Іркутський державний сільськогосподарський університет

Курсова робота

Забезпечення якості електроенергії в розподільних мережах, що живлять сільськогосподарських споживачів.

Роботу прийняв.

Д.т.н. Смирнов С.С.

"" листопада 2004р.

Іркутськ.

2004

1. Мета роботи

1. Освоєння методів розрахунку режимів розподільної мережі.

2. . Освоєння методів забезпечення якості електричної пов'язаного з відхиленнями напруги енергії в розподільчих мережах.

3. Освоєння методів аналізу режиму мережі.

2. Зміст роботи

1.Нарісовать розрахункову схему мережі з відображенням на ній режиму зимовогомаксимуму навантаження відповідно до розраховується варіантом.

2.Найті каталожні дані ЛЕП та трансформаторів що використовуються в схемі.

3. Розрахувати електричних параметри ЛЕП та трансформаторів покаталожним даними

4. Опанувати зразок програми розрахунку режиму мережі (завдання схеми мережі,режимів вузлів мережі, отпаек трансформаторів, організація розрахунків, відображеннярежиму мережі через таблиці та графіки).

5.Внесті зміни до програми пов'язані із зміною складу мережі тапотужностей навантажень, в тому числі пов'язані зі зміною потужностей ЛЕП івідхилень напруг вузлів.

6. Вибрати номера отпаек на трансформаторах для забезпеченнядопустимого рівня напруг у вузлах мережі. Обгрунтувати необхідністьвикористання РПН у вузлах мережі 35 і 10 кВ або зміни перерізів ЛЕП.

8. Скласти зведені таблиці, що відображають

. добавки напруг за рахунок трансформаторів,

. величини напруг у вузлах мережі для 4 розрахункових режимів.

9. Побудувати графік для рівнів напружень всіх вузлів мережі для літа ізими з урахуванням змін у складі мережі (2 графіка)

10. Побудувати графіки зміни рівнів напруги від вузла живлення (вузол 11100) до найбільш віддалених вузлів (вузли 142 та 143) для зими і літа (
4 графіка)

9. Скласти зведені таблиці, що відображають режим мережі по потужності для 4режімов.На підставі таблиці оцінити величину втрат у мережі (% від потужностінавантаження)

10. Провести аналіз ступеня завантаженості ЛЕП по щільності струму.

11. Провести розрахунок і аналіз режиму зимового максимуму при підключеннідо найбільш віддаленого вузла 10кВ (вузол 1143) конденсаторної батареїпотужністю 900кВАр

2. Вихідні дані

Як вихідні дані використовуються:

1. Схема вихідної мережі у вигляді файлу WORD.

2. Потужності навантажень вузлів мережі,

3. Провід, довжини і напруги ЛЕП,

4. Типи трансформаторів,

5. Зразок розрахунку режим мережі в табличному редакторі EXCEL,

6. Варіанти розширення складу мережі і навантаження додаткових вузлів.

. Вихідні дані мережі, програма розрахунку та варіанти зміни мережі наведено в файлу «Розрахунок 3-97. xls ..

При виконанні курсової роботи схема доповнюється:

. вузлом 1143 з напругою 10кВ

. узлом143 напругою 0.4 кВ,

. ЛЕП 10кВ межу вузлами 1142 і 1143с проводами АС35,

. трансформатором ТМ-63/10 між вузлами 1143 і 143.

. навантаженнями вузлів 1143 і 143

Варіанти відрізняються довжинами ЛЕП 10кВ між вузлами 1142-1143 інавантаженнями вузла 1143.

.

2.1. Схема мережі

Розглядається схема мережі наведена на рис. 1. На схемі відображаютьсяпараметри елементів мережі і величини навантажень для режиму зимового максимуму.

Рис.1. Розрахункова схема мережі

2.2. Розрахункові режими навантажень вузлів.

