Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

150 Расчет режимов линий электропередачи Г л 3

нагрузки — 2 и 3 Раздел мощностей предположим в уз-

ле 3.

Разрежем линию в узле 3 (рис 3 17,6) Теперь можно

определить напряжения или AU

e в двух разомкнутых се-

тях, т. е. в линиях 13 и 43'. Если напряжение начала линии

равно напряжению конца линии (£/i = £/

), то

Д£/lз

Л£Aз'

—

=ДL^^б. Если

U\>U

то Д^1з>Д^43'И Д£/

б=Д£Л

Рассмотрим послеаварийные режимы линии. Наиболее

тяжелые из них — выход из строя и отключение участков

12 или 34 Проанализируем каждый из режимов и опреде-

лим наибольшую потерю напряжения Д£/

б В послеаварий-

ном режиме, когда отключен участок 43 (рис 3 17, в), обо-

значим наибольшую потерю напряжения A£/i

В после-

аварийном режиме, когда отключен участок 12 (рис.

17,

г), наибольшую потерю напряжения обозначим

А^42ав. Надо сравнить Д^Азав и Д^Дгав и определить наи-

большую потерю напряжения Д£/

внб Если линия с двух-

сторонним питанием имеет ответвления (рис. 3 17, д), то

определение наибольшей потери напряжении усложняется.

Так, в нормальном режиме надо определить потери напря-

жения Д^Аз, Д^4з, Д^15> сравнить их и определить AU

Чтобы определить в послеаварийном режиме Д£/

ав

нб,

надо

рассмотреть аварийные отключения головных участков 12

и 43

Пример 3 11. Определим напряжения в ^злах 2, 3, а также Д£/

для сети рис 3 15, и, рассмотренной в примерах 39 и 3 10, используя

потоки мощностей, определенные ранее без учета потерь мощности

и при их учете

Расчет напряжений и Д£/

б без учета потерь мощности, т е по по-

токам мощности, найденным в примере 3 9, проведем также и без учета

поперечной составляющей падения напряжения При

= Ui=\nj кВ

потери напряжения и напряжения таковы

30,56 8,1+25,31-20,65

ДС/

= —

—

= 6,54 кВ,

117,7

= 117,7—6,54» 111,2 кВ,

44,82 3,6 + 36,15 12,15 „ ,

ДС/

= — —^

• = 5,16 кВ;

117,7

= 117,7

—

5,16» 112,5 кВ,

8,64 9,84 + 7,58 10,21

ДС/,3 = —

,,Г ' = 1,44 кВ;

112,5

§3.13 Распределение потоков мощности и напряжений 151

= 112,5—1,44» 111,1 кВ.

Наибольшая потеря напряжения в нормальном режиме, определяе-

мая без учета потерь мощности,

AL/нб = A^is = ^12 +

^гз = 5,16 + 1,44 = 6,6 кВ.

Определим напряжения и AU

n с учетом потерь мощности, т. е. по

потокам мощности, найденным в примере ЗЛО:

31,61-8,1 +28-20,65

дс/

= ^г

кВ;

Щ' = 117,7

—

7,1 = 110,6 кВ;

45,93-3,6 + 40,25-12,15

= — Т, '

— =5,56 кВ;

117,7

= 117,7 —

5,56»

112,1 кВ;

8,75.9,84 + 7,69-10,21

Д^з = •

— = Ь47 кВ;

=112,1 — 1,47» 110,6 кВ;

Д£/

= 5,56 + 1,47 = 7,03 кВ.

Таким образом,

Д£/

—7,03

кВ.

Погрешность расчета наибольшей потери напряжения равна

— Д£/

= 0,07 кВ.

Рассмотрим послеаварийные режимы (рис. 3.17,б и г).

При отключении линии 43 мощность в линии 12 (рис. 3.17, в)

= S

+ S

= 39,2 + / 32,89 + 36,18 + / 29,17 = 75,38 +

+ /62,06 MB-A.

Мощность в линии 23

= 53 = 39,2 + /32,89 MB-A.

Определим потери напряжения в линиях 12, 23, напряжения в уз-

лах 2, 3 и ДС/ав.нб:

75,38-3,6 + 62,06-12,15 „ ,

А^1

ав = — ГТТ^ =

71 К

В;

117,7

ан= 117,7-8,71

» 109

39,2-9,84 + 32,89-

10,21

39,2-9,84-

109

£/зав= Ю9—6,62« 102,4 кВ;

Д£/

13ав

= 8,71 + 6,62 = 15,33 кВ.

152 Расчет режимов линий электропередачи Г л 3

При отключении линии 12 (рис. 3.17, г)

= S

+ 5

= 39,2 + / 32,89 + 36,18 + / 29,17 = 75,38 +

+ /62,06 MB-A;

= S

= 36,18+ /29,17 MB-A;

75,38-8,1+62,06-20,65

ДС/

43а

в ^ 16,08 кВ;

ДУ

аав

= 117,7—16,08» 101,6 кВ;

36,18-9,84 + 29,17-10,21

ДС/

32а

в =—'

; !

• — =6,44 кВ;

згав

101)6

Д£/

2ав

= 101,6 —6,44» 95,2 кВ;

Д£/

4аав

= 16,08 + 6,44 » 22,5 кВ.

Наибольшая потеря напряжения в послеаварийном режиме имеет

место при отключении линии 12, т. е. Д£/ав.нб=Д^42ав=22,5 кВ,

Д£/ав.нб%=20,5%.

Вопросы для самопроверки

Чем различаются расчеты режимов разомкнутой ли-

нии при представлении нагрузок токами и полными мощ-

ностями?

В чем состоит различие между падением и потерей

напряжения? Проиллюстрируйте это различие с помощью

векторной диаграммы напряжений.

Чем различаются продольная и поперечная состав-

ляющие падения напряжения и как они выражаются через

потоки мощности в линии?

Как построить векторную диаграмму напряжений для

линии ПО кВ с тремя нагрузками вдоль нее?

Как рассчитать в два этапа режим линии из двух

участков при заданном напряжении в начале первого

участка?

6. Как рассчитать напряжение на стороне НН под-

станции?

Как рассчитывают режим электрических сетей двух

номинальных напряжений?

8. Какие допущения применяют при расчете распредели-

тельных сетей?

9. Как определить наибольшую потерю напряжения

в сети?

§4.1

Баланс активной мощности

и его

связь

частотой

153

10.

Каково соотношение между потерями мощности

и напряжения в линии с равномерно распределенной на-

грузкой и с такой же суммарной нагрузкой в конце той же

линии?

11.

Какая разница в расчете распределения мощностей

в линии с двухсторонним питанием без учета и с учетом

потерь мощности?

12.

Как определить наибольшую потерю напряжения

в линии с двухсторонним питанием в нормальном и после-

аварийном режимах?

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

РАБОЧИЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

СИСТЕМ

4.1.

БАЛАНС АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ЕГО СВЯЗЬ С ЧАСТОТОЙ

Особенность электроэнергетических систем состоит

в практически мгновенной передаче энергии от источников

к потребителям и невозможности накапливания вырабо-

танной электроэнергии в заметных количествах. Эти свой-

ства определяют одновременность процесса выработки и по-

требления электроэнергии.

В каждый момент времени в установившемся режиме

системы ее электрические станции должны вырабатывать

мощность, равную мощности потребителей, и покрывать по-

тери в сети — должен соблюдаться баланс вырабатываемой

и потребляемой мощностей:

2Р

= 2Р

+ 2ДЯ, (4.1)

где 2Р

— генерируемая активная мощность станции (за

вычетом мощности, расходуемой на собственные нужды);

2Р

— суммарное потребление активной мощности; 2Р

—

суммарная активная мощность нагрузки потребителей;

SAP — суммарные потери активной мощности.

При неизменном составе нагрузок системы потребляе-

мая ими мощность связана с частотой переменного тока.

При нарушении исходного баланса частота принимает но-

вое значение. Снижение генерируемой активной мощности

приводит к уменьшению частоты, ее возрастание обуслов-

154 Рабочие режимы электроэнергетических

систем

Гл. 4

ливает рост частоты. Иными словами, при 2Р

<2Рп часто-

та понижается, при 2Р

>"2.Рп частота растет. Это станет

понятным, если представить систему, состоящую из одного

генератора и двигателя, вращающихся с одинаковой час-

тотой. Как только мощность генератора начнет убывать,

частота понизится. Справедливо и обратное. Аналогично

и в электрической системе, например при 2Р

>2Р

турби-

ны начинают разгоняться и вращаться быстрее, f растет.

Причинами нарушения баланса мощности могут быть:

а) аварийное отключение генератора; б) неожиданный (не-

плановый, не предусмотренный расчетами) рост потребле-

ния мощности, например увеличение потребления мощно-

сти электронагревателями в результате сильного снижения

температуры; в) аварийное отключение линий или транс-

форматоров связи.

Для пояснения последней причины рассмотрим систему

из двух частей, соединенных линией связи. При связанной

работе обеих частей соблюдается баланс мощности:

2Р

г1

+ 2Р

Г2

= 2Р

п1

+ 2Р

п2

Однако в первой части системы генерация больше по-

требления: EPri>EPni, а во второй, наоборот, 2Р

<2Р„. Если линия связи аварийно выйдет из строя, обе

части системы будут работать изолированно и баланс Р

в каждой из них нарушится. В первой частота возрастет,

во второй понизится.

Частота в системе оценивается по показателю отклоне-

ния частоты (ГОСТ 13109-87).

Отклонение

частоты

А/ — это отличие ее фактического

значения / от номинального /

НО

м в данный момент времени,

выраженное в герцах или процентах:

А/ = /-/ном; (4-2)

д/о/

0 =

JWHOM.

ШО

/О

(4.3)

/ном

Отклонение частоты допускается: нормальное — в пре-

делах ±0,2 Гц и максимальное — в пределах ±0,4 Гц.

Приведенные нормы отклонений частоты относятся

к нормальному режиму работы энергосистемы и не распро-

страняются на послеаварийные режимы.

В послеаварийных режимах работы электрической сети

§ 4

Баланс активной мощности и его связь с

частотой

155

допускается отклонение частоты от плюс 0,5 Гц до минус

1 Гц общей продолжительностью за год не более 90 ч.

К поддержанию частоты в электрических системах

предъявляются повышенные требования, так как следстви-

ем больших отклонений могут являться выход из строя обо-

рудования станций, понижение производительности двига-

телей, нарушение технологического процесса и брак про-

дукции.

Превышение ЕР

над 2Р

, приводящее к росту часто-

ты,

можно ликвидировать, уменьшая мощность генераторов

или отключая часть из них. Понижение частоты из-за пре-

вышения 2Р

над 2Р

требует мобилизации резерва мощ-

ности или автоматической частотной разгрузки (АЧР).

В противном случае понижение частоты может привести не

только к браку продукции у потребителей, но и к повреж-

дению оборудования станций и развалу системы.

Во всех режимах должен быть определенный резерв

мощности, реализуемый при соответствующем росте нагру-

зок. Резерв может быть горячим (генераторы загружаются

до мощности меньше номинальной и очень быстро набира-

ют нагрузку при внезапном нарушении баланса Р) и хо-

лодным, для ввода которого нужен длительный промежу-

ток времени.

Суммарный необходимый резерв мощности энергосисте-

мы складывается из следующих видов резерва: нагрузочно-

го,

ремонтного, аварийного и народнохозяйственного. На-

грузочный резерв служит для покрытий случайных колеба-

ний и непредвиденного увеличения нагрузки сверх учтенной

в балансе регулярного максимума нагрузки. Ремонтный ре-

зерв должен обеспечивать возможность проведения необ-

ходимого планово-предупредительного (текущего и капи-

тального) ремонта оборудования электростанций. Аварий-

ный резерв предназначен для замены агрегатов, выбывших

из работы в результате аварии. Народнохозяйственный ре-

зерв служит для покрытия возможного превышения элек-

тропотребления против планируемого уровня.

Кроме резерва мощности на электростанциях системы

необходим резерв по энергии. На ТЭС должен быть обес-

печен соответствующий запас топлива, а на ГЭС — запас

воды. Если резерв станций исчерпан, а частота в системе

не достигла номинального значения, то в действие вступа-

ют устройства АЧР, которые предназначены для быстрого

156 Рабочие режимы электроэнергетических

систем

Гл. 4

восстановления баланса мощности при ее дефиците путем

отключения части менее ответственных потребителей. Все

потребители электрической энергии по надежности их элек-

троснабжения делятся на три основные категории. В пер-

вую очередь АЧР отключает потребителей третьей катего-

рии (см. § 6.4). Для них допускаются перерывы электро-

снабжения на время, необходимое для ремонта или замены

повреженного элемента сети, но не более одних суток.

В последнюю очередь отключаются наиболее ответственные

потребители.

Автоматическая частотная разгрузка — дискретная си-

стема регулирования, отключающая потребителей ступе-

нями (или очередями). При снижении частоты на величину

Д/ срабатывает реле частоты, входящее в состав устройст-

ва АЧР, и отключает часть потребителей с мощностью ДР.

Система АЧР состоит из комплектов автоматики, установ-

ленных на энергетических объектах. В каждом комплекте

реле частоты имеет свою уставку по частоте, при которой

оно срабатывает и отключает часть линий, питающих по-

требителей; АЧР отключает потребителей так, чтобы час-

тота не снизилась ниже предельно допустимой по условиям

работы технологического оборудования электростанций ве-

личины 46 Гц.

4.2.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ТУРБИНЫ

Регулирование частоты в электрических системах тре-

бует изменения мощности, которую генераторы выдают

в сеть. Мощность генераторов в установившихся режимах

и ее изменения определяются мощностью турбин, которыми

эти генераторы приводятся во вращение. Поэтому, рассмат-

ривая возможности регулирования частоты в электриче-

ских системах, необходимо проанализировать характерис-

тики первичных двигателей — тепловых и гидравлических

турбин, определяющих изменение их мощности под дейст-

вием систем регулирования.

На рис.

4.1,

а изображена характеристика нерегулируе-

мой турбины, мощность которой неизменна, — это прямая,

параллельная вертикальной оси, P

i =

const.

Статические

характеристики нагрузок по частоте (см. § 2.3) — это кри-

вые 3, 1, 2, соответствующие нагрузкам Р

з<Рн1<Рн2- При

нагрузке P

i режим определяется пересечением характе-

§ 4.2 Регулирование

частоты

вращения турбины 157

ристики турбины и характеристики нагрузки 1, при этом

частота равна номинальной. При изменении нагрузки час-

тота в системе принимает новое, отличное от номинального

значение. Например, пересечение характеристик турбины

и нагрузки Рнг соответствует частоте /г, т. е. увеличение

Рис.

4.1. Характеристики регуляторов скорости турбины:

—

нерегулируемая турбина; б

—

астатическая характеристика; в

—

статическая

характеристика; г

—

вторичное регулирование частоты (АРЧ)

нагрузки от

PHI

до Р

2 приводит к уменьшению частоты от

jfHOM ДО f2-

Если турбина имеет автоматический регулятор скоро-

сти,

то он изменяет отпуск энергоносителя (пара или воды)

через турбину в зависимости от нагрузки. Регуляторы ско-

158 Рабочие режимы электроэнергетических

систем

Гл. 4

рости турбин оказывают стабилизирующее влияние на час-

тоту в системе и поэтому часто называются первичными

регуляторами

частоты.

Процесс изменения частоты под дей-

ствием этих регуляторов называются первичным регули-

рованием

частоты.

Регуляторы скорости турбины могут иметь астатиче-

скую или статическую (рис. 4.1,6 и в) характеристику.

При изменении электрической нагрузки под действием ре-

гулятора скорости либо восстановится номинальная часто-

та, либо установится некоторая новая частота, близкая

к /ном- В первом случае, когда после изменения нагрузки

и окончания переходного процесса регулятор восстанавли-

вает номинальную частоту, регулирование называется аста-

тическим (рис. 4.1,6). Если при изменении нагрузки и окон-

чания переходного процесса устанавливается новая, отлич-

ная от номинальной частота, то такое регулирование

называется статическим (рис,

4.1,

в).

Реальные регуляторы скорости имеют статическую ха-

рактеристику. Добиться астатической характеристики у ре-

гулятора практически очень трудно.

Для астатического регулирования, т. е. для дополни-

тельной корректировки частоты в системе, применяется так

называемое вторичное регулирование. В процессе вторич-

ного регулирования осуществляется изменение мощности,

развиваемой турбинами, в зависимости от частоты

переменного тока. Вторичное регулирование ведется

либо

автоматическими

регуляторами

частоты

(вторичными

регуляторами скорости), либо обслуживающим персона-

лом системы (вручную), который контролирует частоту по

показаниям приборов. В результате вторичного регулиро-

вания статическая характеристика турбины перемещается

параллельно самой себе до тех пор, пока частота не станет

номинальной (рис.

4.1,

г).

4.3.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЕ

Регулирование частоты в электроэнергетической систе-

ме осуществляют несколько электростанций. Для простоты

вначале рассмотрим энергосистему небольшой мощности,

в которой регулирует частоту только одна станция. Эта

станция, балансирующая по частоте, воспринимает на себя

§43 Регулирование

частоты

в энергосистеме 159

все изменения потребляемой мощности в системе. Она из-

меняет свою нагрузку на ту же величину, на которую из-

меняется суммарная потребляемая мощность системы. При

этом выполняется баланс активной мощности и мощность

остальных станций в системе неизменна.

На рис. 4.2, а изображены характеристики станции, ре-

гулирующей частоту (прямая с точками 1, 2 справа от

/( ,

" г

'---

/ном

^—'

ЕРп

» *

ЛРП,

Рс

Рсг

Pi p

Ъс

•fl

г ^^^^

—f^J&~

«£*

"^-**з

-г-

'ном

ос

«*,'

A &j

IP.' АР,

р.

Рис.

4 2 Регулирование частоты в энергосистеме:

а —одной электростанцией; б — двумя электростанциями

оси f), и остальных станций системы, которые частоту не

регулируют (прямая с точками 1\ 2' слева от оси f). При

суммарной потребляемой нагрузке 2Р

все станции систе-

мы работают при номинальной частоте f

\i. Станция, ре-

гулирующая частоту, имеет нагрузку Р\, нагрузка осталь-

ных станций системы равна Р

ь Уравнение баланса (4.1)

имеет следующий вид:

+ Р

= 2Р

. (4.4)

При увеличении суммарной потребляемой нагрузки на

величину ДР

частота в системе снижается до величины f\.