3 Расчет потерь мощности в трансформаторах

Потери активной мощности в трансформаторах определяются по формуле (11), кВт:

(11)

реактивной, квар:

(12)

где – количество установленных трансформаторов;

и – потери холостого хода и короткого замыкания, кВт;

– ток холостого хода, %;

U_к – напряжение короткого замыкания, %;

– мощность нагрузки трансформаторной подстанции, кВ·А;

– номинальная мощность трансформатора, кВ·А.

Расчет потерь мощности в трансформатор ТП-1:

реактивной, квар:

Расчет потерь мощности в трансформатор ТП-2:

Расчет потерь мощности в трансформатор ТП-3:

Таблица 4 - потерь мощности в трансформаторах

Подстанция	Тип трансформатора	ΔPтр ,кВт	ΔQтр, квар
ТП1	ТМ-400/10	3,82	15,63
ТП2	ТМ-400/10	6,63	24,18
ТП3	ТМ-400/10	4,1	20,44

4 Электрический расчет сети напряжением 10 кВ.

4.1 Электрический расчет схемы одностороннего питания сети напряжением 10 кВ

Рисунок - 2. Расчетная схема одностороннего питания сети 10 кВ

Суммарная активная мощность, передаваемая по i-му участку сети, определяется по формуле:

S_Σi = P_Σi + j Q_Σi (13)

где P_Σi и Q_Σi – суммарные активная и реактивная мощности, протекающие по i-му участку.

Например, для участка длиной l₁ суммарную передаваемую активную и реактивную мощности можно определить по формулам:

P_Σ1= P_ТП1+ P_ТП2 + P_ТП3 + ΔP_тр1 + ΔP_тр2 + ΔP_тр3; (14)

Q_Σ1= Q_ТП1+ Q_ТП2 + Q_ТП3 + ΔQ_тр1 + ΔQ_тр2 + ΔQ_тр3. (15)

Аналогично определяются суммарные активные P_Σ2, P_Σ3 и реактивные Q_Σ2, Q_Σ3 мощности.

Величины ΔP_тр1 – ΔP_тр3 и ΔQ_тр1 – ΔQ_тр3 рассчитаны, а P_ТП1 и P_ТП2 заданы в исходных данных (таблица 1), P_ТП3 рассчитана в разделе 2.2.

Для участка l₁:

P_Σ1=235+330+566,3+3,82+6,63+4,1=1145,85 кВт

Q_Σ1=163,8+221,76+350,96+15,63+24,18+20,44=796,77 квар

Для участка l₂:

P_Σ2=330+566,3+6,63+4,1=907,03 кВт

Q_Σ2=221,76+350,96+24,18+20,44=617,34 квар

Для участка l₃:

P_Σ3=566,3+4,1=570,4 кВт

Q_Σ3=350,96+20,44=371,4 квар

Определим суммарную активную мощность, передаваемая по i-му участку сети:

S_Σ1=1145,85+796,77j=

S_Σ2=907,03+617,34j=

S_Σ3=570,4+371,4j=

Определяются нагрузки подстанций S_ТП1 – S_ТП3 и потери мощности ΔS_ТП1 – ΔS_ТП3 в трансформаторах подстанции:

S_ТПi = P_ТПi + j Q_ТПi; (16)

ΔS_ТПi = P_трi + j Q_трi. (17)

S_ТП1=P_ТП1+jQ_ТП1=235+163,8j=

S_ТП2=P_ТП2+jQ_ТП2=330+221,76j=

S_ТП3=P_ТП3+jQ_ТП3=566,3+350,096j=

ΔS_ТП1 = P_тр1 + j Q_тр1=3,82+15,63j=

ΔS_ТП2 = P_тр2 + j Q_тр2=6,63+24,18j=

ΔS_ТП3 = P_тр3 + j Q_тр3=4,1+20,44j=

Зная суммарную мощность и номинальное напряжение сети, принимаемое равным 10 кВ, определяются токи I₁ – I₃, протекающие по участкам, по формуле 16:

(16)

Экономическая площадь сечения провода определяется по формуле, мм²:

(17)

где I_экв – эквивалентный расчетный ток, А.

Эквивалентный расчетный ток находят по формуле, А:

(18)

мм²

Выбираем провод марки АС-70: r₀=0,46 Ом/км, x₀=0,382 Ом/км, I_доп=265 А

Потери напряжения до наиболее удаленной точки сети определяются как сумма потерь напряжения на всех участках, В:

, (19)

где – потери напряжения на i-м участке, В,

. (20)

Потери напряжения до наиболее удаленной точки сети, полученные по формуле (19), сравнивают с допустимыми:

ΔU ≤ ΔU_доп.

В нормальном режиме

468,95 В ≤ 800 В

В аварийном режиме

937,92 В ≤ 1200 В

В связи с тем, что режим работы сетей, а также их нагрузок, постоянно меняется, – меняется и напряжение у приемников электроэнергии. Плавные длительные изменения называют установившимся отклонением напряжения. Эту величину определяют как разность между напряжением на зажимах электроприемников и их номинальным напряжением, %:

(21)

Отклонение напряжения на шинах наиболее удаленной подстанции (ТП3) рассчитывают для двух режимов: для максимальной и минимальной нагрузки. Для этого необходимо по заданному отклонению напряжения найти напряжение на шинах ГПП для обоих режимов по формулам, кВ:

(22)

(23)

Напряжение на шинах наиболее удаленной подстанции в обоих режимах определяется по формуле:

Отклонение напряжения на шинах наиболее удаленного потребителя, полученное по формуле (21), сравнивают с допустимым

δU_max(min) ≤ δU_доп

1,68% ≤ 5%

1,34% ≤ 5%

4.2 Электрический расчет схемы двухстороннего питания сети напряжением 10 кВ

Рисунок - 3. Расчетная схема двухстороннего питания сети 10 кВ

Расстояние от ГПП до ТП3 определяется по формуле, км:

(24)

Схема разбивается по источнику питания ГПП, в результате чего получается схема двухстороннего питания с условными источниками 1 и 2

Рисунок - 4. Схема двухстороннего питания с условными источниками 1 и 2

Распределение мощностей между источниками 1 и 2 при прочих равных условиях обратно пропорционально зависит от расстояния между подстанциями и этими источниками. Мощности, потребляемые нагрузкой от условных источников 1 и 2, можно определить по формулам:

где P_ТП1 – P_ТП3, Q_ТП1 – Q_{ТП 3} – мощности, потребляемые первой – третьей подстанциями, с учетом потерь в трансформаторах.

Если мощности, потребляемые нагрузкой от условных источников, определены правильно, то должны выполняться условия:

688,64+457,18=238,82+336,63+570,4

1145,82=1145,82

478,65+309,75=179,43+245,94+371,4

796,4=796,4

Точка потокораздела активной мощности определяется следующим образом: из мощности P₁ вычитается сначала мощность P_ТП1 подстанции ТП1, затем – сумма мощностей (P_ТП1+P_ТП2) подстанций ТП1 и ТП2 и т. д. до тех пор, пока разность не получится отрицательной. У подстанции, разность мощностей которой будет отрицательной, и будет находиться точка раздела потоков активной мощности.

688,64-238,82=449,82

688,64-(238,82+336,63)=113,19

688,64-(238,82+336,63+570,4)=--457,21

Точка потокораздела активной мощности находится у подстанции ТП3

Точка раздела реактивной мощности определяется аналогично.

486,65-179,43=307,22

486,65-(179,43+245,94)=61,28

486,65-(179,43+245,94+371,4)=--310,12

Точка потокораздела реактивной мощности находится у подстанции ТП3

Рисунок 5.-Расчетная схема с точкой раздела потоков активной мощности у подстанции ТП3

Для определения сечения проводов необходимо рассчитать эквивалентные токи для двух схем по формуле (18) и выбрать максимальный. Рассчитать суммарные мощности S_Σ1 – S_Σ3 и токи I₁ – I₃ .

_{Эквивалентный ток для схемы одностороннего питания 1-ТП3}

_{Эквивалентный ток для схемы одностороннего питания ТП3-2}

.

P_Σ4=570,4кВт

Q_Σ4=371,4 квар

Экономическое сечение провода определяется по формуле (17), выбирается провод ближайшего большего сечения с соответствующими параметрами, и выполняется проверка провода по потере напряжения для каждой из схем в нормальном режиме работы, исходя из того, что потери напряжения до наиболее удаленной точки сети определяются как сумма потерь напряжения на всех участках

мм²

Выбираем провод марки АС-70: r₀=0,46 Ом/км, x₀=0,382 Ом/км, I_доп=265 А

468,5 В ≤ 800 В

5 Расчет потерь электрической энергии в элементах сети.

Потери электроэнергии в сети напряжением 10 кВ системы одно- и двухстороннего питания.

Потери электроэнергии в различных элементах сети пропорциональны квадрату тока (или мощности), протекающего через эти элементы, а также сопротивлению элементов. В линии, выполненной из проводов одинакового сечения по всей длине, потери электроэнергии, кВт·ч,

где τ_i – время максимальных потерь электрической энергии для участка с номером i или условное время, в течение которого в линии, работающей с максимальной нагрузкой, выделяются те же потери энергии, как и при работе по действительному графику I(t) за год.

принять τ_i одинаковым для всех участков.

Время максимальных потерь можно найти по эмпирической формуле, ч:

.

Потери электроэнергии в трансформаторах подстанций определяются потерями холостого хода и короткого замыкания по формуле, кВт·ч:

где t – время, в течение которого трансформатор находится в работе (принять t равным 8760 ч).

Суммарные потери в сети 10 кВ для вариантов одно- и двухстороннего питания, кВт·ч,

.