Указания к выполнению заданий

Введение

Каждый студент выполняет на практических занятиях индивидуальные задания в соответствии с вариантом, указанным преподавателем. Содержание задания определяется данными табл. 1 - 3 и одной из схем (рис. 1-9).

Схема сети является сквозной для всех тем практических занятий. На её базе в соответствии с темой занятия формируется конкретное задание.

Выполняя задание «А» по темам 2.1 и 2.2 рабочей программы дисциплины «Электроэнергетические системы и сети» (далее «рабочей программы»), из заданной схемы выделяются одна линия и одна подстанция, для которых необходимо составить схемы замещения и определить их параметры.

При выполнении задания «Б» по темам 3.1 и 3.2 «рабочей программы» для исходной сети необходимо составить схему замещения всей сети (расчётную схему) и определить её параметры. Далее из расчётной схемы сети выделяется разомкнутая, а затем простейшая замкнутая часть схемы и рассчитываются режимы разомкнутой и замкнутой сети.

При выполнении задания «В» по темам 3.3, 5.2, 5.3 «рабочей программы», пользуясь полной схемой сети, необходимо определить параметры режима посредством различных методов расчёта сложных электрических сетей.

Варианты исходных данных

Вариант задания состоит из 7 цифр (например, номера вашего телефона):

• первая — номер схемы электрической сети (рис. 1-9);

• вторая — длины линий (табл. 1);

• третья — номера марок проводов для соответствующих линий (табл. 1), их погонные параметры приведены в табл. 2;

• четвертая — номера типов трансформаторов, установленных на подстанциях (табл. 1), их паспортные данные находятся в табл. 3;

• пятая — модуль базисного напряжения на шинах балансирующей электростанции ЭС1, U_эс1 (табл. 1);

• шестая — мощность генерации станции ЭС2, Рэс2, Qэс2 (табл. 1);

• седьмая — данные о нагрузках на шинах подстанций Р, cos φ (табл. 1).

• Таблица 1. – Варианты задания

Позиция цифры в номере варианта	Вид данных	Значение цифр в варианте
Первая	Номер рисунка
Рис.
Вторая	Длина линий, км
Л 1
Л 2
Л 3
Л 4
Л 5
Л 6
Л 7
Третья	Номер марки провода линии (данные о параметрах в табл. 2)
Л 1
Л 2
Л 3, 4, 5
Л 6
Л 7
Четвёртая	Номер типа трансформатора ПС (данные о параметрах в табл. 3)
ПС А
ПС Б
ПС В
ПС Г
ПС Д
Пятая	Напряжение на шинах балансирующей станции ЭС 1
Шестая	Генерация станции ЭС 2
Седьмая	Максимальная нагрузка на подстанции и коэффициент мощности
	0,90	0,85	0,95	0,89	0,85	0,90	0,89	0,85	0,65	0,80
	0,89	0,85	0,75	0,95	0,95	0,75	0,75	0,89	0,75	0,85
	0,75	0,79	0,65	0,75	0,75	0,65	0,75	0,79	0,65	0,70
	0,70	0,85	0,69	0,75	0,77	0,78	0,75	0,65	0,65	0,75
	0,65	0,80	0,79	0,78	0,90	0,65	0,85	0,75	0,85	0,70
	0,75	0,90	0,89	0,85	0,95	0,75	0,79	0,88	0,95	0,70

Таблица 2. – Параметры проводов линий

Номер марки провода из табл. 1	Марка провода	Погонные параметры	Длительно допустимый ток, А
	110 кВ	220 кВ
	АС-70	0,428	0,444	2,55
	АС-95	0,306	0,434	2,61
	АС-120	0,249	0,427	2,66
	АС-150	0,198	0,420	2,70
	АС-185	0,162	0,413	2,75
	АС-240	0,120	0,405	2,81	0,435	2,60
	АС-300	0,098	0,309	2,85	0,429	2,64
	АС-400	0,075			0,420	2,70
	АС-500	0,060			0,413	2,74

