ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫИ СЕТИ
ОТЧЁТ
о работе №6
РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СЕТЯХ
Бригада №3
| Выполнил: студент группы ЭЭ-21-11 |
| Федоров Алексей Владимирович |
| Проверил: доцент,к.т.н., Осипенко Г.А. |
Чебоксары
Цель работы: изучение методов, способов и средств регулирования напряжения, обеспечение заданного режима напряжения двух различных узлов электроэнергетической системы.
Исходные данные: Длина линии: 
. Марка провода: АС120/19. Среднегеометрическое расстояние между проводами фаз 3,5 м. Тип трансформатора: ТДН-16000/110. Нагрузка в узле 1: 
. Желаемые напряжения в узле 1: В основном режиме – 10,7 кВ, в утяжелённом – 9,7 кВ. Напряжение в узле 3 
Повышение напряжения в узле 2: 0,7 %.
Рисунок 1 – Схема исследуемой электрической сети
Подготовка к работе:
1. Вопрос: Записать формулы для расчёта падения и потери напряжения в элементах электрических сетей? Начертить качественно векторную диаграмму напряжений и токов рабочего режима исследуемой электрической сети.
Падение и потери напряжения в ЛЭП вычисляется по формулам:
Падение и потери напряжения в трансформаторах вычисляется по формулам:
Рисунок 2 – Векторная диаграмма напряжений и токов рабочего режима исследуемой электрической сети
2. Вопрос: Перечислить основные способы, методы и средства регулирования напряжения, применяемые в электрическое системы?
Способы регулирования напряжения:
1. Изменение тока возбуждения генератора;
2. Уменьшение потерь напряжения:
3. Поперечная компенсация реактивной мощности;
4. Продольная компенсация реактивного сопротивления;
5. Изменение коэффициента трансформации силовых трансформаторов, автотрансформаторов, последовательных регулируемых трансформаторов.
|
|
Методы регулирования напряжения:
1. Местное:
· Групповое – осуществляется для групп потребителей;
· Индивидуальное – осуществляется в основном в специальных целях.
·
2. Централизованное:
· Стабилизация напряжения, применяется для потребителей с практически неизменной нагрузкой, где уровень напряжения необходимо поддерживать постоянным;
· Ступенчатое регулирование напряжения, применяется для потребителей с ярко выраженным различием в нагрузке (работа предприятия в одну смену);
· Встречное регулирование напряжения, применяется для переменной в течение суток нагрузки.
Средства регулирования напряжения:
1. Генераторы с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ);
2. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы общего назначения с регулированием коэффициента трансформации под нагрузкой (РПН);
3. Линейные регулировочные трансформаторы (ЛР);
4. Последовательные регулировочные трансформаторы (ПРТ);
5. Компенсирующие устройства:
· Конденсаторные шунтовые батареи (КШБ);
· Синхронные компенсаторы (СК);
· Статические теристорные компенсаторы (СТК);
· Шунтовые реакторы (ШР);
· Установки продольной компенсации (УПК).
3. Вопрос: Какова цель расчёта требуемых ответвлений силовых трансформаторов? Написать формулу для расчёта номера регулировочного ответвления, обеспечивающего желаемое напряжение на шинах НН трансформаторной ПС.
Целью расчёта требуемых ответвлений силовых трансформаторов является обеспечение желаемого напряжения на шинах НН в режиме наибольших нагрузок.
|
|
Желаемое напряжение определяется по формуле:
где 
рассчитанное напряжение на шинах НН трансформатора, приведенное к классу ВН по значению номинального коэффициента трансформации; 
- желаемое напряжение на шинах НН.
Требуемый номер регулировочного ответвления:
где 
– относительное значение напряжения ступени регулирования.
4. Вопрос: Пояснить аналитически регулирование напряжения изменением потери напряжения в электрической сети при подключении КШБ и УПК?
КШБ, подключённые параллельно к сети, обеспечивают поперечную компенсацию. В этом случае БК, генерируя реактивную мощность, повышает коэффициент активной мощности сети и одновременно регулирует напряжение, поскольку уменьшаются потери напряжения в сети.
При включении УПК уменьшается реактивное сопротивление сети. Результирующее реактивное сопротивление сети будет складываться из реактивного сопротивления провода и ёмкостного сопротивления УПК, из чего следует, что реактивное сопротивление будет меньше исходного, соответственно будут меньше потери напряжения.
