Тема 3.3. Расчёт электрических сетей различной конфигурации



3.3.1.Общие сведения для расчётов электрических сетей

 

При выполнении расчетов электрических систем должны быть учтены основные характеристики их элементов [5].

Все электростанции кроме балансирующей считаются работающими с заданным графиком, а их мощности рассматриваются как отрицательные нагрузки. Предполагается, что балансирующая станция работает по свободному графику и может покрывать дополнительные нагрузки и потери мощности в сетях. Источниками реактивной мощности являются генераторы, компенсаторы, конденсаторы, синхронные двигатели и линии высоких напряжений.

Потребители электроэнергии представляются в расчетных схемах значениями полной потребляемой мощности S. При изменениях потребляемых мощностей изменяются потоки мощности в сетях энергосистемы. Это вызывает соответствующее изменение напряжений в сетях, что влечет за собой изменение потребляемой мощности.

3.3.2.Натуральная мощность и пропускная способность ЛЭП

 

Рассмотрим ЛЭП без потерь, для которой активные сопротивление и проводимость r0 = 0 и g0 = 0. Если принять передаваемую по линии реактивную мощность Q = 0, то при некоторой передаваемой активной мощности Р будет иметь равенство потребляемой и генерируемой линией реактивной мощности QL = QC, то есть линия будет находиться на самобалансе реактивной мощности [1].

Мощность, передаваемую в таком режиме называют натуральной мощностью Рнат, а сам режим работы линии – режимом передачи натуральной мощности.

Натуральная мощность при принятых выше допущениях

 

Рнат = U2ном  = U2ном / ZC,                       (3.27)

 

где C0, L0 – погонные ёмкость и индуктивность линии соответственно,     ZC =  – волновое сопротивление линии.

В режиме передачи натуральной мощности линия будет работать с наибольшим КПД, такой режим является самым экономичным.

На практике невозможно обеспечить работу всех линий в режиме, близком к натуральному, но этого добиваются для отдельных линий, когда существует возможность регулировать передаваемую мощность за счет ее перераспределения в элементах электрической сети и генерирования реактивной мощности в местах ее потребления.

В таблице 3.1 приведены численные значения натуральной и наибольшей мощностей ВЛ некоторых напряжений. При этом необходимо принимать во внимание, что наибольшая мощность зависит от длины линии. Натуральные мощности кабельных линий на порядок выше, чем у ВЛ.

 

Таблица 3.1

Величины натуральной и наибольшей передаваемой мощности ВЛ

 

Мощность, МВт

Номинальное напряжение, кВ

110 220 500
Натуральная   Наибольшая 30   20...50 120   90...200 900   700...900

Пропускная способность ЛЭП определяется величиной активной мощности, которую линия может передать при выполнении всех условий, определяющих ее нормальную работу.

Максимальная мощность ЛЭП Рmах, называемая пределом передаваемой мощности,достигается при угле между векторами напряжений в начале и конце линии δ = 90°. Устойчивая работа генераторов ЭЭС возможна только при δ < 90° и на восходящей ветви синусоиды. Точка δ = 90° является граничной между областями устойчивой и неустойчивой работы генераторов. Чтобы предотвратить выход генераторов в неустойчивую область, делают некоторый запас по устойчивости, равный примерно 15% Рmах.

Пропускная способность ЛЭП зависит от следующих параметров:

- величины передаваемой реактивной мощности;

- предельно допустимого тока по проводам линии;

- предела передаваемой мощности и запаса по устойчивости;

- предельных значений напряжений по концам ЛЭП.

3.3.3. Расчёт разомкнутых сетей местного значения

 

Разомкнутыми сетями называются такие, в которых энергия подается потребителям с одной стороны [5]. В большинстве случаев такими сетями являются сети местного значения, т. е. до 110 кВ, подающие энергию потребителям на расстояния, не превышающие 20–30 км. Возможные схемы таких сетей 10 кВ без ответвлений и с ответвлениями показаны на рисунке 3.5, а, б. Мощности на рисунках указаны в киловаттах и киловольт-ампер реактивных, длины – в километрах (см. подчеркнутые цифры). Если на первом этапе расчета потерями мощности пренебречь, то, суммируя мощности нагрузки, можно найти линейные мощности (токи) на каждом участке. Так, на участке Аа(рисунок 3.5, б)линейная мощность будет 1010 + j430, на участке ab– 660 + j 330 кВт и т. д.

Таким образом, распределение мощностей в разомкнутой сети является принудительным и определяется нагрузками потребителей и условием баланса мощностей в узлах.

Полная мощность в каждой из ветвей разомкнутой сети получается суммированием значений мощностей всех нагрузок, которые питаются по данному участку (ветви) сети.

