Регулирование напряжения в электрической сети 110/10 кВ

Лабораторная работа №2

Регулирование напряжения в электрической сети 110/10 кВ

Цель работы: Изучение принципов, методов и средств регули­ро­ва­ния напряжения в питающих и распределительных электрических сетях.

Задание. В электрической сети, рис. 1, проверить возможность и определить необходимые средства регулирования нап­ряжения на шинах нагрузки понижающей подстанции.

Рис.1. Принципиальная схема электрической сети 110/10 кВ

Исходные данные. Параметры сети нанесены на принципиальной схеме. Мощность нагрузки и напряжение пункта питания даны в табл.1.

Режим	Pн	Qн	Uпп
нагрузок	МВт	Мвар	кВ
Максимальный	60	40	123
Минимальный	32	20	118

                                         Таблица 1       Желаемое напряжение на шинах низкого напряжения по­ни­жающей подстанции в соот­ветс­твии с принципом встречного регулирования напряжения сос­тав­ляет 10,5 кВ в режиме мак­си­мальных нагрузок и 10 кВ  – в ре­жи­ме минимальных нагрузок. В качестве послеаварийного режима при­ни­мает­ся ре­жим с отключением одной цепи ЛЭП.

Расчетные данные

ЛЭП: r0 = 0,249 Ом/км; x0 = 0,427 Ом/км;

                    b0 = 2,66 мкСм/км.

С учетом двух цепей:

                    R = 7,47 Ом;         X = 12,81 Ом;       B = 319,2 См.

Трансформатор ТРДН25000/110:

                    RТ = 2,5 Ом;         XТ = 55,6 Ом;       PХ = 25 кВт;

                    QХ = 175 квар.

С учетом двух параллельно включенных трансформаторов:

                    R = 1,25 Ом;         X = 27,8 Ом;         S = 0,05 + j0,35 МВА.

Расчетная схема сети с параметрами и данными устройства РПН приведены на рис.2. В узле 2 указана мощность соответствующая по­те­рям холостого хода трансформаторов.

Рис. 2. Расчетная схема сети

Таблица 2

Стандартные напряжения отпаек трансформатора ТРДН25000/110/10, кВ

Номер	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Отклонение	2,047	4,094	6,141	8,188	10,24	12,28	14,33	16,38	18,42
Напряжение	117	119,1	121,1	123,2	125,2	127,3	129,3	131,4	133,4
Номер	–1	–2	–3	–4	–5	–6	–7	–8	–9
Отклонение	–2,05	–4,09	–6,14	–8,19	–10,2	–12,3	–14,3	–16,4	–18,4
Напряжение	113	110,9	108,9	106,8	104,8	102,7	100,7	98,62	96,58

Номинальная отпайка Uвн = 115 кВ, номинальное напряжение обмотки низкого напряжения Uнн = 10,5 кВ.

Проведение вычислительного эксперимента

1. Подбор отпаек на трансформаторах понижающей подстанции для режимов максимальных и минимальных нагрузок в соответствие с принципом встречного регулирования напряжения.

Условия проведения опытов.

Подбираем отпайку на трансформаторах таким образом, чтобы напряжение на вторичной обмотке (НН) трансформатора было близко к желаемому.

Результаты опытов сведены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты опытов по подбору отпаек в режимах максимальных

и минимальных нагрузок

Номер опыта	Номер отпай-ки	Напря-жение отпай- ки, кВ	Мощность пункта питания, МВА	Напряже-ние на стороне НН, кВ	Примечание
Режим максимальных нагрузок: Uпп = 123 кВ, Sн = 60 + j40 МВА, Uжел = 10,5 кВ. Начальная точка - номинальная отпайка.
1	0	115	64,6 + j57,1	9,12	Мало
2	–9	96,58	- // -	10,86	Велико
3	–7	100,7	- // -	10,41	Удовлетворительно
4	–6	98,62	- // -	10,63	Удовлетворительно
Режим минимальных нагрузок: Uпп = 118 кВ, Sн = 32 + j20 МВА, Uжел = 10,0 кВ. Начальная точка -  номинальная отпайка.
1	0	115	33,1 + j21,2	9,82	Мало
2	–1	113	33,1 + j21,1	10,00	Удовлетворительно

Выводы. Для обоих режимов возможно регулирование нап­ряжения с помощью РПН понижающих трансформаторов. Дополни­тельных средств регулирования не требуется.

2. Определение требований к уровню напряжения питающей подстанции (узел 3 расчетной схемы, см рис. 2).

Условия проведения опытов.

а) Определение минимальной границы.

На трансформаторах устанавливается наи­меньшая отпайка и подбирается наименьшее зна­чение напряжения U3, которое еще обеспечивает желаемое напряжение на НН.

б) Определение максимальной границы.

Устанавливается наибольшая отпайка и подбирается наибольшее значение напряжения U3, которое обеспечивает желаемое напряжение на НН. Если  напряжение U3 выше предельно допустимого значения по уровню изоляции (Umax), то его максимальной границей считается Umax. Для ЛЭП 110 кВ Umax = 126 кВ.

Результаты опытов сведены в табл. 4

Таблица 4

Результаты опытов по подбору напряжения на шинах питающей

подстанции в режимах максимальных и минимальных нагрузок

Номер опыта	Напряжение п.п. U3, кВ	Напряжение на шинах НН U1, кВ	Примечание
Режим максимальных нагрузок, Sн = 60 + j40 МВА, Uжел = 10,5 кВ, отпайка –9, Uотп = 96,58 кВ. Определение нижнего предела U3.
1	121	10,56	Удовлетворительно
Режим максимальных нагрузок, Sн = 60 + j40 МВА, Uжел = 10,5 кВ, отпайка +9, Uотп = 133,4 кВ. Определение верхнего предела U3.
1	126	8,18	Недостаточно Верхний предел 126 кВ
Режим минимальных нагрузок, Sн = 32 + j20 МВА, Uжел = 10,0 кВ, отпайка –9, Uотп = 96,58 кВ. Определение нижнего предела U3.
1	110	10,7	Велико
2	100	9,42	Мало
3	105	10,7	Удовлетворительно
Режим минимальных нагрузок, Sн = 32 + j20 МВА, Uжел = 10,0 кВ, отпайка +9, Uотп = 133,4 кВ. Определение верхнего предела U3.
1	126	9,17	Недостаточно Верхний предел 126 кВ

Выводы. Предельно возможные значения напряжения на шинах питающей подстанции:

- в режиме максимальных нагрузок 121 и 126 кВ,

- в режиме минимальных нагрузок 105 и 126 кВ.

Верхняя граница в обоих случаях определяется предельно допус­ти­мым рабочим напряжением по уровню изоляции 126 кВ.

3. Регулирование напряжения в послеаварийном режиме.

Условия проведения опытов.

1) Мощность узла 1 соответствует режиму максимальных нагрузок.

2) Отключается одна цепь ЛЭП (R и X ветви 3-2 увеличивается в два раза, а B  умень­шается в два раза).

3) Значение напряжения на шинах НН считается удовлетворительным, если оно не ниже 10 кВ; Желаемым значением напряжения является 10,5 кВ.

Сразу проверяем какое напряжение будет со стороны НН пони­жаю­щей подстанции при крайней отпайке (–9). Расчет дает: U1 = 8,68 кВ, что не является удовлетворительным.

Для обеспечения требуемого уровня напряжения рассмотрим 2 пути:

а) Отключение части мощности нагрузки:

- отключение 10 % мощности нагрузки - Sн = 54 + j36 МВА,

получаем U1 = 9,65 кВ - недостаточно;

- отключение 20 % мощности нагрузки - Sн = 48 + j32 МВА,

что дает U1 = 10,33 кВ - удовлетворительно.

б) Компенсация реактивной мощности нагрузки для обеспечения желаемого напряжения 10,5 кВ. Фиксируем это напряжение на шинах НН, получаем Q1 = 23,2 Мвар. Мощность компенсации равна: Qк = 40 – 23,2 = 16,8 Мвар.

Выводы. Для обеспечения требуемого уровня напряжения в послеаварийном режиме требуется либо отключение порядка 20 % мощности нагрузки, либо использование компенсирующего устройства мощностью около 17 Мвар.

4. Определение мощности компенсирующего устройства для регулирования напряжения.

Условия проведения опытов.

1) Напряжение на шинах питающей под­станции снижается на 5 %, U3 = 114,95 кВ.

2) Напряжение на шинах НН фиксируется равным 10,5 кВ и определяется реактивная мощ­ность требуемая для поддержания этого уровня напряжения.

Расчет дает реактивную мощность со стороны НН транс­фор­ма­то­ров: Q1 =25,7 Мвар. Мощность компенсации равна: Qк =40 – 25,7 = 14,3 Мвар.

Выводы. Для обеспечения требуемого уровня напряжения в рассматриваемом режиме требуется установка компенсирующего устройства мощностью около 15 Мвар.

Таблица 5

Данные для выполнения лабораторной работы №3

Режим нагрузок	Мощность S3, МВА	Пределы U3, кВ
максимальный	64,6 + j57,1	[121; 126]
минимальный	33,1 + j21,1	[105; 126]