Абрамович Б.Н. Электропривод и электроснабжение горных предприятий
Подождите немного. Документ загружается.
Воздушные и кабельные ЛЭП (рис.4.1,Mб) представляются в
виде последовательно соединенных активного и индуктивного
сопротивлений:
0
RR
л
; (4.2)
0
ХX
л
, (4.3)
где R
0
и Х
0
– активное и индуктивное сопротивление 1Mкм линии, Ом;
длина линии, км.
31
а
c
U
X
c
в
X
р
б
X
л
R
л
г
xxx
QjPS
X
х
X
т
R
т
R
х
xxx
QjPS
д
X
х
X
1
R
1
R
х
X
2
R
2
R
3
X
3
Рис.4.1. Схемы замещения элементов СЭС
Для ВЛ с неизолированными проводами напряжением
UMM1MкВ X
0
MM0,40MОм/км; для ВЛ напряжением UM<M1MкВ
X
0
MM0,25MОм/км.
Для ВЛ с покрытыми изоляцией проводами напряжением
UMM1MкВ X
0
MM0,260,28MОм/км, для ВЛ с изолированными
проводами напряжением UM<M1MкВ X
0
MM0,080,12MОм/км. Величину
R
0
вычисляют по формуле (3.1).
Реакторы на схеме замещения представляются индуктивным
сопротивлением Х
р
(рис.4.1,Mв), указанным в каталожных данных.
Схема замещения трехфазного двухобмоточного
трансформатора (рис.4.1,Mг) содержит рабочую ветвь с
сопротивлениями Х
т
и R
т
и ветвь намагничивания с
сопротивлениями Х
х
и R
х
. Сопротивления определяются с помощью
формул
;
т.нт.н
т.нк
т.н
т.нк
т
3
22
2
3
2
2
10
3
10
UI
UP
S
UP
R
(4.4)
2
т
2
тт
RZX
, (4.5)
т.н
2
т.нк%
т.н
т.н
т.н
т.нк%
т
S
UU
U
U
I
UU
Z
100
3100
, (4.6)
где Р
к
– потери активной мощности в трансформаторе в режиме
КЗ, кВт; U
т.н
, S
т.н
– номинальные напряжения и полная мощность
трансформатора, Ом.
Сопротивления вычисляются по формулам
,10
3
10
3
22
2
3
2
2
т.нт.н
т.нx
т.н
т.нx
х
UI
UP
S
UP
R
(4.7)
.10
3
10
3
2
3
2
т.н
2
т.н
т.нx
2
т.н
2
т.нx
х
UI
UQ
S
UQ
X
(4.8)
32
Величина активной мощности Р
х
, потребляемой в режиме
холостого хода, приводится в каталожных данных. Реактивная
мощность холостого хода
,
100
т.н
х%
х
S
I
Q
(4.9)
где I
xM%
ток холостого хода трансформатора в процентах от
номинального.
Схема замещения трехфазного трехобмоточного
трансформатора приведена на рис.4.1,Mд, где R
1
, R
2
, R
3
и Х
1
, Х
2
,
Х
3
M–Mактивные и индуктивные сопротивления обмоток высшего,
среднего и низшего напряжений.
В справочной литературе указываются сведения о
мощностях и напряжениях в опытах короткого замыкания: Р
к.вн-сн
,
Р
к.вн-нн
, Р
к.сн-нн
и напряжениях U
к.вн-сн
, U
к.вн-нн
, U
к.сн-нн
, где Р
к.вн-сн
и
U
к.вн-нн
M– потери активной мощности и напряжения при разомкнутой
обмотке низшего напряжения; Р
к.вн-нн
и U
к.вн-нн
– потери активной
мощности и напряжения при разомкнутой обмотке среднего
напряжения; Р
к.сн-нн
и U
к.сн-нн
– потери активной мощности и
напряжения при разомкнутой обмотке высшего напряжения.
Для определения потерь активной мощности в каждой
обмотке в опытах КЗ составим систему уравнений:
.
к.ннк.снннк.сн
к.ннк.внннк.вн
к.снк.внснк.вн
;
;
РРP
РРP
РРP
(4.10)
Решая систему уравнений (4.10), получим
2
ннк.снннк.внснк.вн
к.вн
PPP
P
; (4.11)
2
ннк.внннк.cнснк.вн
к.cн
PPP
P
; (4.12)
2
ннк.внннк.снннк.вн
к.нн
PPP
P
. (4.13)
Аналогично по данным опытов КЗ получим
33
2
ннк.снннк.внснк.вн
к.вн
UUU
U
; (4.14)
2
ннк.внннк.cнснк.вн
к.cн
UUU
U
; (4.15)
2
ннк.внннк.снннк.вн
к.нн
UUU
U
. (4.16)
Найденные по формулам (4.11)-(4.16) значения потерь
активной мощности и напряжения КЗ для каждой из обмоток
трехобмоточного трансформатора позволяют определить активные
R
1
, R
2
и R
3
, и индуктивные X
1
, X
2
и X
3
сопротивления каждой фазы по
тем же формулам, что и для двухобмоточных трансформаторов.
