Расчет параметров и мощность линии электропередачи

Определение коэффициента распространения, волнового сопротивления и натуральной мощности линии, для линии с расщепленным проводом. Вычисление параметров схемы замещения линии, выбор мощности реактора в режиме холостого хода. Режим ЛЭП, схема защиты.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 26.01.2011
Размер файла 198,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Быстрое протекание переходных процессов в энергосистемах, вызванных аварийными небалансами активной мощности, требуют применения противоаварийной автоматики (ПА), контролирующей режим электропередачи.

В ОЭС могут возникать нарушения нормальных режимов работы:

опасные перегрузки ЛЭП из-за непредвиденных изменений балансов мощности балансов мощности генераторов и нагрузки в различных частях ОЭС;

- опасные набросы мощности на электропередачи при внезапных отключениях генераторов в приёмной системе или нагрузки в передающей части энергосистемы;

- внезапное отключение одной из межсистемных ЛЭП, угрожающее нарушением динамической устойчивости.

ПА выявляет опасные для устойчивости аварийные возмущения, определяет по ним интенсивность управляющих воздействий на разгрузку электропередачи и производит их реализацию.

1. Определение коэффициента распространения, волнового сопротивления и натуральной мощности линии, для линии с расщеплённым проводом

Исходные данные для решения задачи указаны в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные

Длина линии, км

Марка и сечение проводов фаз,

Диаметр провода, мм

Сопротивление провода с учётом расщепления, (Ом/км)

Расстояние между фазами, (м)

Расстояние между проводами расщеплённых фаз, (см)

К1

К2

650

3*(АС-330/30)

24.8

0.029

14

50

0.50

1.4

Воздушная линия электропередачи напряжением 500 кВ имеет одноцепные опоры с горизонтальным расположением проводов, расстояние между фазами равно

D = 14 м, сечение фазного провода состовляет 482,81 мм, активное сопротивление равно ro, активная проводимость принимается равной go = 0.

Требуется вычислить коэффициент распространения (Yo), волновое сопротивление (Zc), натуральную мощность линии (Pc), в двух случаях: 1) линия выполнена одиночным проводом диаметром 24,8 мм; 2) линия выполнена проводами марки

3 (АС - 330/30) в фазе с диаметром каждого из проводов, равным 24.8 мм. Провода в фазе расположены по вершинам равностороннего треугольника со стороной а = 50 см.

Решение

1. При горизонтальном расположении проводов среднее геометрическое расстояние между проводами, м;

(1)

В этом случае сопротивления и проводимости, отнесенные к 1 км длины линии, будут:

Индуктивное сопротивление, Ом/км:

где - радиус провода, мм. (2)

Емкостная проводимость, 1 / Ом*км:

(3)

(4)

Следовательно, искомые величины будут равны:

Коэффициент распространения, 1/км:

(5)

Коэффициент затухания, 1/км:

(6)

Коэффициент фазы, град/км;

(7)

Волновое сопротивление линии, Ом;

(8)

При не учете активных сопротивлений и проводимости линии:

Натуральная мощность линии, МВт;

(9)

2. В случае расщеплённых проводов при определении сопротивлений и проводимостей линии следует пользоваться эквивалентным значением внешнего радиуса провода.

Эквивалентный радиус провода, мм;

(10)

При трёх проводах в фазе сопротивления и проводимости будут равны:

Индуктивное сопротивление, Ом/км;

(11)

Емкостная проводимость, 1 / Ом*км;

(12)

Искомые параметры определим по формулам (5) - (9):

Таким образом, при расщеплении проводов коэффициент распространения меняется мало, т. к. уменьшение индуктивного сопротивления сопровождается увеличением емкостной проводимости. Существенно уменьшается при этом волновое сопротивление и возрастает натуральная мощность линии.

2. Определение обобщенных постоянных с учетом и без учета потерь в линии представленной четырехполюсником. Сравнение полученных результатов

Одноцепная ЛЭП напряжением 500 кВ, длиной 650 км, выполнена проводами марки 3*(АС-330/30) и характеризуется следующими параметрами:

Требуется представить линию четырехполюсником и найти обобщенные постоянные А, В, С, D с учетом и без учета потерь.

1. Волновые параметры линии с учетом потерь находятся по формулам:

Определим гиперболические функции по известным соотношениям, отметим что для линий до 1000 км и тогда:

(13) - 14)

Для симметричного четырхполюсника:

(15) - (17)

Проверим результат по условию А*D-В*С=1:

2. Пренебрегая активным сопротивлением линии, получим

(18)

В этом случае:

(19)

.

Гиперболические функции от комплексного аргумента для линии без потерь:

Обобщенные постоянные будут иметь значения:

Проверим результат по условию А*D-B*C=1:

Сравнение результатов расчетов А, В, С, D и Z с учетом и без учета потерь показывает, что модули волнового сопротивления и обобщенных постоянных в обоих случаях оказываются достаточно близкими по величине. Существенное искажение А, В, С, D от потерь имеет место при больших длинах линии (е>2000 км). Поэтому для исследования вопросов пропускной способности, перенапряжений, токов К.З. возможно рассматривать вместо реальной линии - идеальную, без потерь.

3. Определение параметров схемы замещения линии, выбор мощности реактора по условиям выравнивания напряжения в режиме холостого хода линии

ЛЭП напряжением 500 кВ, длиной 650 км, выполнена проводами марки 3*(АС-330/30), состоит из двух участков по 325 км. В середине линии установлено компенсирующее устройство, состоящее из трёх шунтирующих реакторов одинаковой мощности.

Сопротивления и проводимости, отнесенные к одному км длины составляют:

Требуется определить, параметры схемы замещения линии, выбрать мощность реактора по условию выравнивания напряжения в режиме холостого хода.

Поправочный коэффициент для активного сопротивления:

(20)

Поправочный коэффициент для реактивного сопротивления:

(21)

линия сопротивление реактор мощность

Поправочный коэффициент для емкостной проводимости:

(22)

Параметры П-образной схемы замещения всей линии:

(23) - (25)

Для выравнивания напряжения в режиме холостого хода суммарная проводимость компенсирующих реакторов должна быть равна проводимости П-образных схем замещения в точке их соединения, т.е. в средней точке линии:

Номинальная мощность одного реактора (трёх фаз):

(26)

После отключения реакторов представим линию П-образной схемой замещения (рис. 3), поправочные коэффициенты для перерасчета постоянных всей линии определим по формулам (20) - (22):

Рис. 3

Параметры П-образной схемы замещения всей линии определим по формулам (23) - (25):

5. Поочередное включение трех шунтирующих реакторов, установленных в средней точке линии. Определение вторичных волновых параметров и обобщенных постоянных электропередачи для случаев трех, двух и одного включенных реакторов, а также собственные и взаимные проводимости и параметры.

Исходные данные: км - длина линии, Ом - волновое сопротивление, - коэффициент фазы, 1 / Ом - проводимость одного реактора.

Представим каждую из половин линии в виде четырёхполюсника (рис 4):

Рис. 4

Обобщённые постоянные будут равны:

Найдём обобщенные постоянные установки шунтирующих реакторов без учета потерь:

где п - число включенных реакторов.

Рассматривая последовательное соединение всех трех звеньев линии, определим матрицу искомых величин:

После умножения матриц получим:

Результаты расчетов по А, В, С, D по приведённым выше формулам запишем в таблицу 2.

Таблица 2 - Обобщенные постоянные ЛЭП при nключенных реакторах

n

А

В, Ом

С, /Ом

D

0

0,774

J183.39

J2.19

0.774

1

0,810

J187.17

J1.837

0.810

2

0,847

J190.95

J1.484

0.847

3

0,883

J194.73

J1.131

0.883

А, D

0.95

0.90

0.85

0.80

0.75

0 1 2 3 n

Рисунок 5. - Графическая зависимость

Для рассматриваемой линии:

, Ом - входное сопротивление линии; (27)

, МВт - передаваемая мощность по линии; (28)

(29)

Результаты расчетов по формулам (27) - (29) показаны в таблице 3, где nоличество включенных реакторов.

Таблица 3.

n

0

1

2

3

289.38

319.2

358.7

414.96

863.9

783.2

696.96

602.5

Присоединение к линии реакторов приводит к уменьшению электрической длины линии и увеличению характеристического сопротивления, что снижает предел передаваемой мощности по линии. Таким образом, присоединение реакторов к промежуточным точкам линии оправдывается лишь при малых нагрузках для выравнивания напряжения и уменьшения потерь.

Собственные и взаимные сопротивления передачи:

Для проводимостей П-образной схемы замещения имеем (рисунок 5):

Рис. 7

4. Определение, при установленной в середине линии емкостной компенсации (УПК)

а) обобщенных постоянных электропередачи и её вторичных волновых параметров,

б) собственных и взаимных сопротивлений, проводимостей П-образной схемы замещения для различных степеней продольной компенсации.

ЛЭП напряжением 500 кВ, выполненная проводами марки 3*(АС-330/30), состоит из двух участков длинной 325 км. В середине линии имеется установка емкостной продольной компенсации (УПК) без шунтирующих реакторов.

Требуется определить обобщенные постоянные электропередачи, вторичные волновые параметры, собственные и взаимные сопротивления и проводимости

П-образной схемы замещения для различных степеней продольной компенсации. Активным сопротивлением пренебрегаем, обобщенные постоянные участков ЛЭП принимаем такими же, как в предыдущем разделе.

Степень продольной компенсации представляет собой отношение сопротивления установки конденсаторов к индуктивному сопротивлению линии:

, (30)

где - длина линии, км;

Рассматривая последовательное соединение всех трех звеньев линии, определим матрицу обобщенных постоянных:

После умножения матриц получим:

где - длина всей линии, равная 650 км.

Результаты расчетов по А, В, С, D по приведенным выше формулам запишем в таблицу 4 (Ом/км).

Таблица 4 - обобщенные постоянные ЛЭП при различной степени продольной компенсации

k

A

B, Ом

C,/Ом

D

0

0,774

J183.4

J2.189

0.774

0,25

0,828

J139.43

J2.256

0.828

0,5

0,882

J95.47

J2.323

0.882

0,75

0,936

J51.50

J2.390

0.936

1,0

0,990

J7.54

J2.457

0.990

Из таблицы 4 видно, что увеличение степени продольной компенсации приводит к увеличению постоянной А и уменьшению постоянной В, что является положительным фактором.

Вторичные волновые параметры линии с УПК найдем по формулам (27) - (29).

Результаты расчетов по приведенным формулам показаны в таблице 5.

Таблица 5.

k

0

0.25

0.5

0.75

1.0

289.5

248.6

202.7

146.8

55.4

863.6

1005.6

1233.3

1702.99

4512.6

Данные таблицы 5 показывают, что с увеличением степени компенсации существенно улучшаются волновые параметры линии электропередачи.

Найдем значения собственных и взаимных сопротивлений для k =0.5:

Проводимости П-образной схемы при этом определяются равными:

5. Определение напряжения в середине линии при передаче различных мощностей, определение фазы и напряжения в начале линии

Линия длиной =650 км, выполнена проводами марки 3*(АС-330/30).

Требуется определить напряжение в середине линии при передаче мощности

где коэффициенты из таблицы 1 исходных данных и определить фазу напряжения и тока в начале линии.

В обоих случаях напряжения по концам передачи равны 500 кВ; линия рассматривается без потерь волновое сопротивление линии

натуральная мощность коэффициент изменения фазы на единицу длины

Определим обобщенные постоянные линии:

Т.к. четырехполюсник, замещающий линию симметричен, то А=D, следовательно

D=0.774.

1. Передаваемая мощность по линии, о.е.:

(31)

Реактивная мощность в конце линии, о.е.:

(32)

Реактивная мощность в конце линии, Мвар:

(33)

Т.к. линия работает без перепада напряжения, реактивная мощность в начале линии равна реактивной мощности в конце линии и противоположна по знаку. Следовательно:

Таким образом, поскольку по линии передается мощность меньше натуральной , она генерирует избыточную реактивную мощность, которую необходимо компенсировать на приемном и передающем концах.

Угол между током и напряжением определяется как:

(34)

Ток в конце линии, кА:

(35)

Вектор напряжения считаем направленным по положительной вещественной оси, т.е.

Напряжение в начале линии, кВ:

(36)

Следовательно, модуль напряжения в начале передачи равен модулю напряжения в конце передачи, а угол между напряжением составляет 18 градусов.

Ток в начале линии, кА:

(37)

Следовательно, модуль тока в начале линии равен модулю тока в конце линии, а аргумент меняет знак на противоположный, не меняя своего абсолютного значения.

Определим обобщенные постоянные для половины длины линии:

Напряжение в середине линии, кВ:

(38)

2. Передаваемая мощность по линии, о.е.:

Реактивная мощность в конце линии, о.е.:

При передаче по линии мощности, больше натуральной , в линию необходимо выдавать реактивную мощность с обоих концов.

Реактивная мощность в конце линии, Мвар:

Угол

Ток в конце линии, кА:

Напряжение в середине линии, кВ:

6. Рассмотрение режима ЛЭП при разомкнутом выключателе на конце линии. Расчет распределения напряжения вдоль линии

Линия, рассмотренная в предыдущем разделе, разомкнута на конце выключателем.

В начале линии подведено напряжение 500 кВ.

Требуется построить кривую распределения напряжения вдоль линии.

В линии, разомкнутой с приемного конца (при ), напряжение в промежуточных точках определим из уравнения:

(39)

или для

Откуда:

Для середины линии:

Напряжение для любой точки рассматриваемой линии, кВ:

(40) - (41)

где - расстояние отсчитанное от начала линии, км.

Результаты расчетов, по формулам (40) - (41) для построения зависимости

приведены в таблице 6.

Таблица 6.

км

кВ

100

540

200

575

300

603

400

624

500

638

600

645

650

646

Кривая распределения напряжения вдоль линии при разомкнутом выключателе в конце линии и фиксированном напряжении кВ.

7. Определение зависимости реактивных мощностей начала и конца линии от передаваемой активной мощности

Линия длиной 650 км и напряжением 500 кВ, выполнена проводами марки

3*(АС-330/30), работает с равными напряжениями по концам кВ.

Требуется построить зависимости мощностей начала и конца линии () от передаваемой активной мощности.

Обобщенные постоянные линии (определены в разделе 3):

Вычисляем следующие комбинации обобщенных постоянных:

Реактивная мощность в начале линии, Мвар:

(42)

где Мвар, т. к. при Р=0 имеет емкостной характер.

Реактивная мощность в начале линии, о.е.:

(43)

где МВт - натуральная мощность линии.

Реактивная мощность в конце линии, Мвар:

(44)

Реактивная мощность в конце линии, о.е.:

(45)

Результаты расчетов по формулам (42) - (45), при передаваемой мощности

приведены в таблице 7.

Таблица 7.

МВт

0

431,83

863,65

1295,48

, о.е.

-0,357

-0,322

-0,11

0,419

, о.е.

0,359

0,236

-0,062

-0,84

Полученные зависимости показаны на рисунке 19. Следует заметить, что для линии без потерь, все характеристики пересекают ось действительных значений при Р=1,0Рс, под влиянием потерь активной мощности симметрия распределения реактивной мощности в линии нарушается.

8. Принципиальная схема автоматики защиты ЛЭП от аварийного напряжения

Автоматика защиты ЛЭП от аварийного перенапряжения.

Защита выполнена применительно к наиболее распространенной схеме РУ с двумя выключателями на присоединение. Защита имеет две ступени и выполнена с пофазным контролем величины напряжения и реактивной мощности, обеспечивающих ее действие в неполнофазных режимах. В качестве пусковых реле напряжения - применены реле с повышенным коэффициентом возврата РН-58. Схема цепей тока выполнена таким образом, что реле мощности 1 KW…3KW и реле тока 1 КА…3 КА могут быть включены на ток линии без тока реактора или в сумме с ним. В большинстве случаев целесообразно реле мощности и тока включать на ток линии без реактора (на 1 ТТ и 2 ТТ). Именно такое включение соответствует значению мощности срабатывания избирательного органа , исходя из величины зарядной мощности . Однако в некоторых случаях, когда не удается выбрать уставку пускового органа защиты по напряжению используют лишь избирательный орган реактивной мощности. Основное назначение такой защиты - ликвидация опасного напряжения для оборудования на отключенном конце линии. В указанном случае целесообразно с точки зрения настройки - включить реле мощности и тока на ток линии с сумме с током реактора (на 1ТТ, 2ТТ, 3ТТ). Однако в случае неполнофазного отключения линии выходное реле защиты 4 KL, действующее на отключение трех фаз линии может не вернуться в исходное положение за счет того, что повышенное напряжение на линии и сток реактивной мощности в реактор могут сохраняться на фазах, не отключенных с противоположной стороны ЛЭП. В этом случае надежность срабатывания имеющегося устройства резервируется на отключающемся конце ЛЭП будет снижена. Для устройства УРОВ потребовалось бы применение двух реле тока, фиксирующих отказ выключателя, что нежелательно. Рассмотренное включение реле мощности может быть допущено, если не предполагается использование УРОВ. Включение же реле мощности только на ток линии, без тока реактора, не снижает надежности УРОВ. Чувствительная ступень, использующая реле максимального напряжения 1KV…3KV и реле реактивной мощности 1KW…3KW для контроля величины и напряжения реактивной мощности линии, действует с выдержкой времени первой, на включение реактора (реле времени, создающие эту выдержку, находятся на панели автоматики реактора), со второй выдержкой времени, определяемой выдержкой времени проскальзывающего контакта 1КТ2 и 4КL, на отключение линии. Пуск грубой системы защиты осуществляется от реле максимального напряжения 4КV…6KV, она не имеет своего пофазного контроля величины и направления реактивной мощности, а использует орган контроля чувствительной ступени (реле 1 КL). Грубая ступень с выдержкой времени, создаваемой проскальзывающим, контактом 2КТ2, действует на отключение линии. В качестве выходного реле 4КL защиты от повышения напряжения в схеме использовано многократное реле с фиксированным положением якоря типа РП-8. Применение этого реле позволило использовать для его пуск проскальзывающие контакты 1КТ2, 2КТ2, в цепи срабатывания 4КL дополнительно включен контакт 1КL2, размыкающий ее при возврате. Обе ступени защиты действуют на отключение линии через выходные реле резервных защит, с запретом АПВ и на пуск УРОВ. Блокировка по току линии, предотвращающая неправильные действия защиты при больших реверсивных токах активной мощности, выполнена с помощью реле тока 1КА, 2КА, 3КА. Если такая блокировка не требуется, контакты реле должны быть замкнуты на клемнике панели. Как уже указывалось выше в защите от повышения напряжения иногда не используется орган напряжения. Тогда с помощью перемычек на клемнике исключаются контакты реле напряжения 1КV - 3KV. Предусматривается только возможность защиты линии без контроля реактивной мощности (например если от подстанции отходит только одна линия). Схема устройства резервирования при действии защиты от повышения напряжения на линии и отказе выключателя, срабатывает по факту действия защиты (контакты 1КТ3 и 2КТ3). УРОВ с выдержкой времени действует на отключение и запрет АПВ, соответствующей системы шин. Для повышения надежности действия устройства резервирования, в выходные цепи УРОВ включены дополнительные контакты 4КL2-4КL5 выходного реле защиты от повышения напряжения. Этим предотвращается неправильное срабатывание устройства резервирования, при случайном срабатывании реле 2КL и 3КL, последняя сигнализируется с выдержкой времени (с помощью контактов

L3 3КL3). Вместе с тем случайное срабатывание реле 4КL без срабатывания 2КL или 3КL тоже не ведет к срабатыванию реле УРОВ. Последовательное включение в выходные цепи УРОВ контакта 4КL или 2КL или контакта 3КL, не устраняет неправильного действия. Если персонал, при всех выключенных накладках и снятой перемычке на наклемнике в цепи отключения линии, проверит исправность этой цепи путем приведения в действие пусковой цепи защиты, например нажатием на реле 1КL. Для выполнения проверки выходной цепи защиты, специально предусмотрен испытательный блок ЗБИ. Со съемом его крышки одновременно размыкаются выходные цепи и самой защиты и устройства резервирования.

Тем не менее, на случаи, если персонал ошибочно не воспользуется указанным блоком, а разомкнет только цепи отключения линии на клемнике, предусмотрено следующее: в цепи катушек реле 2КL и 3КL включены контакты 1КL и L, которые замыкаются только при наличии импульса на отключение выключателя, тоесть только в цепях срабатывания защиты, в остальных случаях, в том числе и при проверке защиты, указанные контакты разомкнуты, что исключает неправильное срабатывание реле 2КL и 3КL. Однако наличие нормально замкнутых контактов 1КL и 2КL создает опасность отказа срабатывания УРОВ, например, при наличии обрыва цепи контактов реле 1КL и L. В том случае, когда на данной станции или подстанции не предполагается использование УРОВ, его цепи отсоединяются на клемнике панели. Предусматривается два вида сигнализации: аварийная и предупредительная. Аварийная сигнализация свидетельствует о срабатывании каждой из ступени защиты и о действии УРОВ. Предупредительная действует при неисправности выходных реле защиты и УРОВ.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Представление линии 500 кВ четырехполюсником, нахождение обобщенных постоянных с учетом и без учета потерь в линии. Определение параметров схемы замещения линии. Выбор мощности реактора по условиям выравнивания напряжения в режиме холостого хода линии.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 29.03.2017

  • Выбор и обоснование марки провода. Расчет параметров четырехполюсника. Определение режимов: натуральной мощности, максимальной нагрузки, малых нагрузок и холостого хода. Порядок вычисления и анализ тока, напряжения и мощности в исследуемой линии.

    курсовая работа [456,0 K], добавлен 07.08.2013

  • Расчёт коэффициента полезного действия, максимальной, наибольшей и натуральной мощности, коэффициентов компенсации и увеличения пропускной способности линии, распределение напряжения, тока. Вычисление параметров элементов компенсирующего четырёхполюсника.

    курсовая работа [326,4 K], добавлен 04.05.2014

  • Задача на определение активного и индуктивного сопротивления, ёмкостной проводимости фазы и реактивной мощности. Параметры схемы замещения трёхфазного трёхобмоточного трансформатора. Потери в линии электропередачи, реактивной мощности в трансформаторах.

    контрольная работа [789,0 K], добавлен 27.02.2013

  • Характер распределения напряжения при различной нагрузке линии. Электрические параметры воздушных линий. Компенсация реактивной мощности. Назначение статических тиристорных компенсаторов и выполняемые функции. Линии электропередачи схемы выдачи мощности.

    реферат [463,8 K], добавлен 26.02.2015

  • Составление схемы замещения электропередачи и определение ее параметров. Определение волнового сопротивления. Определение радиуса расщепления фазы. Отыскание границ области по ограничениям на радиус провода. Расчеты режима работы электропередачи.

    курсовая работа [5,1 M], добавлен 31.08.2011

  • Энергетический процесс и распределение напряжений в схеме замещения 2-х проводной линии электропередачи при постоянной величине напряжения в начале линии в зависимости от тока, определяемого количеством включенных потребителей электрической энергии.

    лабораторная работа [71,4 K], добавлен 22.11.2010

  • Расчет параметров схемы замещения линии электропередач, трансформатора и максимального нагрузочного тока. Выбор уставок дифференциальной защиты линии, дифференциального органа с торможением. Проверка чувствительности максимальной токовой защиты.

    курсовая работа [345,7 K], добавлен 21.03.2013

  • Схема линий с распределенными параметрами. Телеграфные уравнения для синусоидального сигнала. Расчет постоянной сопротивления, мощности и коэффициента полезного действия линии. Напряжение и ток длинной линии без потерь. Длина электрической волны.

    контрольная работа [535,8 K], добавлен 27.06.2013

  • Расчет первичных параметров коаксиального кабеля при режиме бегущих волн линии электропередачи с потерями. Определение постоянных интегрирования по заданному входному напряжению для согласованного режима на входе. Режим стоячих волн в линии без потерь.

    практическая работа [7,1 M], добавлен 04.06.2019

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.