Ананичева С.С., Мызин А.Л. Схемы замещения и установившиеся режимы электрических сетей - файл n1.doc

приобрести
Ананичева С.С., Мызин А.Л. Схемы замещения и установившиеся режимы электрических сетей
скачать (386.6 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc857kb.08.06.2006 21:19скачать

n1.doc

  1   2   3


М
76
инистерство образования Российской Федерации

Уральский государственный Технический университет

С. С. Ананичева

А. Л. Мызин

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ

И УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Допущено Учебно-методическим объединением в области энергетического

и электротехнического образования в качестве учебного пособия

для студентов вузов по направлению

551700 – «Электроэнергетика».

Научный редактор доц., канд. техн. наук П. М. Ерохин

Екатеринбург 2001

ББК 31.27

С 44

УДК 621.311

Рецензенты: кафедра АСЭС Свердловского инженерно-педагогического института; канд. техн. наук Л. И. Мардер (Институт теллофизики УрО АН СССР)
Авторы: С. С. Ананичева, А. Л. Мызин


С 44 Схемы замещения и установившиеся режимы электрических сетей:

Учебное пособие / С. С. Ананичева, А. Л. Мызин. Екатеринбург: УГТУ. 4-е изд. испр. и доп. 2001.78 с.
ISBN 5 – 230 – 06548 – 6

Рассмотрены основные вопросы, относящиеся к первой части дисциплины “Электрические системы и сети”. Даны схемы замещения основных элементов электрических сетей: линий электропередачи и трансформаторов и показано определение их параметров. Приведены способы представления графиков электрических нагрузок и определения потерь мощности и энергии в электрических сетях. Показаны методы расчета электрического режима разомкнутых электрических сетей. Все разделы снабжены контрольными вопросами и иллюстрациями. Приведены примеры расчетов.

Пособие предназначено для студентов специальностей 100100 - Электрические станции, 100200 - Электроэнергетические системы и сети, 210400 - Автоматическое управление электроэнергетическими системами и направления 551700 - Электроэнергетика.
Библиогр. 5 назв. Рис. 54. Табл. 2.
2302040000-123

С 7М2(03) п 98 Без обьявл. I 5—230—06548—б
©
2302040000-123

С Без объявл.

7М2(03)-98

ISBN 5-230-06548-6
Уральский государственный технический университет, 2001

© Уральский государственный технический университет, 2000

©Уральский государственный технический университет, 1998

© Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова, 1990

;

кВ.

Так как напряжение на стороне низшего напряжения автотрансформатора равно заданному, то коэффициент трансформации АТ сохраняется.



кВ;

;

кВ;

;

кВ;

кВ;





кВ;

;

кВ.

Рассчитанные значения напряжений показаны на рис. 8.8.

Полученные напряжения позволяют вновь уточнить нагрузки в узлах в соответствии со статическими характеристиками и выполнить, при необходимости, третью итерацию.


75

Определим положение ответвления РПН автотрансформатора. В узле 4 напряжение по расчету U4 = 35,1 кВ, что на ниже номинального (37 кВ). Следовательно, учитывая шаг изменения Кат, равный 1,4%, необходимо взять четвертое положение ответвления - (5,1/1,4) = 3,64?4; при этом

;

.

Таким образом, К не изменяется по сравнению с расчетным в гл. 7. Значение Кв.н. изменилось, поэтому напряжения в точках З и 4 необходимо пересчитать.

кВ,



, кВ.

.

Вычисленные напряжения позволяют уточнить мощности в узлах 3 - 5 и 7. Результаты расчета, полученные с использованием данных статических характеристик нагрузок, представлены на рис. 8.8.

На второй итерации сначала, как и в гл. 7, рассчитывается потокораспределение с учетом новых значений потерь мощности, найденных по напряжениям первой итерации. Результаты расчета также изображены на рис. 8.8.

Далее определяются напряжения в узлах схемы замещения. Последовательность расчета следующая:



кВ;



кВ;

;




74
;

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие разработано с учетом многолетнего опыта авторов по чтению дисциплины “Электрические системы и сети” в УГТУ на кафедре “Автоматизированные электрические системы” и посвящено вопросам, изучаемым в первой части дисциплины.

Перестройка учебного процесса в сторону усиления роли самостоятельной работы требует разработки учебных пособий, включающих численные примеры, позволяющие детально разобраться в изучаемом материале самостоятельно, и контрольные вопросы для самопроверки. Пособие отвечает перечисленным требованиям и поэтому может быть использовано студентами как дневного, так и заочного обучения.

Для хорошего освоения материала данного пособия требуются знания разделов ранее изучаемых дисциплин: теоретические основы электротехники, электрические машины, высшая математика, физика. В процессе изучения дисциплины студентам рекомендуется получить практику в решении задач и вы полнить цикл лабораторных работ.
1. ЭНЕРГОСИСТЕМЫ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ИХ ЭЛЕМЕНТЫ.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

1.1. Определения энергетической и электрической систем

Согласно ПУЭ, 1.2 - 2, “энергетической системой называется совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии”*.

Согласно ПУЭ, 1.2 - З, “электрической системой называется часть энергосистемы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, сетей ... и электроприемников”**.

Полный технологический цикл энергосистемы (рис. 1.1) включает добычу, транспортировку на склад и приготовление топлива, сжигание его в котле - преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию пара. Пар вращает турбину, тепловая энергия переходит в механическую, приводящую в движение генератор. В статорной обмотке генератора возникает электрический ток за счет вращающегося магнитного поля ротора. После генератора электрическая мощность поступает в трансформатор, где происходит преобразование ее параметров.

Все элементы технологической схемы производства электроэнергии являются элементами энергосистемы. Элементы технологической схемы делятся на два вида: передающие - транспортер, паропровод, вал, линия электропередачи; преобразующие - котел, турбина, генератор, трансформатор.
* Правила устройства электроустановок, 8-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1987.

*
3
* Внимательно прочитать 1.1-3, 1.2-1-1.2-11, II.5-2, IV.2-4-IV.2-11 ПУЭ, содержащие определения основных элементов энергосистем.



Рис. 1.1. Технологическая схема производства и распределения электроэнергии

1.2. Элементы энергосистем и их характеристика

Электростанция - элемент энергосистемы, предназначенный для преобразования химической энергии топлива в тепловую и электрическую, состоит из топливного склада, котельного и турбинного агрегатов, генератора и распределительных устройств. На электростанции имеется большое хозяйство собственных нужд, служащее для обеспечения нормального технологического цикла.

По особенностям технологического процесса производства электроэнергии и используемым видам топлива электростанции подразделяются на конденсационные (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), атомные (АЭС), гидростанции (ГЭС), гидроаккумулирующие (ГАЭС), газотурбинные (ГТС).

К КЭС обычно относятся электростанции, потребляющие органическое топливо (уголь, газ, мазут, торф, сланец), турбины которых работают по конденсационному циклу, когда практически весь пар, вырабатываемый парогенератором, конденсируется и его энергия преобразуется в механическую энергию вала турбины, а затем и в электрическую.

На ТЭЦ значительная часть тепловой энергии передается по трубам потребителям и используется непосредственно в технологических процессах. И лишь часть тепловой энергии преобразуется в электрическую. На ТЭЦ для это го устанавливают турбоагрегаты двух типов: теплофикационные и противодавления.

АЭС используют энергию ядерного горючего, также преобразующегося в тепловую энергию пара. АЭС могут использоваться как КЭС и как ТЭЦ, соответственно они обозначаются АКЭС и АТЭЦ.

Г
4
АЭС предназначены для выравнивания графика нагрузки энергосистемы (рис.1.2). Они являются по принципу работы такими ГЭС, которые днем, в ча-

где напряжения и мощности представлены в относительных единицах, т.е.

; ; .

4. Значение коэффициентов характеристик нагрузок:

Тип

характеристики

Номинальное напряжение шин, кВ







Р

Любое

0,83

-0,3

0,47

Q

35

3,7

-3,7

4,3

Q

6-10

4,9

-10

6,2


Рассмотрим порядок решения задачи. Определим характеристики нагрузок в именованных единицах:

.

