Лекції 7-8
Розрахунок сталих режимів роботи розімкнених електричних мереж
План
1. Загальні відомості про розрахунки сталих режимів роботи електричних систем.
2. Схеми заміщення: вихідна, з приведеними навантаженнями, з розрахунковими навантаженнями. Розрахунок сталого режиму магістральної мережі.
3. Розрахунок сталого режиму розгалуженої мережі одного рівня номінальної напруги.
4. Розрахунок сталого режиму розгалуженої мережі декількох номінальних напруг.
1. Загальні відомості по розрахунку сталих режимів роботи електричних систем.
Вхідні дані для розрахунку сталого режиму роботи мережі наступні:
- схема з'єднань елементів, параметри елементів мережі;
- потужності навантажень споживачів;
- значення напруги в одному з вузлів мережі. Цей вузол називають опорним по напрузі.
Задача розрахунку сталого режиму полягає в більшості випадків у визначенні режимних параметрів мережі: значення напруг у всіх вузлах (на всіх шинах), потужностей у всіх гілках.
Електричну систему будь-якої складності при розрахунках представляють відповідною схемою заміщення. Схема заміщення складається з схем заміщення елементів, які є в електричній мережі, що розглядається. Вибір різновиду схеми заміщення елемента залежить від мети розрахунку, класу напруги мережі. Ці схеми заміщення окремих елементів сполучаються між собою згідно з схемою електричної мережі. Параметри схеми заміщення визначаються за каталожним даними елементів мережі.
Існують традиційні (без ПЕОМ) методи розрахунку і класичні методи, які реалізовані в програмах розрахунку аналізу режимів електричної мережі на ПЕОМ.
Розрахунок сталого режиму роботи електричної мережі без ПЕОМ складається з наступних етапів:
1. Розробка схем заміщення: вихідної, з приведеними навантаженнями, з розрахунковими навантаженнями і визначення параметрів цих схем заміщення.
2. Розрахунок потокорозподілу в розрахунковій схемі заміщення. Виконується при переміщенні від периферійних вузлів до джерела живлення. При цьому на кожній дільниці мережі використовуються значення потужностей в кінці гілки, напруга в кінцевому вузлі гілки. На першій (нульовий) ітерації розрахунку в задаються напругами у вузлах мережі. Рекомендуються приймати їх рівними номінальній напрузі мережі. На наступних ітераціях використовуються значення напруг попередньої ітерації розрахунку.
3. Розрахунок напруг у вузлах мережі. При цьому переміщаються від джерела живлення до периферійних вузлів.
Розрахунок напруги в кінці гілки виконують по потужностях на початку гілки і по напруги у вузлі початку гілки.
4. Перевіряють виконання критерію закінчення розрахунку. При невиконанні критерію переходять до чергової ітерації розрахунку. Кожна ітерація включає в себе етапи 2-4.
2. Схеми заміщення: вихідна, з приведеними навантаженнями, з розрахунковими навантаженнями. Розрахунок сталого режиму магістральної мережі. Розглянемо мережу напругою 110 кВ (рис. 1)
Складемо вихідну схему заміщення. Оскільки напруга мережі 110 кВ, то в П-образній схемі заміщення лінії не будемо враховувати активну провідність. Замість ємкісний провідності введемо зарядну потужність лінії. У схемі заміщення трансформатора замість шунта намагнічення врахуємо гілку DSхх=DРхх +jQm. Два ланцюги лінії, два трансформатори на підстанції замінимо еквівалентними. Схема заміщення приведена на рис. 2.
Складемо схему заміщення з приведеними навантаженнями (рис. 3). Приведеним навантаженням Sпр називається навантаження споживачів (навантаження підключене до шин НН підстанцій) з урахуванням втрат потужності в обмотках трансформаторів (званих навантажувальними) і втрат потужності неробочого ходу трансформаторів підстанції. Визначимо приведені потужності у вузлах 1, 2 і 3.
.
Як випливає з рис. 3, в ньому немає схем заміщення трансформаторів. Але значення споживаної потужності у вузлах збільшені на значення втрат потужності в обмотках і осерді трансформаторів.
Рисунок 3 – Схема заміщення з приведеними навантаженнями
З рис. 3 слідує, що у вузлах 1 і 2 підключені по троє потужності, а у вузлі 3 дві.
Розрахунковим навантаженням називається сума приведеної потужності і зарядних потужностей ліній, пов'язаної з вузлом:
Схема заміщення з розрахунковими навантаженнями показана на рис. 4. На ній немає зображень опорів ліній.
Нагадую, що введені позначення потужності в кінці дільниці і початку дільниці, наприклад для дільниці 1-2 маємо: S"1-2, S'1-2.
Нагадаємо постановку задачі розрахунку УР.
При числі дільниць більше за одне розрахунок УР можна виконати тільки чисельним (ітераційним) способом.
Приймаємо початкові умови: U1=U2=U3=Uном.
Кожна ітерація розрахунку складається з двох етапів:
1. Етап розрахунку потокорозподілу. Нагадуємо, що при розрахунку використовуються потужності в кінці кожної дільниці і напруга у вузлі кінця дільниці.
Розглянемо дільницю 2-3:
- - потужність в кінці дільниці (визначена на основі першого закону Кірхгофа для вузла 3);
- втрати потужності на дільниці;
- потужність на початку дільниці.
Розглянемо дільницю 1-2:
- потужність в кінці дільниці (визначена на основі першого закону Кірхгофа для вузла 2);
- втрати потужності на дільниці;
- потужність на початку дільниці.
Розглянемо дільницю Дж-1:
- потужність в кінці дільниці (визначена на основі першого закону Кірхгофа для вузла 1);
- втрати потужності на дільниці;
- потужність на початку дільниці.
Розрахунок першого етапу нульової ітерації закінчений.
2. Етап розрахунку напруг у вузлах мережі (поперечна складова падіння напруження не враховується). Нагадуємо, що задана напруга джерела живлення. При розрахунку використовуються потужності на початку дільниці і напруга у вузлі початку дільниці.
Дільниця ДЖ-1
Дільниця 1-2
Дільниця 2-3
Розрахунок ітерації закінчений.
2. Розрахунок УР розгалуженої розімкненої мережі одного рівня номінальної напруги.
Особливості розрахунку розглянемо на прикладі схеми заміщення з розрахунковими навантаженнями, приведеної на рис. 5. Потрібно пам'ятати, що процес підготовки схеми заміщення такий же, як і було описано в пункті 1.
Схема містить 10 дільниць. Вузли 1 і 3 є точками розгалуження схеми. Розрахунок потокорозподілу починають з периферійних точок. Для цієї схеми - це вузли 4, 6 або 10. Особливість розрахунку полягає в тому, що необхідно виконати розрахунки для всіх послідовностей дільниць, які підключені до відповідних точок розгалуження. Наприклад, для того щоб перейти до дільниці 2-3 необхідно виконати послідовно розрахунки для дільниці 3-4, потім для дільниць 5-6, 3-5. Можливо виконання розрахунків і в іншій послідовності: спочатку 5-6, 3-5, а потім 3-4. Тільки після виконання цих розрахунків переходимо до дільниці 2-3. Далі можемо виконати розрахунки для дільниці 1-2.
Точка 1 є вузлом розгалуження. Перейти до розрахунку дільниці ИП-1 можливо тільки, виконавши розрахунки для всіх дільниць, що живляться від вузла 1. До таких дільниць відносяться 1-7, 7-8, 9-10. Розрахунки для них виконуємо послідовно, переміщаючись від вузла 10 до вузла 1, тобто 9-10, 8-9, 7-8, 1-7.
Розрахунки для всіх дільниць, які живляться від вузла 1 виконані, тому можна виконати розрахунок дільниці Дж-1.
Нагадуємо, що на кожній дільниці визначаються потужність в кінці дільниці на основі першого закону Кірхгофа для кінцевого вузла дільниці, втрати потужності на дільниці, потужність на початку дільниці.
Наступний етап - розрахунок напруг у вузлах виконується при переміщенні від джерела живлення до крайніх вузлів.
4. Розрахунок сталого режиму розгалуженої мережі декількох номінальних напруг.
Приклад мережі приведений на рис. 6, а схема заміщення на рис. 7.
Лінії Л1 і Л2 напругою 220 кВ зв'язують автотрансформаторі ПС2 з джерелом живлення, а лінія 3 напругою 110 кВ забезпечує живлення підстанції ПС3. При складанні початкової схеми заміщення виконаємо еквівалентування дволанцюгових ліній, трансформаторів і автотрансформаторів підстанцій.
Опори ліній Л1 і Л2 визначені при напрузі 220 кВ, опори трансформаторів ПС1 і автотрансформаторів (обмотки ВН, СН, НН) ПС2 визначені при напрузі 220 кВ. Опори лінії Л3 і трансформаторів підстанції ПС3 визначені при напрузі 110 кВ. На схемі заміщення показаний ідеальний трансформатор ІТ, який і розділяє схему на дві частини, перша з яких відноситься до напруги 220 кВ, а друга (Л3, трансформатори ПС3) до напруги 110 кВ. Визначимо приведені потужності для вузлів 1, 2, 3, 5:
- потужність ХХ автотрансформатора,
- - навантаження і втрати потужності в обмотках низького напруження автотрансформатора,
.
Визначимо розрахункові навантаження у вузлах схеми:
На рис. 8 приведена схема заміщення з розрахунковими навантаженнями:
Існує два варіанти продовження розрахунків мереж з декількома номінальними напругами:
1. Всі параметри мережі приводять до одного значення напруги.
Для схеми, що розглядається опір дільниці 4-5, визначений при напрузі 110 кВ, тому його необхідно привести до напруги 220 кВ:
У результаті можливо виключити ідеальний трансформатор з розрахункової схеми заміщення. Навантаження у вузлі 4 відсутнє. На рис. 9 приведена схема заміщення. Як випливає з рис. 9, розрахунок цієї відповідає розглянутим розімкненим мережам одного рівня номінальної напруги.
2. Розрахунок виконують з урахуванням ідеального трансформатора.
При розрахунку дільниць мережі з різними номінальними напругами використовується відповідна номінальна напруга.
Наприклад, для схеми, приведеної на рис. 8 при розрахунку дільниці 4-5 використовується напруга 110 кВ при розрахунку втрат потужності на дільниці. При розрахунку потокорозподілу для інших дільниць при розрахунку втрат потужності використовується напруга 220 кВ.