Коротка характеристика гірничопромислового району 4 страница

. (48)

Результуючі навантаження S₂ за наявності КУ зменшуються в порівнянні з початковими даними і може опинитися, що на деяких підстанціях допустимо встановити менш могутні трансформатори. Тому необхідно виконати повторний розрахунок необхідних потужностей підстанцій (п.2.1) і перетинів ПЛ (п.2.4).

Всі подальші розрахунки параметрів режимів роботи мережі проводять по уточнених потужностях трансформаторів, перетинів ПЛ.

 

5. РОЗРАХУНКИ РОБОЧИХ РЕЖИМІВ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ.

 

Завдання цього розділу полягає у визначенні значень основних параметрів (потужностей, струмів, напруг) в гілках і вузлах схеми заміщення мережі для наступних розрахункових режимів: нормального при максимальних і мінімальних навантаженнях, післяаварійного при максимальних навантаженнях (що виникає після відключення найбільш завантажених ліній - одного з ланцюгів або головної ділянки замкнутої мережі).

Початковими даними (відомими величинами) при розрахунках робочих режимів проектованої районної мережі є: схема електричних з'єднань мережі, що характеризує взаємний зв'язок всіх її елементів, їх опору і провідності, активні і реактивні потужності (навантаження) споживчих підстанцій, значення номінальних напруг мережі і напруги на шинах ДЖ (РПС), прийняте за початкове.

Розрахунки робочих режимів районої мережі проводять на основі її розрахункової схеми заміщення, при цьому використовують метод послідовного наближення (ітераційний метод).

 

5.1. Складання розрахункових схем

 

Для розрахунку режиму роботи мережі складають наступні три схеми мережі, кожна з яких еквівалентна попередній: початкова, заміщення, з розрахунковими навантаженнями.

Перша (початкова) схема містить зображення мережі з трансформаторами підстанцій і заданими навантаженнями на їх вторинній стороні. На мал.5,а приведений приклад такої схеми.

Друга схема заміщення мережі повинна містити комплексні значення приведених потужностей трансформаторів підстанцій, а лінії мережі повинні бути зображені П-образними схемами заміщення з приведеними чисельними значеннями половинних зарядних потужностей ліній. На мал.6 приведений приклад такої схеми.

Третя схема з розрахунковими навантаженнями (приклад приведений на мал.7) містить розрахункові навантаження споживачів і опорів ліній.

Ці схеми складають послідовно після відповідних розрахунків, вказаних в подальших пунктах даного розділу проекту.

 

 

5.2.Визначення приведених розрахункових навантажень підстанцій

 

При розрахунках робочих (сталих) режимів можливі різні представлення комплексного навантаження в схемах заміщення мережі. У мережі з напругою

U_H< 220 кВ схему заміщення можна спростити за рахунок знаходження так званих приведених і розрахункових навантажень.

З метою спрощення розрахункової схеми (зменшення числа вузлів) кожна споживацька трансформаторна підстанція може бути представлена одним лише вузлом, відповідним стороні вищого напруги шляхом приведення до цієї сторони навантаження S_H(S₂), заданого на стороні нижчої напруги. Це обгрунтовано тим, що для трансформаторів з U_н <220 кВ допустиме використовування схеми заміщення, де гілка намагнічення замінена відбором потужності, рівним сумарним втратам холостого ходу, а повздовжня гілка - втратами потужності в опорах трансформатора.

Значення приведеної до шин ВН потужності (навантаження) і-й споживацької підстанції визначається по виразу

(49)

де S_ні- навантаження на шинах НН i-й підстанції; ΔS_Ti- сумарні втрати (у міді і сталі) в трансформаторах i-й підстанції. Тоді

(50)

Складові втрат потужності ΔP_T,ΔQ_T в трансформаторах розраховують по виразах (26, 26а, 41,41а).

Крім того, при розрахунках і складанні схем заміщення електричних мереж з U_H<220кВ допустимо і зручно виключити з схеми поперечні гілки з ємнісними провідностями ЛЕП і замінити їх постійними потужностями, що дорівнюють половині зарядних реактивних потужностей, ділянками ліній, що примикають до даного вузла, що генеруються. Тим самим кожна i-я підстанція представляється деякою розрахунковою потужністю (навантаженням) окремих вузлів мережі S_розр. При обліку зарядних потужностей ліній змінюються реактивні потужності у вузлах. Розрахункова потужність вузла навантаження в різних режимах роботи мережі визначається по виразу (51)

(51)

де - зарядні потужності ліній, що зв'язують вузол i з вузлами j, число яких рівне K (K - число ПЛ з U_H ≥110кВ, відповідних доi -ї підстанції).

