Кулакова С.Ф. Передача и распределение электроэнергии - файл n1.doc

Кулакова С.Ф. Передача и распределение электроэнергии
скачать (1016.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1017kb.20.11.2012 13:32скачать

n1.doc

  1   2   3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА "ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ"


Кулакова С.Ф.

ассистент



МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

ПО КУРСУ:

"Передача и распределение электроэнергии"







Черкесск, 2000 г.

ТЕМА № 1

Погонные параметры и схемы замещения воздушных линий


(2 часа)

ЗАДАЧА № 1.1


Определить погонные параметры одноцепной воздушной линии ( ВЛ ) 6 кВ с проводами марки А25, расположенными на одностоечных опорах по вершинам равностороннего треугольника, расстояние между фазами 1,5 м (см. рис. 1.1). Составить схему замещения такой линии и вычислить ее параметры, принимая длину линии равной 4 км.

РЕШЕНИЕ:

1. Определяем погонное активное сопротивление и диаметр провода марки А25 по данным ГОСТ 839-80:

2. Для определения погонных реактивных параметров находим среднегеометрическое расстояние между фазами.

При заданном расположении проводов на опоре

3. Определяем погонное индуктивное сопротивление:



4. Определяем соотношение между активным и индуктивным сопротивлением:



5. Определяем погонную емкостную проводимость:



6. Определяем погонное значение зарядной мощности



7. Определяем зарядную мощность всей линии:



8. Для оценки относительной величины зарядной мощности определяем передаваемую по линии мощность, ориентировочно полагая, что рабочая плотность тока составляет 1 А/мм2. При этом ток в фазе линии:



Этот результат показывает, что в схеме замещения рассматриваемой линии, емкостной проводимостью можно пренебречь.

9. Схема замещения (рис. 1.2.) и ее параметры:


Рис. 1.2.

ЗАДАЧА № 1.2.

Определить погонные параметры двухцепной ВЛ 110 кВ с проводами марки АС150/24, расположенными на П-образных деревянных опорах, с расстоянием между соседними фазами по горизонтали 4 м. Составить схему замещения такой линии и вычислить ее параметры, принимая длину линии равной 100 км.

РЕШЕНИЕ:

1. Определяем погонные параметры: активное сопротивление и диаметр провода марки АС150/24 по данным ГОСТ 839-74:

2. Для определения погонных реактивных параметров находим среднегеометрическое расстояние между проводами, которое при горизонтальном расположении проводов составляет:



3. Определяем величину выражения:



4. Определяем погонные значения индуктивного сопротивления и емкостной проводимости:



5. Определяем соотношение между активным и индуктивным сопротивлением:



6. Определяем погонное значение зарядной мощности



7. Определяем зарядную мощность всей линии:



8. Для оценки относительной величины зарядной мощности определяем передаваемую по одной цепи мощность и относительную величину зарядной мощности (для j=1 А/мм2):



Следовательно, емкостная проводимость должна быть учтена в схеме замещения рассматриваемой линии.

9. Схема замещения (рис. 1.3., б)приближенная) и ее параметры:

а) б)
Рис. 1.3.


ЗАДАЧА № 1.3.

Определить погонные параметры одноцепной ВЛ 500 кВ, выполненной с расположением проводов фазы по вершинам равностороннего треугольника с расстоянием между центрами расщепленных фаз по горизонтали 11 м. Погонное значение среднегодовых потерь активной мощности на корону равно 7,5 кВт/км. Определить также волновое сопротивление, коэффициент распространения волны и натуральную мощность линии, пренебрегая активными сопротивлениями и проводимостью.



Рис. 1.4



РЕШЕНИЕ:

  1. Определяем погонное активное сопротивление и диаметр провода (ГОСТ 839-74) :

При числе проводов в фазе n=3, погонное активное сопротивление фазы линии равно:



  1. Среднегеометрическое расстояние между центрами фаз:



  1. Определяем эквивалентный радиус расщепленной фазы:



  1. Определяем соотношение

  2. Погонное значение индуктивного сопротивления и емкостной проводимости:



  1. Определяем соотношение между активным и индуктивным сопротивлением:



  1. Погонное значение активной проводимости:



Сопоставляя g0 и b0 видим, что b0 на два порядка выше g0.

