

8. Каковы ограничения при оптимизации режима путем размыкания замкнутого контура.

9. Поясните, как влияет установка УПК на режим работы сети. За счет чего происходит снижение потерь активной мощности в замкнутом контуре.

10. Какие средства могут использоваться для изменения потоков активной мощности в замкнутой сети?

11. Каким образом можно изменить распределение реактивных мощностей в замкнутой сети?

12. Какие замкнутые сети относятся к сетям с высокой степенью неоднородности?

13. Поясните, какие технические ограничения следует учитывать при оптимизации режимов работы электрических сетей.

14. Поясните, что называется продольным регулированием напряжения. Как оно осуществляется?

15. Поясните, что называется поперечным регулированием напряжения. Как оно осуществляется?

16. Поясните, что называется продольно - поперечным регулированием напряжения. Как оно осуществляется?

17. Поясните, какие ограничения имеются по величине передаваемой по линии активной мощности.

18. Поясните, как влияет изменение коэффициентов трансформации трансформаторов, входящих в замкнутый контур, на режим работы сети. Изменение потока какой мощности происходит при этом в большей степени.

19. Поясните, как влияет установка ФПУ в замкнутом контуре на режим работы сети. При поперечном регулировании изменение потока какой мощности происходит в большей степени?

20. Каким образом в сетях осуществляется поперечное регулирование напряжения?

21. Как осуществляется продольное регулирование в замкнутых сетях?

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Текст. / под ред. Д.Л. Файбисовича. – 4-е изд., перераб. И доп. – Москва: ЭНАС, 2012 -392с.

2. Бурман А.П. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности электроэнергетических систем: учебное пособие /А.П. Бурман, Ю.К. Розанов, Ю.Г. Шакарян. – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 336с.

3. Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии – 2-е изд. – Ростов на Дону: Феникс, 2008. – 715с.

4. Холмский В.Г. Расчет и оптимизация режимов электрических сетей. – М.: Высшая школа, 1975. – 230с.

 

 

Приложение 1

Варианты заданий к лабораторной работе

Таблица П1

Данные по подстанциям

№ варианта Мощности нагрузок, МВА Напряжение в узле 1, кВ U1  
SН1 SН2 SН3 SН4 
  45 + j20 50 + j40 35 + j20 25 + j16
  35 + j15 20 + j10 40 + j25 12 + j8
  60 + j35 40 + j20 18 + j16 20 + j14
  50 + j30 10 + j8 30 + j20 20 + j15
  103 + j70 45 + j30 30 + j18 40 + j12
  80 + j45 35 + j20 28 + j15 35 + j20
  70 + j40 45 + j25 26 + j14 30 + j18
  75 + j45 40 + j25 34 + j16 36 + j14
    

 

Таблица П2

Данные по линиям

№ варианта Линия W1 Линия W2 Линия W3 Линия W4   
Марка провода Длина, км Марка провода Длина, км Марка провода Длина, км Марка провода Длина, км
  АС-400   АС-240   АС-240   АС-185
  АС-300   АС-240   АС-240   АС-240
  АС-300   АС-185   АС-185   АС-185
  АС-400   АС-240   АС-185   АС-185
  АС-300   АС-185   АС-185   АС-240
  АС-400   АС-240   АС-185   АС-185
  АС-300   АС-240   АС-150   АС-185
  АС-400   АС-185   АС-150   АС-150
       

 

Предыдущая статья:Взаимосвязь расчетов установившихся режимов электроэнергетических систем и его оптимизации Следующая статья:Расчет подпорной стены
page speed (0.0169 sec, direct)