Нагрузка с активным
0.нг
R
и индуктивным
0.нг
Х
сопротивлениями, включенными последовательно,
0.нг
R
и
0.нг
Х
,
включенными параллельно, представлена на рис.4.2.
При расчете показателей режимов в СЭС комплексная
нагрузка представляется последовательно (рис.4.2,Mа) или
параллельно (рис.4.2,Mб) соединенными сопротивлениями R
нг
и Х
нг
.
Если с изменением напряжения (линейная нагрузка) сопротивления
остаются постоянными, то при последовательном соединении
34
а
0
U
)(
нгнг
bX
0.
)(
нгнг
gR
0.
б
0.нг
X
0.нг
R
0.нг
P
0.нг
Q
I
а
I
р
I
Рис.4.2. Представление нагрузки активным и индуктивным сопротивлениями
при включении их последовательно (а) и параллельно (б)
0.нг
S
0.
0.
2
0
0.
cos'
нг
нг
нг
S
U
R
, (4.17)
0.
0.
2
0
0.
sin'
нг
нг
нг
S
U
Х
, (4.18)
где
0.нг
S
– полная мощность при напряжении U
0
в узле СЭС, в
котором подключена нагрузка, S
нг.0
M=MP
нг.0
M+MjQ
нг.0
. Когда нагрузка
представляется проводимостями
2
0
0.
U
P
g
нг
нг
, (4.19)
2
0
0.
U
Q
b
нг
нг
. (4.20)
При параллельном соединении сопротивлений R
нг
и Х
нг
определяются по формулам
0.
2
0
0.
нг
нг
P
U
R
,
0.
2
0
0.
нг
нг
Q
U
Х
. (4.21)
Если необходимо учесть зависимость сопротивлений от
напряжения и частоты, то следует использовать статические и
динамические характеристики нагрузки. Для комплексной нагрузки
статические характеристики могут быть представлены в виде
)(
нгнг
ffUаUааРP
p
2
2100.
; (4.22)
)(
нг.нг
ffUbUbbQQ
Q
2
2100
; (4.23)
а
0
+а
1
+а
2
M=M1, b
0
+b
1
+b
2
M=M1, (4.24)
где P
нг.0
и Q
нг.0
– потребляемые нагрузкой активная и реактивная
мощности при напряжении U
0
и частоте f
0
.
Изменение частоты
35
0
0
f
ff
f
. (4.25)
Регулирующий эффект активной мощности по напряжению
0
ffр
U
Р
k
нг
.
Регулирующий эффект реактивной мощности по напряжению
0
ff
Q
U
Q
k
нг
.
Регулирующий эффект активной мощности по частоте
0
UUfр
f
Р
k
нг
.
Регулирующий эффект реактивной мощности по частоте
0
UU
fQ
f
Q
k
нг
.
В зависимости от состава комплексной нагрузки при
номинальных напряжениях и частоте
k
р
M=M03,7; k
Q
M=M1,58; k
fр
=M13; k
fQ
M=M–M(15). (4.26)
В тех случаях, когда отклонениями частоты можно
пренебречь, статические характеристики нагрузки представляют в
виде
),1(
0.
UkРP
p
нгнг
(4.27)
)1(
0.
UkQQ
Q
нгнг
. (4.28)
Величины P
нг.0
и Q
нг.0
определяются на основе данных о
расчетных нагрузках потребителей электрической энергии.
4.3.Алгоритм расчета показателей режимов СЭС
При моделировании режимов СЭС с уровня схем замещения
отдельных элементов составляется расчетная схема с помощью
36
объединения схем замещения в соответствии с их электрической
связью в реальной схеме. Вид схемы определяется классом задач,
для которых она предназначена. При решении широкого круга задач
расчетная схема замещения СЭС представляет собой электрическую
цепь, в которую кроме активных и реактивных сопротивлений
входят идеальные трансформаторы, связывающие между собой
части системы различных номинальных напряжений (рис.4.3). Под
идеальным трансформатором понимают трансформатор, активное R
т
и индуктивное X
т
сопротивление которого равно нулю.
Схема замещения с идеальными трансформаторами широко
используется при расчетах установившихся режимов СЭС,
режимов КЗ и т.п. Результатами расчета являются токи ветвей и
напряжения узлов каждой ступени, что весьма удобно для оценки
допустимости режима, выбора коммутационной аппаратуры,
средств компенсации реактивной мощности. Алгоритм решения
задач с уровня схемы замещения СЭС существенно упрощается,
если исключить из схемы идеальные трансформаторы т.е. заменить
электромагнитную связь частей системы гальванической. Это можно
37
Рис.4.3. Электрическая схема СЭС (а) и ее расчетная схема (б)
k
т
кВ110
б
Х
л
R
л
0нг.
X
0нг.
R
6MкВ
k
т
н.гн.гн.г
jQPS
а
110MкВ
6MкВ
ЛЭП
сделать путем приведения параметров всех элементов системы к
одной ступени напряжения.
Для приведения к одной ступени напряжения сопротивлений
используются следующие формулы:
;)(
2
тт.2т. n
kkkZZ
.1
...
(4.29)
,)(
тт.т.1
2
.2
.../
n
kkkYY
(4.30)
где
n
kkk
.21
...
тт.т.
– коэффициенты трансформации идеальных
трансформаторов на пути между рассматриваемым элементом и
базовой ступенью напряжения т.е. ступенью к которой приводятся
параметры всех элементов СЭС. В качестве базовой ступени может
рассматриваться ступень любого напряжения СЭС.
В проектных расчетах точные значения коэффициентов
трансформации неизвестны. Поэтому производят приближенное
приведение сопротивлений и проводимостей к базовой ступени
трансформации по среднеэксплуатационным значениям напряжения
отдельных ступеней которые составляют 157; 115; 37; 21; 105;
63MкВ. В этом случае приведение сопротивлений и проводимостей к
базовой ступени напряжения производится по формулам
2
ср
ср
j.
.
j
j
U
U
ZZ
; (4.31)
2
ср
ср
j.
.
j
j
U
U
YY
, (4.32)
где U
cр.
– среднее значение базисной ступени напряжения; U
cр.j
среднее значение той ступени напряжения, на которой включен
элемент СЭС.
При расчетах режимов СЭС, когда желательна наглядная
оценка результатов и нет необходимости знать фактические
значения показателей, целесообразно пользоваться безразмерными
величинами в системе относительных единиц (о.е.). Для перевода
параметров схемы замещения СЭС и показателей режима в о.е.
38
устанавливаются базовые значения мощности S
б
, напряжения U
б
,
тока I
б
и сопротивлений Z
б
. Из четырех базовых величин две
являются независимыми (могут выбираться произвольно), две
другие определяются из известных соотношений:
ббб
IUS 3
, (4.33)
б
2
б
б
б
б
S
U
I
U
Z
3
. (4.34)
Перевод параметров в о.е. производится в соответствии с
уравнениями
;
2
ср
б
б
ср
б
U
S
ZZ
U
U
ZZ
/
2
*
(4.35)
;
б
S
S
S
*
(4.36)
ср
б
S
S
Z
*
. (4.37)
Обычно переводу параметров схемы замещения в о.е.
предшествует приведение их к базовой ступени напряжения.
Алгоритм моделирования режимов СЭС в общем виде
показан на рис.4.4. При составлении схемы замещения СЭС
исключаются трансформаторные связи расчетной схемы. При
эквивалентных преобразованиях последовательно и параллельно
соединенные элементы R, L, C и источники питания СЭС. Расчет
показателей режимов производится методами, базирующимися на
известных положениях ТОЭ с применением ЭВМ.
39
5.МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
5.1.Виды электрических нагрузок
Одной из основных задач, возникающих при
проектировании и эксплуатации СЭС, является правильное
определение ожидаемых электрических нагрузок. На основании
данных об электрических нагрузках на стадии проектирования
производится выбор числа, места расположения и мощности
трансформаторных подстанций (ТП) и распределительных пунктов
(РП), конфигурации и напряжения электрических сетей, сечений
проводов воздушных и кабельных линий, уставок устройств
защиты, сетевой автоматики и параметров компенсирующих
устройств. На стадии эксплуатации данные об электрических
нагрузках используются при заключении договоров с питающими
40
Анализ электрической схемы CЭС и составление ее расчетной схемы
Определение физических параметров расчетной схемы
Приведение параметров расчетной схемы
к базовой ступени напряжения
Составление схемы замещения
Эквивалентные преобразования схемы замещения СЭС
Расчет показателей режима СЭС в именованных или относительных
единицах в заданном диапазоне варьирования
Рис.4.4. Алгоритм моделирования режима СЭС