  1. Погонное значение зарядной мощности:



  1. Волновое сопротивление (пренебрегаем g0 и r0)



10. Коэффициент распространения волны 0 при принятых допущениях равный коэффициенту изменения фазы 0



или переводя в электрические градусы:



  1. Натуральная мощность линии:


ТЕМА № 2

Расчет режима линии электропередачи


(2 часа)

ЗАДАЧА № 2.1


Определить параметры режима, потери активной мощности в процентах от передаваемой мощности и КПД двухцепной линии 220 кВ, протяженностью 200 км, с проводами АС300/39. Погонные параметры такой линии равны r0=0.098 Ом/км, х0=0,424 Ом/км, активной проводимостью линий пренебречь b0=2.68*10-6 См/км. Мощность и напряжение в конце линии соответственно равны S2=240+j116 мВА, cos2=0.9, U2=218 кВ.
РЕШЕНИЕ:

1. Составляем схему замещения линии и обозначим потоки мощности и напряжения в узлах:

Рис. 2.1


2. Вычисляем параметры схемы замещения:



3. Рассчитываем распределение мощностей в схеме замещения (до точки 1):



4. Вычисляем значения продольной и поперечной составляющих вектора падения напряжения:



5. Находим модуль и аргумент вектора напряжения в начале линии:



6. Находим потери напряжения и сравниваем их с продольной составляющей падения напряжения:



7. Продолжаем расчет мощностей в схеме замещения:



8. Определяем процент потерь по отношению к переданной мощности и КПД электропередачи:



9. Анализируем полученные результаты:

а) поперечная составляющая падения напряжения значительна, и пренебрегать ею при расчете напряжения U1 нельзя, следовательно, в сетях 220 кВ и выше узлы должны характеризоваться комплексным значением напряжения;

б) потери реактивной мощности значительны, однако реактивная мощность в начале линии такая же как в конце (Q1=Q2), что обусловлено равенством генерации реактивной мощности и потерь:




ЗАДАЧА № 2.2.

От электростанции отходит двухцепная линия 220 кВ, параметры схемы замещения которой определены в задаче № 2.1. В рассматриваемом режиме на шинах высшего напряжения станции поддерживается напряжение U1=1.1Uном=242 кВ. От станции в линию поступает мощность S1=260+j126 мВА.

Определить напряжение в конце и мощность, поступающую на шины высшего напряжения приемной подстанции и коэффициент мощности узла нагрузки.
РЕШЕНИЕ:

1. Определяем распределение мощностей в схеме замещения (до точки 2)



2. Вычисляем составляющие вектора падения напряжения:



3. Находим модуль и аргумент вектора напряжения в конце линии:



4. Заканчиваем расчет потокораспределения:



5. Определяем коэффициент мощности узла нагрузки:



Это означает, что в рассмотренном режиме потери реактивной мощности в линии превышают генерацию:



ТЕМА № 3

Параметры схемы замещения и потери мощности трансформаторов и автотрансформаторов


(4 часа)

ЗАДАЧА № 3.1


На понижающей подстанции установлены два трансформатора типа ТДН 10000/110 со следующими каталожными данными: UВ ном=115 кВ, UН ном=11 кВ, Pк=60 кВт, uк=10.5%, Pх=11 кВт, Iхх=0.9%.

Определить приведенные к стороне высшего напряжения параметры схемы замещения двух параллельно включенных трансформаторов и вычислить потери мощности в них при нагрузке на шинах низшего напряжения S2=12+j7.2 мВА, cos 2=0.85.
РЕШЕНИЕ:

1. Составляем схему замещения двух параллельно включенных трансформаторов:

Рис. 3.1.
2. Определяем параметры схемы замещения одного трансформатора, приведенные к стороне высшего напряжения:



3. Определяем параметры составленной схемы замещения двух параллельно включенных трансформаторов (nт=2)



4. Определяем суммарные потери мощности по найденным параметрам схемы замещения и номинальному напряжению сети (поскольку U2' неизвестно) :



5. Для сравнения определим суммарные потери мощности непосредственно по каталожным данным:



Сравнение результатов расчетов пунктов 4 и 5 показывает, что они достаточно близки.