Отсюда

, (8.8)

где

, , . (8.9)

Аналогично определяются коэффициенты для Q:

, (8.10)

Результат расчета коэффициентов характеристик нагрузок приведен ниже:

Номер узла

3

4

5

7

Uном, кВ

35

35

110

10

Рном, МВт

100

28

180

140



83

23,24

149,4

116,2



-0,857

-,024

-0,491

-4,2



0,0384

0,0107

0,007

0,658

Qном, МВАр

54

13,6

97,2

59,7



199,8

50,32

359,6

292,5



-10,8

-2,27

-6,19

-59,7



0,19

0,0478

0,0345

3,7

Так как фактические напряжения в узлах нагрузок неизвестны, то примем их в начальном приближении равными номинальным. Тогда для расчета первой итерации значения мощностей в узлах равны заданным и первая итерация с учетом статических характеристик совпадает с первой итерацией без их учета (см. рис. 7.3), за исключением напряжений в некоторых узлах. Это связано с работой устройств РПН автотрансформаторов.


73

Таким образом, при расчетах установившихся режимов активная мощности источников конечной мощности принимается равной номинальной, а реактивная ограничивается диапазоном от максимального значения соответствующего номинальному сos?ном до минимального Qmin, соответствующего максимальному сos?max ?0,95 (см. рис. 8.7).


Рис.1.2. График нагрузки энергосистемы

без ГАЭС (1) и с ГАЭС 920


Рис.8.7. Сеть с источниками бесконечной (узлы 1,2) и конечной (узел 5) мощности

8.6. Пример выполнения расчета электрического режима

разомкнутой электрической сети с учетом

статических характеристик нагрузок

Рассмотрим в качестве примера расчета схему, изображенную на рис. 7.1 дополнительные сведения, необходимые для учета статических характеристик нагрузок, следующие:

1. Автотрансформаторы (АТ) имеют устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), т. е. устройства для изменения коэффициента транс формации без отключения трансформатора от электрической сети. Эти устройства расположены в нейтрали АТ и позволяют изменять число витков общей обмотки в пределах 8х1,4%. Устройство РПН настроено на поддержание на шинах 35 кВ АТ напряжения 37 кВ.

2. Двухобмоточные трансформаторы не имеют устройств РПН, и их коэффициент трансформации равен номинальному значению.

3. Статические характеристики нагрузок имеют вид:

, (8.6)

, (8.7)

с
72
ы максимального электропотребления системы, генерируют электрическую энергию за счет сработки воды в водохранилище, а ночью, в часы минимума электропотребления, работают как потребители электрической энергии - насосы, закачивающие воду обратно в водохранилище. За счет этого снижается величина необходимой установленной генерирующей мощности нагрузки энергосистемы в ЭЭС, а также улучшаются условия использования других электростанции, особенно АЭС, не допускающих резких изменений своей загрузки.

ГТС с помощью газовых турбин непосредственно преобразуют энергию сгорания газообразного топлива в механическую и затем электрическую энергию. Изготавливаются также парогазовые установки (ПГУ), работающие по смешанному циклу.

Разнообразны так называемые нетрадиционные типы электрогенерирующих станций. К ним относятся электростанции с магнитогидродинамическими (МГД) генераторами, приливные электростанции (ПЭС), ветровые, гелиоустановки и т. д. Как в настоящее время, так и в обозримом будущем эти типы электростанций не будут иметь существенной роли в энергобалансе страны.

Подстанция (ПУЭ, IV.2 - 5) - электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии состоящая из трансформаторов, распределительных устройств, аккумуляторных батарей, устройств управления и собственных нужд.

Распределительным пунктом называется (ПУЭ, IV.2 - 11) устройство, предназначенное для распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.

Воздушной линией электропередачи (ЛЭП) называется устройство для передачи и распределения электроэнергии на большие расстояния по проводам, расположенным на открытом воздухе.

Объединение элементов в единую схему, работающую синхронно в общем режиме, образует энергосистему.

1.3. Технологические особенности энергосистем

Основными особенностями энергосистем являются следующие.

Э
5
лектроэнергия практически не аккумулируется. Производство, преобразование, распределение и потребление происходят одновременно и практически мгновенно. Поэтому все элементы энергосистемы взаимосвязаны единством режима. В энергосистеме в каждый момент времени установившегося режима сохраняется баланс по активной и реактивной мощностям. Невозможно произвести электроэнергию не имея потребителя: сколько выработано электроэнергии в данный момент, столько ее и отдано потребителю за вычетом потерь. Ремонты, аварии и т. д. приводят к снижению количества электроэнергии, выдаваемой потребителю (при отсутствии резерва), и, как следствие, к недоиспользованию установленного оборудования энергосистемы.

Относительная быстрота протекания процессов (переходных): волновые процессы - (10-3-10-6) с, отключения и включения – 10-1 с, короткие замыкания - (10-1 - 1) с, качания - (1 - 10) с. Высокие скорости протекания переходных процессов в энергосистемах обусловливают необходимость использования автоматики в широких пределах вплоть до полной автоматизации процесса производства и потребления электроэнергии и исключение возможности вмешательства персонала.

Энергосистема связана со всеми отраслями промышленности и транспорта, характеризующимися большим разнообразием приемников электроэнергии.

Развитие энергетики должно опережать рост потребления электроэнергии, иначе невозможно создание резервов мощности. Энергетика должна развиваться равномерно, без диспропорций отдельных элементов.

1.4. Преимущества объединения электростанций в энергосистему

При объединении электростанций в энергосистему достигается [1]:

- снижение суммарного резерва мощности;

- уменьшение суммарного максимума нагрузки;

- взаимопомощь в случае неодинаковых сезонных изменений мощностей электростанций;

- взаимопомощь в случае неодинаковых сезонных изменений нагрузок потребителей;

- взаимопомощь при ремонтах;

- улучшение использования мощностей каждой электростанции;

- повышение надежности электроснабжения потребителей;

- возможность увеличения единичной мощности агрегатов и электростанций;

- возможность единого центра управления;

- улучшение условий автоматизации процесса производства и распределения электроэнергии.

1.5. Электроустановки. Номинальные данные установок

Электроустановки (ПУЭ, I.1-3) - установки, в которых производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия. Они разделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и свыше 1000 В.

Номинальными (ПУЭ, I.1-24) током, напряжением, мощностью, коэффициентом мощности и т. д. электроустановки являются паспортные данные (практически это данные, при которых работа электроустановки наиболее экономична).

1.5.1. Номинальные напряжения

Шкала номинальных линий напряжений в киловольтах электроустановок трехфазного переменного тока частотой 50 Гц приведена в табл. 1.

П
71

6
редставление мощных энергосистем в качестве источников бесконечной мощности безусловно является идеализацией реального процесса, в котором любое изменение параметров режима влияет на всю сеть. Однако изменения параметров установившихся режимов питающих энергосистем при изменении мощностей узлов сети мало (меньше точности расчета параметров установившегося режима питающих энергосистем) и ими можно пренебречь.

Таким образом. Узлы связи с питающими мощными энергосистемами для данного района электрической сети можно рассматривать как шины бесконечной мощности. Такие узлы называются базисными или балансирующими и при расчетах установившихся режимов района электрической сети задаются неизменными векторами напряжений. Обычно при расчетах установившихся режимов в электрической сети бывает один базисный узел, в этом случае он задается модулем напряжения с нулевым углом Uбаз. При необходимости в сети можно ввести несколько базисных узлов. Которые могут быть заданы различными мо дулями и углами напряжений: , и т.д.

Источниками конечной мощности для района электрической сети могут служить одна или несколько электростанций, находящихся непосредственно в рассматриваемом районе. При этом необходимо учитывать взаимное влияние режимов работы электростанций и узлов нагрузок района электрической сети при любом соотношении мощностей источников и потребителей электроэнергии, поскольку любое изменение параметров режима влияет на сеть в целом.

