МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Энергетика и технология металлов»
РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛИНИИ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ДВУХСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ
Методические указания
к выполнению лабораторной работы № 1
по курсу «Электропитающие системы и электрические сети»
для студентов специальности 140211 «Электроснабжение»
Курган 2012
Кафедра: «Энергетика и технология металлов»
Дисциплина:
«Электропитающие системы и электрические сети»
(специальность 140211)
Составил: ст. преподаватель К.Н. Наумов
Утверждены на заседании кафедры «30» августа 2012 г.
Рекомендованы методическим советом университета «31» октября 2012 г.
2
Лабораторная работа №1
РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ЗАМКНУТЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Цель работы: ознакомление с выполнением расчетов режимов
замкнутых электрических сетей с использованием программного комплекса
RastrWin.
ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ
Замкнутыми электрическими сетями называют сети, в которых
электроэнергия потребителям может подаваться не менее чем с двух сторон.
К простейшим замкнутым сетям относятся сети, состоящие из одного
контура (рисунок 1) или представляющие собой разомкнутую линию,
питающуюся с двух концов (рисунок 2). В этих сетях каждый узел нагрузки
получает питание по двум линиям.
А
Рисунок 1 – Замкнутая сеть с
одним контуром
1
2
3
В
Рисунок 2 – Линия с двухсторонним питанием
К более сложным замкнутым сетям относятся сети, содержащие
несколько контуров. Причем в контуры могут входить линии как одного
(рисунок 3) так и нескольких номинальных напряжений (рисунок 4).
В
В
3
А
А
1
2
4
1
2
3
Рисунок 3 – Сложнозамкнутая сеть
одного номинального напряжения
С
Рисунок 4 – Сложнозамкнутая сеть
нескольких номинальных напряжений
3
К основным преимуществам замкнутых сетей относятся более высокая
надежность электроснабжения потребителей и повышенная экономичность
из-за меньших потерь активной мощности. Недостатком является
усложнение их эксплуатации, а также удорожание из-за большого числа
линий в сложнозамкнутых сетях.
Расчеты режимов замкнутых электрических сетей значительно сложнее,
чем разомкнутых. В разомкнутых сетях мощности на отдельных участках
находят простым последовательным суммированием нагрузок и потерь
мощности. В замкнутых сетях распределение мощностей по ветвям схемы не
очевидно и зависит от длин и сечений проводов участков, величин нагрузок
узлов и режимов напряжений источников питания. Поэтому для расчета
замкнутых сетей применяют специальные методы.
Как и для разомкнутых сетей, электрические расчеты замкнутых сетей
выполняют, как правило, для наиболее характерных нормальных
установившихся режимов наибольших и наименьших нагрузок. Кроме того,
при анализе замкнутых сетей дополнительно требуется проведение расчетов
послеаварийных режимов при отключении отдельных элементов сети. Это
связано с тем, что отключение участка замкнутой сети может вызвать
существенное изменение режима напряжений и потоков мощности, которые
могут оказаться недопустимыми.
Большинство практических расчетов замкнутых сетей выполняют на ПК.
С одной стороны, это объясняется большими сложностями расчетов из-за
разветвленности реальных сетей, содержащих большое количество контуров,
узлов и участков сети. С другой стороны, для таких расчетов созданы
достаточно эффективные алгоритмы и программы на ПК. Освоение методов
расчета замкнутых сетей необходимо для понимания физической сущности
процессов, связанных с режимами электрической сети, и условий, при
которых проводятся расчеты на ПК.
Линия с двухсторонним питанием является частным случаем простой
(одноконтурной) замкнутой сети. В виде такой линии может быть
представлена одноконтурная сеть, если ее источник питания мысленно
разделить на два, тогда напряжения обоих питающих узлов будут равны по
модулю и по фазе.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Линией с двухсторонним питанием называют линию электропередачи,
содержащую два источника, питающих ее с двух сторон. Ее основное
достоинство – высокая надежность электроснабжения.
Рассмотрим линию с двухсторонним питанием, к которой
преобразуется простая замкнутая сеть (рисунок 5).
