2. Расчеты основных рабочих режимов электропередачи
Рассматриваются следующие установившиеся режимы работы ЭП: нормальные режимы (наибольшей и наименьшей передаваемой мощности), а также наиболее тяжелый послеаварийный режим. Для указанных рабочих режимов выполняются расчеты по оптимизации режимных параметров при соблюдении всех режимно-технических ограничений. Целью расчётов являются:
- выбор экономически обоснованной установленной мощности компенсирующих устройств;
- обеспечение требований по регулированию напряжения у потребителей промежуточной подстанции.
Расчеты режимов проводятся с использованием схемы замещения электропередачи, в которую участки линий вводятся П-образными схемами замещения с учетом распределенности параметров. Все установленное силовое оборудование учитывается соответствующими схемами замещения.
В проектных расчетах режимов ВЛ СВН принимаются следующие допущения: распределение напряжения по длине линии считается соответствующим идеализированной ВЛ; активные сопротивления проводов вычисляются с введением поправки на среднемесячные температуры воздуха; потери мощности при коронировании проводов учитываются как сосредоточенные отборы мощности на концах участков электропередачи; потерями активной мощности намагничивания трансформаторов и шунтирующих реакторов пренебрегают.
2.1. Расчет режима наибольшей передаваемой мощности. Определение целесообразного перепада напряжения на концах головного участка электропередачи.
С целью уменьшения потерь активной мощности в рассматриваемом режиме желательным является обеспечение возможно более высоких значений напряжения в промежуточных и узловых точках электропередачи. Ограничением является длительно допустимое значение напряжения для проводов по условиям коронирования и наибольшее рабочее напряжение электрических аппаратов по условиям работы изоляции.
Задача расчетов режима наибольшей передаваемой мощности состоит в отыскании экономически целесообразного значения перепада напряжения для первого и второго участка ЭП. Такому перепаду соответствуют минимальные дисконтированные затраты, приведенные к первому году срока окупаемости. В затратах учитываются капитальные вложения в дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства (КУ), издержки на амортизацию, ремонт и обслуживание КУ, а также затраты на возмещение потерь электроэнергии при ее передаче потребителям и потерь в КУ.
Составляется схема замещения ЭП с использованием П-образных схем замещения линий (с учетом распределенности параметров линий) и соответствующих схем замещения силового оборудования.
Рис.2.1.1. Схема замещения ЭП.
Волновые параметры участков ЛЭП:
Волновое сопротивление первого участка реальной линии:
Коэффициент распространения электромагнитной волны первого участка:
Волновое сопротивление второго участка:
Коэффициент распространения электромагнитной волны второго участка:
Параметры четырехполюсника, эквивалентного половине линии:
Параметры четырехполюсника, эквивалентного УПК:
Параметры четырехполюсника, эквивалентного первому участку:
Параметры П-образной схемы замещения первого участка:
Параметры схемы замещения второго участка:
Поскольку
мощность, передаваемая по одной цепи
первого участка, почти равна натуральной,
то начальный расчет целесообразно
выполнять при повышенных значениях
напряжения по концам первого участка
-
.
В качестве примера проводится расчет режимных параметров для перепада между напряжениями по концам первого участка ЛЭП .
Принимается, что:
Активная
мощность в начале линии с учетом активной
проводимости
:
Угол между напряжениями по концам линии на первом участке:
По найденному значению угла находится реактивная мощность в начале линии (до продольного сопротивления и после учета эквивалентной зарядной мощности):
Реактивная мощность в начале линии:
Потери мощности в продольном сопротивлении первого участка:
Полная мощность после продольного сопротивления участка:
Полная мощность в конце линии с учетом зарядной мощности и активной проводимости:
Активная мощность в начале второго участка ЛЭП с учетом отбора мощности на промежуточной ПС:
Далее аналогично рассчитываются параметры режима на втором участке:
Мощность, протекающая по обмотке высшего напряжения АТ на промежуточной ПС:
Потери реактивной мощности в обмотке высшего напряжения АТ:
Напряжение в фиктивной средней точке АТ:
Мощность, протекающая через обмотку СН:
Потери реактивной мощности в обмотке среднего напряжения АТ равны 0 т.к. Хнн=0.
Таким образом, БСК, установленные на стороне 330 кВ промежуточной подстанции, при принятом перепаде напряжений должны выдавать:
Определяется значение реактивной мощности, требуемой системе в таком режиме:
Затраты на установку БК:
Потери
активной мощности в БК составляют 0,3%
от его установленной мощности.
Принимается
.
Приведенные затраты, требуемые для установки необходимого количества БСК с целью поддержания заданного перепада напряжения на первом участке электропередачи:
Далее,
пользуясь методом систематизированного
подбора, напряжение снижается ступенями
по 5 кВ, и для каждой ступени находятся
приведенные затраты. Одновременно
строится зависимость
.
