Кт/в - вещественная составляющая коэффициента трансформации в ветви.
Применение пакета программ "RASTR" для расчета и анализа установившегося режима электрических сетей
Цель работы
Целью работы является получения навыков применения пакета программ "RASTR" для расчета и анализа стационарных режимов работы электрических сетей.
Порядок выполнения работы
Изобразить в отчете однолинейную схему сети (рисунок А1 из приложения А).
Выписать исходные данные о параметрах элементов сети (таблица А.1, таблица А.2, приложения А). Номер варианта задания задается преподавателем.
Выбрать схемы замещения элементов сети и изобразить в отчете полную схему замещения сети.
Примечания:
Источник питания представить моделью источника бесконечной мощности с постоянным напряжением U6=121 кB = const.
Нагрузку 
задать моделью постоянной мощности ( 
= const), а нагрузки 
и 
типовыми статическими характеристиками по напряжению 10 кВ.
Считая загрузку обмоток трансформаторов с расщепленной обмоткой одинаковой представить такие трансформаторы Г-образразной схемой замещения, аналогичной схеме замещения двухобмоточного трансформатора.
ЛЭП представить П-образной схемой замещения без учета поперечных активных проводимостей.
Пронумеровать узловые точки схемы замещения.
Рассчитать параметры схемы замещения. Справочные данные по трансформаторам и линиям электропередачи приведены в приложении Б (таблица Б.1 и таблица Б.2).
Расчет параметров схем замещения линий электропередачи (ЛЭП)
Схема замещения ЛЭП без учета поперечных активных проводимостей имеет вид (рисунок 1)
 |
Рисунок 1
Параметры схемы замещения ЛЭП определяются по выражениям:
rл=xo*l;
rл=ro*l ; (1)
bл=bo*l,
где xл – индуктивное сопротивление продольной ветви схемы замещения линии (Ом);
rл – активное сопротивление продольной ветви схемы замещения линии (Ом);
bл – емкостная проводимость поперечной ветви схемы замещения линии (мкСм).
Параметры схемы замещения ЛЭП свести в таблицу 1
Таблица 1 – Расчет параметров схем замещения ЛЭП
| ЛЭП | Марка провода | Длина l (км) | Погонные значения | Расчетные значения | ||||
| r0 (Ом/км) | x0 (Ом/км) | b0 (мкСм/км) | rл, Ом | xл, Ом | bл, мкСм | |||
| 1-2 | ||||||||
| 2-3 | ||||||||
| 3-4 | ||||||||
| 1-4 |
Расчет параметров схем замещения трансформаторов
Г- образная схема замещения двухобмоточного трансформатора имеет вид (Рисунок 2)
 |
Рисунок 2
Параметры схемы замещения двухобмоточного трансформатора определяются по выражениям:
; (2)
; (3)
; (4)
, (5)
где rт и xт – активное и индуктивное сопротивление продольной ветви схемы замещения трансформатора (Ом);
gт и bт – активная и индуктивная проводимость ветви намагничивания схемы замещения трансформатора;
Sн,– номинальная мощность трансформатора (кВА) ;
Uн – номинальное напряжение трансформатора (кВ) (в качестве Uн принимается UВН – номинальное напряжение на стороне высшего напряжения, или UНН – номинальное напряжение на стороне низшего напряжения трансформатора в зависимости от того к какой стороне приводятся параметры схемы замещения);
UK, % - напряжение короткого замыкания трансформатора в процентах от номинального напряжения;
DРК – активная мощность потерь короткого замыкания (кВт);
DРХХ – активная мощность потерь холостого хода (кВт)
IХХ % - ток холостого хода трансформатора в процентах от номинального тока.
Параметры схемы замещения трансформатора свести в таблицу 2.
Примечание: Параметры схемы замещения трансформаторов привести к напряжению того узла, который при описании «ВЕТВЕЙ» будет начальным. Например, если ветвь с трансформаторами П/С 1 будет описана как 2 – 5, то параметры схемы замещения следует привести к номинальному напряжению узла 2.
Таблица 2 – Расчет параметров схем замещения трансформаторов
| П/С | Тип трансформатора | Sн, кВА | UВН, кВ | UНН, кВ | UK % | DРК, кВт | DРХХ, кВт | IХХ, % | rт, Ом | xт, Ом | gт, мкСм | bт, мкСм |
Расчет коэффициентов трансформации в зависимости от текущего номера положения отпайки РПН трансформатора.
Коэффициент трансформации трансформатора снабженный устройством регулирования напряжения определяется по выражению:
, (6)
где Uн нач - номинальное напряжение обмотки трансформатора относящейся к начальному узлу в описании ветви с трансформатором;
- номинальное напряжение обмотки трансформатора относящейся к конечному узлу в описании ветви с трансформатором, например если ветвь с тарнсформаторами П/С 1 описана как 2-5 то Uн нач = UН ВН – номинальное напряжение сети на стороне высшего напряжения, а Uн кон = UН НН – номинальное напряжение сети на стороне низшего напряжения;
m – номер отпайки;
DUст% - величина ступени регулирования в процентах от номинального напряжения.
Значения m и DUст% для трансформаторов 110 кВ приведены в таблице Б.1 приложения Б.
Расчет коэффициентов трансформации свести в таблицу 3.
Таблица 3 – Расчет коэффициентов трансформации
| Номер анцапфы, m | Коэффициенты трансформации Кт | ||
| П/С 1 | П/С 2 | П/С 3 | |
| -1 | |||
| -2 | |||
| -3 | |||
| -4 | |||
| -5 | |||
| -6 | |||
| -7 | |||
| -8 | |||
| -9 |
Информацию о моделях нагрузки занести в таблицу 4.
Коэффициенты различных моделей нагрузки приведены в таблице Б.3 приложения Б.
Таблица 4 – Модели нагрузок
| Нагрузка | Модель нагрузки | Коэффициенты аппроксимации модели нагрузки | |||||
| р0 | р1 | р2 | q0 | q1 | q2 | ||
 | |||||||
 | |||||||
 |
Подготовить исходные данные для расчета сети программой RASTR в следующем формате, заполнив таблицы 5 – Узлы, 6 – Ветви, 7 – Полиномы.
Таблица 5 – Узлы
| Номер | СХН | Название | Uном | Рнаг | Qнаг |
Где: Номер- номер узла схемы замещения сети;
СХН – ссылочный номер модели статической характеристики нагрузки описанной в таблице 7 (задается только для нагрузочных узлов, в которых модель нагрузки отлична от модели 
. Модель задана в программе по умолчанию);
Название – диспетчерское наименование узла, например ТП1 ВН;
Uном -номинальное напряжение сети для узла в кВ (для узла соответствующего базисному узлу задается базисное напряжение U6);
Рнаг, Qнаг - соответственно активная и реактивная мощность
нагрузки узла в МВт и Мвар соответственно.
Таблица 6 – Ветви
| Nнач | Nкон | Nп | Rлин | Xлин | Gлин | Bлин | КТ/В |
Где: Nнач, Nкон – номера узлов являющиеся началом и концом ветви;
Nп - номер параллельной ветви;
Rлин, Хлин - соответственно активное и индуктивное сопротивление ветви (Ом);
Gлин, Влин - соответственно активная и индуктивная проводимость шунта (мкСм) схемы замещения со знаком; Для ЛЭП Влин – есть полная проводимость bл со знаком минус (емкостная проводимость). Для трансформатора Gлин есть Gт, а Влин – это Вт со знаком плюс ( индуктивная проводимость).
Кт/в - вещественная составляющая коэффициента трансформации в ветви.
Таблица 7 – Полиномы
| СХН | P0 | P1 | P2 | Q0 | Q1 | Q2 |
Где: СХН – номер модели нагрузки (задается пользователем произвольно в диапазоне 1-255). Каждая модель нагрузки в программе описывается единожды. На этот номер (СХН) в таблице Узлы можно ссылаться многократно для тех нагрузочных узлов, для которых задана эта модель.
P0, P1, P2, Q0, Q1, Q2– соответствуют коэффициентам p0, p1, p2 и q0, q1, q2 из таблицы 4.
Выполнить расчет нормального установившегося режима сети программой RASTR.
Запустите программу RASRT на выполнение.
Войдите в меню <Данные>, <Ввод/Кор>, <Узлы>
КлавишейF2перейдите в режим ввода или корректировки данных.
Клавишей F3 войдите в режим задания атрибутов.
Клавишей Insertпометьте черным цветом те атрибуты, которые необходимы для представления выбранных моделей.
Выход из таблицы установки атрибутов клавишей Esc.
После выхода из режима установки атрибутов Вы должны получить таблицу с шапкой аналогичной таблице 5 – Узлы.
Введите информацию об узлах из таблицы 5.
Пометьте базисный узел, для чего установите курсор на строку с номером базисного узла и нажмите клавишу F5 (База). При этом символы строки должны поменять цвет, что свидетельствует о реакции программы на Ваши действия.
Выйдите из таблицы Узлы клавишей F10.
Войдите через меню в таблицу Ветви.
КлавишейF2перейдите в режим ввода или корректировки данных.
Аналогично пункту 8.1 задайте атрибуты необходимые для заполнения информации из таблицы 6 – Ветви.
Введите информацию о ветвях схемы замещения из таблицы 6.
Войдите в таблицу Полиномы.
Введите информацию о моделях нагрузок из таблицы 7.
Рассчитайте установившийся режим сети командами <Режим>, <Расчет>
Перед началом расчета программа производит проверку схемы на отсутствие базисного узла, наличие узлов без связей, связей без узлов. Все такие объекты отключаются. Также контролируется соответствие коэффициентов трансформации номинальным напряжениям узлов.
Если программа обнаруживает, какие либо несоответствия то выдается диагностическое предупреждение. В этом случае необходимо устранить замечания в соответствующих таблицах Узлы, Ветви, Полиномы и повторить расчет.
Расчет режима производится методом Ньютона со стартовым алгоритмом, использующим метод Зейделя (для оценки начального приближения).
Просмотрите результаты расчета режима командами <Результат>, <Узлы>
В представленной на экране таблице каждая первая строка абзаца содержит параметры узла, последующие – параметры присоединенных к нему ветвей (линий, трансформаторов).
В параметрах узла отображается номер, название, расчетный модуль напряжения (V (кВ)), фаза вектора напряжения, расчетная нагрузка (Pнаг (МВт), Qнаг (Мвар)), расчетная генерация(Pген (МВт), Qген (Мвар)) а так же модуль напряжения (Vзад (кВ)) и пределы изменения реактивной мощности (Qmin, Qmax (Мвар)) если они задавались при использовании соответствующих моделей генераторов (верхняя шапка таблицы).
В строках параметров ветвей, связанных с узлом, отображаются номер и название противоположного узла ветви, мощность (Pлин(МВт), Qлин(Мвар)) входящая в узел, продольные потери в ветви (dP, dQ), модуль тока ветви (Ток (кА)), потери в шунтах (dPз, dQз) – соответствующие зарядной мощности линии или потерям в ветви намагничивания трансформаторов.
Нажав клавишуF4 Потериможно просмотреть структуру потерь в сети, а клавишу F5 Напр. –отклонение напряжения узлов от их номинального значения в процентах
Проанализируйте режим напряжения в узлах подключения нагрузки.
Если окажется что в некоторых узлах сети напряжение выходит за следующий диапазон
, (7)
то, войдя в таблицу Ветви, откорректируйте коэффициенты трансформации соответствующих трансформаторов, переключая на необходимые отпайки . При этом заново выполните расчет режима.
Нанесите на исходную однолинейную схему сети (Рисунок А.1) откорректированные напряжения всех узлов сети и номера отпаек трансформаторов. Найдите точку потокораздела в кольце(1-2-3-4-1) и обозначьте ее символом - .
Запишите в таблицу 8 токи, протекающие в нормальном режиме по линиям электропередачи.
Таблица 8 Проверка сечений ЛЭП по длительно-допустимому току
| Участок сети (ветвь) | Марка провода | Iдл.доп, А | Ток ветви (ЛЭП), А | ||
| В нормальном режиме | Отключение ЛЭП 1-2 | Отключение ЛЭП 1-4 | |||
| 1 - 2 | |||||
| 2 - 3 | |||||
| 3 - 4 | |||||
| 1 - 4 |
Заполните таблицу 9 с информацией о потерях активной мощности в сети в нормальном режиме.
Таблица 9 – Потери активной мощности в сети в нормальном режиме
| Режим | Потери в ЛЭП | Потери в трансформаторах | Общие потери в сети | ||
| % | МВт | % | МВт | МВт | |
| Нормальный | |||||
| Отключение ЛЭП 1-2 | |||||
| Отключение ЛЭП 1-4 |
Изобразите в отчете две однолинейные схемы сети в соответствующих режимах при отключенных ЛЭП 1-2 и ЛЭП 1-4. Это могут быть аварийные или ремонтные режимы сети.
Выполните расчеты режимов при поочередном отключении ветвей 1-2 и 1-4.
Для моделирования отключения ветви или узла необходимо войти в соответствующую таблицу (Узлы или Ветви), войти в режим корректировки, перейти курсором на соответствующий узел (ветвь) и нажать клавишу F6. Изменении фона строки с отключаемым элементом свидетельствует о нормальной реакции системы.
При необходимости откорректируйте режим напряжения в узлах присоединения нагрузок в соответствии с выражением (7).
Нанесите на соответствующие схемы напряжения узлов и номера отпаек трансформаторов.
Определите токи ЛЭП и занесите их для соответствующих режимов в таблицу 8.
Заполните таблицу 9 с информацией о потерях активной мощности в сети в режимах отключения головных участков кольцевой сети.
Проверьте сечения ЛЭП по длительно-допустимому току.
Сделайте при необходимости выводы о корректировки сечений по ветвям сети.
В случае необходимости корректировки сечений ЛЭП выполните эту корректировку и заново произведите расчет режима.
Нанесите окончательное потокораспределение и напряжения в узлах сети на однолинейную схему сети
Выйдите из программы RASTR –последовательно нажав клавиши F10иY.
Контрольные вопросы
1 Какой схемой замещения представляются воздушные и кабельные ЛЭП различных классов напряжения?
2 Какой схемой замещения представляются двухобмоточные, трехобмоточные трансформаторы и трансформаторы с расщепленной обмоткой при расчете электрических сетей на ЭВМ?
3 В каких случаях трансформатор с расщепленной обмоткой может быть представлен схемой замещения двухобмоточного трансформатора?
4 Какими моделями можно задать электрические нагрузки? В каких случаях рекомендуется применение тех или иных моделей?
5 Каким образом в программе RASTR задается информация о конфигурации сети?
6 Что такое базисный узел? Каким образом выбирается базисный узел?
7 Какими параметрами в программе RASTR описываются узлы схемы замещения сети?
8 Какими параметрами в программе RASTR описываются ветви схемы замещения сети?
9 Каким образом в программе RASTR описываются модели нагрузок?
10 В чем заключается метод простой итерации при расчете установившегося режима?
11 В чем отличие метода Гаусса-Зейделя от метода простой итерации?
12 Каким образом реализуется итерационный процесс расчета установившегося режима методом Ньютона? Проинтерпретируйте графически метод Ньютона.
Приложение А
Варианты заданий к лабораторной работе.
На рисунке А1 приведена схема электрической сети. Линии 1-2, 2-3, 3-4 и 1-4 имеют номинальное напряжение 110 кВ. Номинальное напряжение нагрузок – 10 кВ. Напряжение на шинах источника питания – базисное напряжение Uб = 121 кВ.
Варианты исходных данных приведены в таблицах А1 и А2.
 |
Рисунок А.1
Таблица А1 – Варианты исходных данных (нагрузки и трансформаторы)
| № варианта | P1, МВт | Q1, Мвар | P2, МВт | Q2, Мвар | P3, МВт | Q3, Мвар | SНТ1, МВА | SНТ2, МВА | SНТ3, МВА |
Таблица А2 - Варианты исходных данных (ЛЭП)
| № варианта | l12, км | l23, км | l34, км | l14, км | F12, мм2 | F23, мм2 | F34, мм2 | F14, мм2 |
Приложение Б
Таблица Б1 - Справочные данные трехфазных трансформаторов 110 кВ
| Тип | Sн, кВА | Пределы регулиро-вания РПН, ±mхDUст% | UВН, кВ | UНН, кВ | UK % | DРК, кВт | DРХХ, кВт | IХХ, % |
| ТМН-2500/110 | ±8х1,5% | 10,5 | 1,5 | |||||
| ТМН-6300/110 | ±9х1,78% | 10,5 | 1,0 | |||||
| ТДН-10000/110 | ±9х1,78% | 10,5 | 0,9 | |||||
| ТДН-16000/110 | ±9х1,78% | 10,5 | 0,85 | |||||
| ТРДН-25000/110 | ±9х1,78% | 10,5 | 10,5 | 0,8 | ||||
| ТРДН-32000/110 | ±9х1,78% | 10,5 | 10,5 | 0,75 | ||||
| ТРДН-40000/110 | ±9х1,78% | 10,5 | 10,5 | 0,7 | ||||
| ТРДН-80000/110 | ±9х1,78% | 10,5 | 10,5 | 0,6 |
Таблица Б.2 - Справочные данные ВЛ 110 кВ со сталеалюминевыми проводами (марки АС)
| Сечение провода, мм2 | Iдоп, А | r0, Ом/км | x0, Ом/км | b0, мкСм/км |
| 0,42 | 0,44 | 2,58 | ||
| 0,314 | 0,42 | 2,65 | ||
| 0,249 | 0,423 | 2,69 | ||
| 0,195 | 0,416 | 2,74 | ||
| 0,156 | 0,409 | 2,82 | ||
| 0,12 | 0,401 | 2,85 | ||
| 0,098 | 0,392 | 2,91 |
Таблица Б.3 – коэффициенты аппроксимации моделей нагрузки
| Тип модели | р0 | р1 | р2 | q0 | q1 | q2 |
| Постоянной мощности | ||||||
| Постоянного тока | ||||||
| Постоянной проводимости | ||||||
| Типовая СХН 6,10 кВ | 0,83 | -0,3 | 0,47 | 4,9 | -10,1 | 6,2 |