При оцінці забезпечення якості напруги у вузлах мережі проводитьсярозрахунки режимів напруг двох періодів року: зими і літа. При цьому вкожному періоді розраховується режим максимальної та мінімальної навантажень. Підвсіх режимах напруга на затискачах навантажень не повинно відхилятися відномінального більш ніж на (5%. У сільських мережах широко використовуютьсятрансформатори з ПБЗ (перемикання отпаек у збудженому стані). Зметою забезпечення якості напруги звичайно використовується перемиканняотпаек на трансформаторах 2 рази на рік, відповідно до змінинавантажень вузлів влітку і взимку. Величини навантажень вузлів мережі наведено втабл.1

Таблиця 1. Навантаження вузлів мережі
| | 1. Вузли та їх навантаження | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | Номінально | Зимова навантаження | Літня навантаження |
| | | Е | | |
| | | Напругу | | |
| | | | Максимальна | Мінімальна | Максимальна | Мінімальна |
| | | | Я | | я | я |
| | Вузли | Uн | P | Q | P | Q | P | Q | P | Q |
| | | КВ | кВт | квар | кВт | квар | кВт | квар | кВт | квар |
| 1 | 100 | 0,38 | 60 | 40 | 30 | 20 | 20 | 10 | 15 | 10 |
| 2 | 120 | 0,38 | 60 | 40 | 30 | 20 | 20 | 10 | 15 | 10 |
| 3 | 140 | 0,38 | 40 | 40 | 30 | 20 | 10 | 3 | 5 | 2 |
| 4 | 141 | 0,38 | 10 | 6 | 8 | 3 | 10 | 3 | 5 | 2 |
| 5 | 142 | 0,38 | 8 | 6 | 5 | 3 | 10 | 3 | 5 | 2 |
| 6 | 1100 | 10 | 300 | 100 | 200 | 100 | 150 | 100 | 100 | 80 |
| 7 | 1120 | 10 | 600 | 200 | 400 | 200 | 300 | 100 | 100 | 80 |
| 8 | 1140 | 10 | 300 | 100 | 200 | 80 | 150 | 100 | 100 | 80 |
| 9 | 1141 | 10 | 300 | 100 | 200 | 80 | 150 | 100 | 100 | 80 |
| 10 | 1142 | 10 | 300 | 100 | 200 | 80 | 150 | 100 | 100 | 80 |
| 11 | 3100 | 35 | 2000 | 500 | 1000 | 400 | 1000 | 600 | 500 | 400 |
| 12 | 3120 | 35 | 1000 | 300 | 800 | 200 | 500 | 200 | 300 | 200 |
| 13 | 3140 | 35 | 1000 | 500 | 800 | 300 | 500 | 400 | 300 | 300 |
| 14 | 11100 | 110 | | | | | | | | |
| 15 | 143 | 0,38 | 40 | 40 | 30 | 20 | 10 | 3 | 5 | 2 |
| 16 | 1143 | 370 | 100 | 250 | 80 | 80 | 150 | 100 | 100 | 80 |

2.3. Трансформатори

Типи використовуваних трансформаторів і вузли їх підключення наведені втабл.2

Таблиця 2. Підключення трансформаторів

2.4. Лінії передачі

Вузли приєднання, марки проводів і довжини ЛЕП наведені в табл.3

Таблиця 3. ЛЕП розрахункової схеми

3.Справочние і розрахункові параметри елементів схеми

3.1. Трансформатори

При розрахунку режиму мережі використовується схема заміщення трансформатора,наведена на мал.2.

Рис.2. Схема заміщення трансформатора.

За довідковими даними, знаходимо величини номінальних напружень наобмотці низької напруги Uнн, на обмотці високої напруги Uвн,номінальну потужність трансформатора SН, напругу короткого замикання Uк,струму холостого ходу iо, величини втрат холостого ходу Рх, втрат короткогозамикання Рк.

На підставі довідкових параметрів розраховуються активне іреактивний опір трансформатора, реактивні втрати холостого ходу
Qх за наступними виразами (параметри розраховані для трансформатора ТМ-
63/10)

(1)

де в кВт і кВА,

- в кВ

(2)

де Uк в%

(3)

Параметри розраховані для трансформатора потужністю 63кВа з порядковимномером 8.

Параметри трансформаторів розрахункової схеми наведені в табл.4.

Для підтримки рівнів напруги в розподільчій мережі широковикористовується перемикання отпаек трансформаторів на обмотці високогонапруги, що призводить до зміни коефіцієнта трансформації таеквівалентно введення добавки напруги на обмотці низької напруги навеличину Е. Переключення може проводитися при відключеному від мережітрансформаторі (трансформатори з ПБЗ-перемикання без збудження) і припідключеній навантаженні (трансформатори з РПН-регулювання під навантаженням).
Слід зазначити, що трансформатори з РПН значно дорожче (більше, ніж у
2 рази) трансформаторів з ПБЗ і тому їх використання обмежене.
Використання РПН виправдане в трансформаторах потужністю більше 1000Мвт. Це,перш за все трансформатори живлять центрів з первинною напругою 110 кВ.
У тих випадках, коли не вдається забезпечити відхилення напруги на затискачахприймачів у межах (5% з використанням ПБЗ, використовуютьсятрансформатори з РПН. Номінальні отпайкі трансформаторів відповідаютьдобавці напруги рівний 5%. Величини добавок напруги для ПБЗ і РПНнаведені в табл.5.