5. Вопрос: Написать формулу для расчёта потребной мощности КШБ для поперечной компенсации с целью достижения желаемого напряжения в узле нагрузки 1.
где 
– желаемое напряжение на шинах НН трансформаторной подстанции, приведенное к классу ВН исследуемой электрической сети по номинальному коэффициенту трансформации, 
– реактивное сопротивление исследуемой сети.
6. Вопрос: Написать формулу для расчёта потребного сопротивления УПК для продольной компенсации с целью достижения желаемого напряжения в узле 2.
|
|
где 
– реактивная мощность в начале ЛЭП.
Расчёт параметров схемы замещения исследуемой электрической сети:
1) Для линий 
Каталожные данные провода марки АС240/19: 
; 
.
Для эквивалентной схемы замещения 2-х цепной линии:
2) Для трансформатор типа ТДН 16000/110:
Таблица 1 – Каталожные данные трансформатора типа ТДН–16000/110
| 
| 
| 
| 
| 
| Пределы регулирования |
| 10,5 | 0,7 | 
|
Для двух параллельно включенных трансформаторов типа ТДН–16000/110:
3) Реактивная мощность нагрузки:
Схема замещения исследуемой электрической сети представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Схема замещения исследуемой электрической сети
Расчётная схема основного режима исследуемой сети представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Расчётная схема замещения исследуемой электрической сети в нормальном режиме
Расчётная схема утяжелённого режима представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Расчётная схема замещения исследуемой электрической сети в утяжелённом режиме
Таблица 2 – Значения сопротивлений обмоток и коэффициентов трансформации трансформатора при различных положениях переключателя устройства РПН
| Напряжение ответвления, кВ | Номер регулировочного ответвления, n | Положение переключателя, N | Коэффициенты трансформации | Сопротивление обмоток | ||
| абс | отн | r, Ом | x, Ом | |||
| 133,423 | I | 18,423 | 12,129 | 5,911 | 116,824 | |
| 131,376 | II | 16,376 | 11,943 | 5,731 | 113,266 | |
| 129,329 | III | 14,329 | 11,757 | 5,554 | 109,764 | |
| 127,282 | IV | 12,282 | 11,571 | 5,379 | 106,317 | |
| 125,235 | V | 10,235 | 11,385 | 5,208 | 102,925 | |
| 123,188 | VI | 8,188 | 11,199 | 5,039 | 99,588 | |
| 121,141 | VII | 6,141 | 11,013 | 4,873 | 96,306 | |
| 119,094 | VIII | 4,094 | 10,827 | 4,709 | 93,078 | |
| 117,047 | IX | 2,047 | 10,641 | 4,549 | 89,906 | |
| 115,000 | X | 0,000 | 10,455 | 4,391 | 86,789 | |
| 112,953 | -1 | XI | -2,047 | 10,268 | 4,236 | 83,727 |
| 110,906 | -2 | XII | -4,094 | 10,082 | 4,084 | 80,720 |
| 108,859 | -3 | XIII | -6,141 | 9,896 | 3,935 | 77,767 |
| 106,812 | -4 | XIV | -8,188 | 9,710 | 3,788 | 74,870 |
| 104,765 | -5 | XV | -10,235 | 9,524 | 3,644 | 72,028 |
| 102,718 | -6 | XVI | -12,282 | 9,338 | 3,503 | 69,241 |
| 100,671 | -7 | XVII | -14,329 | 9,152 | 3,365 | 66,509 |
| 98,624 | -8 | XVIII | -16,376 | 8,966 | 3,230 | 63,831 |
| 96,577 | -9 | XIX | -18,423 | 8,780 | 3,097 | 61,209 |
Исходные данные к расчёту основного нормального режима на ПК представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Исходные данные к расчёту основного нормального режима
| Ветви | Узлы |  , В
| Точность | ||
| 118.800 | 0.001 | ||||
| Ветвь |  , Ом
|  , Ом
|  , Ом
| ||
| конец | начало | ||||
| 6,225 | 10,455 | 1.000 | |||
| 2,466 | 43,395 | 10,455 | |||
| Узел | 
| 
| |||
| -20,000 | -15,000 | ||||
| -0,038 | 1,498 | ||||
Исходные данные к расчёту утяжелённого режима на ПК представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Исходные данные к расчёту утяжелённого режима
| Ветви | Узлы | , В
| Точность | ||
| 118.800 | 0.001 | ||||
| Ветвь | , Ом
| , Ом
| , Ом
| ||
| конец | начало | ||||
| 12,450 | 20,050 | 1.000 | |||
| 4,391 | 86,789 | 10,455 | |||
| Узел |
|
| |||
| -20,000 | -15,000 | ||||
| -0,019 | 0,749 | ||||
Результаты расчёта основного нормального режима сети записаны в таблицах 5.1 – 5.3.