Результаты расчетов сведены в таблицы
2.1.1
2.1.3.
Таблица 2.1.1. Результаты расчетов параметров режима для первого участка ЛЭП.
|
1 |
1,01 |
1,019 |
1,029 |
1,04 |
1,05 |
1,061 |
1,071 |
1,082 |
1,094 |
|
525 |
520 |
515 |
510 |
505 |
500 |
495 |
490 |
485 |
480 |
|
10.632 |
10.651 |
10.671 |
10.691 |
10.711 |
10.732 |
10.753 |
10.775 |
10.797 |
10.819 |
|
-162.295 |
-18.1 |
126.096 |
270.295 |
414.495 |
558.697 |
702.901 |
847.107 |
991.314 |
1135.525 |
|
-901.436 |
-757.242 |
-613.045 |
-468.847 |
-324.647 |
-180.445 |
-36.241 |
107.965 |
252.173 |
396.383 |
|
77.9955+ 513.6355i |
77.7374+ 511.9359i |
77.8919+ 512.9534i |
78.459+ 516.6882i |
79.4387+ 523.1403i |
80.8311+ 532.3098i |
82.6362+ 544.1969i |
84.8539+ 558.8016i |
87.4843+ 576.1242i |
90.5275+ 596.1646i |
|
2721.0503-675.9305i |
2721.3084-530.0361i |
2721.1538-386.8571i |
2720.5867-246.3936i |
2719.607-108.6455i |
2718.2146+26.3869i |
2716.4095+158.7037i |
2714.1918+288.3049i |
2711.5614+415.1903i |
2708.5182+539.3599i |
|
2720.096+63.211i |
2720.3722+195.0935i |
2720.2356+324.3948i |
2719.6862+451.1146i |
2718.724+ 575.2531i |
2717.349+ 696.81i |
2715.5612+815.7854i |
2713.3605+932.1792i |
2710.747+ 1045.9914i |
2707.7206+1157.2219i |
Таблица 2.1.2. Результаты расчетов параметров режима для второго участка ЛЭП.
|
1,05 |
1,04 |
1,03 |
1,02 |
1,01 |
1 |
0,99 |
0,98 |
0,97 |
0,96 |
|
525 |
520 |
515 |
510 |
505 |
500 |
495 |
490 |
485 |
480 |
|
17.3465 |
17.5553 |
17.7644 |
17.9738 |
18.1835 |
18.3936 |
18.6039 |
18.8146 |
19.0256 |
19.237 |
|
590.1474 |
516.3445 |
443.9581 |
372.9854 |
303.424 |
235.2713 |
168.5248 |
103.1819 |
39.24 |
-23.3034 |
|
357.9418 |
288.5409 |
220.5142 |
153.8591 |
88.5733 |
24.654 |
-37.9012 |
-99.095 |
-158.9298 |
-217.4083 |
|
41.1229+ 705.3415i |
41.3174+ 708.6784i |
41.5899+ 713.3511i |
41.9399+ 719.3546i |
42.3672+ 726.6837i |
42.8715+ 735.3334i |
43.4525+ 745.2987i |
44.1099+ 756.5743i |
44.8434+769.1552i |
45.6526+ 783.0362i |
|
2253.9059-115.1941i |
2253.9888-192.3339i |
2253.581-269.3931i |
2252.6829-346.3692i |
2251.2946-423.2598i |
2249.4166-500.0622i |
2247.049-576.7739i |
2244.1921-653.3924i |
2240.846-729.9152i |
2237.0117-806.3396i |
|
2253.8449+95.4232i |
2253.9278+18.2834i |
2253.52-58.7758i |
2252.6219-135.7519i |
2251.2336-212.6424i |
2249.3556-289.4448i |
2246.988-366.1566i |
2244.1311-442.7751i |
2240.785-519.2979i |
2236.9507-595.7223i |
Таблица 2.1.3. Результаты расчетов параметров режима для промежуточной ПС.
|
1 |
1,01 |
1,019 |
1,029 |
1,04 |
1,05 |
1,061 |
1,071 |
1,082 |
1,094 |
|
525 |
520 |
515 |
510 |
505 |
500 |
495 |
490 |
485 |
480 |
|
-299.24 |
-97.956 |
99.372 |
292.746 |
482.171 |
667.647 |
849.178 |
1026.765 |
1200.412 |
1370.121 |
|
12.677 |
9.098 |
9.289 |
13.243 |
20.951 |
32.405 |
47.597 |
66.518 |
89.161 |
115.516 |
|
532.347 |
522.413 |
512.483 |
502.556 |
492.634 |
482.715 |
472.799 |
462.888 |
452.981 |
443.078 |
|
-330.022 |
-125.16 |
71.977 |
261.399 |
443.115 |
617.137 |
783.476 |
942.142 |
1093.146 |
1236.5 |
|
492.966 |
288.104 |
90.967 |
-98.454 |
-280.171 |
-454.193 |
-620.532 |
-779.198 |
-930.202 |
-1073.556 |
З, тыс.руб/год |
2056207.851 |
2011188.104 |
1975547.443 |
2015667.811 |
2121298.044 |
2231098.195 |
2345068.471 |
2463209.126 |
2585520.46 |
2712002.823 |
Строится зависимость З=f(k), по которой определяется целесообразное значение перепада (рис.15).
З(k), млн.руб
Рис.2.1.2. Зависимость дисконтированных затрат от значения перепада напряжения
Наиболее
выгодным вариантом будет тот, в котором
мощность БК подстанции будет минимальна.
Это возможно при перепаде
.
Тогда напряжение на шинах ВН ПС составляет
515 кВ. Результаты расчетов параметров
режима для данного перепада приведены
в табл.2.1.4.
Таблица 2.1.4. Параметры режима для перепада k = 1,008.
|
1,02 |
|
515 |
|
10.671 |
|
126.096 |
|
-613.045 |
|
77.892+ 512.953i |
|
2721.154-386.857i |
|
2720.235+324.395i |
|
17.764 |
|
443.958 |
|
220.514 |
|
41.589+ 713.351i |
|
2253.581-269.393i |
|
2253.52-58.776i |
|
99.372 |
|
9.289 |
|
512.483 |
|
71.977 |
|
0 |
|
90.967 |
На подстанции необходима выработать реактивную мощность в размере 90,967 Мвар.
На промежуточной ПС на напряжение 330 кВ устанавливаем ИРМ-330/90/180 и доставляем БСК, которые подключаем к компенсационной обмотке 10 кВ. Мощность каждой БСК 12 Мвар, поэтому необходимо установить 8 штук.
Приемной системе необходима реактивная мощность в размере 1150,205 Мвар.
На приемном конце системы также устанавливаем ИРМ-330/90/180 и доставляем БСК, которые подключаем к компенсационной обмотке 10 кВ. Мощность каждой БСК 12 Мвар, поэтому необходимо установить 96 штук.
Необходимо произвести регулирование уровней напряжения на шинах среднего напряжения промежуточной подстанции.
Желаемое напряжение на шинах среднего напряжения:
Величина напряжения между соседними ответвлениями (РПН ±12% 6 ступеней):
Желаемое число ответвлений:
Действительное значение напряжения на шинах СН:
Определяется
загрузка генераторов станции реактивной
мощностью. Потери холостого хода у
выбранного типа трансформаторов
электростанции составляют
.
Нагрузочные потери полной мощности в одном трансформаторе электростанции:
Значение полной мощности, требуемое от генераторов:
По Методическим указаниям ФСК, потребление реактивной мощности генераторами в нормальном режиме работы недопустимо, то необходимо установить 3 группы однофазных реакторов РОДЦ-60000/525.
От одного генератора:
Видно,
что генераторы выдают мощность с высоким
коэффициентом
,
работая в положительном квадранте
реактивной мощности (режим генерации).
На первом участке электропередачи передается мощность почти равна натуральной. Необходимо проверить, не превышает ли напряжение в линии длительно-допустимое.
Условно разделим первую линию на два участка: до УПК и после.
Эпюру напряжения для первого участка построим по данным начала линии, а для второго – по данным конца.
Для первого участка:
Наибольшая передаваемая мощность в начале первого участка:
Реактивная мощность в начале первого участка:
Строится эпюра напряжения вдоль первого участка по данным начала линии:
Для второго участка:
Наибольшая передаваемая мощность в конце первого участка:
Реактивная мощность в конце первого участка:
Строится эпюра напряжения вдоль второго участка:
Рис.2.1.3. Распределение напряжения на первом участке в режиме НБ.
Напряжение на первом участке на выходе УПК не превышает допустимого значения.
Построим эпюру распределения напряжения по второй линии.
Наибольшая передаваемая мощность в начале второй линии:
Реактивная мощность в начале второй линии:
Строится эпюра напряжения вдоль первого участка по данным начала линии:
Вывод: проведенный расчет позволил определить оптимальный перепад напряжения для режима наибольших нагрузок, при котором:
обеспечивается эффективное расходование средств на установку КУ;
диапазон регулирования напряжения на шинах СН промежуточной ПС позволяет реализовать желаемый уровень напряжения;
генераторы станции работают с высоким коэффициентом мощности.