6. Оценим относительные значения потерь активной и реактивной мощности, определенные в п.4, приняв за базисную удвоенную номинальную мощность трансформатора:



Первый результат характеризует возможность отказа от учета активного сопротивления и Рхх в схеме замещения трансформатора при приближенных расчетах в силу относительной малости потерь активной мощности. Относительно большая величина Q* т свидетельствует о том, что трансформаторы являются источником значительных потерь реактивной мощности в электрической системе.

ЗАДАЧА № 3.2


На узловой подстанции районной электрической сети установлены два трехобмоточных трансформатора типа ТДЦТН 63000/220 с соотношением мощностей обмоток 100%/100%/100% и со следующими каталожными данными: UВ ном=230 кВ, UС ном=38,5 кВ, UН ном=11 кВ, uк В-С=12.5%, uк В-Н=24%, uк С-Н=10.5%, Pк В-Н=320 кВт, Pхх=91 кВт, Iхх=1%. Нагрузка на шинах среднего и низшего напряжения S2=40+j30 мВА, S3=40+j30 мВА.

Определить приведенные к стороне высшего напряжения параметры схемы замещения двух параллельно включенных трансформаторов и вычислить суммарные потери мощности в них по каталожным данным.
РЕШЕНИЕ:

1. Составляем схему замещения двух параллельно включенных трансформаторов:

Рис. 3.2.
2. Определяем напряжения короткого замыкания, соответствующие лучам схемы замещения:



3. Определяем индуктивные сопротивления лучей схемы замещения, приведенные к стороне высшего напряжения:



4. Определяем активные сопротивления лучей схемы замещения, приведенные к стороне высшего напряжения. При задании одного значения Рк предполагается, что сопротивления обмоток обратно пропорциональны номинальным мощностям обмоток и при соотношении 100%/100%/100% :



5. Определяем суммарные потери холостого хода:



6. Определяем потери мощности по каталожным данным, пренебрегая учетом потерь мощности при определении мощности S1, т.е. принимая:




ЗАДАЧА № 3.3


На крупной узловой подстанции энергосистемы установлены два автотрансформатора типа АТДЦТН 200000/220/110, характеризующиеся следующими каталожными данными: UВ ном=230 кВ, UС ном=121 кВ, UН ном=11 кВ, uк В-С=11%, uк В-Н=16%, uк С-Н=10%, Pк В-С=430 кВт, Pк В-Н=360 кВт, Pк С-Н=320 кВт, Pхх=125 кВт, Iхх=0,5%. Расчетная мощность обмотки низшего напряжения SН ном=0,5 SАТ ном..

Определить приведенные к стороне высшего напряжения параметры схемы замещения двух параллельно включенных автотрансформаторов.
РЕШЕНИЕ:

Все аналогично задаче 3.2

ТЕМА № 4

Расчетные нагрузки подстанций


(1 час)

ЗАДАЧА № 4.1

Определить расчетную нагрузку подстанции А, подключенной к сети 110 кВ согласно схеме, показанной на рис. 4.1. На подстанции установлены два трансформатора ТДН 10000/110 с каталожными данными, указанными в условии задачи 3.1. Параметры линий, связанных с шинами высшего напряжения подстанции А приведены в таблице:




Линия


Марка провода

Число цепей


Длина, км

b0, Сим/км

Л1


АС 150/24

2

50

2,74*10-6

Л2


АС 120/19

1

20

2,69*10-6

Л3


АС 95/15

1

30

2,654*10-6


Расчетную нагрузку вычислить для следующих случаев:

а) нормальный режим наибольших нагрузок SнА=Sнб=12+j7,2 мВА;

б) послеаварийный режим, возникающий после отключения одной из цепей линии Л1 при SнА=Sнб=12+j7,2 мВА;

в) послеаварийный режим, возникающий после отключения линии Л2 при SнА=Sнб=12+j7,2 мВА;

г) нормальный режим наименьших нагрузок SнА=Sнм=0,3 Sнб .