Слід зазначити, що при збільшенні напруги в мережі зменшуютьсявтрати активної потужності в ЛЕП, тому бажано підтримувати відхиленнянапруги у вузлах харчування близькими до величини 5%.

Таблиця 4. Параметри трансформаторів

Таблиця 5. Добавки напруги при зміні отпаек трансформаторів

Добавки для ПБЗ з 5-ма позиціями
| Позиція | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| БПВ | | | | | |
| Добавка,% | 0 | 2.5 | 5 | 7.5 | 10 |

Добавки для РПН з 13 позиціями перемикань.
| Позиція | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| РПН | | | | | | | | | | | | | |
| Добавка, | -4 | -2 | -1 | 0. | 2 | 3.5 | 5 | 6.5 | 8 | 9. | 11 | 12. | 14 |
|% | | .5 | | 5 | | | | | | 5 | | 5 | |

Добавки для РПН з 19 позиціями
| Позиція РПН | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Добавка,% | -11.0 | -9.24 | -7.46 | -5.68 | -3.9 | -2.1 | -0.34 | 1.44 | 3.22 | 5 |
| | 2 | | | | | 2 | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| Позиція РПН | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | |
| Добавка,% | 6.78 | 8.56 | 10.34 | 12.12 | 13.9 | 15.6 | 17.46 | 19.2 | 21.0 | |
| | | | | | | 8 | | 4 | 2 | |

2 Параметри ЛЕП

Розрахункова схема ЛЕП представлена на рис.3.

Параметри схеми визначаються виразами

;; де опір і провідності Ом/км і См/км l-довжина лінії, км

Рис.3. Розрахункова схема ділянки ЛЕП

(4)

t-температура повітря ro20-опір 1км дроти, наводиться в довідниках.

Для проведення А35 при температурі-20оС

(5)

де Dср-середнє геометричне відстань між проводами фаз

Залежність Dср від напруги мережі наведена в табл.6

Таблиця 6. Середньогеометричними відстані між фазами ЛЕП
| Номінальна | 0.4 | 10 | 35 | 110 |
| Напруга, кВ | | | | |
| Dcp, м | 0.8 | 1.1 | 3.5 | 5 |

Do-діаметр проводу, знаходиться в довідниках.

Для проведення АС70 Do = 11.4мм

Для ЛЕП 35кВ з проводом АС70 знайдемо Хо

. (6)

Реактивна потужність, що генерується ЛЕП

. (7)

Таблиця 4. Параметри ЛЕП схеми

Для ЛЕП 35 кВ генерація реактивної потужності стає значною іїї необхідно враховувати в розрахунках.

4. Розрахунок режиму мережі

Розрахунок режим мережі проводиться в два етапи:

На першому етапі розраховуються потужності, що протікають в ЛЕП ітрансформаторах, втрати потужності та напруги в ЛЕП і трансформаторах.
Розрахунок проводиться на підставі величин навантажень решт ЛЕП і вториннихобмоток трансформаторів. Розрахунок починається від самих віддалених вузлів ізакінчується трансформатором центру харчування. На другому етапірозраховуються відхилення напруги у вузлах при заданому відхиленніживильного вузла 11100. Розрахунок починається з живильного трансформатора ізакінчується самими віддаленими вузлами мережі.

Потужність кінця ЛЕП дорівнює

(8)

де - потужність початку наступної ЛЕП

- потужність споживана підключеним до вузла n трансформатором

- еквівалентна потужність підключених до вузла навантажень і і

ЛЕП, не зазначених у схемі

Аналогічно розраховується реактивна потужність кінця ЛЕП.

(9)

Для кінця ЛЕП 7 (вузли прісоедіненія1142-1143), до якого приєднані трансформатор і місцева навантаження).

P7 = 0 +40.4 +300 = 340.43кВт

Q5 = 0 +100 +43.7 = 143.7кВАр

знаходяться втрати потужності в ЛЕП

(10)

(11 )

Потужність початку ЛЕП 5

= 340.6 +10.6 = 351.2 кВт (12)

= 143.7 +4.9-3.169 = 145.6кВАр (13)

Втрати напруги в ЛЕП в% від номінальної напруги

(14)

Потужності обмотки низької напруги трансформатора знаходяться за тими жрівнянь, що і для ЛЕП. За таким же рівнянням розраховуються втратипотужності та напруги. Потужність обмотки високої напруги розраховуєтьсяпо рівнянь

(15)

(16)

У табл.5 відображений розрахунок режиму ЛЕП для максимальної зимової навантаження

У табл . 6 відображений розрахунок режиму трансформаторів для максимальноїзимової навантаженні

На другому етапі розраховуються відхилення напруги вузлів призаданій напрузі мережі 110 кВ (вузол 11100)

Відхилення напруги наступного вузла мережі визначається шляхомвирахування з відхилення напруги попереднього вузла втрати напругиз'єднує вузли елементу-ЛЕП або трансформатора. Для трансформатора довідхилення напруги додається величина добавки напруги E за рахунокзміни позиції РБВ або РПН.

Приклад розрахунку відхилень напруг вузлів відображено у табл. 7.

Аналіз режиму мережі за величинами потужностей використовується для оцінкивеличини споживаної потужності, величин втрат потужностей в ЛЕП ітрансформаторах.

У таблиці 8 відображений режим схеми для потужностей.

Таблиця 5. Режим ЛЕП для максимальної зимової навантаження

Таблиця 6: Режим трансформаторів для максимальної зимової навантаження

Таблиця 7. Режим вузлів мережі для зимового максимуму

Таблиця 8. Потужності мережі для режимів зими і літа

З таблиці 8 видно, що втрати в мережі активної потужності максимальнівзимку і складають 6.39% і обумовлені в основному втратами в ЛЕП. Втратиреактивної потужності обумовлені в основному трансформаторами. Втратиреактивної потужності в ЛЕП і генерація реактивної потужністю ЛЕП близькі завеличиною ..

.

6. Забезпечення режиму мережі щодо відхилення напруг протягом року

Для оцінки зміни режиму відхилень протягом року проводятьсярозрахунки максимальних і мінімальних режимів для літа та зими. Для цієї метипроводяться добові вимірювання режимів на протязі одного тижня і за цимивимірах визначаються режими. Для літа та зими вибираються добавкинапруги на трансформаторах. Величини добавок для розглянутої схеминаведені в табл.9

Таблиця 9. Добавки напруги на трансформаторах.

Відхилення напруги вузлів мережі наведено в табл. 10

Напруження у вузлах мережі 10 і 35кВ не перевищують величини 10%

Відхилення напруги у вузлах мережі 0.4кВ не виходять за межі (5%

Для наочного відображення режиму напруг всіх вузлів мережі взимкувикористовується графік рис 2. З графіка видно зміна напруги вузлів

Для наочного відображення зміни напруги вузлів мережі у міру їхвіддалення від центру живлення використовується графік відхилень напруг,показаний на рис.3 вздовж ЛЕП до самого віддаленого вузла. На рис. 3 виднозначних втрат напруги в ЛЕП і вплив добавок напруги натрансформаторах на величини відхилень напруги

Таблиця 10. Напруження у вузлах мережі для зими і літа

| Відхилення напруги від | |
| номінального | |
| Вузли | Зима | | Літо | |
| | Макс. | Мін. | Макс | мін. |
| | Зим | зим | років | Років |
| 11100 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 3100 | 1,1 | 1,1 | 1,5 | 1,5 |
| 3120 | -3,2442 | -1,8744 | -0,9140 | -0,1875 |
| | 5 | 4 | 9 | |
| 3140 | -6,9145 | -4,3248 | -3,0410 | -1,6482 |
| | 3 | 2 | 4 | 9 |
| 1100 | 1,1 | 1,1 | 1,5 | 1,5 |
| 1120 | -0,7442 | 0,62556 | 1,58591 | 2,31250 |
| | 5 | | | 4 |
| 1140 | 3,08547 | 5,67518 | 4,45896 | 5,85170 |
| | 2 | | | 6 |
| 1141 | -1,2587 | 2,70074 | 2,04488 | 4,16421 |
| | 8 | | | |
| 1142 | -4,9290 | 0,25035 | -0,0820 | 2,70341 |
| | 6 | | 7 | 2 |
| 1143 | -6,00 | -0,36 | -0,89 | 2,14 |
| 100 | 1,1 | 1,1 | 1,5 | 1,5 |
| 120 | -0,7442 | 0,62556 | 1,58591 | 2,31250 |
| | 5 | | | 4 |
| 140 | 1,24122 | 5,20074 | 2,04488 | 4,16421 |
| | 1 | | | |
| 141 | -1,7913 | 3,19638 | -0,8385 | 2,66245 |
| | 1 | | 3 | 3 |
| 142 | -3,4733 | 2,19476 | -2,6431 | 1,72705 |
| | 5 | | 2 | |
| 143 | -3,74 | 3,21 | 1,36 | 4,49 |

Рис.7

7. Аналіз завантаженості ЛЕП за величинами щільності струму.

У міру зростання щільності струму збільшуються втрати активної потужності в
ЛЕП. Економічно виправданою щільністю струму для сільських ЛЕП лежать вмежах 1.1-1.3 А/мм2. Лінія вважається мало завантаженої якщо щільністьструму менше 0.6 А/мм2, вважається нормально завантаженої якщо щільності струмулежать в межах 0.6-1.4 А/мм2, сильно завантаженої, якщо щільності струмускладають 1.4-2 А/мм2, і якщо щільності струму перевищують величину 2А/мм2.
Стосовно до таких ЛЕП необхідно розглянути питання про збільшенняперетину проводів ЛЕП.

Таблиця 11. Завантаженість ЛЕП за величиною щільності струму

З таблиці видно, що ЛЕП 3 і 4 сильно завантажені за величиною струму.

8.Вліяніе підключення батареї конденсаторів потужністю 900КВАр у вузлі
1143 на напруги вузлів мережі.

Включення конденсаторної батареї в режимі зимового максимумувідхилення напруг вузлів мережі відображено на рис.4. Підключення батареївідображається шляхом зміни реактивної потужності вузла з 100кВАр на
-800кВАр.Подключеніе батареї призвело до значного підвищення рівнівнапруг у вузлах мережі 10кВ і 0.4КВ. і перевищення у вузлі 143 допустимоївеличини (крива кондес.1). Для зменшення відхилень напруги зменшенадобавка напруги напруги на трансформаторі 7 (вузли 1143-143) з 10%до 7.5%. Напруження в вузлах стали в допустимих межах крива конд.2).
Наведені криві показують:

. підключення конденсаторів приводить до підвищення напруги в мережі і може використовуватися для підтримки напруги у віддалених вузлах,

. перемикання обмоток трансформатора можна замінити підключенням конденсаторної батареї.

Рис.4. Ізменєїе напруг вузлів при підключенні конденсаторноїбатареї до вузла 1142.

Висновки по роботі.

1. Вимагаються рівні відхилень напруги на затискачів приймачів можна забезпечити за рахунок сезонного зміни отпаек на 3-х трансформаторах.

2. РПН необхідний на трансформаторі центру харчування (вузли 11100 -

3100)

3. Підключення батареї конденсаторів можна використовувати для полвишенія напруги віддаленого вузла (вузол 143)

Література до курсового проекту:

1.Методічесмкіе вказівки по контролю та аналізу якості електричної енергії в системах електропостачання загального призначення.

Частина 1. Контроль якості електричної енергії

Москва Міністерство енергетики Російської федерації

2000р. 29с. С.14-18. Додаток А
2. Електротехнічний довідник в 3т

Том 2 1981 - 640с., С. 91-100

Том 3 кн.2 1988 - 880с, с.302-314, .757-776
3. Електроенергетичні системи в прикладах і ілюстраціях. М.,

Энергоатомиздат, 1983 - 500 с. С29-82
4. Довідник з проектування електричних мереж та електрообладнання.

Енергоатоміздат.1991., 464с. с. 35-45, 169-179
5. І.В. Наумов, М.Р. Василевич, Г.В. Лукін. Електропостачання сільськогосподарського населеного пункту. Навчальний посібник. Іркутськ,

ІСХІ, 1999-61с.
6. М.Б. Петрова, В. Н. Санько. Управління якістю сільського електропостачання. Вологда «ІСЦ Легія»,1999 - 184с.
7. М.С. Левін та ін Якість електричної енергії в мережах сільських районів. Под ред. І. А. Будському. М., Енергія, 1975 - 224 с.
8. В. Н. Курапін Управління регулюванням напруги в електричних мережах.

Механізація та електрифікація сільського господарства. 2001 р. № 10.
9. В.С. Зарицький та ін Методи та засоби підвищення надійності електропостачання, поліпшення якості електричної енергії та зниження її втрат в електричних мережах сільських районів. ЛСХІ 1987 -

70с.

-----------------------

-jQc/2

-jQc

X

R

ХТ

Rт

Рх + jQx