МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
__________________________________
Казанский государственный
Энергетический университет
РАСЧЕТ И РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ И СЕТЕЙ
Программа, методические указания
И заданиЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
Казань
ПРЕДИСЛОВИЕ
Электрическая энергия является наиболее универсальным видом энергии. Она очень просто и экономично может быть преобразована в другие виды энергии – тепловую, механическую, световую и т.д. Электрическая энергия находит постоянное применение в устройствах автоматики, электроники и т.п., без которых немыслимы современные аппараты и технические сооружения. Поэтому в настоящее время электрическая энергия весьма широко используется во всех отраслях промышленности.
Доставка электроэнергии потребителю осуществляется по электрическим сетям разного номинального напряжения. Электрические сети объединены между собой в электрические системы, куда включены также источники мощности – электрические станции. Электрическим сетям каждого номинального напряжения присущи свои особенности. Линии электропередачи сверхвысокого напряжения (330 кВ– 500 кВ – 750 кВ– 1150 кВ) в связи со спецификой их расчетов изучаются в отдельной дисциплине. В настоящем курсе охватываются особенности расчетов электроэнергетических систем и сетей напряжением 220 кВ и ниже, а также и сети более высоких напряжений, если схемы замещения электропередач сверхвысокого напряжения приведены к П-образным.
Целью изучения дисциплины является знакомство с матричными методами расчетов режимов электрических сетей, когда необходимо выполнять расчеты при большом числе узлов нагрузки – до нескольких сотен. Даются методы совместного расчета режимов электрических сетей с разными номинальными напряжениями, регулирование частоты, перетоков мощности. Изучаются методы расчетов несимметричных режимов, элементы технико-экономических расчетов.
Задачей изучения дисциплины является освоение студентами современных методов расчета с использованием ПЭВМ режимов работы электрических сетей разных номинальных напряжений, приобретение навыков выбора экономически обоснованных решений по сооружению электрических сетей и отдельных электропередач с учетом разновременности расходов и доходов, учет фактора надежности, изучение практических возможностей использования современной вычислительной техники для проектирования, расчетов и управления режимами электроэнергетических систем.
Дисциплина базируется на предшествующих электротехнических дисциплинах, таких, как "Передача и распределение электроэнергии", "Электрические машины", "Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения" и др., тесно связана с параллельно изучаемыми дисциплинами: "Электрические станции и подстанции", "Основы электроснабжения промышленных предприятий" и в свою очередь является базой для последующих дисциплин специальности.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОГО ПРОЕКТА
В контрольной работе необходимо выполнить расчет полнофазного режима электрической сети электроэнергетической системы заданного района. Расчеты выполняются с использованием программы "OPTIMA32.exe", устанавливаемой на ПЭВМ. Все вычисления могут быть выполнены в дисплейном классе кафедры ЭСиС. По желанию студента ему может быть передана программа для выполнения индивидуальных расчетов, для чего следует в установленном порядке переписать программу на свою дискету. Исходные данные после их ввода хранятся в файле "DATA.IBR". Результаты расчетов записываются в файл "report.doc", который должен быть отдельно запрошен для вывода результатов на экран или для их печати.
Значения мощности генерирующих источников вводятся со знаком "+", т.е. знак можно опускать; значения мощности узлов нагрузки вводятся со знаком "-".
Балансирующим и одновременно базисным узлом является подстанция "А" электрической сети (рис. 1) входящая в состав объединенной электроэнергетической системы.
Источниками ЭДС учитывается изменение коэффициента трансформации у трансформаторов в симметричных режимах. При номинальных коэффициентах трансформации значения ЭДС равны нулю.
Нейтрали автотрансформаторов заземлены. На подстанциях потребителей установлены по два трансформатора, число заземленных нейтралей приведено в таблице исходных данных для расчета (табл. 1).
Выбор генератора точки А осуществлять по условию генерации мощности, необходимой для покрытия нагрузки потребителей за вычетом мощностей питающих узлов с учетом потерь мощности в ЭЭС. Наличие регулятора напряжения учитыватся нулевыми значениями сопротивлений блока генератор-трансформатор.
Для расчета несимметричного режима выделенного участка электрической сети необходимо предварительно составить схему замещения для каждой последовательности и рассчитать значения элементов схемы замещения. После чего необходимо с использованием программы "OPTIMA32.exe" рассчитать результирующие сопротивления относительно места несимметрии для каждой последовательно в отдельности. Для этого вводится с помощью матрицы соединений схема замещения одной из последовательностей, в месте несимметрии включается источник ЭДС. Его значение для схем обратной и нулевой последовательностей может быть принято произвольным, рекомендуется – 100 кВ. Сопротивления трансформаторов вводятся также как и для линий электропередачи (программа их не различает), но в строке запроса "Длина электропередачи" вводится единица –1 (км). Из файла "report.doc" находится результирующий ток в месте несимметрии и по закону Ома находится результирующее сопротивление соответствующей последовательности.
а)
|
б)
|
| Рис. 1. Варианты схемы электрической сети |
После определения всех сопротивлений по известным формулам следует определить все последовательности тока в месте несимметрии и полный ток в каждой фазе.
Для нахождения токов и напряжений на зажимах генератора необходимо двигаться от места появления несимметрии (обрыва) к месту присоединения генератора по схемам замещения, последовательно определяя токи в ветвях и напряжения в узлах с использованием законов Кирхгофа и Ома.
Выбор мощности автотрансформаторов связи выполняется исходя из трансформируемых мощностей на подстанциях 4 и 5.
Критерием правильности выбранных сечений служат два требования:
– плотность тока в режиме максимальных нагрузок не должна превосходить значение 1,1 А/мм2;
– в аварийном режиме ток в линии электропередачи не должен превосходить допустимый.
Характерными разделами курсового проекта и ориентировочные значения их относительно объема (по трудозатратам) являются следующие:
– ознакомление с заданием на проект, с методическими указаниями, формирование конкретных условий, задач и плана выполнение проекта – 5 %;
– подготовка исходных данных для расчета нормальных режимов – 5 %;
– овладение алгоритмом и программой автоматизированного расчета режимов ЭЭС на ПЭВМ – 15 %;
– расчеты параметров нормальных режимов работы сети – 35 %;
– подготовка схемы замещения для расчета неполнофазного режима выделенного участка электрической сети – 10 %;
– расчет неполнофазного режима – 20 %;
– выполнение графической части проекта – 10 %.
В указанные выше объемы разделов проекта входят и трудозатраты на написание и корректировку (по рекомендациям преподавателей) материалов расчетно-пояснительной записки. Необходимо иметь в виду трудоемкость этой работы, составляющей не менее 5 % общего рабочего времени, затрачиваемого студентами на выполнение проекта.
ЗАДАНИЯ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ТЕМА "РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ"
А. Исходные данные на проектирование:
1. Электроснабжение потребителей электроэнергии в узлах нагрузки возможно осуществить от пункта питания "А" энергосистемы и от электрических станций, входящих в ЭЭС. Географическое расположение подстанции "А" и узлов электрической сети дано на рис. 1 а), б).
2. При расчетах симметричных режимов потерями мощности в трансформаторах пренебречь. Первоначально принять, что автотрансформаторы на подстанциях 4 и 5 работают с номинальными коэффициентами трансформации.
3. Для вариантов 1 – 10 узлы 6 и 8 являются генерирующими; для вариантов 11 – 21 узлы 7 и 8 являются генерирующими; для вариантов 22 – 32 узлы 6 и 7 являются генерирующими. Мощности в узлах нагрузок приведены в таблице 3.
4. В качестве аварийного симметричного режима рассмотреть отключение наиболее нагруженной из двух линий Л1 и Л4 (вариант а) и Л3 и Л5 (вариант б).
5. Уточненный расчет нормального режима проводится при измененных сечениях проводников и измененных коэффициентах трансформации автотрансформаторов. Учет изменения коэффициентов трансформации осуществляется путем добавления в ветви 4 и 5 ЭДС 
, где j – фазный угол напряжениия в соответствующем узле, 
, 
– номер регулировочного ответвления автотрансформатора.
6. Для проведения расчета неполнофазного режима необходимо предварительно выбрать генератор и трансформатор для питающего узла А. Выбор генератора осуществлять по условию генерации мощности, необходимой для покрытия нагрузки потребителей за вычетом мощностей питающих узлов. При этом необходимо учесть потери в энергосистеме.
7. При составлении схем замещения каждой последовательности (несимметричный режим) считать, что:
– в работе при несимметричном режиме остаются только линии, приведенные во втором столбце таблицы 2;
– на подстанциях в узлах нагрузки установлены по два двухобмоточных понижающих трансформатора соответствующей мощности (не менее 0,7 от полной мощности нагрузки);
– сопротивления обратной последовательности нагрузок в относительных единицах равны 
;
– сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей системы при 115 кВ соответственно равны X 1С = X 2С = 10 Ом, X 0С = 20 Ом.
– все линии электропередач выполнены со стальными тросами.
Б. Содержание пояснительной записки курсового проекта:
1. Матрицы инциденций для электрической сети в нормальном и аварийном режиме
2. Расчет токов и напряжений в нормальном и аварийном режимах.
После проведения расчета с помощью программы ОПТИМА, необходимо в таблице представить расчет значений напряжений по форме
| U, кВ | ветвь №1 | ветвь №2 |
| Uа | ||
| Uр | ||
| U |
После проведения расчета с помощью программы ОПТИМА, необходимо в таблице представить расчет значений тока по форме
| I, А | ветвь №1 | ветвь №2 |
| Iа | ||
| Iр | ||
| I | ||
| I доп Допустимое значение тока для выбранного провода (Таблица 3.15. Справочник по проектированию электрических сетей. Д.Л. Файбисович) |
3. Выбор автотрансформаторов.
4. Уточненные расчеты при измененных коэффициентах трансформации автотрансформаторов.
5. Выбор генератора и трансформатора для пункта питания А и определение ЭДС (
) генератора из нормального режима.
6. Параметры схем замещения каждой последовательности, результаты расчетов эквивалентных сопротивлений.
7. Расчет токов и напряжений в нормальном и аварийном режимах для неполнофазного режима с помощью программы ОПТИМА.
В. Содержание графической части курсового проекта:
1. Схемы замещения каждой последовательности несимметричного режима работы сети.
Таблица 1
Параметры линий электропередачи
| № варианта | Сечение провода, мм2 / Длина линии, км | |||||||||
 220 кВ
| 110 кВ
| |||||||||
| Л1 | Л2 | Л3 | Л4 | Л5 | Л6 | Л7 | Л8 | Л9 | Л10 | |
| 1, 10, 18, 25 | 400 | 400 | 400 | 400 | 300 | 120 | 2х95 | 120 | 120 | 2х95 |
| 2, 11, 19, 26 | 400 | 300 | 300 | 400 | 300 | 150 | 2х150 | 240 | 120 | 2х95 |
| 3, 12, 20, 27 | 400 | 400 | 300 | 300 | 400 | 120 | 2х95 | 120 | 120 | 2х95 |
| 4, 13, 21, 28 | 300 | 240 | 240 | 400 | 300 | 240 | 2х150 | 185 | 185 | 2х120 |
| 5, 14, 22, 29 | 300 | 240 | 240 | 300 | 300 | 240 | 2х240 | 240 | 240 | 2х240 |
| 6, 15, 23, 30 | 400 | 400 | 400 | 400 | 400 | 185 | 2х150 | 185 | 185 | 2х120 |
| 7, 16, 24, 31 | 400 | 400 | 400 | 400 | 400 | 150 | 2х150 | 120 | 120 | 2х150 |
| 8, 9, 17, 32 | 300 | 300 | 300 | 400 | 400 | 240 | 2х240 | 240 | 120 | 2х120 |
Таблица 2
Параметры линий электропередачи для расчета неполнофазного режима по схемам, приведенным на рисунке 1 а), б)
| № варианта | Участок электрической сети для расчета несимметричного режима и место несимметрии | Наличие регулятора напряжения в пункте А | Число заземленных нейтралей трансформаторов | ||
| Узел 1 | Узел 2 | Узел 3 | |||
| Варианты 1-16 соответствуют схеме электрической сети рис. 1 а) | |||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л1 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л1 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л3 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л3 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3 обрыв фазы "а" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л1 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л1 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л3 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л3 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л2 | Да | ||||
| Варианты 17-32 соответствуют схеме электрической сети рис. 1 б) | |||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л1 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л1 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л3 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л3 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л1 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л1 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л3 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л3 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фазы "а" на Л2 | Да | ||||
| Л1-Л2-Л3, обрыв фаз "b", "c" на Л2 | Да |
Таблица 3
Параметры нагрузок
| № | Мощность нагрузки P / Q, МВА | ||||||||||||||||
| S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S7 | S8 | ||||||||||
| 120/32 | 100/35 | 60/15 | 65/22 | 56/14 | 60/15 | 100/30 | 90/22 | ||||||||||
| 105/28 | 90/30 | 54/19 | 80/24 | 63/18 | 40/10 | 80/25 | 87/20 | ||||||||||
| 115/27 | 110/28 | 66/20 | 60/20 | 48/10 | 55/12 | 140/32 | 84/18 | ||||||||||
| 108/20 | 94/24 | 50/18 | 75/21 | 59/13 | 77/18 | 180/36 | 98/23 | ||||||||||
| 117/30 | 88/22 | 45/19 | 94/22 | 68/17 | 48/11 | 160/35 | 86/19 | ||||||||||
| 100/26 | 105/37 | 64/22 | 70/21 | 72/19 | 78/18 | 170/32 | 95/24 | ||||||||||
| 102/23 | 96/33 | 58/18 | 76/23 | 66/11 | 54/13 | 190/40 | 90/20 | ||||||||||
| 125/26 | 100/32 | 70/22 | 95/25 | 54/10 | 65/14 | 182/38 | 82/18 | ||||||||||
| 100/35 | 60/15 | 65/22 | 56/14 | 60/15 | 100/30 | 90/22 | 120/32 | ||||||||||
| 90/30 | 54/19 | 80/24 | 63/18 | 40/10 | 80/25 | 87/20 | 105/28 | ||||||||||
| 110/28 | 66/20 | 60/20 | 48/10 | 55/12 | 140/32 | 84/18 | 115/27 | ||||||||||
| 94/24 | 50/18 | 75/21 | 59/13 | 77/18 | 180/36 | 98/23 | 108/20 | ||||||||||
| 88/22 | 45/19 | 94/22 | 68/17 | 48/11 | 160/35 | 86/19 | 117/30 | ||||||||||
| 105/37 | 64/22 | 70/21 | 72/19 | 78/18 | 170/32 | 95/24 | 100/26 | ||||||||||
| 96/33 | 58/18 | 76/23 | 66/11 | 54/13 | 190/40 | 90/20 | 102/23 | ||||||||||
| 100/32 | 70/22 | 95/25 | 54/10 | 65/14 | 182/38 | 82/18 | 125/26 | ||||||||||
| 60/15 | 65/22 | 56/14 | 60/15 | 100/30 | 90/22 | 120/32 | 100/35 | ||||||||||
| 54/19 | 80/24 | 63/18 | 40/10 | 80/25 | 87/20 | 105/28 | 90/30 | ||||||||||
| 66/20 | 60/20 | 48/10 | 55/12 | 140/32 | 84/18 | 115/27 | 110/28 | ||||||||||
| 50/18 | 75/21 | 59/13 | 77/18 | 180/36 | 98/23 | 108/20 | 94/24 | ||||||||||
| 45/19 | 94/22 | 68/17 | 48/11 | 160/35 | 86/19 | 117/30 | 88/22 | ||||||||||
| 64/22 | 70/21 | 72/19 | 78/18 | 170/32 | 95/24 | 100/26 | 105/37 | ||||||||||
| 58/18 | 76/23 | 66/11 | 54/13 | 190/40 | 90/20 | 102/23 | 96/33 | ||||||||||
| 70/22 | 95/25 | 54/10 | 65/14 | 182/38 | 82/18 | 125/26 | 100/32 | ||||||||||
| 65/22 | 56/14 | 60/15 | 100/30 | 90/22 | 120/32 | 100/35 | 60/15 | ||||||||||
| 80/24 | 63/18 | 40/10 | 80/25 | 87/20 | 105/28 | 90/30 | 54/19 | ||||||||||
| 60/20 | 48/10 | 55/12 | 140/32 | 84/18 | 115/27 | 110/28 | 66/20 | ||||||||||
| 75/21 | 59/13 | 77/18 | 180/36 | 98/23 | 108/20 | 94/24 | 50/18 | ||||||||||
| 94/22 | 68/17 | 48/11 | 160/35 | 86/19 | 117/30 | 88/22 | 45/19 | ||||||||||
| 70/21 | 72/19 | 78/18 | 170/32 | 95/24 | 100/26 | 105/37 | 64/22 | ||||||||||
| 76/23 | 66/11 | 54/13 | 190/40 | 90/20 | 102/23 | 96/33 | 58/18 | ||||||||||
| 95/25 | 54/10 | 65/14 | 182/38 | 82/18 | 125/26 | 100/32 | 70/22 | ||||||||||