Таблица 3. - Паспортные данные трансформаторов

Номер типа из табл.1	Тип трансформатора	Sном, МВ·А	Uном обмоток, кВ	Пределы регулирования РПН на стороне ВН(СН)	uk, %	ΔРк, кВт	ΔPх, кВт	Iх, %
В	С	Н	В-С	В-Н	С-Н
	ТДН-10000/110			-		±9x1,78%	-	10,5	-			0,7
	ТДН-16000/110			-	6,6	±9x1,78%	-	10,5	-			0,7
	ТРДН-25000/110			-	10,5/10,5	±9x1,78%	-	10,5	-			0,7
	ТРДН-40000/110			-	6,3/6,3	± 9x1,78 %	-	10,5	-			0,65
	ТРДЦН-63000/110			-	6,3/6,3	± 9x1,78 %	-	10,5	-			0,6
	ТРДЦН-80000/110			-	6,3/6,3	±9x1,78%	-	10,5	-			0,6
	ТРДЦН-125000/110			-	10,5/10,5	±9x1,78%	-	10,5	-			0,55
	ТДТН-10000/110			38,5	6,6	±9x1,78%	10,5					1,1
	ТДТН -16000/110			38,5		±9x1,78%	10,5					1,0
	ТДТН-25000/110			38,5	6,6.	± 9x1,78 %	10,5	17,5	6,5			0,7
	ТДТН-40000/110			38,5	6,6	± 9x1,78 %	10,5					0,6
	ТДТН-63000/110			38,5		±9x1,78%	10,5		6,5			0,7
	ТДТН -80000/110			38,5		±9x1,78%		18,5				0,6
	ТРДН-40000/220			-	11/11	± 8x1,5 %	-		---			0,9
	ТРДЦН-63000/220			-	6,6/6,6	±8x1,5%	-		-			0,8
	ТРДЦН-100000/220			-	11/11	± 8x1,5 %	-		-			0,7
	ТРДЦН-160000/220			-	11/11	±8x1,5%	-		-			0,6
	ТДТН-25000/220			38,5	6,6	±12x1 %	12,5		6,5			1,2
	ТДТН-40000/220			38,5	6,6	±12x1%	12,5		9,5			1,1
	АТДЦТН-63000/220/110					± 6x2 %		35,7	21,9			0,5
	АТДЦТН-125000/220/110				6,6	±6x2%						0,5
	АТДЦТН-200000/220/110					±6х2%						0,5
	АТДТЦН-250000/220/110				10,5	±6х2%	11,5	33,4	20,8			0,5

ПРИМЕЧАНИЯ: 1. Для автотрансформаторов соотношение мощностей обмоток ВН/СН/НН составляет 100/100/50%.

2. Регулирование напряжения для двухобмоточного трансформатора осуществляется на стороне ВН, автотрансформатора - на стороне СН, трехобмоточного - на стороне ВН (РПН) и СН (ПБВ ±2×2,5 %).

Содержание заданий

Задание А. Параметры схем замещения элементов электрических сетей

1. Составить схему замещения и определить параметры линии, указанной преподавателем.

2. Составить схему замещения двух параллельно работающих трансформаторов (автотрансформаторов) и определить их параметры для подстанции, заданной преподавателем.

Задание Б. Расчеты параметров режимов простейших электрических сетей

1. Составить полную схему замещения электрической сети, определить её параметры.

2. Исключить из полной схемы п. Б.1 две (три) линии так, чтобы схема была разомкнутой, но оставалась связной с балансирующей станцией ЭС 1, и определить параметры режима получившейся разомкнутой электрической сети.

3. Добавить одну линию для схемы п. Б.2 и рассчитать режим кольцевой электрической сети.

4. Определить структуру годовых потерь электроэнергии в электрической сети.

Задание В. Расчёты параметров установившихся режимов сложных

электрических сетей

1. Определить приближенное потокораспределение в расчетной схеме исходной электрической сети методом преобразования.

2. Для расчетной схемы исходной электрической сети составить в развернутом виде уравнения узловых напряжений.

3. Определить значения напряжений в узлах расчётной схемы исходной электрической сети с помощью уравнений узловых напряжений. Определить мощности в ветвях.

4. Выбрать коэффициенты трансформации трансформаторов для обеспечения встречного регулирования напряжения на шинах подстанций.

5. Для заданной схемы электрической сети подготовить исходные данные и выполнить расчёт установившегося режима с помощью ПЭВМ по программе RasrtWin.

Указания к выполнению заданий

3.1. Задание А. Схемы замещения элементов электрической сети и их параметры

На рис. 10 – 17: а – условное изображение элемента электрической сети; б, в – виды схем замещения этого элемента (б – точная, в – упрощенная).

Параметры линии r_л, х_л, Ом, g_л, b_л, мкСм, Q_л, Мвар, состоящей из n цепей, определяются по формулам:

,

где L – длина линии, км;

– погонные активное и реактивное сопротивления линии (табл.2), Ом/км;

– погонная ёмкостная проводимость линии (табл. 2), мкСм/км;

– удельные потери мощности на корону, кВт/км [3];

– номинальное напряжение линии, кВ.

Для линий напряжением 220 кВ и ниже активная проводимость линии не учитывается.

Двухобмоточные трансформаторы

Для подстанции, на которой установлены п двухобмоточных трансформаторов, применяется схема замещения, приведенная на рисунках 11, б, в.

Параметры r_т, x_т, Ом, ΔP_xх, МВт, ΔQ_xх, Мвар, g_Т, b_Т, мкСм, определяются по формулам:

.

где , – номинальные мощность (МВ·А) и напряжение стороны ВН (кВ) трансформатора (табл. 3);

n – число параллельно включённых трансформаторов;

– потери мощности короткого замыкания (КЗ), кВт (табл. 3);

– напряжение КЗ трансформатора (табл. 3), %;

– потери мощности холостого хода (ХХ), кВт (табл. 3);

– ток ХХ, % (табл. 3).

Трёхобмоточные трансформаторы

Схемы замещения подстанции, на которой установлены n трёхобмоточных трансформаторов, приведены на рис. 12, б, в. Мощность обмотки ВН . Существуют трёхобмоточные трансформаторы с различными соотношениями номинальных мощностей обмоток : 100/100/100 %, 100/100/66,7 %, 100/66,7/66,7 %.

Активные сопротивления обмоток определяются по формулам:

,

где .

Реактивные сопротивления обмоток определяются из равенств:

Если расчётное значение или окажется отрицательным, то ( ) следует приравнять к нулю. Коэффициент трансформации в ветви обмотки СН

в ветви обмотки НН .

Потери мощности в стали и проводимости трёхобмоточных трансформаторов определяется так же, как для двухобмоточных трансформаторов.

Схемы замещения (рис. 12, б, в) и формулы для расчета параметров трёхобмоточных трансформаторов справедливы и для автотрансформаторов. Соотношение мощностей обмоток низшего и высшего напряжения равно 0,5.

Схемы замещения автотрансформаторов, у которых обмотка низшего напряжения не используется, такие же, как у двухобмоточных трансформаторов (рис. 11,б, 11,в). При расчёте сопротивлений обмоток автотрансформаторов в этом случае в формулах, приведённых для двухобмоточных трансформаторов, принимается ; .

Трансформаторы с расщеплённой обмоткой

Такие трансформаторы имеют, как правило, две одинаковых обмотки низшего напряжения и могут работать в 2 режимах:

- обе обмотки работают на одну нагрузку;

- каждая обмотка работает на свою нагрузку.

В первом случае трансформаторы с расщеплёнными обмотками имеют схемы замещения, как у двухобмоточных трансформаторов, и расчет их параметров выполняется по формулам, приведенным для двухобмоточных трансформаторов.

Для второго случая схемы замещения трансформатора с расщеплённой обмоткой изображены на рисунках 14, б, в.

Сопротивления обмоток, Ом

Коэффициенты трансформации по основным выводам обмоток

; .

Потери холостого хода и проводимости определяются, как для двухобмоточного трансформатора.

На рис.16 .

Потери активной мощности в СК и БСК при расчетах не учитываются.

Задание Б. Расчёты параметров режимов простейших электрических сетей

3.2.1. Составление полной схемы замещения электрической сети и

определение её параметров

В качестве примера рассматривается схема электрической сети (рис. 18), полная схема замещения которой приведена на рис. 19.

Параметры схем замещения всех элементов определяются в соответствии с указаниями к заданию А. Результаты расчетов параметров элементов электрических сетей рекомендуется свести в табл. 4 и 5.

Таблица 4. - Параметры схем замещения линий

Наименование линий

rл, Ом

xл, Ом

bл, мкСм

Qл. Мвар

Л-1

Таблица 5. - Параметры схем замещения трансформаторов

Наименование ПС

ΔPxx+jQxx МВ·А

gт-jbт мкСм

rт1+jxт1 Ом

kт1

rт2+jxт2 Ом

kт2

rтз+jxт3 Ом

kтз

ПС А

Примечание: 1. Для двухобмоточных трансформаторов не заполняются колонки 6, 7, 8, 9.

В колонке 4 указывается сопротивление двухобмоточного трансформатора.

2. Для ветви обмотки высшего напряжения трёхобмоточных трансформаторов (автотрансформаторов) k_Т1=1.

3.2.2. Составление расчётной схемы электрической сети и определение её параметров

Расчётную схему электрической сети получим из схемы, приведённой на рис. 19, путем определения расчётных нагрузок и объединения последовательных элементов схемы. Расчётная схема рассматриваемой сети представлена на рис. 20.

Расчётные нагрузки узлов определяются как алгебраические суммы за­данных нагрузок S_A,S_Б,S_В,S_Г, потерь мощности в трансформаторах ПС и зарядных мощностей линий, присоединённых к соответствующим узлам. Например, расчетная нагрузка для ПС В равна

для ПС Г

.

Данные о параметрах расчётной схемы электрической сети целесообразно свести в табл. 6.

Таблица 6. - Параметры расчётной схемы сети (рис. 20)

Узлы	Расчетные нагрузки P+jQ, МВ·А	Ветви i - j	Сопротивления r +jх, Ом
		1-2
		1-3
…		…
		7-6

3.2.3. Определение параметров режима разомкнутой электрической

сети

Цель расчёта состоит в определении мощностей в ветвях и напряжений в узлах схемы. Расчёт режима выполняется итерационным методом. Каждая итерация состоит из 2 этапов.

Первый этап определение мощностей в ветвях. Расчёт ведется от наиболее удалённых точек схемы к балансирующему узлу. Мощность в начале ветви

,

где – мощность в конце ветви;

– потери мощности в сопротивлении ветви .

.

Здесь U_кон – модуль напряжения в конце ветви, рассчитанный на предыдущем шаге (итерации); на 1-м шаге U_кон = U_ном.

Второй этап - определение напряжения в узлах. Расчёт ведётся от балансирующего узла. При этом напряжение в конце ветви

,

где , – напряжение в начале ветви;

–вектор падения напряжения на сопротивлении ветви Z, равный геометрической сумме продольной и поперечной составляющих падения напряжения.

.

Модуль напряжения в конце ветви

.

Расчёт ведется до тех пор, пока соответствующие мощности и на­пряжения на k и (k+1) шаге будут отличаться друг от друга на величину, меньшую заданной точности расчёта.

В качестве примера рассмотрим разомкнутую сеть, полученную ис­ключением линии Л2, Л4 и Л7 из исходной сети (см. рис. 18). Для разомкнутой сети составим схему замещения, найдём расчётные нагрузки узлов и расставим на ней точки (рис. 21). Точки расставляем вокруг сопротивления элемента сети Z.

Расчёт приведен только для одного шага. Расчётные нагрузки в узлах схемы (рис. 21) S₁,...,S₁₀ получены путем алгебраического сложения в общем случае нагрузок ПС, зарядных мощностей линий и потерь мощности холостого хода трансформаторов:

; ;

; ;

; ;

; ; .

Расчёт мощностей. На первом шаге напряжения принимаются равными номинальным напряжениям соответствующей ступени - 220 кВ и 110 кВ. Расчёт мощностей начинаем вести от наиболее удалённой точки (ПС В, точка 9) к балансирующему узлу (ЭС, точка 11):

; ;

; ;

; ;

; ;

; .

Аналогично вычисляются мощности в остальных точках и т.д.:

;

.

Расчёт напряжений. Расчёт ведём от балансирующего узла (ЭС, точка 11) к удалённому потребителю (ПС В, точки 20, 22). Модуль напряжения в центре питания (U₁ = 220 кВ). Напряжения в остальных точках:

;

;

.

При расчёте напряжения в точке 5 необходимо учесть коэффициент трансформации ПС А.

,

где .

Расчёт сетей напряжением до 110 кВ включительно ведётся без учета поперечной составляющей падения напряжения:

;

;

;

;

; .

Напряжения в узлах 3, 4, 7 рассчитываются аналогично.

3.2.4. Определение параметров режима кольцевой электрической сети

После исключения линий Л3, Л6 схема электрической сети приобретёт вид, приведённый на рис. 22.

Схема замещения кольцевой сети представлена на рис. 23.

Для приведения параметров этой схемы к одной ступени напряжения 220 кВ необходимо сопротивления линий и трансформаторов 110 кВ, а также напряжения узлов сети 110 кВ пересчитывать по формулам:

; .

После приведения параметров к высшему напряжению, определения расчётных нагрузок и эквивалентной нагрузки в узле 7 получают расчётную схему кольцевой сети (рис. 24).

На рис. 24 ; ; ;

; ; .

Расчёт потокораспределения кольцевой сети выполняют в два этапа.

На первом этапе определяют приближённое потокораспределение. Для этого кольцевую сеть разрезают в точке питания и получают сеть с двусторонним питанием (рис.25).

Рисунок 25

Рассчитывают потоки мощностей без учёта потерь мощности в данной сети:

где ;

– сопряжённое сопротивление ветви.

Потоки мощностей на остальных участках определяются по балансу мощности в узлах. В результате расчёта определяют точку потокораздела (точка 7) и переходят ко второму этапу расчета.

На втором этапе разрезают кольцевую сеть в точке потокораздела, в результате получают разомкнутую сеть (рис. 26) и выполняют расчёт режима, как для разомкнутой сети (см. п. 2.2.3). Сначала определяют потокораспределение с учётом потерь мощности, а затем рассчитывают уровни напряжений. Для расчёта напряжений необходимо перейти к схеме с действительными сопротивлениями участков и коэффициентами трансформации трансформаторов.

3.2.5. Определение потерь электроэнергии

Потери электроэнергии в электрической сети состоят из нагрузочных и условно-постоянных потерь.

.

Основной частью условно-постоянных потерь являются потери холостого хода трансформаторов. Потери электроэнергии холостого хода в j-м трансформаторе (автотрансформаторе) определяются по паспортному значению потерь мощности холостого хода (см. табл. 3) и показателям режима сети.

,

где – число часов работы j- го трансформатора в i-м режиме;

– расчётное напряжение на высшей стороне трансформатора j в i-м режиме;

– номинальное напряжение обмотки высшего напряжения трансформатора j.

Приближённо потери электроэнергии холостого хода по сети в целом за год равны

.

Нагрузочные потери электроэнергии зависят от активного сопротивления продольной ветви схемы замещения линии или трансформатора r и режима работы. При использовании метода числа часов наибольших потерь мощности рассматривается только один режим сети: режим максимальной нагрузки. В режиме максимальной нагрузки определяются потери активной мощности в сети по результатам расчёта этого режима:

,

где – потоки активной и реактивной мощностей в конце ветви в режиме максимальной нагрузки;

– напряжение в конце ветви при максимальных нагрузках;

– активное сопротивление ветви .

Нагрузочные потери электроэнергии за год определяются по формуле:

,

где – коэффициент, учитывающий влияние потерь в арматуре воздушных линий ( для ВЛ напряжением 110 кВ и выше);

– коэффициент, учитывающий различие в конфигурациях графиков активной и реактивной нагрузки различных ветвей сети ( );

– число часов наибольших потерь мощности за год.

При отсутствии графика нагрузки значение определяется по формуле:

,

где – коэффициент заполнения годового графика. .

Здесь – число часов использования максимальной нагрузки (для сетей 110 – 220 кВ ч).

При формировании структуры потерь электроэнергии, т.е. определении соотношения (долей) нагрузочных и условно-постоянных потерь в сетях различных номинальных напряжений следует в первую очередь сгруппировать потери мощности по видам оборудования и номинальным напряжениям.

Для расчётной схемы разомкнутой сети (рис. 21) определяются следующие потери мощности и энергии:

· потери холостого хода в сети 220 кВ

; ;

· потери холостого хода в сети 110 кВ

;; ;

· нагрузочные потери в линиях 220 кВ

;

;

· нагрузочные потери в автотрансформаторах 220 кВ

; ;

· нагрузочные потери в линиях 110 кВ

; ;

· нагрузочные потери в трансформаторах 110 кВ

;

;

· суммарные потери электроэнергии в сети

.

Аналогично определяются потери электроэнергии в сети любого вида.

Задание В.Расчёт параметров установившихся режимов в

сложных электрических сетях

3.3.1. Определение приближённого потокораспределения в расчётной схеме исходной электрической сети методом преобразования

Для решения задачи необходимо привести параметры исходной расчётной схемы (рис. 20) к одной ступени напряжения. В данном случае к высшему напряжению приводятся сопротивления:

; ; .

После приведения параметров к одной ступени напряжения расчётная схема замещения примет вид, представленный на рис. 27.

Преобразование данной схемы выполняется в следующей последова­тельности.

· Треугольник, состоящий из сопротивлений Z'₅₆, Z'₇₆, Z'₅₇, преобразуем в звезду и определим сопротивления ветвей звезды:

; ; .

После преобразования схема примет вид, представленный на рис. 28.

· Исключим нагрузку S₅, которую разнесём в узлы 2 и 8, и нагрузку S₄, перенеся её в узлы 3 и7, и перейдём к схеме рис. 29.

Эквивалентные нагрузки в узлах 2, 8, 3, 7 рис. 29 состоят из двух составляющих: нагрузок сети рис. 28 и добавочных перенесённых нагрузок

; ;

; .

· Нагрузку перенесём в узлы 3 и 8, определим эквивалентные нагрузки в этих узлах:

; ;

где .

Схема примет вид, представленный на рис. 30.

· Треугольник, состоящий из сопротивлений Z₁₂, Z₃₂, Z₁₃, преобразуем в звезду:

; ; .

и получим схему рис. 31.

· Нагрузку S'₂ перенесём в узлы 8 и 9, нагрузку S"₃ - в узлы 8 и 9 и перейдём к схеме рис. 32:

; ;

где ; .

Находят в этой простой схеме потокораспределение, а затем путём обратных преобразований (по тем же этапам) определяют потокораспределение в исходной схеме (рис. 27). Направления мощностей показаны на рис. 27.

3.3.2. Определение значения напряжений в узлах расчётной схемы

исходной электрической сети с помощью уравнений узловых напряжений

Уравнения узловых напряжений (УУН) в форме баланса токов имеет следующий вид:

; .

Коэффициенты при искомых переменных образуют матрицу узловых проводимостей . Коэффициенты при напряжении базисного узла U_Б составляют матрицу-столбец .

Для повышения точности расчетов требуется учитывать трансформации в виде комплексных величин, характеризующих модули коэффициентов трансформации, и сдвиг фаз напряжений на шинах различных обмоток трансформатора. Диагональные элементы матрицы (собственные проводимости узлов ) равны сумме проводимостей ветвей, связанных с узлом i, включая проводимости на землю. Если ветвь содержит коэффициент трансформации, а узел i соответствует стороне более низкого напряжения, то проводимость этой ветви войдёт в с множителем .

Взаимные проводимости и равны проводимости ветви или , взятой со знаком минус. Если ветвь содержит коэффициент трансформации, то проводимость ветви умножается на . Если непосредственная связь между узлом i и k отсутствует, то проводимость .

При заданном напряжении базисного узла U_Б=U₁(см. табл. 1) получим УУН для расчётной схемы (см. рис. 27):

;

;

;

;

;

,

где –проводимость ветви i–j (i, j=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7; i≠j).

В этих уравнениях параметры режима и параметры схемы приведены к одной ступени напряжения через номинальные коэффициенты трансформации трансформаторов.

Для упрощённой схемы замещения, параметры которой приведены к одному напряжению (см. рис. 27), а система УУН записана выше, матрица узловых проводимостей имеет следующий вид: