Расчет установившегося режима электрической сети

Целью расчета установившегося режима в курсовом проекте является определение уровней напряжения в узлах электрической сети для последующей оценки необходимости регулирования напряжения. Кроме того, после расчета должны быть проверены условия

Р _потр < Р ₁, Q _потр < Q ₁, (29)

где Р _потр и Q _потр – активная и реактивная мощности, потребляемые от районной подстанции, расположенной в узле 1.

Выполнение условий (29) подтвердит правильность выбора мощности ТЭЦ и мощностей компенсирующих устройств.

При выполнении расчета заданными считаются:

уровень напряжения на шинах районной подстанции (в узле 1) в период наибольшей нагрузки U ₁=1,05 U _1ном;

приведенные к стороне ВН мощности нагрузок в узлах P _iв + jQ _iв;

мощность ТЭЦ на стороне ВН P _2в + jQ _2в;

параметры линий электропередачи, которые определяются по погонным сопротивлениям r _o и x _o, проводимости b _o (табл. 5) и длинам линий L: R = r _o L, Ом; X = x _o L, Ом; Q _c= U ² b _o L, Мвар.

Для расчета установившегося режима составляется схема замещения электрической сети с мощностями узлов, приведенными к стороне ВН. В частности, для замкнутой сети схема замещения показана на рис. 9.

Рис. 9. Схема замещения замкнутой электрической сети

При расчете замкнутой сети сначала определяется предварительное (без учета потерь) распределение мощностей:

; (30)

, (30,а)

где Z ^*= R - jX – сопряженное комплексное сопротивление.

При пользовании выражениями (30) и (30,а) мощности и сопротивления подставляются в комплексном виде: S = P + jQ; Z ^*= R - jX.

Мощности S ₂₃= P ₂₃ + jQ ₂₃ и S ₄₃ =P ₄₃ + jQ ₄₃ определяются по первому закону Кирхгофа. В результате расчета предварительного распределения мощностей определяется узел потокораздела. Таким узлом может быть один из нагрузочных узлов (узел 3 или 4), если к этому узлу мощности притекают с разных сторон, или узел с ТЭЦ (узел 2), если от этого узла мощности растекаются в разные стороны. По узлу потокораздела схема разрезается на два магистральных участка.

Предположим, что в схеме рис. 9 узлом потокораздела является узел 3, обозначенный символом ∇. По этому узлу схема разрезается на два магистральных участка 1-2-3 и 1'-4-3. Рассмотрим последовательность расчета одного магистрального участка, например участка 1-2-3.

Рис.10. Схема замещения магистральной сети

Расчет ведется в два этапа.

На первом этапе определяются потоки мощности в линиях (P ₂₃^н+ jQ ₂₃^н, P ₁₂^к+ jQ ₁₂^к, P ₁₂^н + jQ ₁₂^н) с учетом потерь мощности; этот расчет ведется по номинальному напряжению сети U _ном от конца схемы к ее началу (к узлу 1); верхние индексы н и к относятся к началу и концу линии.

Потери мощности в линии между узлами i и j определяются по выражениям

; (31)

(31,а)

Мощность в начале линии отличается от мощности в конце линии на величину потерь мощности

P _ij^н = P _ij^к + ∆ Р _ij; Q _ij^н = Q _ij^к + ∆ Q _ij. (32)

Мощность, потребляемая участком схемы 1-2-3 из узла 1 (рис.10), составит

Р _потр1 = P 12^н; Q _потр1= Q ₁₂^н - Q _c12/2. (33)

Аналогично рассчитывается магистральный участок 1'-4-3.

На втором этапе по заданному напряжению в узле 1 и полученным на первом этапе потокам мощности определяются потери напряжения в линиях сети и напряжения в ее узлах (U ₂ U ₃ и U ₄); расчет ведется от начала схемы (узла 1) к ее концу.

Потери напряжения в линии между узлами i и j определяются по выражению

. (34)

Напряжение в конце линии составляет

U _j = U _i - ∆ U _ij. (35)

Более подробно порядок расчета установившегося режима электрической сети с приведением примера рассмотрен в [3].

Регулирование напряжения

Цель регулирования напряжения - обеспечение требуемого ПУЭ уровня напряжения на шинах 10 кВ подстанций в узлах нагрузки 3 и 4. В режиме наибольшей нагрузки это напряжение должно быть не ниже 1,05 U _ном (10,5 кВ). Средством регулирования напряжения в выполняемом проекте являются трансформаторы с РПН.

Пусть при расчете установившегося режима в некотором узле i получено напряжение U _i (рис. 10). Напряжение U '_i (напряжение на вторичной обмотке трансформатора, приведенное к первичной обмотке) отличается от напряжения U _i на величину потерь напряжения в трансформаторе

U '_i = U _i - ∆ U _т = , (36)

Рис. 10. Регулирование напряжения трансформатором с РПН

где n – количество трансформаторов на подстанции.

Активное и индуктивное сопротивления трансформатора вычисляются по его паспортным данным (табл. 5)

R _т = ∆ Р _к U _вн² 10³ / S _ном², Ом; Х _т = u _к% U _вн² 10³ / 100 S _ном, Ом. (37)

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет

U ''_i = U '_i / k _т = U '_i U _{н ном} / U _{в ном} = U '_i U _{н ном} / U _{отв о}, (38)

где k _т= U _{в ном} / U _{н ном} = U _{отв о}/ U _{н ном} - номинальный коэффициент трансформации; U _{отв о} – напряжение нулевого ответвления РПН.

Если напряжение U ''_i отличается от требуемого ПУЭ, необходимо переключить РПН c нулевого ответвления U _{отв о} на желаемое ответвление U _{отв ж}, обеспечивающее на вторичной обмотке трансформатора напряжение не ниже 10,5 кВ:

U '_i U _{н ном} / U _{отв ж} > 10,5. (39)

Из последнего выражения

U _{отв ж} < U '_i. U _{н ном} / 10,5. (40)

По полученному значению U _{отв ж} подбирается напряжение стандартного ответвления

U _{отв ст} = U _{в ном} + n. U _ст. U _{в ном} / 100, (41)

где + n = + (0, 1, 2, …) – номера ответвлений;

U _ст, % – напряжение одной ступени регулирования (см. табл. 6).

Определяется напряжение на вторичной обмотке трансформатора после регулирования:

U ''_{i рег} = U '_i. U _{н ном} / U _{отв ст}. (42)

Полученное значение должно удовлетворять требованиям ПУЭ.