4
Рисунок 5 – Определение потокораспределения в линии с двухсторонним питанием
Если заданы мощности нагрузок, то потоки мощности на головных
участках линии с двухсторонним питанием в случае, когда U A > U B ,
определяются выражениями:
*
S А1 =
*
∑ S i ⋅ Z iВ
+
*
U А − UВ
*
Z АВ
*
*
∑ S i ⋅ Z iА
U ном ; S В 3 =
*
*
+
*
Z АВ
Z АВ
*
UВ − U А
Z АВ
U ном ; (1)
где, U ном – номинальное напряжение электрической сети;
Si
, – мощность i-ой нагрузки, МВ·А;
*
Z ij
– полное сопротивление электропередачи от точки i до точки j
(сопряженное значение), Ом;
*
*
U А , U В – напряжение источника питания (сопряженное значение), В.
Если заданы токи нагрузок, то по соответствующим выражениям
определяются токи головных участков:
I А1 =
∑I
*
*
i
⋅ Z iВ
Z АВ
где,
Ii
*
+
*
UА − UВ
*
U ном ; I В 3 =
3 Z АВ
∑I
*
*
i
⋅ Z iВ
Z АВ
*
+
*
UВ − UА
*
3 Z АВ
U ном , (2)
- ток i-ой нагрузки, А.
Вторые слагаемые в этих выражениях определяют так называемый
уравнительный ток, вызванный разностью напряжений источников питания
или сдвигом их по фазе.
В случае, если напряжения питающих узлов электрической сети
оказываются равными по модулю и фазе, то уравнения (1) и (2)
приобретают следующий вид:
5
*
S А1 =
∑ S i ⋅ Z iВ
*
Z АВ
I А1 =
∑I
*
*
;
S В3 =
⋅ Z iВ
Z АВ
;
*
Z АВ
*
i
∑ S i ⋅ Z iА
I В3 =
∑I
;
(3)
*
i
⋅ Z iВ
*
Z АВ
.
(4)
Токи остальных участков определяются по первому закону Кирхгофа.
Узел, к которому мощность подтекает с двух сторон, называется
точкой потокораздела (или точкой токораздела). Точки потокораздела по
активной и реактивной мощности могут не совпадать; точку потокораздела
по активной мощности обычно обозначают в виде
, а по реактивной
мощности .
После определения точки потокораздела кольцевая сеть для
дальнейшего расчета может быть условно разделена на две разомкнутые
линии. Расчет потоков мощности, а также распределение напряжений в этих
линиях выполняется так же, как и для обычных разомкнутых сетей.
В послеаварийных режимах, когда отключается один из источников
питания, распределение токов и потоков мощности полностью изменяется.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Выполнение лабораторной работы производится на персональной ЭВМ
с
использованием
специализированной
программы
для
расчета
установившихся электрических режимов работы электрических сетей и
систем – RastrWin.
Схема электрической сети, для которой производится расчет режимов
работы, изображена на рисунке 6.
Рисунок 6 – Схема электрической сети
6
Параметры электрической сети, необходимые для выполнения работы
(протяженность линий электропередачи, марка провода воздушных линий,
узловые нагрузки, уровень напряжения, поддерживаемый на шинах РПП, а
также количество и марка понизительных силовых трансформаторов,
установленных на подстанциях) приведены в приложении 1.
Лабораторная работа выполняется в соответствии с номером варианта;
номер варианта указывается преподавателем.
Выполнение лабораторной работы предполагает три основных этапа:
подготовка к выполнению расчета режимов работы электрической сети;
выполнение расчетов в программе RastrWin; выполнение расчетов
«вручную».
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
1. Подготовка к выполнению расчетов:
на основании исходных данных к лабораторной работе и в соответствии с
вариантом составить схему замещения электрической сети, изображенной
на рисунке 1;
на схему замещения нанести значения нагрузок потребителей,
питающихся с шин подстанций, а также указать значение напряжения,
поддерживаемого на шинах районной понижающей подстанции (РПП);
все узлы схемы замещения пронумеровать цифрами от 1 до 100;
выполнить расчет параметров элементов сети;
расчетные параметры нанести на схему замещения.
2. Выполнение расчетов в программе RastrWin:
в соответствии со схемой замещения произвести подготовку данных для
расчета режима работы электрической сети в программе RastrWin:
заполнить таблицу узлов и таблицу ветвей программного комплекса;
на основании полученной расчетной схемы сформировать в программе
RastrWin графическое отображение рассматриваемой электрической
сети;
выполнить контроль исходной информации, занесенной в программу; при
обнаружении ошибок – исправить их;
выполнить в программе RastrWin расчет нормального установившегося
режима работы электрической сети;
результаты расчета занести в таблицы 1, 2 и 3;
выполнить
в
программе
RastrWin
расчеты
послеаварийных
установившихся режимов работы электрической сети, соответствующие
поочередному отключению головных участков сети.
Таблица 1 –Перетоки мощности в электрической сети
РНАЧ, МВт
Участок
«ручной
RastrWin
сети
расчет»
РКОН, МВт
RastrWin
QНАЧ, Мвар
«ручной
расчет»
А-1
1-2
2-3
3-А
7
RastrWin
«ручной
расчет»
QКОН, Мвар
RastrWin
«ручной
расчет»
Таблица 2 – Потери активной мощности в сети
Участок сети
ΔР, МВт
RastrWin
«ручной расчет»
А-1
1-2
2-3
3-А
ΔРΣ , МВт
Таблица 3 – Уровни напряжения в сети
П/ст
U, кВ
RastrWin
«ручной расчет»
1
2
3
−
−
−
−
3. Выполнение расчетов «вручную»:
рассчитать, пользуясь формулой (3), мощности головных участков
рассматриваемой замкнутой сети;
используя первый закон Кирхгофа, рассчитать мощности остальных
участков сети и занести все полученные значения в таблицу 1;
определить потери активной мощности на каждом участке сети, а также
суммарные потери активной мощности. Полученные результаты занести в
таблицу 2;
рассчитать значение падения напряжения на каждом участке и определить
уровень напряжения в каждом узле. Полученные результаты занести в
таблицу 3.
СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать следующие данные:
− схему замещения модели исследуемой электрической сети;
− расчетные схемы электрической сети в нормальном и послеаварийных
режимах работы с нанесением мощностей участков сети, мощностей
нагрузок, а также уровней напряжения в узлах сети;
− таблицы с расчетными данными;
− все выполненные расчеты;
− сравнение результатов расчетов, выполненных «вручную» и в программе
RastrWin, анализ полученных результатов, выводы.
Отчет оформляется на листах формата А4. На титульном листе
указывается фамилия студента, курс, группа, специальность, а также
название работы и номер варианта.
8
Контрольные вопросы
1. Какова цель использования линии с двухсторонним питанием? Назовите
достоинства таких линий и их недостатки.
2. Что такое замкнутая электрическая сеть? Чем отличается простая
замкнутая сеть от сложнозамкнутой? Перечислите достоинства и
недостатки замкнутых сетей.
3. В каком порядке производится расчет потокораспределения в сети с
двухсторонним питанием при разных напряжениях источников?
4. Как производится расчет потокораспределения в радиальномагистральных сетях?
5. Что понимается под “потерей” и “падением” напряжения?
6. Формулы для расчета “потери” и “падения” напряжения.
7. Как производится расчет напряжения в замкнутых и разомкнутых сетях?
Как в том и другом случае определяется общая потеря напряжения?
8. Как определить общие потери мощности в сети? Как изменяются общие
потери мощности в сети в послеаварийных режимах при отключении
одной из цепей двухцепной линии или при отключении одного из
головных участков замкнутой сети? Объясните, почему так происходит.
9. Что подразумевается под термином «расчет режима сети»? В каких
случаях можно производить расчет режима сети в один этап и когда
необходим расчет в несколько этапов?