Рисунок 3.5 Схемы разомкнутых сетей 10 кВ

 

Определив потокораспределение участков сети (первый этап расчета), можно найти потери мощности каждого участка (второй этап расчета) согласно (3.1) и (3.2). Определение потерь мощности рекомендуется производить вначале для наиболее удаленного от передающего конца участка, последовательно передвигаясь к первому участку передающего конца (головного). Суммируя найденное потокораспределение с потерями мощности участков, можно найти полную мощность передающего конца с учетом потерь мощности. Для схемы, приведенной на рисунке 3.5, а, после расчета первого этапа было найдено потокораспределение активных и реактивных мощностей. Эти мощности в цифрах нанесены на рисунке для каждой ветви. При расчете второго этапа, т. е. полной мощности с учетом потерь:

1) определяются по (3.1), (3.2) потери мощности на участке cd

ΔScd = ΔPcd + jΔQcd;

2) находится полная мощность участка cd. Для этого суммируются величины

Pcd = 230 + ΔPcd и Qcd = 100 + ΔQcd;

3) при известной мощности участка cd осуществляется переход к участку bс. Мощность этого участка Pbc = 630 + ΔPcd и Qbc = 100 + ΔQcd. По значениям Pbc и Qbc определяются потери мощности на этом участке: ΔPbc и ΔQbc;

4) на участке ab мощность будет составлять величину Pab = 980 + ΔPcd + + ΔPbc и т. д. Таким образом, на этом участке уточненное потокораспределение определяется суммированием найденного по первому этапу расчета с потерями мощности на всех последующих участках. По этому уточненному потокораспределению находятся потери мощности на участке ab;

5) производится переход к расчету участка Аа, и аналогично предыдущему находится уточненное потокораспределение и его потери мощности. Суммирование потокораспределения этого головного участка с потерями на нем и определит полную мощность передающего конца А.

Расчет режимов работы схем выше 110 кВ имеет свою специфику из-за наличия мощности, генерируемой линиями.

 

 

3.3.4. Расчёт сетей с двусторонним питанием

 

В простых замкнутых сетях есть узлы, питающиеся по двум ветвям, но нет узлов, получающих питание более чем по двум ветвям, отсутствуют узлы, с которыми соединены три и более ветви [5]. Простые замкнутые сети содержат только один контур. В сложной замкнутой сети есть узел, с которым соединены три ветви и более.

Простейшим видом замкнутой сети является сеть с двусторонним питанием, т.е. такая сеть, в которой энергия подаётся потребителям с двух сторон. Частным случаем сети с двусторонним питанием является кольцо (рисунок 3.6, а).

Основными преимуществами замкнутых сетей являются:

-надёжность работы;

-гибкость;

-меньшие потери мощности;

-возможность развития сети без коренной реконструкции.

Для расчёта потокораспределения в простой замкнутой электрической сети, используется тот факт, что питающий пункт можно условно «разрезать» или несколько питающих пунктов «соединить» в один, если напряжения у всех одинаковы. Например, разрезав питающий пункт А (рисунок 3.6, а), можно получить сеть с двумя питающими пунктами А1 и А2 (рисунок 3.6, б).

а       б

Рисунок 3.6 Сеть с двусторонним питанием

Если заданы сопротивления участков сети и мощности (токи) нагрузок, то при одинаковом напряжении питающих пунктов мощность головного участка, т.е. мощность, вытекающую из пункта А1 (рисунок 3.6, б), можно определить по формуле

 

. (3.28)

Верхний индекс «*» указывает на то, что в формулу подставляются сопряжённые значения мощностей.

Мощности остальных участков сети можно найти, вычитая из значения мощности головного участка значения мощностей соответствующих нагрузок. В результате расчёта мощности отдельных участков могут оказаться отрицательными, это означает, что по этим участкам протекает мощность из пункта А2. Точки, в которых подтекающая со всех сторон мощность полностью потребляется, называются точками токораздела или потокораздела. Точек токораздела в сетях с двусторонним питанием может быть две: по активным мощностям и по реактивным.

Если напряжения питающих пунктов не одинаковы, то в системе возникают уравнительные токи, протекающие от точки с более высоким потенциалом к точке с меньшим потенциалом. Уравнительные токи ведут к увеличению потерь мощности, поэтому крайне нежелательны. Уравнительный ток находится по формуле

.                               (3.29)

Полное потокораспределение находится сложением уравнительного тока (мощности) с токами (мощностями) участков сети, найденными при условии равенства напряжений питающих пунктов, с учётом их направлений.

Возможны частные случаи, значительно упрощающие приведённые выше формулы. Например, при сечении, одинаковом по всей длине, вместо сопротивлений участков можно воспользоваться их длинами.

 

 

3.3.5. Расчет сложнозамкнутых сетей. Метод контурных токов, узловых напряжений и наложения

Расчёт сложных замкнутых сетей осуществляется методами, приведёнными на диаграмме рисунок 3.7.

Рисунок 3.7 Методы расчета сложных замкнутых сетей.

Эти методы подробно рассматривались в курсе «Теоретические основы электротехники» и «Математические задачи энергетики». Ознакомиться с ними можно в [1, с. 130 - 150], [2, с. 454 - 473] и [3, с. 130 - 177]. Необходимо отметить, что расчёт сложных замкнутых сетей – это трудоёмкая работа, поэтому для его выполнения целесообразно использовать ЭВМ.

 

 


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 1048; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!