Рис. 4.1.
РЕШЕНИЕ:

  1. Составляем схему замещения подстанции А, ограничиваясь изображением суммарного сопротивления трансформаторов, суммарных потерь холостого хода и половин зарядных мощностей линии Л1, Л2, Л3 (рис. 4.2).




Рис. 4.2.

  1. Определяем приведенную нагрузку подстанции А в режиме наибольших нагрузок, используя результаты расчета потерь мощности по каталожным данным в задаче 3.1 п.5 :



  1. Определяем зарядные мощности линий Л1, Л2, Л3:





  1. Определяем сумму половин зарядных мощностей:

0,5(Qc1+Qc2+Qc3)=0,5(3,32+0,652+0,962)=2,47 мВАр

  1. Определяем расчетную нагрузку подстанции А для случая "а":

Sрасч А=S'нА(нБ)-j0,5(Qc1+Qc2+Qc3)=12.087+j8.41-j2.47=12.087+j5.94 мВА

  1. Определяем расчетную нагрузку подстанции А для случая "б". При отключенной одной из цепей Л1 зарядная мощность уменьшается вдвое:

Sрасч А=S'нА(нБ)-j0,5(Qc1/2+Qc2+Qc3)=

12.087+j8.41- j0.5(3.32/2+0.652+0.962)=12.087+j6.77 мВА

  1. Определяем расчетную нагрузку подстанции А для случая "в". При отключении Л2 исключается Qc2:

Sрасч А=S'нА(нБ)-j0,5(Qc1+Qc3)=12.087+j8.41-j0.5(3.32+0.962)=12.087+j6.27 мВА

  1. Для случая "г" предварительно вычисляем потери в трансформаторах подстанции А в режиме наименьших нагрузок, т.е. при:



9. Определяем приведенную нагрузку подстанции А в режиме наименьших нагрузок:

S'нА=Sнм+Sт(нм)=3,6+j2,16+0,033+j0,273=3,633+j2,433 мВА

  1. Определяем расчетную нагрузку подстанции А для случая "г":

Sрасч А=S'нА(нм)-j0,5(Qc1+Qc2+Qc3)=3,63+j2.43-j2.47=3.63-j0,04 мВА

Полученный результат показывает, что в режиме наименьших нагрузок реактивные мощности потребителей подстанции А полностью покрываются генерацией реактивной мощности примыкающих линий и далее часть генерации оттекает от шин подстанции в сеть.

ТЕМА № 5

Расчет режима кольцевой сети


(4 час)

ЗАДАЧА № 5.1


От шин 110 кВ узловой подстанции А энергосистемы Центральной Сибири по кольцевой сети осуществляется электроснабжение трех понизительных подстанций, расчетные нагрузки которых равны:



Параметры участков кольцевой сети:


Линия

Марка провода











А-1

АС 240

0,122

0,401

20

2,44

8,02

1-2

АС 185

0,159

0,409

20

3,18

8,18

2-3

АС 95

0,314

0,429

30

9,42

12,87

3-А

АС 240

0,122

0,401

50

6,10

20,05


Выполнить расчет нормального режима работы сети при напряжении на шинах подстанции А 121 кВ. Предварительный расчет потокораспределения в кольце выполнить двумя способами (по длинам и по сопротивлениям участков). Определить суммарную мощность, поступающую в кольцевую сеть с шин подстанции А и наибольшую потерю напряжения в процентах от напряжения на шинах подстанции А.
РЕШЕНИЕ:

  1. Составляем схему замещения сети, разрезая кольцо в точке А.

Р
ис. 5.1

2.Определяем приближенное значение потокораспределения в кольце с целью выявления точки потокораздела:

а) по длинам линии (при допущении об однородности сети)





Осуществляем проверку по условию :



Потоки мощности на участках 1-2 и 2-3:



Знак " - " перед "j2.5" показывает, что поток реактивной мощности на этом участке направлен от точки "3" к точке "2", т.е. точка "2" является точкой потокораздела реактивной мощности, в то время как точка "3" является точкой потокораздела активной мощности. Наносим эти потоки на схему замещения.



S1

S2

S3

Рис. 5.2


б) по сопротивлениям линий:



Сопоставление этого результата с соответствующим, полученным ранее не превышает 1… 2%.

Заканчиваем расчет приближенного потокораспределения.



3.Вычисляем первый этап расчета режима – определение потокораспределения с учетом потерь мощности. Поскольку точки потокораздела активной и реактивной мощности не совпадают, для перехода к двум радиальным расчетным схемам предварительно вычисляем потери мощности на участке между точками потокораздела, т.е. на участке 2-3



Потери на участке 2-3 настолько малы, что для определения потоков мощности на остальных участках ими можно пренебречь, т.е. принять:

P'23=P"23=P23 и Q'23=Q"23=Q23

При этом кольцевая схема разбивается на две радиальные:





Мощность в конце и в начале участка 1-2:


Мощности в начале и конце участка А-1:




Мощности в начале и конце участка А-3:



Мощность, поступающая в сеть с шин подстанции А в нормальном режиме:



4. Вычисляем второй этап расчета режима – определяем напряжения в узловых точках по заданному напряжению на шинах подстанции (UA=121 кВ). расчет ведем без учета поперечной составляющей падений напряжения. Потери напряжения на участке А-1 и напряжение в точке 1:





Определяем потери напряжения на участке 1-2 и напряжение в точке 2:





Потери напряжения на участке А-3 и напряжение в точке 3:





Наибольшие потери напряжения в кольцевой сети в нормальном режиме имеют место от шин источника питания до точки потокораздела. В рассматриваемом случае напряжение в точках потокораздела активной (3) и реактивной (2) мощностей оказались равными (U2=U3). Следовательно, наибольшую потерю напряжения в процентах определяем для любой из этих точек:



ЗАДАЧА 5.2

Для кольцевой сети, рассмотренной в задаче 5.1. определить напряжение на шинах высшего напряжения подстанции 1 в послеаварийном режиме, возникающем после отключения участка А-1, при напряжении на шинах подстанции А – 121 кВ. Сравнить мощность, поступающую в этом режиме в сеть с шин подстанции А, с аналогичной величиной для нормального режима, полученной при решении задачи 5.1. Сравнить также относительную величину суммарных потерь напряжения от шин подстанции А до подстанции 1 с относительной величиной наибольшей потери напряжения в нормальном режиме, определенной в задаче 5.1. Проверить не превосходят ли токи, протекающие по участкам сети в послеаварийном режиме, следующих длительно допустимых по условиям нагрева проводов значений:

АС 240/39 Iдоп=610 А

АС 185/29 Iдоп=510 А

АС 95/15 Iдоп=330 А
РЕШЕНИЕ:

  1. Составляем схему замещения сети для расчета послеаварийного режима (отключена линия А-1), пренебрегая изменением расчетной нагрузки подстанции 1.

Рис. 5.3.


  1. Потокораспределение в сети:







Мощность, поступающая в сеть с шин подстанции А в послеаварийном режиме:



Сравнение данного результата с величиной SA в нормальном режиме показывает, что потери активной и, особенно индуктивной мощности значительно возросли.

  1. Определяем напряжение в узлах при UA=121 кВ:





Суммарная потеря напряжения от шин подстанции А до точки 1 составляет:



Т.е. более, чем в 5 раз превышает наибольшую потерю напряжения в нормальном режиме.

  1. Токи, протекающие по участкам сети и их сравнение с допустимыми:



Полученные результаты свидетельствуют о том, что выбранные по экономическим соображениям сечения проводов участка А–3 не удовлетворяют условиям допустимого нагрева в послеаварийном режиме. Это означает, что сечение провода на этом участке должно быть увеличено

ТЕМА № 6

Расчет режима сети двух номинальных напряжений


(4 часа)

ЗАДАЧА № 6.1


О
ТДТН 25000/110/35
т шин 110 кВ узловой подстанции А по двухцепной линии осуществляется электроснабжение подстанции 1 и 2. На подстанции 2 установлены 2 трехобмоточных трансформатора и от шин среднего напряжения этой подстанции отходит двухцепная линия 35 кВ, осуществляющая электроснабжение подстанции 3. Схема сети представлена на рис. 6.1., где указаны марки трансформаторов и нагрузки на шинах низшего напряжения подстанции (в МВА).


А

S1=20+j9.2

S2=15+j9.3

S3=10+j4.9


п/ст 1

п/ст 3

п/ст 2

ТДН 16000/110

ТД 10000/35








Погонные параметры участков сети:

Линия


Uном, кВ

Число цепей

l, км

Марка провода

r0, Ом/км

x0, Ом/км

b010-6, См/км

Qc0, кВАр/км

А – 1

110

2

40

АС150/24

0,194

0,416

2,74

33

1 – 2

110

2

30

АС95/15

0,314

0,429

2,65

32

2 - 3

35

2

20

АС95/15

0,314

0,411

2,81

3


Приведенная к шинам высшего напряжения нагрузка подстанции 1 составляет Sприв=20.1+j11.2 МВА. Нагрузка на шинах низшего напряжения подстанции 2, приведенная к нулевой точке звезды схемы замещения, составляет S'2=15+j9.7 МВА. Расчетная нагрузка подстанции 3 составляет S'3расч=10.1+j5.5 МВА . Параметры схемы замещения двух трехобмоточных трансформаторов подстанции 2, приведенные к стороне высшего напряжения: .

Определить напряжение на шинах высшего напряжения подстанции 3 в нормальном и послеаварийном режимах (после отключения одной цепи линии А – 1 – 2) при и выяснить как нужно изменить этот коэффициент трансформации, чтобы напряжение на шинах высшего напряжения подстанции 3 было не менее номинального в том и другом режиме.
РЕШЕНИЕ:

1. Составляем схему замещения для нормального режима, пренебрегая емкостными проводимостями линии 35 кВ.


2. Определяем недостающие параметры схемы замещения:



3. Расчет потокораспределения в нормальном режиме. Полагаем, что во всех узловых точках напряжения равны номинальным значениям:





4. Выполняем расчет напряжений в узловых точках сети в нормальном режиме:





5. В схеме замещения для расчета послеаварийного режима сопротивления участков А-1 и 1-2 должны быть увеличены в 2 раза, а зарядные мощности – уменьшены в 2 раза, т.е.



6. Выполняем расчет потокораспределения на участках 1-а и А-1 (в остальной части схемы то же, что и в нормальном режиме)



7. Выполняем расчет напряжений в узловых точках сети в послеаварийном режиме (UA=115 кВ):





Анализируя результаты определения напряжения на шинах высшего напряжения подстанции 3, приходим к выводу, что для увеличения уровня напряжения в нормальном и послеаварийном режимах до номинального следует уменьшить коэффициент трансформации между обмотками высшего и среднего напряжения трансформаторов, установленных на подстанции 2.


ЗАДАЧА 6.2.

Кольцевая сеть, схема которой показана на рисунке, содержит участки 220 и 110 кВ и получает питание с шин высшего напряжения подстанции А. Участки различных номинальных напряжений связаны через автотрансформаторы, причем для упрощения расчетов их обмотки низшего напряжения предполагаются ненагруженными и поэтому в схеме не изображаются.


Сопротивления участков сети и автотрансформаторов, приведенные к ступени 220 кВ, составляют:



Расчетные нагрузки пунктов:



Коэффициент трансформации .

Потерями холостого хода АТ1 и АТ2 пренебречь.

Определить приближенное потокораспределение (без учета потерь мощности), используя метод наложения.
РЕШЕНИЕ:

  1. Составляем схему замещения сети в предположении равенства КТ1Т2, обозначая




2. Определяем первую составляющую потоков мощности на головных участках:





3. Составляем схему замещения для определения второй составляющей потоков мощности на головных участках:


или

4. Определяем ЭДС E , полагая в качестве нулевого приближения, что Ua(0)=Uном=220 кВ.



5. Определяем уравнительный ток Iур и вычисляем соответствующую уравнительную мощность Sур :



6. Определяем в первом приближении потоки мощности на участках с учетом того, что уравнительная мощность обтекает контур по часовой стрелке:


  1   2   3


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации