КВ. Существуют 3-х обмоточные трансформаторы с расщеплённой вторичной обмоткой, н-р 110/10/10 кВ

Схема замещения трёхобмоточного трансформатора представляется в ви-де трёхлучевой звезды:

н

C

B

Каждой обмотке соответствует ветвь семы замещения.

Сопротивления обмоток:

Z_в = R_в+ jX_в; Z_н=R_н+jX_н ; Z_c=R_с+jX_с .

Коэффициенты трансформации: К_в = 1; К_с = U_в / U_с ; К_н = U_в / U_н .

Расчет параметров схемы замещения трёхобмоточного трансформатора выполняется на основе справочных данных.

3. Представление нагрузок в узлах сети в схеме замещения

Способы представления нагрузки в схеме замещения

зависят от вида сети и целей расчета.

а) задание нагрузки постоянным по модулю и фазе током .

Такой способ задания нагрузок используется при моделирование режимов работы распределительных электрических сетей низкого и среднего напряже-ния (до 35кВ). Источниками информации о нагрузке в таких сетях могут быть:

1) сезонные измерения нагрузки;

2) телеизмерения нагрузок на головных участках электрических сетей;

3) доля от установленной мощности трансформаторных пунктов (ТП) др.

При любом способе получения информации она имеет, как правило большою погрешность, она неполная и поступает с запаздыванием. Существу-ют математические способы повышения качества информации.

При задании нагрузок в узлах постоянным током режим работы электри-ческой сети описывается системой линейных уравнений.

б) задание нагрузки постоянной мощностью.

Используется при моделировании режимов питающих сетей средних и высоких классов напряжений и распределительных сетей средних классов напряжений (выше 35 кВ).

В питающих сетях постоянная мощность нагрузки задается при неизвест-ном напряжении в узле. Это означает, что в узле задан нелинейный источник тока, зависящий от напряжения в узле:

; = var.

При моделировании режимов работы электрических сетей наиболее часто используется именно такой способ задания нагрузки. Он в большей мере соответствует реальным условиям работы нагрузки.

gн

в) задание нагрузки постоянной проводимостью.

Такое задание нагрузки используется при расчетах электромеханических переходных процессов.

г) задание нагрузки при помощи статических характеристик нагрузки по напряжению.

Статические характеристики нагрузки (СХН) по напряжению отражают зависимость величины нагрузки от напряжения в узле.

Для каждого вида нагрузки (бытовая, промышленная, сельскохозяйствен-ная и др.) – существуют свои СХН. Они могут быть достаточно сложными. Для упрощения в практических расчетах статические характеристики нагрузки апроксимируются, как правило, полиномами второй степени:

;

,

где a, b, c – коэффициенты полинома. Различны для разных типов нагрузки;

U – текущее напряжение; U_ном – номинальное напряжение;

P_но, Q_но - значение нагрузки при номинальном напряжении.

Существуют типовые характеристики нагрузки для различных групп и типов потребителей.

При таком способе задания нагрузки наиболее полно отображается её свойства по сравнению с другими способами. Но это требует большого коли-чества дополнительных вычислений.

д) задание нагрузки случайным по величине током.

Используется при расчетах электрических систем с большой долей электро-тяговой нагрузки (например, электротяговая нагрузка – электрифицированный транспорт).

В этих расчетах учитывается несимметричный и несинусоидальный харак-тер нагрузки.

Лекция 4.

4. Представление генераторов электроэнергии в схемах замещения

Источниками электроэнергии в ЭЭС являются генераторы электричес-ких станций (ЭС), синхронные компенсаторы (СК), батареи статических кон-денсаторов (БСК).

Е

При расчетах установившихся режимов электрических сетей, генераторы представляются источником тока, подключенным к шинам генераторного на-пряжения.

XГ

Шины генераторного напряжения

При моделировании установившихся режимов, источники электроэнергии указываются в виде шин генераторного напряжения и характеризуют-ся параметрами: напряжением на шинах и мощ-ностью, передаваемой в сеть:

В схемах замещения генераторные узлы могут задаваться следующим параметрами:

а) постоянной мощностью

P_Г = const; Q_Г = const

Задание постоянной активной мощности соответствуют реальным усло-вииям роботы генератора с учетом действия системы регулирования частоты.

Задание постоянной реактивной мощности не соответствует реальным условиям роботы так как генераторы не имеют устройств регулирования реак-тивной мощности.

Неизвестными величинами при таком задании являются напряжения в узлах:

б) постоянная активная мощность и постоянный модуль напряжения

P_Г = const; U_Г = const ,

Переменные и неизвестные параметры - реактивная мощность Q_Г и угол напряжения _г в этом узле.

Если Q_Г = var и , то такое сочетание заданных параметров соот-ветствует генераторам электростанций. Если Q_Г = var и , то такое сочета-ние соответствует синхронному компенсатору (СК).

СК – источник реактивной мощности (дополнительный), предназначенный для компенсации реактивных нагрузок с целью изменения потоков реактивной мощности в сети. Это позволяет влиять на уровни напряжения в узлах и на потери активной мощности в элементах сети.

Два режима роботы СК:

а) режим перевозбуждения (генерация реактивной мощности);

б) режим недовозбуждения (потребление реактивной мощности).

Узлы, в которых установлены регулируемые источники реактивной мощ-ности являются балансирующими по реактивной мощности. С их помощью обеспечивается расчетный баланс реактивной мощности в сети.

За счет регулирования реактивной мощности в узле можно обеспечить фиксацию модуля напряжения в нём. Такие узлы называются узлами с фиксацией модуля напряжения (узлы ФМ).

Такие условия задания параметров в генераторном узле – постоянным напряжением при переменой реактивной мощности соответствуют реальным условиям роботы генератора или СК с регуляторами напряжения(АРВ), поддерживающими U_Г = const.

в) задание постоянного модуля и угла напряжения

U_Г = const; .

Переменные и неизвестные величины при этом – активная и реактивная мощность в узле P_Г , Q_Г - var.

Такие узлы, в которых зафиксирован вектор напряжения называются опорными по напряжению (узлы ФВ – с фиксацией вектора).

2

Относительно напряжения этих узлов выполняются расчеты напряжения в остальных узлах сети. Таких уз-лов может быть в сети несколько, но не меньше одного.

;

Если задано значение U₀ , то можно определить напряжения в

остальных узлах сети.

Узлы в которых переменны P_Г и Q_Г – это узлы балансирующие по мощ-ности (БП). Их назначение - обеспечить расчетной баланс мощности в сети. Как правило, при расчетах выбирают один и тот же узел в качестве опорного по напряжению и балансирующего. Балансирующих узлов может быть в сети несколько, но не меньше одного.

Использование балансирующих узлов обусловлено спецификой нели-нейных уравнений установившегося режима. В начале расчета и в ходе его не возможно задать значения параметров, при которых обеспечивается условие баланса мощности сети (баланс мощности – равенство генерируемой и потребляемой мощности в сети в любой момент времени). Возникает расчет-ный небаланс мощности, который устраняется по мере уточнения значений параметров в ходе итерационного расчета.

Итоговая таблица: Способы задания исходных данных в узлах

Вид узла	Заданные	Неизвестные	Примечание
Нагрузка	Pн , Qн; P(U),Q(Н); qн , bн
Генерация	PГ , QГ PГ ,UГ	( ) PГ , QГ	Отличается от нагрузки знаком;   Балансирующий по Q, узел ФМ; Балансирующий по мощности, узел ФВ, опорный по U .

Т.о. режим в узле характеризуя четырьмя основными параметрами:

активная мощность P;

реактивная мощность Q;

составляющие напряжения .

При расчетах, как правило, два из них заданы, остальные два - неизвестны.

4. Коммутационные аппараты

Это устройства, с помощью которых осуществляется подключение под нагрузку или отключения элементов в электрической сети – генераторов, трансформаторов, ЛЭП, потребителей и др.

К ним относятся выключатели, разъединители.

Влияние коммутационных аппаратов на режим роботы электрической сети обусловливается их состоянием: включены или отключены. Это нужно учиты-вать при моделировании режимов. При отключении элементов сети, в част-ности ЛЭП, изменяются величины и направление потоков мощности, что влияет на режим цепи в целом.

Пример:

При аварии на линии Л1 нужно включить секционный выключатель. Этим обеспечивается питание потребителя П1 от станции Г2.

При расчетах обычно сопротивление коммутационных аппаратов прини-мается равным .

Пример составления схемы замещения электрической сети

Схема замещения электрической сети составляется на основе исходной схемы электрических соединений из схем замещения её элементов, которые располагаются в последовательности их соединения в исходной схеме. Далее составляется расчетная схема сети, которая содержит всю исходную инфор-мацию о сети, необходимую для моделирования её режима.

Исходная схема электрических соединений примера.

Описание схемы:

Схема разомкнута, включает элементы двух классов напряжений - 110кВ и 35кВ. Схема содержит три участка ЛЭП - 1 – 2, 2 – 3 и 3 – 4 и трансформи-рующий участок 4 – 5. Содержит пять узлов из которых три нагру-зочных(2,3,5), узел 1 является опорным по напряжению и балансирующий.

Участки ЛЭП выполнены сталеалюминиевыми проводами марок АС -185, АС -150 и АС – 70, длины линий 70,50 и 60 км.

Трансформатор мощностью 16000кВА, напряжение обмотки ВН - 110кВ.

В узлах 2,3 и 5 - нагрузки мощностью 20+j15; 8+j7 и 12+j8 МВА.

Схема замещения формируется из схем замещения элементов электри-ческой сети и располагаются они в той же последовательности , что и эле-менты в схеме:

	12+j8

Участки ЛЭП 1 - 2, 2 – 3 и 3 - 4 представляются П – образными схема-ми замещения, трансформаторный участок 4 – 5 представляется Г – образной схемой. Так как участки ЛЭП – напряжением 110, то пренебрегаем активной составляющей их поперечной проводимости.

Далее нужно определить параметры элементов схемы замещения, используя справочные данные о марках проводов и типах трансформаторов.

На основе схемы замещения составляется расчетная схема. Она содер-жит всю информацию о конфигурации электрической сети и параметрах схемы замещения, необходимую для расчета её режима:

	KT

Лекция 5

Определение параметров элементов схемы замещение электрической сети

1. Линии электропередач

R X

П – образная схема замещения.

Для линий напряжением выше

110 кВ длиной до 300-400 км.

Продольное активное сопротивление R

,

где l – длина линии (км);

r₀ – погонное активное сопротивление провода (сопротивление единицы длины) при температуре (Ом/км). Его значение берут из справочных таб-лиц.

Для учета влияния температуры окружающей среды можно использовать уточненную формулу:

.

Здесь t – текущая температура.

Продольное реактивное сопротивление X

(Ом),

где x₀ – погонное реактивное сопротивление провода (справочная величина).

Эта величина зависит от конструкции фаз ЛЭП, взаимного расположения фаз относительно друг друга и относительно земли. А это зависит от конструкции опор ЛЭП. Конструкция опор различна для сетей разных классов напряжения.

Т.о. и реактивное сопротивление провода различается при использовании его в ЛЭП разных классов напряжения. Это учтено в справочных таблицах марок проводов, т.е. задаются разные значения x₀ провода для разных напряжений.

Зависимость значения x₀ от параметров и конструкции опор ЛЭП отражена в более точной формуле:

Здесь D_ср – среднегеометрическое расстояние между фазами (см);

B С

а_ср – среднегеометрическое расстояние между проводами одной фазы;

Расцепление фаз выполняется для борьбы с коронированием:

330 кВ

500 кВ

750 кВ

n – число проводов в фазе;

r - радиус провода .

Поперечная активная проводимость ЛЭП g

Учитывается при расчетах режимов сетей напряжением 330 кВ и выше с учетом потерь на корону:

g₀ – погонная активная проводимость. Справочная величина.

