Расчет рабочего режима электрической сети

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИе ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ»

расчет рабочего режима

электрической сети

Методические указания

для выполнения курсового проекта по дисциплине

«Электропитающие системы и электрические сети»

РПК «Политехник»

Волгоград

2005

УДК 621.311

Р 24

расчет рабочего режима электрической сети: Методические указания для выполнения курсового проекта по дисциплине «Электропитающие системы и электрические сети» / Сост. ; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2005. – 19 с.

Изложены рекомендации для выполнения курсового проекта, перечисляются вопросы, которые необходимо отработать в ходе задания, указывается порядок выполнения задания. Кроме этого, представлены рекомендуемые методы расчета, приведены необходимые справочные данные специального характера, которые сложно найти в справочной и специальной литературе.

Предназначены в помощь студентам, обучающимся по направлению 140200.62 «Электроэнергетика».

Ил. 9. Табл. 1. Библиогр.: 4 назв.

Рецензент

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

© Волгоградский

государственный

технический

университет, 2005

Введение

Целью расчета рабочего режима электрической сети обычно является проверка выполнения технических условий, то есть соответствия токов в отдельных элементах и напряжений в узлах сети допустимым значениям. Экономичность работы сети характеризуют значения потерь активной и реактивной мощности в рассматриваемых режимах работы, а также значения потерь электроэнергии за год.

В питающих сетях имеют место большие потери напряжения и потери мощности, а следовательно, большие отклонения от номинального напряжения и различия по фазе между напряжениями в отдельных пунктах. Поэтому при расчете питающих сетей необходимо учитывать поперечные параметры линии электропередачи.

Обычно для питающих сетей заданными являются напряжение источника питания и полные мощности нагрузок или активные мощности и значения коэффициента мощности cosφ. В начале расчетов напряжения в пунктах сети неизвестны, схема замещения сети, таким образом, оказывается нелинейной, и расчеты рабочих режимов резко усложняются. Для относительно небольших участков питающей сети напряжением 110 – 220 кВ обычно на первом этапе используются приближенные методы расчетов. Для получения более точных результатов расчет повторяется с использованием результатов, полученных при предварительном анализе.

Анализ рабочего режима питающей сети

Анализ рабочего режима разомкнутой сети

Рассчитать линию электропередачи –– это значит рассчитать параметры её режима: напряжения, токи и мощности. Расчет разомкнутой сети по «данным конца» имеет целью определение напряжения и потока мощности в начале линии по заданному напряжению в конце линии и нагрузках узлов сети. «Расчет по данным начала» имеет целью определения напряжения в конце линии по заданному напряжению в начале линии и заданным нагрузкам узлов. Более подробно метод расчета по «данным начала», так как этот метод встречается гораздо чаще, чем метод по «данным конца». При проектировании разомкнутой сети обычно задаются: мощности нагрузок S2; S3; S4; S5 (рис 1); длины участков линии l12; l23; l25; l34; напряжение в центре питания U1.

Рис 1. К расчету электрической сети.

Требуется произвести электрический расчет сети. Расчет производим в два этапа. На первом этапе делаются следующие допущения:

1)  потери мощности в трансформаторах и линии не учитываются;

2)  зарядная мощность воздушных линий не учитывается;

3)  напряжения во всех точках сети принимают равным номинальному;

4)  сеть считают однородной.

Расчет потокораспределения в радиально-магистральной сети производится по первому закону Кирхгофа, двигаясь от наиболее удалённого потребителя к источнику питания. Например, для схемы на рис 1 потокораспределение определяется следующим образом:

S34 = S4; S23 = S34 + S3; S25 = S5; S12 = S23 + S25.

По формуле Илларионова определяют напряжение сети

, (1)

где P – мощность наиболее загруженного участка в МВт;

l – длина этого участка в км.

По приближенно определенным потокам мощности определяем токи на участках сети:

. (2)

Долее одним из известных методов выбираем сечение провода Fkj.

Рассчитываем напряжения в узлах сети

, (3)

где Uj – напряжение в последующем узле;

Uk – напряжение в предыдущем узле;

Pkj, Qkj – потоки активной и реактивной мощности по участку kj;

rkj, xkj – активное и реактивное сопротивление участка kj.

Определяют наибольшую потерю напряжения в сети ΔUнб и оценивают возможности регулирования напряжения.

Для экономической оценки проектируемой сети определяют потери активной мощности на участках сети ΔPkj и суммарные потери активной мощности во всей сети Σ ΔPkj.

. (4)

Пример 1. Выполнить первый этап расчет сети, изображенной на
рис 1 при следующих исходных данных:

Р2 = 35 МВт; Q2 = 17 МВАр; l12 = 48 км;

P3 = 26 МВт; Q3 = 12 МВАр; l 23 = 44 км;

P4 = 8 МВт; Q4 = 3,5 МВАр; l34 = 75 км;

P5 = 9 МВт; Q5 = 5 МВАр; l25 = 75 км.

Напряжение источника питания U1 = 1,05Uном.

Состав потребителей по надежности электроснабжения: в пунктах 2 и 3 I категория – 30%, II категория – 30%, III категория – 40%; в пунктах 4 и 5 потребители только III категории. Район по гололёду – IV.

Рис 2. Схема к примеру 1.

Определяем потокораспределение

S34 = S4 = (8 + j3.5) МВА;

S23 = S34 + S3 = (8 + j3.5) + (26 + j12) = (34 + j15.5) МВА;

S25 = S5 = (9 + j5) МВА;

S12 = S23 + S25 + S2 = (34 + j15.5) + (9 + j5) + (35 + j17) = (78 + j37.5) МВА.

По формуле (1) определяем напряжение сети

.

Принимаем стандартное напряжение Uном = 110 кВ

Так как в пунктах 2 и 3 есть потребители I и II категорий, то участки сети 1 – 2 и 2 – 3 выполняем двухцепными. Участки сети 3 – 4 и 2 – 5 выполняем одноцепными.

По формуле (2) определяем токи на участках сети. Принимаем значение экономический плотности тока jэк = 1,1 А/мм2 и определяем расчетное сечение.

;

.

Принимаем двухцепную линию на ж/б опорах с проводом АС – 240.

;

.

Принимаем двухцепную линию на ж/б опорах с проводом АС – 120.

;

.

Учитывая, что задан IV район по гололеду, принимаем одноцепную линию на ж/б опорах с проводом АС – 120.

;

.

Учитывая, что задан IV район по гололеду, принимаем одноцепную линию на ж/б опорах с проводом АС – 120.

По справочнику [2] находим для выбранных проводов

АС – 240 r0 = 0,12 Ом/км; x0 = 0,401 Ом/км; b0 = 0,285«10-6 См/км;

АС – 120 r0 = 0,249 Ом/км; x0 = 0,423 Ом/км; b0 = 0,269«10-6 См/км.

Сопротивления участков линии определяем по формулам:

rkj = r0kj«lkj; xkj = x0kj«lkj. (5)

; ;

; ;

; .

Напряжение источника питания

U1 = 1,05Uном = 1,05«110 = 115,5 кВ.

Потери напряжения на участках сети определяем по формуле

, (6)

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Уровни напряжения у потребителей допускают регулирование напряжения с помощью технических средств.

Потери активной мощности определяем по формуле (4)

;

;

;

;

.

На втором этапе расчета используют данные первого этапа, в частности, сечение проводов оставляем без изменений. Учитываются потери мощности в трансформаторах и линии. Учитывается также зарядная мощность линии.

Для упрощения расчетов используются расчетные нагрузки подстанций рис 3а – схема сети; рис 3б – схема замещения; рис 3в – упрощенная схема замещения с расчетными нагрузками подстанций.

а)

б)

в)

Рис 3. Расчетные нагрузки подстанций:

а) схема сети; б) схема замещения в) схема замещения с расчетной нагрузкой.

Расчетная нагрузка для подстанции на рис 3 определяется следующим выражением:

, (7)

где ΔSтр – потери мощности в трансформаторах;

– реактивная мощность, генерируемая линией (Н – в начале линии; К – в конце линии).

Введение расчетных нагрузок подстанций приводит к определенной погрешности расчета: расчетные нагрузки подстанций вычисляются до того, как выполнен электрический расчет и действительные напряжения НН и ВН подстанций неизвестны. Емкостные мощности определяют по номинальным напряжениям.

Потери мощности в трансформаторе можно определять по паспортным данным трансформатора.

. (8)

Емкостная мощность распределяется равномерно по длине линии. Половина емкостной мощности располагается в начале линии, а половина в конце линии. Емкостная мощность определяется по формуле.

, (9)

где bkj – емкостная проводимость линии.

Подставив значения (8) и (9) в (7) определяем расчетные нагрузки подстанции SР. Дальнейший порядок расчета следующий. Начиная с конца линии определяют потокораспределение с учетом потерь мощности. При этом используют параметры линии, полученные на первом этапе расчета.

Пример 2. Выполнить второй этап расчета по данным примера 1.

Определяем мощность трансформаторов, устанавливаемых на подстанциях по формуле

, (10)

где kз – коэффициент загрузки трансформатора. Для потребителей первой категории kз = 0,65 – 0,7; для потребителей второй категории
kз = 0,75 – 0,8; для потребителей третей категории kз = 0,85 – 0,9;

.

Принимаем два трансформатора ТРДН – 40000/110

.