9
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Задание для лабораторной работы №1 по курсу «Электропитающие
системы и электрические сети»
Таблица П1 – Параметры оборудования электрической сети
Вариант
1
lРПП-1
lРПП-3
l1-2
l2-3
20
25
10
18
РПП-1
РПП-3
1-2
2-3
АС-240
АС-185
АС-150
АС-150
П/С 1
П/С 2
П/С 3
29+j17
28+j18
22+j15
119
П/ст 1
П/ст2
П/ст 3
2хТРДН25000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
9
lРПП-1
lРПП-3
l1-2
l2-3
35
22
20
21
РПП-1
РПП-3
1-2
2-3
АС-240
АС-185
АС-150
АС-150
П/ст 1
П/ст 2
П/ст 3
29+j17
28+j18
22+j15
2
3
4
5
6
7
Протяженность участка ЛЭП, км
35
26
25
19
24
27
22
28
30
26
20
25
20
25
22
17
21
24
21
21
18
25
22
22
Марка провода ЛЭП
АС-185 АС-185 АС-240 АС-185 АС-185 АС-185
АС-240 АС-240 АС-240 АС-185 АС-240 АС-185
АС-150 АС-185 АС-150 АС-150 АС-185 АС-185
АС-185 АС-150 АС-185 АС-150 АС-150 АС-185
Нагрузка потребителя на стороне 10кВ подстанции, МВА
22+j15
20+j12
21+j11
20+j12
28+j18
20+j12
27+j18
28+j10
28+j18
22+j15
22+j15
22+j15
21+j11
27+j17
27+j18
28+j18
20+j12
28+j18
Уровень напряжения, поддерживаемый на шинах РПП, кВ
118
117
116
114
115
116
Число и марка трансформаторов, установленных на подстанции
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
Вариант
11
12
13
14
15
Протяженность участка ЛЭП, км
26
25
19
24
27
20
28
30
26
20
25
22
25
22
17
21
24
18
21
18
25
22
22
21
Марка провода ЛЭП
АС-185 АС-185 АС-240 АС-185 АС-185 АС-185
АС-240 АС-240 АС-240 АС-185 АС-240 АС-185
АС-150 АС-185 АС-150 АС-150 АС-185 АС-185
АС-185 АС-150 АС-185 АС-150 АС-150 АС-185
Нагрузка потребителя на стороне 10кВ подстанции, МВА
22+j15
20+j12
21+j11
20+j12
28+j18
20+j12
27+j18
28+j10
28+j18
22+j15
22+j15
22+j15
21+j11
27+j17
27+j18
28+j18
20+j12
28+j18
10
10
8
20
22
18
21
АС-185
АС-185
АС-120
АС-150
21+j11
20+j12
22+j15
117
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
16
20
25
10
18
АС-185
АС-185
АС-120
АС-150
21+j11
20+j12
22+j15
Продолжение табл. П1
117
П/С 1
П/С 2
П/С 3
2х ТРДН25000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
Уровень напряжения, поддерживаемый на шинах РПП, кВ
116
115
114
115
116
117
Число и марка трансформаторов, установленных на подстанции
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТРДН25000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТРДН25000/110
118
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
2х ТДН16000/110
Список литературы
1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. – М.:
Энергоатомиздат, 1989. – 592 с.
2. Электрические системы. Т. II Электрические сети/Под ред.
В.А. Веникова. М. Высшая школа, 1999. – 412 с.
3. Поспелов Г.Е.,Федин В.Т. и др. Электрические системы и сети. – Минск:
УП Технопринт, 2004. – 720 с.
11
Наумов Константин Николаевич
РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ДВУХСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ
Методические указания
к выполнению лабораторной работы № 1
по курсу «Электропитающие системы и электрические сети»
для студентов специальности 140211 «Электроснабжение»
Авторская редакция
__________________________________________________________________
Подписано к печати
Формат 60х84 1/16
Бумага тип. № 1
Печать трафаретная
Усл.печ.л. 0,75
Уч.-изд. л. 0,75
Заказ
Тираж 15
Цена свободная
__________________________________________________________________
Редакционно-издательский центр КГУ.
640669, г. Курган, ул. Гоголя, 25.
Курганский государственный университет.
12