Её можно определить, также, по формуле:

где - потери активной мощности на корону на 1 км (кВт/км).

Зависят от погоды.

Поперечная реактивная проводимость b

(См),

b₀ - погонная реактивная проводимость;

l – длина участка ЛЭП.

Существуют более точные формулы для определения b₀:

Поперечная проводимость (реактивная составляющая ) зависит от класса напряжение линии, в которой используется провод (аналогично х₀ ).

В некоторых справочных таблицах (для сетей 110-330 кВ) вместо b₀ ука-зывается величина q₀ - погонная зарядная мощность.

Полпая зарядная мощность линии:

.

Фрагмент справочной таблицы марок проводов

Провода марки АС (сталеалюминиевые провода) для сетей 35-110кВ.

Параметры заданы для 100 кМ провода.

Марка провода	Сечение провода(алюминий/сталь) мм2	r0, Ом	X0,Ом	110кВ
X0,Ом
АС -70 АС -95 АС -120 АС -150 АС -185	70/11 95/16 120/19 150/24 185/29	29,9 24,5 19,4 15,9	41,1 40,3 39,8 38,4	- 42,9 42,3 41,6 40,9	- 2,65 2,69 2,74 2,82

Пример расчета параметров схемы замещения

Сеть110 кВ

Нужно составить схему замещения, определить параметры её элементов, составить расчетную схему.

;

Расчетная схема:

2.45+j4.23 1.495+j2.145

А j0.269*10^-4 Б j0.1324*10^-4 С

2. Двухобмоточные трансформаторы

	RT
		XT

Г – образная схема замеще-

ния.

Её параметры определя-

ются на основе справоч-

g_т ных данных.

Продольное активное сопротивление R_Т :

- номинальное напряжение обмотки

- номинальная мощность трансформатора,

- потери короткого замыкания, .

Продольное реактивное сопротивление X_T:

U_p – реактивная составляющая падения напряжения в трансформаторе при

номинальной нагрузке:

,

U_к – напряжение короткого замыкания, (справочная величина)

U_a – активная составляющая падения напряжения в трансформаторе, ,

численно равна потерям мощности короткого замыкания ( ) в :

U_a% = *100/S_T

При расчетах сетей 35 кВ и выше принимаем .

Коеффициент трансформации К_Т

При наличии регулирования коеффициента трансформации, его значение определяется по формуле:

,

Здесь - шаг регулирования, n – номер ответвления. Это справочные ве-личины.

Поперечные элементы:

активная проводимость g_T

- потери холостого хода, МВт ( справочная величина).

реактивная проводимость b_T

I_x.x - ток холостого хода(справочная величина), I_н .

Фрагмент справочной таблицы трехфазных двухобмоточных

трансформаторов 35 кВ

Тип трансформа-тора	ST МВА	Преде-лы регу-лиро-вания	Каталожные данные	Расчетные данные
Uном ,кВ	Uk %	кВт	кВт	Iхх %	RT, Ом	XT, Ом
ВН	НН
	0,63			10,5 6,3	6,5	7,6	2,0	2,0
			38,5	10,5 6,3	7,5		14,5	0,8	0,87	10,1

Тип трансформатора включает характеристику его конструктивных реше-ний (тип охлаждения, вид переключения ответвлений, особенности исполне-ния и т.д.), номинальные мощность и напряжение обмотки ВН (цифровая часть).
Лекция 6

Пример расчета параметров схемы замещения двухобмоточного трансфор-матора :

			С
	А

35

Составить схему замещения и определить параметры её элементов.

	RT +j XT

RBC + j XBC

А

К_Т B

Y_T

Определяем параметры схемы замещения трансформатора:

Из справочной таблицы

Так как рассчитывается сеть 35кВ, то U_p=U_к=6.5

При переключении регулятора на ответвление -1, т.е.

Таким образом, напряжение на низкой стороне трансформатора U_Н повысилось при неизменном напряжении на высокой стороне. Регулируя K_T можно изменять напряжение на вторичной обмотке трансформатора и подключенной к ней электрической сети в зависимости от режима её роботы.