Наприклад, для вузла 1 (см.мал.6)

Зарядні потужності ліній Qc обчислюються по виразу (45). Втрати потужності в трансформаторах і зарядні потужності визначають по номінальній напрузі мережі.

Після визначення розрахункових потужностей підстанцій схема заміщення мережі спрощується, оскільки вона містить лише параметри (опору r, х повздовжніх гілок ліній і має вигляд, показаний на мал.7).

У розімкненій і простій замкнутій розгалудженій мережі (мал.5,6) розрахункове сумарне навантаження вузлової точки 3 з відгалудженням може бути визначена так

; ; ; ;

Якщо замкнута мережа має відгалудження, вони замінюються еквівалентним розрахунковим навантаженням, приведеним до вузлової точки. Це навантаження включає приведену потужність підстанції і втрати потужності у відгалудженні (див. приклад 2.16 в [4]).

Результати обчислень за визначенням приведених і розрахункових навантажень споживачів зводять в табл.14.

 

Таблиця 14. Приведені і розрахункові навантаження споживачів

Споживач (підстанція)	МВА	МВА	МВА	Мвар	МВА

 

Режим районних мереж при заданих значеннях напруги на шинах ДЖ і розрахункових навантажень підстанцій розраховується в два етапи: на першому знаходиться розподіл потужності і їх втрат; другий етап дозволяє визначити по знайдених потоках потужності напруги у вузлах заміщення мережі.

 

5.3. Визначення потокорозподілення в мережі

 

Розрахунок потокорозподілення (розподіли потоків повної потужності) по гілках мережі при U_H≥110кВ виробляють по розрахункових навантаженнях з урахуванням втрат потужності, які визначаються в припущенні, що у всіх вузлових точках мережі напруга дорівнює номінальній, тобто U_i=U_H,. Втрати потужності на деякій ділянці між вузловими точками 1 і 2 визначають відповідно до формул

; (52)

Розрахунок режиму починають з потокорозподілення, тобто визначення потужностей на початку і в кінці ділянки мережі. Незалежно від схеми мережі

потужність на початку ділянки (гілки) лінії S'рівна сумі потужності навантаженню в кінці його S' і втрат потужності в опорах цієї ділянки ΔS:

(53)

У загальному випадку параметри схеми заміщення ПЛ довжиною до 250 км визначають по виразах:

r_л=r_о1/n_ц; х_л=х₀1/n_ц (54)

де г₀, _Хо- питомий активний і індуктивний опори; г₀, x₀,r₀- приймається за довідковими даними; розрахункове значення х₀=0.144lg(2D_cp/d_пр) +0.0157;

D_cp-среднегеометрична відстань між дротами фаз лінії; d_сp - діаметр дроту; n_ц - число паралельних ланцюгів.

Результати розрахунків потужності на ділянках мережі зводять в табл. 15.

 

Таблиця 15. Розрахунок потужностей в кінці і початку ділянок мережі.

Ділянка мережі на схемі	Втрати в лінії	Потужність гілки в максимальному режимі, МВА
МВт	MBт	S' = P' + jQ' на початку гілки	S' =Р''+ jQ'' в кінці гілки

 

У розрахунковій практиці виділяють два види електричних мереж і відповідних їм розрахункових схем: розімкнені і замкнуті.

 

Розрахунок потокорасподілення в розімкнених мережах. У розімкненій розгалуженій магістральній мережі однієї напруги (мал.8) при першому наближенні (нульової ітерації) розподіл потужності по ділянках лінії розраховують з урахуванням втрат потужності в опорах і проводностях. Розподіл потужностей, які проходять через окремі ділянки, знаходять простим підсумовуванням потужностей навантаження і втрат потужності в мережі. При цьому для будь-якого вузла мережі повинен виконуватися 1 закон Кирхгофа.

Розрахунок потокорасподілення і визначення втрат потужності на ділянках мережі для додавання до потужності навантажень доцільно вести, починаючи з найбільш видалених кінцевих точок мережі, де відоме навантаження. У вузлових точках мережі виробляють складання значень потужності відповідного навантаження в місцях підключення і навантажень гілок, що відходять. Розрахунок продовжують до визначення повної потужності, що поступає в мережу з пунктів живлення. При розрахунку мереж різних номінальних напруг приведення всіх параметрів мережі до однієї (базисної) напруги в розімкнених мережах не потрібне, оскільки кожна з мереж може розглядатися незалежно.

При нульових ітераціях визначаються потужності на початку і кінці кожної ділянки S" і S'по виразу (53). Для пояснення методики розрахунку і визначення розрахункового навантаження на мал.9 приведена принципова схема фрагмента мережі.

У розрахункове навантаження окрім приведеної потужності підстанції входять зарядні потужності в проводностях лінії:

Потужність в кінці n-ї ділянки мережі з урахуванням підключеного навантаження S_n і зарядної потужності в проводностях, включених в кінці ділянки, визначається виразом з вказівкою ітерації 0:

S=S_n(0)+0,5U_H²jb_n.

Потужність на початку цієї n-ї ділянки лінії S'_n відрізняється від потужності в кінці цієї ділянки S^”_n на втрати потужності в опорах ділянки

де ;

;

Потужність в кінці (n-1) ділянки S^’’_(n-1)(0)по балансу потужностей у вузловій точці (див. схему мал.8) визначається сумою потужностей S_n(0) і S_F (потужність, споживана навантаженням в кінці цієї ділянки) і сумарною потужністю, що генерується проводностями, включеними на початку n-го і в кінці (n-1) ділянок мережі:

Точно також розподіляються потужності у всій решті ділянок лінії. При відомих потужностях на початку і в кінці кожної ділянки після першої (нульовий) ітерації відомі потужність на початку лінії, де також відома напруга U₀ (див.мал.9).

 

Розрахунок токорозподілення простих мережах з напругою U_H 220 кВ. Будь-яка мережа при розрізанні в крапці ДЖ приводиться до мережі з двостороннім живленням, тобто в лінію з двома ДЖ на кінцях. Тому далі розглядається методика знаходження токорозподілення в такій мережі. Розподіл потужності по окремих ділянках встановлюється після спеціальних розрахунків. Напрямок потоків потужності на окремих ділянках мережі приймається довільно, дійсний їх напрям визначається в результаті розрахунку.

Розрахунок робочого режиму ведеться за допомогою методу послідовних наближень в два етапи. На першому етапі розрахунку напруга у вузлах

приймають рівними номінальній напрузі мережі, а втратами потужності в мережі нехтують (ΔS_лі= 0). При цих допущеннях на початку визначають

потоки потужності на головних ділянках мережі. Для схеми мал.10 з поживацькими підстанціями, одержуючими живлення від двох ДЖ потужності, протікаючі на головних ділянках мережі (А-1 і Б- ) визначаються виразами:

, (55)

 

де S_k розрахункове значення навантаження в точці К

Z_{K- В}, Z_K-A - спряжені комплекси опорів від точки К до відповідного кінця (Б або А);

Z_A-B – спряжений комплекс сумарного опору між точками А і Б, тобто всіх ділянок мережі.

Так, для прикладу схеми, приведеної на мал.7

 

.

На решті ділянок (гілок) мережі потужності визначаються шляхом переходу від головної ділянки до сусідніх ділянок по другому закону Кірхгофа, виходячі з балансу потужності в вузлах, відніманням навантаження проміжних вузлів. Так, навантаження другої, третьої, - ної ділянок будуть відповідно: ; третього і так далі.

Напрямок струму потужності на кожній ділянці мережі визначається в результаті розрахунку. Якщо результат розрахування потужності на якій – небудь ділянці буде зі знаком «–», це значить, що напрямок потоку потужності потилежно напрямку потоку потужності і в точці навантаження отримує живлення з двох сторін. При розрахунку, починаючи з першої ділянки мережі, напрямок потоку потужностей , ,..., буде один, а потоків потужностей , ,..., - протилежний. Точка, де навантаження отримує живлення з двох сторін, називається точкою потокорозділу (струморозділу) та позначається на схемі трикутником ().

 

У частному випадку мережі з двостороннім живленням і однією прохідною підстанцією, від якої одержують живлення всі навантаження, точка потокорозділу відповідає точці підключення навантаження.

Після виявлення точок потокорозділу активної і реактивної потужності мережу розмикають в цій точці і лінію з двостороннім живленням в думках розбивають на дві розімкнені лінії. При розподілі мережі в цій точці навантаження відповідного вузла також розділяється на дві частини, кожна з яких визначається потужністю, що поступає по сусідній з нею лінією. Розділення навантаження в точці потокорозділа мережі показане на мал.11. Відповідно до прийнятого розподілу .

Надалі розрахунок ведеться для двох розрахункових замкнутих мереж по вказаній вище методиці: починаючи від точки потокоразділу, розраховують втрати потужності на ділянках (гілках) по номінальній напрузі і після цього виконують розрахунок потокорозподілення в лівій і правій частинах схеми.

Результати розрахунків потужності приводять в табл. 16.

 

Таблиця 16

Втрати потужності на ділянках.

Ділянка мережі

, Ом/км

, км

, Ом

, МВА

, МВА

 

Остаточна розрахункова схема (мал. 12) для прикладу, відповідного мал. 5,а, відрізняється від схеми мал.7 тим, що на ній зображається розподіл потужностей з урахуванням втрат потужності на ділянках мережі.

При розрахунках потокорозподілення в замкнутих мережах з двостороннім живленням слід мати на увазі різні напруги на шинах ДЖ (РПС А і Б) відповідно U₁ і U₂, які вказані в завданні за даними оперативно-диспетчерської служби енергосистеми. В цьому випадку в лінії в напрямі від ДЖ з великою напругою до ДЖ з меншою напругою протікає крізний зрівняльний струм і відповідна йому зрівняльна потужність, значення яких рівні

;

, (56)

 

Зрівняльні струми небажані, оскільки створюються перетікання потужності в ту і іншу сторону, збільшуються струми і втрати потужності в мережі між ДЖ. Тому для зниження перетікань зрівняльних потужностей по можливості прагнуть до вирівнювання напруг ДЖ.

При розрахунку нормальних режимів в мережах з двостороннім живленням слід спочатку визначити значення І_зр і S_yp. Якщо вони малі (не більш 5% загальної потужності), то в розрахунках можна не враховувати.

При різних напругах ДЖ, коли цією різницею не можна нехтувати, для розрахунку потокорозподілення в лінії використовується метод накладення потоків потужності двох режимів: режим 1- розподіл потоків потужності знаходиться в припущенні U₁=U₂ з урахванням навантаження; режим 2 - при U₁≠U₂без урахування навантаження. Методика знаходження потокорозподілення в режимі 1 розглянута вище. Визначення повного дійсного потокорозподілення (потоків потужності) на ділянках мережі виконується складанням потужностей, отриманих розрахунком в режимі 1 з урахуванням їх напрямків, з урівняльною потужністю, знайденою в режимі 2. Втрати потужності в такій мережі знаходяться також з урахуванням урівняльної потужності.

 

 

5.4. Розрахунок рівнів напруги у вузлах схеми мережі

Для розрахунку напруг у вузлах схеми мережі району використовується розрахункова схема розподілу потужності з урахуванням втрат (див. мал.12). Схема по визначенню втрат напруги на ділянці мережі приведена на мал.13.

У мережах з U_H> 110 кВ враховують обидві (повздовжню і поперечну) складові втрати напруги в лінії, в мережах з U_H< 110 кВ поперечна складова не враховується.

По відомій напрузі на одному з кінців лінії напругу другого кінця можна визначити по наступних виразах:

напруга U₁ на початку ділянки (гілки) лінії (у його живлючого кінця), що не має відгалужень, при передачі активної потужності від початку до кінця

, (57а)

Напруга U₂ в кінці дільниці (у приймального кінця кожної гілки) за параметрами режиму на початку дільниці

, (57б)

де Δ U і δU- повздовжня і поперечна складові падіння напруги в гілці;

Р′, Q', Р", Q " -потужності відповідно на початку і кінці ділянки мережі. Модулі напруги

; (58)

. (59)

Розрахунок робочих рівнів напруги у вузлових точках мережі здійснюється від джерела живлення до найбільш віддалених точок мережі. По відомих потужностях на початку і в кінці кожної ділянки лінії Р′,Q' і знаючи напругу на її початку U₁, визначають падіння напруги на ділянках (від головної гілки) мережі і напруги в кінці ділянки (у його приймального кінця) U₂ за даними «початку» по формулах (57), (59). Потім розрахунок можна продовжити і визначити напругу у приймального кінця кожної подальшої гілки. Пересуваючись від джерела живлення до чергових вузлів мережі, розраховують втрати напруги на ділянках мережі і напруги вузлів.

У замкнутій мережі по відомій напрузі ДЖ і розрахованому розподілу потужності визначають падіння напруги на ділянках мережі (включаючи до точки потокорозподілу і до найбільш віддалених точок) і напруги у вузлових точках. При цьому рекомендується виконувати розрахунок, починаючи від одного джерела живлення до точки потокорозподілу, а потім від іншого джерела до тієї ж точки. Критерієм правильності розрахунку режиму є рівність напруг в точці потокорозподілу, визначених зліва і справа, або невелика відмінність (перевищуюче декілька десятків вольт). Якщо при недостатньо точних розрахунках в умовно розділених точках і ' і і " (див. мал.11) вийдуть різні значення напруг, оскільки насправді вузол i є одним, то фактичне значення напруги у вузлі і визначається як середнє арифметичне з одержаних.

Результати розрахунків втрат напруг і напруг у вузлах при максимальних навантаженнях зводять в табл. 17.

Таблиця 17.

Розрахунки втрат напруги на ділянках і напруг у вузлах мережі.

Вузол по схемі	Втрати напруги на ділянці мережі, кВ	Напруга вузла навантаження, кВ
ΔU	δU

 

5.5 Розрахунки нормальних режимів при мінімальних навантаженнях і після аварійних режимів.

 

При розрахунках нормальних режимів при мінімальних навантаженнях допускається умовно приймати зменшення потоків активної і реактивної потужності пропорційно заданому зниженню активному навантаженню, який становить m% від навантажень в режимі максимальних навантажень. Тому результуюче навантаження з урахуванням КУ може бути визначене як:

, (60)

де Р_mах, Q_max- активна і реактивні потужності споживача в режимі максимальних навантажень без урахування КУ.

Послідовність розрахунків нормального режиму при мінімальних навантаженнях така ж, як і режиму при максимальних навантаженнях.

Зміст розрахунків такого режиму включає всі розрахункові схеми і таблиці, відповідні режиму при максимальних навантаженнях. При цьому потокорозподіл в режимі при мінімальних навантаженнях розглядається при відключенні КУ.

Післяаварійні режими мережі розглядаються для найважчих випадків (відключення одного ланцюга двох ланцюгової лінії, вихід одного з трансформаторів, відключення головної ділянки замкнутого ланцюга і т.д.) при максимальних навантаженнях. Розрахунок параметрів режиму виконується аналогічно розрахунку в нормальному режимі і починається з вузла ІП, в якому відома напруга, а розрахунок втрати напруги за даними "початку". При розрахунках слід врахувати, що при відключенні однієї з головних ділянок замкнутої мережі розрахункові навантаження всіх споживачів залишаються такими ж, якими вони були в нормальному режимі максимальних навантажень, за винятком останнього споживача, на підстанції якого залишився в роботі лише один трансформатор, навантажений всією потужністю підстанції. Тому для вказаного споживача необхідно наново визначити розрахункове навантаження, враховуючи, що головна ділянка мережі, що примикається до останнього споживача, тепер відключена і зарядна потужність ним не генерується.

При відключенні одного ланцюга резервованої розімкненої мережі на кожній підстанції залишається в роботі по одному трансформатору. В зв'язку з цим для схеми з розімкненою мережею в післяаварійному режимі повинні бути виконані всі види розрахунків, які виконувалися в нормальному режимі при максимальних навантаженнях. Розрахунок потокорозподілу виконують з урахуванням роботи КУ.

За узгодженням з керівником курсового проекту в цьому розділі після аварійні режими можуть розраховуватися лише для одного-двох випадків відключення ліній, що приводяться до найважчого режиму, і для однієї незалежної частини мережі.

Приклади розрахунку режимів розімкнених і простих замкнутих мереж приведені в [1-5].

 

5.6 Виконання розрахунків електричної мережі на ЕОМ.

Багатократне повторення однотипних операцій при розрахунках електричних мереж займає невиправдано багато часу при рішенні не складних, а іноді і елементарних задач, оскільки розрахунки електричних мереж вельми громіздкі, доцільно чисто механічну розрахункову робіт передати ЕОМ (зокрема програмованому мікрокалькулятору).

Методика і програма для розрахунку параметрів електричної мережі і параметрів її робочих режимів (втрат потужності, енергії, напруги в лініях і трансформаторах, витрат на мережу; приведених і розрахункових навантажень; потокорозподілу в замкнутих мережах; регулювання напруги і д.р.) висловлені в [3,5,7,8,14]