4.2. Расчет установившихся режимов электрической системы и выбор устройств регулирования напряжения

Целью расчета установившихся режимов (электрического расчета) ЭС является определение параметров режима ветвей и узлов: потоков активной и реактивной мощностей по ветвям ЭС, потерь активной и реактивной мощностей в каждом элементе и по ЭС в целом, модулей и фаз напряжений в узлах ЭС в основных нормальных (максимальном и минимальном) и послеаварийном режимах. Эти данные используют для установления приемлемости режимов по техническим и экономическим условиям, решения вопросов о регулировании напряжения с целью обеспечения заданных (или допустимых) уровней напряжения на шинах подстанций и выяснения возможностей дальнейшего повышения экономичности работы ЭС.

4.2.1. Составление схемы замещения

Расчету установившихся режимов ЭС предшествует составление ее расчетной схемы замещения. Эту схему получают в результате объединения схем замещения отдельных элементов ЭС в соответствии с принципиальной схемой электрических соединений.

Для составления схемы замещения ЭС необходимо выбрать схему замещения каждого элемента системы и рассчитать ее параметры.

Все параметры схемы замещения ЭС необходимо вычислять в именованных единицах по усредненным погонным (на единицу длины) данным: – для воздушных линий и паспортным данным;– для трансформаторов и автотрансформаторов.

В качестве схемы замещения воздушных линий предпочтительна П-образная схема замещения с сосредоточенным сопротивлением

(4.47)

и разнесенной по концам проводимостью линии

. (4.48)

При нескольких параллельно включенных однотипных линиях n_wэквивалентные параметры П - образной схемы замещения определяют по формулам:

; (4.49)

. (4.50)

Емкостную проводимость В_wможно не вычислять, учитывая влияние зарядной мощности линий 110 кВ и выше эквивалентной генерацией реактивной мощности по концам линии

,. (4.51)

Активная проводимость , обусловленная коронированием, может быть приближенно оценена по средним погонным потерям мощности. Учет активной проводимости необходим для линий 220 кВ и выше в расчётах, требующих вычисления потерь электроэнергии, например, при определении экономической эффективности вариантов ЭС, установки средств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения, изменения режимов их работы. При этом потери на коронирование учитывают активной нагрузкой по концам замещаемой линии

,. (4.52)

Однако потери на коронирование даже для таких линий практически не влияют на потокораспределение и потери напряжения в ЭС.

Для увеличения пропускной способности воздушных линий 220 кВ и выше и снижения потерь на коронирование расщепляют фазные провода. При расщеплении фазы на n_ппроводов погонные параметры определяют по выражениям:

; (4.53)

; (4.54)

, (4.55)

где – погонное активное сопротивление одного провода фазы;– среднегеометрическое расстояние между проводами различных фаз;– эквивалентный радиус расщепленной фазы;– среднее геометрическое расстояние между проводами одной фазы.

При одном проводнике в фазе радиус равен действительному радиусупровода.

Расчётные данные воздушных линий 35 – 750 кВ приведены, например, в [2, табл. 7.2–7.4] и в [3, табл. 7.32–7.36].

Трансформаторы при расчётах режима ЭС чаще всего представляют в виде Г-образных схем замещения: однолучевой – для двухобмоточных и трехлучевой – для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов [3, 4]. При параллельном включении n_тоднотипных двухобмоточных трансформаторов параметры Г-образной схемы замещения определяют по следующим формулам:

; (4.56)

. (4.57)

В задаче удобнее использовать схему замещения с учетом проводимости в виде эквивалентной нагрузкипри холостом ходе трансформатора:

, (4.58)

подключаемой со стороны тех зажимов, к которым подводят напряжение.

Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов параметры определяют по тем же формулам, что и для двухобмоточного трансформатора. Проводимостьможно также учитывать мощностью холостого хода.

В общем случае расчётные параметры трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов инаходят для каждого луча схемы замещения (ВН, СН, НН) по однотипным формулам:

;

; (4.59)

;

;

; (4.60)

.

Для определения в каталогах на трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы всегда указаны три номинальных величины напряжения короткого замыкания на каждую пару обмоток () и одно (или) или три значения потерь короткого замыкания () в зависимости от типа трансформаторов и автотрансформаторов.

Отечественные трехобмоточные трансформаторы в целях унификации в последнее время изготавливают с обмотками одинаковой мощности (соотношение ). При этом задают потери короткого замыкания на одну пару обмоток ().

Активные сопротивления лучей схемы замещения в этом случае вычисляют по формуле

. (4.61)

Если в трехобмоточном трансформаторе одна из обмоток имеет мощность меньше номинальной (соотношение или), то активные сопротивления лучей схемы замещения для обмоток с номинальной мощностью вычисляют аналогично предыдущему случаю.

(4.62)

или

. (4.63)

Величину активного сопротивления луча схемы замещения соответствующей обмотки с меньшей номинальной мощностью, приведенную к номинальной мощности трансформатора, находят, учитывая обратную пропорциональность сопротивлений и мощности обмоток:

(4.64)

или

. (4.65)

Для автотрансформаторов задают потери короткого замыкания на три пары обмоток () или на одну пару. При этом величины, отнесенные к номинальной мощностиобмотки НН, необходимо пересчитать к номинальной мощности автотрансформаторачерез коэффициент приведения:

;. (4.66)

После этого расчёт активных сопротивлений автотрансформатора в первом случае выполняют по (4.54), предварительно определив по (4.59) потери короткого замыкания соответствующих обмоток, во втором случае, если заданы величины , по (4.62) и (4.64); задав потери короткого замыкания, учитывая, что

(4.67)

определяют сопротивление автотрансформатора по формулам:

;. (4.68)

Реактивные сопротивления лучей схемы замещения трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов вычисляют с помощью соответствующих выражений (4.60) и (4.56). При этом для автотрансформатора значениянеобходимо привести к номинальной мощности автотрансформатора:

;. (4.69)

В технических справочниках (в том числе и в [2, 3]) иногда дают уже приведенные значения , которые непосредственно подставляют в формулы (4.60).

Являются ли значения приведенными, можно выяснить, вычислив по (4.60) для одного из автотрансформаторов значения . Если одно из них (например,) будет нулевым или близким к нулю, то табличные данные автотрансформатора уже приведены к мощности.

Параметры схемы замещения двухобмоточных трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения НН зависят от исполнения трансформатора. Для трехфазных трансформаторов, составленных из однофазных групп с расщепленными обмотками НН, мощность каждой из обмоток НН-1 и НН-2 принимают равной 50 % номинальной мощности трансформатора. В соответствии с чем для схемы замещения, представляющей трехлучевую звезду, записывают

;;, (4.70)

где – междуобмоточные (сквозные) сопротивления. Определяют его аналогично двухобмоточным трансформаторам по формуле (4.56). В трехфазных трансформаторах с общим для всех магнитопроводом степень магнитной связи заметно отлична от однофазных. В этом случае

;;. (4.71)

При параллельном соединении ветвей НН - 1 и НН - 2 трансформатор с расщепленными обмотками эквивалентен обычному двухобмоточному.

Основные параметры трансформаторов и автотрансформаторов 35 – 750 кВ, в том числе искомые значения активных и реактивных сопротивлений обмоток, вычисленные одним из указанных выше способов, даны, например, в [2, табл. 6.9–6.20] и в [3, табл. 3.5–3.10]. Причем сопротивления приведены к стороне ВН по среднеэксплуатационному напряжению (1,05). Перестановка ответвлений трансформаторов и автотрансформаторов, влияние температуры окружающего воздуха и нагрузки на параметрыв расчётах не учитывают.