Таблица 5.1 – Мощности и напряжения в узлах в нормальном режиме
| Номер узла | Активнаямощн. узла, 
| Реактивнаямощн. узла, 
| Действит. часть напр., 
| Мним.часть напр.,
| Действующ. значение напр., 
|
| -20,000 | -15,000 | 10,470 | -0,7803 | 10,500 | |
| -0,380e-1 | 1,498 | 116,400 | -1,139 | 116,400 |
Таблица 5.2 – Мощности и потери мощностей в ветвях в нормальном режиме
| Ветвь,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Потери активной мощн., 
| Потери реактивной мощн.,
|
| 
| |||||
| 3-2 | -19,950 | -15,550 | 20,250 | 16,040 | 0,2942 | 0,4844 |
| 1-2 | -19,790 | -14,840 | 19,910 | 17,050 | 0,1251 | 2,202 |
Таблица 5.3 – Суммарные нагрузочные потери мощности в электропередаче в нормальном режиме
| Суммарные потери активной мощности,
| Суммарные потери реактивной мощности,
|
| 0,4193 | 2,686 |
Результаты расчёта утяжелённого режима сети записаны в таблицах 5.1 – 5.3.
Таблица 5.1 – Мощности и напряжения в узлах в утяжелённом режиме
| Номер узла | Активнаямощн. узла,
| Реактивнаямощн. узла,
| Действит. часть напр.,
| Мним.часть напр.,
| Действующ. значение напр.,
|
| -20,000 | -15,000 | 9,238 | -1,543 | 9,366 | |
| -0,19e-1 | 0,7490 | 113,100 | -1,603 | 113,100 |
Таблица 5.2 – Мощности и потери мощностей в ветвях в утяжелённом режиме
| Ветвь,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Потери активной мощн.,
| Потери реактивной мощн.,
|
|
|
| |||||
| 3-2 | -20,250 | -19,480 | 21,020 | 20,710 | 0,7682 | 1,237 |
| 1-2 | -19,950 | -14,670 | 20,230 | 20,220 | 0,2808 | 5,551 |
Таблица 5.3 – Суммарные нагрузочные потери мощности в электропередаче в утяжелённом режиме
| Суммарные потери активной мощности,
| Суммарные потери реактивной мощности,
|
| 1,049 | 6,788 |
Рассчитаем желаемое напряжение регулировочного ответвления и требуемый номер регулировочного ответвления для основного нормального режима.
Выбранному номеру регулировочного ответвления соответствует действительное напряжение:
Желаемое напряжение регулировочного ответвления, требуемый номер регулировочного ответвления и действительное напряжение для утяжелённого режима рассчитываются аналогично. Результаты записаны в таблице 6.
Таблица 6 – Желаемое напряжение регулировочного ответвления, номер регулировочного ответвления, действительное напряжение регулировочного ответвления
| Режим | 
| 
| 
|
| Основной | 112,855 | 
| 112,953 |
| Утяжелённый | 111,045 | 
| 110,906 |
Исходные данные к расчёту основного нормального и утяжелённого режимов с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН приведены в таблицах 7, 8.
Таблица 7 – Исходные данные к расчёту основного нормального режима с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН
| Ветви | Узлы | , В
| Точность | ||
| 118.800 | 0.001 | ||||
| Ветвь | , Ом
| , Ом
| , Ом
| ||
| конец | начало | ||||
| 6,225 | 10,455 | 1.000 | |||
| 2,118 | 41,864 | 10,268 | |||
| Узел |
|
| |||
| -20,000 | -15,000 | ||||
| -0,038 | 1,498 | ||||
Таблица 8 – Исходные данные к расчёту утяжелённого режима с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН
| Ветви | Узлы | , В
| Точность | ||
| 118.800 | 0.001 | ||||
| Ветвь | , Ом
| , Ом
| , Ом
| ||
| конец | начало | ||||
| 6,225 | 10,455 | 1.000 | |||
| 4,084 | 80,720 | 10,082 | |||
| Узел |
|
| |||
| -20,000 | -15,000 | ||||
| -0,019 | 0,749 | ||||
Результаты расчётов основного нормального и утяжелённого режимов с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН приведены в таблицах 9 – 10.