В этом случае при расчетах установившихся режимов района электрической сети электрические станции задаются неизменными активными мощностями, как правило, номинальными, и реактивными мощностями, которые могут меняться в диапазоне от Qmax до Qmin.

Максимальное значение реактивной мощности генератора Qmax ограничивается по максимальному току статора генератора и определяется минимальным (номинальным) сos?ном. Дальнейшее снижение сos?г при неизменной номинальной активной мощности генератора привело бы к увеличению выдачи генератором реактивной и, соответственно, полной мощности. При этом ток в статорной обмотке генератора превысит номинальный, а длительная работа генератора в таком режиме приведет к повышенному нагреву генератора. Поэтому при расчетах установившихся режимов максимальная реактивная мощность ограничивается значением Qmax, которому соответствуют номинальные сos?ном и ток генератора Iном г.

Минимальное значение реактивной мощности генератора ограничивается по минимальному току ротора генератора и определяется максимальным сos?max (~0,95). Дальнейшее снижение тока возбуждения генератора привело бы к значительному снижению ЭДС статорной обмотки и снижению выдачи генератором активной мощности генератора ниже номинальной.

;

.

Тогда

.


Рис. 8.6. Использование статических характеристик при расчете режима сети

8. Заменить начальное приближение напряжения на и повторить расчет, начиная с пункта 2.

Критерием окончания расчета являются следующие выражения:

; .

Здесь ? и ? - допустимые погрешности расчета по модулю напряжения и его углу.

8.4. Особенности расчета режима сети при задании нагрузок

статическими характеристиками

При задании нагрузок узлов в виде статических характеристик расчет установившегося режима практически не отличается от изложенного в предыдущем параграфе. Отличие имеется только в содержании пункта 2 алгоритма. Приближенное значение активной и реактивной мощностей нагрузки на каждом шаге определяется по статическим характеристикам (рис. 8.6).

Обычно для представления статических характеристик нагрузок принимают квадратичную аппроксимацию.

8.5. Представление источников питания при расчетах

установившихся режимов

При расчетах установившихся режимов района электрической сети для обеспечения электрической энергией нагрузок подстанций могут использоваться источники питания конечной и бесконечной мощности.

Источниками бесконечной мощности для рассматриваемого района электрической сети могут служить одна или несколько точек связи с соседними мощными энергосистемами. Мощности этих питающих энергосистем так велики по сравнению с мощностями нагрузок и электростанций рассматриваемого района электрической сети, что любые изменения ре жимов работы нагрузок и электростанций района сети не оказывают влияния на параметры режимов работы питающих энергосистем.


70

7


Таблица 1

Шкала номинальных напряжений электроустановок, кВ

Электроприемники

и ЛЭП

Генератор

Трансформатор

первичная обмотка

вторичная обмотка

0,22

0,23

0,22

0,23

0,38

0,4

0,38

0,4

0,66

0,69

0,66

0,69

3

3,15

3; 3,15

3,15; 3,3

6

6,3

6; 6,3

6,3; 6,6

10

10,5

10; 10,5

10,5; 11

-

13,8

13,8

-

-

15,75

15,75

-

-

18

18

-

20

20; 24

20

22

35

-

35

36,75; 38,5

110

-

110; 115

115; 121

150

-

150; 158

158; 165

220

-

230

242

330

-

330

347

500

-

500

525

750

-

750

787

1150

-

1150

-

Шкалы номинальных напряжений генераторов и вторичных обмоток трансформаторов выбраны выше на 5 - 10% номинальных напряжений потребителей, линий электропередачи, первичных обмоток трансформаторов с целью облегчения поддержания номинального напряжения у потребителей.

Рассмотрим передачу электроэнергии от генератора (Г) через повышающий трансформатор (Т1), линию электропередачи (ЛЭП), понижающий трансформатор (Т2) к шинам потребителя (П) (рис. 1.3) и диаграмму напряжений электропередачи.


  1   2   3


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации