Схемы замещения и параметры воздушных линий электропередач

ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Методы расчёта установившихся режимов электрических сетей

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовому проектированию

по дисциплине «Электроэнергетика»

Уфа 2010

Составители: Т. Ю. Волкова, Н. К. Потапчук

УДК 621.31(075.8)

ББК 31.2я73

Передача и распределение электрической энергии:Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Электроэнергетика» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост.: Т. Ю. Волкова, Н. К. Потапчук – Уфа, 2010. – 110 с.

Приведены общие сведения о схемах замещения элементов электрических сетей и рассмотрены их схемы замещения. Рассмотреныметоды расчёта установившихся режимов электрических сетей и определение в этих режимах потокораспределения по участкам сети. Знание потокораспределения даёт возможность определить потери мощности в сети, напряжения в различных узлах системы и по полученным результатам оценить выполнение ряда технических условий.

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированного специалиста 140200 (650900) – «Электроэнергетика» специальности 140205, (100200) – «Электроэнергетические системы и сети» всех форм обучения, изучающих дисциплину «Электроэнергетика».

Табл. 9. Ил. 72. Библиогр.: 9 назв.

Рецензенты: доцент, канд.техн.наук Вавилова И.В.,

профессор, д.т.н. Хайруллин И.Х.

Уфимский государственный

авиационный технический университет, 2010

Содержание

Введение.……………………………………………………………… 4

1. Содержание расчёта и варианты заданий…………………………………… 6

2. Схемы замещения и параметры воздушных линий электропередач...…… 13

3. Схемы замещения и параметры автотрансформаторов ………………… 11

4. Приведённые мощности подстанций ……….…………………………. 22

4.1. Расчёт приведённой мощности на понижающей подстанции………… 17

4.2. Расчёт приведённой мощности на электростанции ………………..... 26

5. Упрощенная схема замещения электрической сети …………..……….. 29

6. Расчёт установившегося режима электрической сети ………………… 31

6.1. Расчёт потоков мощности в электрической сети ……………… …… 34

6.2. Расчёт напряжений на подстанциях ………………………………… 38

7. Карта режима сети ……………………………………………………. 39

8. Расчёт потерь мощности и энергии в сети..…………………………… 40

Библиографический список………………………………… ….……………. 43

Введение

Одним из основных разделов курса «Передача и распределение электрической энергии», подлежащих изучению, являются методы расчёта установившихся режимов электрических сетей. Различают нормальные и послеаварийные установившиеся режимы. В этих режимах рассчитывается потокораспределение по участкам сети. Знание потокораспределения даёт возможность определить потери мощности в сети, напряжения в различных узлах системы и по полученным результатам оценить выполнение ряда технических условий.

Для выполнения расчётов реальной электрической системе ставится в соответствие схема замещения. Схемы замещения современных сложных электроэнергетических систем содержат десятки и даже сотни узлов и ветвей. При анализе режимов работы таких систем и разработке алгоритмов их расчёта на ЭВМ используются аппарат матричной алгебры, теория графов и современные численные методы решения систем уравнений.

Для простых электрических сетей с небольшим числом контуров и узлов расчёты установившихся режимов обычно проводят «вручную» или на ЭВМ, ограничиваясь одной, двумя итерациями. Практика показывает, что во многих случаях этих приближений вполне достаточно.

В курсовой работе предлагается самостоятельно выполнить расчёт установившегося нормального режима электрической сети «вручную», что поможет освоить методы расчёта режимов сети, развить навыки в составлении схем замещения и определении параметров элементов электрических сетей.

1. Содержание расчёта и варианты заданий

Целью курсовой работы является расчёт параметров установившегося режима заданного варианта электрической сети (рис. 1 – 3). На схеме указать количество трансформаторов на подстанциях, обозначить их тип; марку провода и длину линии; нагрузки задать числовыми значениями.

Для электрической сети необходимо:

1) определить параметры схем замещения линий передач и автотрансформаторов, установленных на системных подстанциях;

2) рассчитать приведённые мощности для тупиковых подстанций;

3) рассчитать установившийся режим электрической сети: составить расчётную однолинейную схему замещения сети; найти потокораспределение активных и реактивных мощностей в ветвях схемы с учётом потерь мощности; определить напряжения в узловых точках;

4) представить результаты расчёта в виде карты режима;

За базисный и балансирующий узлы принять шины подстанции Б. Напряжение в базисном узле поддерживать на 10% выше номинального напряжения сети, . Число часов использования максимальной нагрузки для всех подстанций принять . Тангенс нагрузки для всех подстанций , для ТЭЦ _ТЭЦ=0,45.

Сечения линий, марки проводов и количество цепей, длины линий, типы трансформаторов и автотрансформаторов, величины нагрузок принимают по таблицам 1,2,3 в соответствии с шифром задания. Первое число шифра указывает вариант задания по табл. 1, второе число – вариант задания по табл. 2, третье число – вариант задания по табл. 3. Вариант задания также включает римскую цифру I – III, которая определяет принципиальную электрическую схем районной сети.

Пояснительная записка к курсовой работе оформляется в соответствии со СТО УГАТУ по оформлению текстовых документов.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Таблица 1

Марки проводов и сечения линий

№ варианта	№ линии	Марка провода	Кол-во цепей	Расст. между фазами, м	Расположение проводов на опоре
		АС-400/51		6,5	По вершинам D-ка (бочка)
		АС-240/32		– «–	Горизонтальное
		АС-300/39		– «–	– «–
		АС-300/39		– «–	– «–
		АС-185/29			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-120/19			– «–
		АС-300/39			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-240/32		– «–	Горизонтальное
		АС-240/32		– «–	– «–
		АС-300/39		– «–	– «–
		АС-120/19			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-185/29			– «–
		АС-400/51			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-300/39		– «–	Горизонтальное
		АС-240/32		– «–	– «–
		АС-240/32		– «–	– «–
		АС-95/15			По вершинам D-ка (бочка)
		АС-120/19

Таблица 2

Длины линий, км

№ варианта	l ₁	l ₂	l ₃	l ₄	l ₅	l ₆

Таблица 3

Марки (тип) трансформаторов, автотрансформаторов,

нагрузки на подстанциях и мощность ТЭЦ

№ вар.	Подстанция 1	Подстанция 2	П/ст3
	Тип тр-ра	Кол-	P _1,	Тип тр-ра	Кол-	P _2н	P ₂_n	P ₃
		во	МВт		во	МВт
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 200
	АТДЦТН–63			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН–63
	АТДЦТН–200			АТДЦТН– 125
	АТДТН– 32			АТДЦТН–125
	АТДЦТН–63			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН–200
	АТДЦТН–200			АТДЦТН– 125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН –125			АТДЦТН–200
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН–200			АТДЦТН–125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 63			АТДЦТН–125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН– 200			АТДЦТН– 125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 63
	АТДТН– 63			АТДЦТН–125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН– 200			АТДЦТН–125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН– 63			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 200
	АТДЦТН– 200			АТДЦТН– 125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 125
	АТДЦТН– 63			АТДЦТН–125
	АТДЦТН– 125			АТДЦТН– 63
	АТДЦТН– 200			АТДЦТН–125
	АТДТН– 32			АТДЦТН– 200
	АТДЦТН– 63			АТДЦТН–125

Окончание табл. 3

№ вар.	Подстанция 4	Подстанция 5	ТЭЦ
	Тип тр-ра	Кол-	P _4,	Тип тр-ра	Кол-	P ₅	P ₆	P _ТЭЦ
		во	МВт		во	МВт
	ТРДН – 40			ТДТН –80
	ТРДН –40			ТДТН –80
	ТРДЦН – 63			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –80
	ТРДН –40			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –80
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 25			ТДТН –40
	ТРДЦН –63			ТДТН –80
	ТРДН – 25			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –80
	ТРДН –40			ТДТН –63
	ТРДЦН – 63			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 25			ТДТН –40
	ТРДН –40			ТДТН –80
	ТРДЦН – 63			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –40
	ТРДН –40			ТДТН –63
	ТРДЦН – 63			ТДТН –80
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 40			ТДТН –63
	ТРДН –40			ТДТН –80
	ТРДЦН – 40			ТДТН –40
	ТРДЦН –80			ТДТН –63
	ТРДН – 25			ТДТН –80
	ТРДН –63			ТДТН –80

Схемы замещения и параметры воздушных линий электропередач

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) напряжением 110 кВ и выше длиной до 300 км обычно представляются П-образной схемой замещения (рис. 4) с сосредоточенными параметрами: – активное сопротивление учитывает потери активной мощности на нагрев провода, – индуктивное сопротивление определяет магнитное поле, возникающее вокруг и внутри провода, – активная проводимость учитывает затраты активной мощности на ионизацию воздуха (потери мощности на корону) и токи утечки через изоляторы, которыми для ВЛ можно пренебречь, – ёмкостная проводимость обусловлена ёмкостями между проводами разных фаз и ёмкостью провод-земля.

Рис. 4. П-образная схема замещения линии электропередачи

В курсовой работе предусмотрены величины сечений F воздушных линий, исключающие возможность появления короны (для сетей с , для сетей с ), поэтому активные поперечные проводимости в схемах замещения учитывать не следует.

Расчёт параметров схемы замещения начинают с определения их значений для 1 км длины линии (погонные параметры).

Погонное активное сопротивление сталеалюминевого провода при температуре 20⁰С определяется выражением

где – удельное электрическое сопротивление алюминия при температуре 20⁰С, ; – расчётное поперечное сечение токопроводящей (алюминиевой) части, берётся для заданной марки провода из [3, 4]; – коэффициент, учитывающий удлинение провода из-за скрутки, .

При выполнении расчётов установившихся режимов сети отличие эксплуатационной температуры от 20⁰С не учитывается, согласно ГОСТ 839-80.

Погонное индуктивное сопротивление сталеалюминиевого провода рассчитывается по формуле

где d – диаметр провода, d берётся для заданной марки провода из [1, 3, 4]; – среднегеометрическое расстояние между фазами, определяемое следующим выражением:

где – расстояние между проводами фаз а, в, с.

При расположении фаз по вершинам равностороннего треугольника равно междуфазному расстоянию , при горизонтальном расположении проводов .

При размещении параллельных цепей на двухцепных опорах потокосцепление каждого фазного провода определяется токами обеих цепей. Однако индуктивное сопротивление одной цепи при учёте и без учёта влияния второй цепи разнится на 5-6%, поэтому в практических расчётах вторая цепь не учитывается.

Погонная ёмкостная проводимость определяется выражением

При выполнении проектных расчётов установившихся нормальных режимов сетей с напряжениями до 220 кВ допустимо использовать упрощенные схемы замещения (рис. 5), в которых погонные ёмкостные проводимости заменяют погонными зарядными мощностями соответствующих линий

Если передача электроэнергии осуществляется по двухцепным линиям или по двум одноцепным, то в расчётах установившихся режимов электрической сети используются эквивалентные схемы замещения. Параметры таких схем определяются как результат параллельного сложения двух одинаковых схем, составленных для каждой линии (цепи).

Рис. 5. Упрощенная схема замещения линии электропередачи

Эквивалентные параметры схемы находят по следующим формулам:

Здесь l – длина линии в км; - номинальное напряжение; n – количество параллельных линий.

В курсовой работе погонные параметры следует рассчитывать для одной линии, для остальных взять в зависимости от марки провода и номинального напряжения из таблиц [1, 2, 3]. Все расчёты оформить в виде табл. 4.

Таблица 4

Параметры схем замещения линий передач

№	Исходные данные	Погонные параметры
линии	, кВ	Марка провода	Кол-во цепей	Длина, км	r ₀, Ом/км	x ₀, Ом/км	в ₀, 10^–6 См/км

Окончание таб. 4

№	Расчётные параметры
линии	r _лэ, Ом	x _лэ, Ом	в _лэ, 10^–4 См	, Мвар