Таблица 9.1 – Мощности и напряжения в узлах в нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН
| Номер узла | Активнаямощн. узла,
| Реактивнаямощн. узла,
| Действит. часть напр.,
| Мним.часть напр.,
| Действующ. значение напр.,
|
| -20,000 | -15,000 | 10,700 | -0,7746 | 10,720 | |
| -0,380e-1 | 1,498 | 116,400 | -1,139 | 116,400 |
Таблица 9.2 – Мощности и потери мощностей в ветвях в нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН
| Ветвь,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Потери активной мощн.,
| Потери реактивной мощн.,
|
|
|
| |||||
| 3-2 | -19,950 | -15,470 | 20,240 | 15,960 | 0,2930 | 0,4824 |
| 1-2 | -19,800 | -14,850 | 19,910 | 16,970 | 0,1070 | 2,115 |
Таблица 9.3 – Суммарные нагрузочные потери мощности в электропередаче в нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН
| Суммарные потери активной мощности,
| Суммарные потери реактивной мощности,
|
| 0,400 | 2,598 |
Таблица 10.1 – Мощности и напряжения в узлах в утяжелённом режиме с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН
| Номер узла | Активнаямощн. узла,
| Реактивнаямощн. узла,
| Действит. часть напр.,
| Мним.часть напр.,
| Действующ. значение напр.,
|
| -20,000 | -15,000 | 9,736 | -1,503 | 9,851 | |
| -0,19e-1 | 0,749 | 113,200 | -1,647 | 113,200 |
Таблица 10.2 – Мощности и потери мощностей в ветвях в утяжелённом режиме с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН
| Ветвь,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Потери активной мощн.,
| Потери реактивной мощн.,
|
|
|
| |||||
| 3-2 | -20,230 | -19,020 | 20,980 | 20,230 | 0,7494 | 1,207 |
| 1-2 | -19,960 | -14,730 | 20,210 | 19,770 | 0,2548 | 5,036 |
Таблица 10.3 – Суммарные нагрузочные потери мощности в электропередаче в утяжелённом режиме с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН
| Суммарные потери активной мощности,
| Суммарные потери реактивной мощности,
|
| 1,004 | 6,243 |
Рассчитаем мощность КШБ, подключаемой параллельно нагрузке к шинам НН ПС для компенсации части реактивной мощности нагрузки в основном нормальном режиме.
Для утяжелённого режима расчёт выполняется аналогично и 
По расчётным значениям выбраны серийно выпускаемые КШБ, укомплектованные конденсаторами типа КС2-1,05-60 с установленной мощностью 52,000 
р.
Исходные данные к расчёту основного нормального и утяжелённого режимов с отрегулированным напряжением при помощи КШБ приведены в таблицах 11, 12.
Таблица11 – Исходные данные к расчёту основного нормального режима с отрегулированным напряжением при помощи КШБ
| Ветви | Узлы | , В
| Точность | ||
| 118.800 | 0.001 | ||||
| Ветвь | , Ом
| , Ом
| , Ом
| ||
| конец | начало | ||||
| 6,225 | 10,455 | 1.000 | |||
| 2,466 | 43,395 | 10,455 | |||
| Узел |
|
| |||
| -20,000 | -10,640 | ||||
| -0,038 | 1,498 | ||||
Таблица 12 – Исходные данные к расчёту утяжелённого режима с отрегулированным напряжением при помощи КШБ
| Ветви | Узлы | , В
| Точность | ||
| 118.800 | 0.001 | ||||
| Ветвь | , Ом
| , Ом
| , Ом
конец
| ||
| конец | начало | ||||
| 12,450 | 20,050 | ||||
| 4,391 | 86,789 | ||||
| Узел |
|
| |||
| -20,000 | -11,684 | ||||
| -0,019 | 0,749 | ||||
Результаты расчётов основного нормального и утяжелённого режимов с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН приведены в таблицах 13 – 14.
Таблица 13.1 – Мощности и напряжения в узлах в основном нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи КШБ
| Номер узла | Активнаямощн. узла,
| Реактивнаямощн. узла,
| Действит. часть напр.,
| Мним.часть напр.,
| Действующ. значение напр.,
|
| -20,000 | -11,680 | 10,630 | -0,8051 | 10,660 | |
| -0,38e-1 | 1,498 | 116,700 | -1,331 | 116,700 |
Таблица 13.2 – Мощности и потери мощностей в ветвях в основном нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи КШБ
| Ветвь,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Потери активной мощн.,
| Потери реактивной мощн.,
|
|
|
| |||||
| 3-2 | -19,970 | -11,930 | 20,210 | 12,330 | 0,2473 | 0,4072 |
| 1-2 | -19,820 | -11,580 | 19,930 | 13,420 | 0,1046 | 1,840 |
Таблица 13.3 – Суммарные нагрузочные потери мощности в электропередаче в основном нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи КШБ
| Суммарные потери активной мощности,
| Суммарные потери реактивной мощности,
|
| 0,3519 | 2,247 |
Таблица 14.1 – Мощности и напряжения в узлах в основном нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи КШБ
| Номер узла | Активнаямощн. узла,
| Реактивнаямощн. узла,
| Действит. часть напр.,
| Мним.часть напр.,
| Действующ. значение напр.,
|
| -20,000 | -11,680 | 9,636 | -1,589 | 9,766 | |
| -0,19e-1 | 0,749 | 113,900 | -2,052 | 113,900 |
Таблица 14.2 – Мощности и потери мощностей в ветвях в основном нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи КШБ
| Ветвь,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Активнаямощн.,
| Реактивнаямощн.,
| Потери активной мощн.,
| Потери реактивной мощн.,
|
|
|
| |||||
| 3-2 | -20,210 | -15,140 | 20,820 | 16,130 | 0,6118 | 0,9853 |
| 1-2 | -19,970 | -11,470 | 20,190 | 15,890 | 0,2234 | 4,415 |
Таблица 14.3 – Суммарные нагрузочные потери мощности в электропередаче в основном нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи КШБ
| Суммарные потери активной мощности,
| Суммарные потери реактивной мощности,
|
| 0,8352 | 5,401 |
Рассчитаем емкостное сопротивление УПК для основного нормального и утяжелённого режимов.
Исходные данные к расчёту основного нормального и утяжелённого режимов с отрегулированным напряжением при помощи УПК приведены в таблицах 15, 16.
Таблица 15 – Исходные данные к расчёту основного нормального режима с отрегулированным напряжением при помощи УПК
| Ветви | Узлы | , В
| Точность | |
| 118.800 | 0.001 | |||
| Ветвь | , Ом
| , Ом
| , Ом
| |
Продолжение таблицы 15.
| Ветвь | , Ом
| , Ом
| , Ом
| |
| конец | начало | |||
| 6,225 | 3,558 | 1.000 | ||
| 2,466 | 43,395 | 10,455 | ||
| Узел |
|
| ||
| -20,000 | -15,000 | |||
| -0,038 | 1,498 |
Таблица 16 – Исходные данные к расчёту утяжелённого режима с отрегулированным напряжением при помощи УПК
| Ветви | Узлы | , В
| Точность | ||
| 118.800 | 0.001 | ||||
| Ветвь | , Ом
| , Ом
| , Ом
конец
| ||
| конец | начало | ||||
| 12,450 | 14,860 | ||||
| 4,391 | 86,789 | ||||
| Узел |
|
| |||
| -20,000 | -15,000 | ||||
| -0,019 | 0,749 | ||||
Результаты расчётов основного нормального и утяжелённого режимов с отрегулированным напряжением при помощи ответвлений устройства РПН приведены в таблицах 17 – 18.
Таблица 17.1 – Мощности и напряжения в узлах в основном нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи УПК
| Номер узла | Активнаямощн. узла,
| Реактивнаямощн. узла,
| Действит. часть напр.,
| Мним.часть напр.,
| Действующ. значение напр.,
|
| -20,000 | -15,000 | 10,570 | -0,6759 | 10,590 | |
| -0,38e-1 | 1,498 | 117,300 | -0,1831 | 117,300 |
Таблица 17.2 – Мощности и потери мощностей в ветвях в основном нормальном режиме с отрегулированным напряжением при помощи УПК