Составление баланса активной и реактивной мощностей

Балансовые расчёты, то есть выявление дефицита (или избытка) мощ­ности, позволяют установить возможные направления передачи электроэнер­гии, оказывающие влияние на формирование схемы проектируемой ЭС и вы­бор параметров её элементов.

В рассматриваемом курсовом проекте баланс мощностей составляют только для режима наибольших активных и реактивных нагрузок, принимая допущения, что потребление наибольших нагрузок у всех потребителей ЭС происходит одновременно.

Источники питания должны покрывать суммарную нагрузку ЭС Р_н∑ , включающую активные нагрузки всех потребителей Р_П∑ , потери активной мощности в линиях ∆ Р_л∑ и трансформаторах ∆ Р_т∑ .

Р_ист≥ Р_п∑ + ∆ Р_т∑ +∆ Р_л∑ + Р_рез∑ =Р_н∑ , (3.1)

где потери активной мощности в сети (∆ Р_т∑ +∆ Р_л∑ ) принимают ориентиро­вочно равными 6-8 % от суммарной активной мощности нагрузки потреби­телей; необходимый резерв мощностей Р_рез∑ может быть приближенно при­нят равным 10% от суммарной мощности соответствующей нагрузки. Небаланс по активной мощности в ЭС

Р_нб=Р_г-Р_н∑ (3.2)

покрывает балансирующая станция. По величине и знаку небаланса можно судить о типе проектируемой ЭС. Если Р_нб< 0 (дефицитная ЭС), то недостающую в ЭС мощность генерирует балансирующая станция; если Р_нб> 0(избыточная ЭС), то избыточная мощность передаётся из ЭС в балансирую­щий узел сети. Проектируемые для этого линии электропередач должны об­ладать достаточной пропускной способностью, их прокладывают по крат­чайшему пути. В сбалансированной ЭС (Р_нб≈ 0) всю потребляемую мощ­ность покрывает небалансирующая станция. Проектируемые связи с внешней ЭС (балансирующей станцией) обеспечивают надежность электроснабжения. В отличие от активной мощности реактивная нагрузка ЭС

Q_н∑ = Q_п∑ +∆ Q_т∑ +∆ Q_л∑ +Q_рез∑ -Q_с(3.3)

может быть покрыта как генераторами электростанций, так и компенсирую­щими устройствами (синхронными компенсаторами, конденсаторными бата­реями и др.).

Режим реактивной мощности линий зависит от режима напряжений. При повышении напряжения потери реактивной мощности ∆ Q_л уменьшают­ся, а генерируемая линиями зарядная мощность Q_сувеличивается. На перво­начальной стадии проектирования параметры ЭС неизвестны.

Для упрощения полагают, что все линии работают в режиме натураль­ной мощности. Тогда при составлении баланса реактивной мощности можно принять условие ∆ Q_л≈ Q_с. Поэтому получают следующее уравнение баланса реактивной мощности:

Q_ист+Q_ку ≥ Q_п∑ +∆ Q_н∑ +Q_рез=Q_н∑ (3.4)

Потери реактивной мощности в трансформаторах ∆ Q_т∑ на одну трансформацию равны приблизительно 10 % от полной мощности нагрузок.

Величину реактивной мощности, поступающей от станций, Q_истследу­ет определять по небалансу активной мощности в ЭС Р_нб и коэффициенту мощности соsφ _ист, с которым запланирована выдача мощности с шин этих источников:

Q_ист=Р_нб tgφ _ист (3.5)

Значение коэффициента мощности соsφ _ист следует принимать для

всех источников равным 0, 90-0, 95 при выдаче реактивной мощности по воз­душным линиям (ВЛ) 35-220 кВ и 0, 95-1, 00 по ВЛ более высоких напряже­ний [2].

Тогда можно определить мощность компенсирующих устройств (КУ), обеспечивающую баланс реактивной мощности ЭС:

Q_ку≥ Q_н∑ -Q_ист (3.6)

Причем условие Q_ку< 0 свидетельствует о достаточном общем распо­лагаемом резерве реактивной мощности ЭС. Однако передать эту мощность электропотребителям можно только в концентрированных ЭС. Последними считают ЭС с относительно небольшой удаленностью электропотребителей от генерирующих источников.

В дефицитной по реактивной мощности ЭС (Q_ку> 0) необходимо раз­мещение КУ. Оцененная суммарная мощность КУ распределяет по потреби­тельским подстанциям проектируемого района в соответствии со средним по условию баланса коэффициентом мощности подстанций

tgφ _δ = (3.7)

Тогда можно найти мощность компенсирующих устройств каждой подстанции, отвечающую балансу реактивной мощности ЭС:

(3.8)

Если коэффициент мощности на каких-либо подстанциях выше, чем аналогичная величина, соответствующая балансу реактивной мощности ЭС, то на этой подстанции КУ не устанавливают. Исключив нагрузку такой под­станции из дальнейших расчётов, определяют новое значение коэффициента мощности остальных подстанций, соответствующего балансу реактивной мощности:

(3.9)

В соответствии с (3.8) уточняют мощность КУ каждой подстанции. На подстанциях, где Q_ку< 400квар, нецелесообразна установка конденсаторных

батарей. Их распределяют между ближайшими подстанциями так, чтобы

КУ снижает общую (расчётную) мощность подстанции

S_пi=P_пi+j(Q_пi- Q_куi)(3.10)

Составив балансы мощностей, определяют общее потребление мощно­стей ЭС, её расчётные нагрузки для дальнейших расчётов, выбора парамет­ров ЭС и оценки электрического состояния системы в нормальных и послеаварийных режимах.

Целесообразность дополнительной установки, оптимального распределе­ния КУ определяют экономическими расчётами оптимальных режимов ЭС.

Составление вариантов схем соединений сети

Число вариантов схем соединений ЭС быстро возрастает с ростом чис­ла узлов. Уменьшение числа схем, подлежащих перебору, определение опти­мальной схемы ЭС может быть выполнено методами математического про­граммирования [15].

Приступая к проектированию, намечают не менее пяти-шести вариан­тов схемы сети, различных по конфигурации. Каждый вариант предусматри­вает надежное электроснабжение потребителей I категории по схеме с резер­вированием линий и понижающих трансформаторов подстанций. Электро­снабжение пунктов, в которых отсутствуют потребители I категории, можно осуществлять по схемам без резервирования элементов сети. Целесообраз­ность резервирования потребителей II категории определяют на основе эко­номической оценки ущерба от недоотпуска электроэнергии.

Намечаемые варианты не должны быть случайными. Каждый вариант должен иметь ведущую идею построения сети. Сеть может быть построена по радиальному, магистральному, замкнутому и смешанному типу. Радиаль-но-магистральные сети, питающие потребителей I категории, выполняют не менее чем двухцепными линиями электропередачи. Замкнутая сеть может быть одноцепной. Разработку вариантов следует начинать с наиболее про­стых схем, т.е. схем с минимальным количеством линий и электрооборудова­ния подстанций (выключателей, разъединителей и т. д.).

Трассы линий от источников до пунктов электропотребления необхо­димо прокладывать по возможно короткому пути, с первоочередным подклю­чением наиболее мощных нагрузок. Следует избегать сооружения протяжен­ных незагруженных участков ЭС, используемых только в послеаварийных ре­жимах.

Для обеспечения высокого уровня устойчивости параллельной работы электростанций и условий для широкого маневрирования мощностями преду­сматривают жесткие связи между электростанциями, т. е. с небольшой реак­тивностью и не менее чем по двум линиям.

Возможные варианты проектируемой ЭС при заданном расположении нагрузок I категории и источников питания показаны на Рисунок3.1, где предпо­лагают возможность прокладки трассы линий по прямой.

В соответствии с принципиальными схемами сети составляют варианты схем электрических соединений ЭС с учетом схем соединений станций и подстанций, влияющих на проектируемую сеть.

Одним из достоинств схемы подстанций является простота. При выборе схемы подстанции необходимо стремиться к этому, в частности, к мини­мальному количеству выключателей 35 - 220 кВ. На транзитных и тупиковых подстанциях следует применять схемы подстанций с отделителями и короткозамыкателями (Рисунок 4.2).

Вместе с тем, для удобства эксплуатации и гибкости схемы на узловых подстанциях, как правило, нужны выключатели во всех основных цепях. При одноцепных линиях кольцевой сети с двухтрансформаторными подстанциями следует широко применять схему подстанции с одним выключателем в пере­мычке и отделителями в цепях трансформаторов (Рисунок 3.3).

Станции показывают схемами распределительных устройств (РУ) высше­го напряжения без изображения генераторных цепей. Поскольку схемы РУ станций и подстанций зависят от количества присоединений (линий, трансформаторов), то завершают разработку этих схем после определения экономических сечений проводов отходящих линий и числа трансформаторов.

Рисунок3.1 -Примеры возможных вариантов схем проектируемой ЭС

Рисунок 3.2 - Схемы упрощенных подстанций 35-220 кВ; а, б, в, г, д, е - тупиковые, ж, з, и, к, л, м, н, о - транзитные (проходные)

Рисунок 3.3 - Схемы узловых подстанций 35-220 кВ

Разработку вариантов схемы ЭС выполняют в следующей последова­тельности:

1. Наносят в масштабе расположение станций и подстанций на плане. Указывают протяженность возможных трасс.

2. Обозначают станции, а также подстанции, потребители которых тре­буют резервирования. Выделяют близко расположенные подстанции, кото­рые целесообразно объединить общей сетью. Электроснабжение удаленных подстанций осуществляют отдельными линиями.

3. Намечают целесообразные варианты выполнения ЭС в соответствии с приведенными рекомендациями. По возможности выбирают тип опор, ис­полнение двухцепных линий.

4. Составляют эскизы схем подстанций, указав основное коммутацион­ное оборудование (выключатели, отделители).

5. Выделяют варианты, в которых на основе приближенной оценки по-токораспределения отключение одной из линий приводит к наибольшему снижению напряжения.