Принимаем два трансформатора ТРДН – 25000/110

.

Принимаем один трансформатор ТДН –10000/110

.

Принимаем один трансформатор ТДН –16000/110.

Данные трансформаторов [Л1 стр284] сводим в таблицу1

Таблица 1

Тип трансформатора	Sн МВА	Пределы регулиров., %	Каталожные данные
Uн кВ, обмоток	uк, %	ΔРкз, кВт	ΔРхх, кВт	Iхх, %
ТРДН – 40000/110	40	±9x1,78	110	10	10,5	172	36	0,7
ТРДН – 25000/110	25	±9 x1,98	110	10	10,5	120	27	0,7
ТДН – 10000/110	10	±9 x1,78	110	10	10,5	60	14	0,7
ТДН – 16000/110	16	±9 x1,78	110	10	10,5	85	19	0,7

По формулам (8) определяем потери мощности в трансформаторах.

;

;

;

;

;

;

;

.

Емкостную мощность линии определяем по формуле (9)

;

;

;

.

Определяем расчетные нагрузки подстанций (рис 4)

Рис 4. К определению расчетных нагрузок подстанций

;

.

Для дальнейшего расчета схема примет вид (рис 5)

Рис 5. К определению потокораспределения.

Определяем потокораспределение. Потери мощности определяем по номинальному напряжению.

;

;

;

;

;

;

Определяем уровни напряжения на стороне ВН потребителей.

Обычно напряжение источника питания принимают Uист = 1,05UН. Далее определяют потери напряжения на участках сети по формуле (3):

Обычно уровни напряжения выражают в процентах.

. (11)

Пример 3. Для схемы на рис 5 и по данным примера 2 рассчитать уровни напряжения у потребителей и определить наибольшую потерю напряжения в сети.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Наибольшая потеря напряжения

.

На втором этапе расчета потокораспределение было определено по номинальному напряжению. Теперь для получения более точных резуль­татов определяют потокораспределение по действительным напряже­ниям.

Анализ рабочего режима замкнутых сетей

Замкнутыми называются сети, имеющие контуры, образованные ЛЭП и трансформаторами. Различают простые замкнутые сети и сложные замкнутые сети. В простых замкнутых сетях узлы получают питание не более, чем по двум ветвям. Простая замкнутая сеть содержит один контур. В сложной замкнутой сети узел может получать питание более чем по двум ветвям. Сложная сеть содержит два и более контуров.

Одним из видов простой замкнутой сети является кольцевая сеть (рис 6)

Рис 6. Простая замкнутая сеть.

Разрезав данную сеть по источнику питания схему на рис 6 можно представить, как линию с двухсторонним питанием рис 7.

Рис 7. Линия с двухсторонним питанием.

Расчет сети с двухсторонним питанием ведется в следующей последовательности:

1.  Полагают сеть однородной и определяют поток мощности на головном участке по формуле

. (12)

2.  По первому закону Кирхгофа определяют потоки мощности на остальных участках и определяется точка потокораздела;

3.  Разрезав схему в точке потокораздела, получим две радиально-магистральные схемы, которые рассчитывают изложенными выше методами.

Пример 3.

Рис 8. Схема к примеру 3.

Определяем потоки мощности на головных участках по формуле (12).

;

.

Знаки «-» (минус) указывают, что поток мощности изменил направление на противоположное и узел 3 является точкой потокораздела.

;

.

Схема примет вид рис 9(а, б)

а)

б)

Рис 9.

Долее по известным методам определяют токи на участках схемы и выбирают сечение участков линии. Определяют расчетные нагрузки подстанций. Уточняют потокораспределение с учетом потерь мощности. Определяют уровни напряжения в узлах схемы и наибольшую потерю напряжения.

Список использованной литературы

1. «Пособие к курсовому и дипломному проектированию». Под редакцией . Москва. «Высшая школа» 1990 г.

2. «Электрические системы и сети» Москва. Энергоатомиздат 1989 г.

3. . «Электрические системы и сети» Новосибирск 2002 г.

4. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание. Раздел 2

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ	3
Анализ рабочего режима питающей сети	4
Анализ рабочего режима разомкнутой сети	4
Анализ рабочего режима замкнутых сетей	15
Список использованной литературы	18
СОДЕРЖАНИЕ	19

Бахтиаров

расчет рабочего режима электрической сети

Методические указания для выполнения курсового проекта

по дисциплине «Электропитающие системы и электрические сети»

Под редакцией автора

Темплан 2005 г., поз. № 26.

Подписано в печатьг. Формат 60×84 1/16.

Бумага потребительская. Гарнитура ”Times“.

Усл. печ. л. 1,19. Усл. авт. л. 1.

Тираж 75 экз. Заказ

Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. , 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.