CC BY
72
УДК 621.311.017
УЧЕТ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ ЭНЕРГОИСТОЧНИКОВ В РАСЧЕТАХ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 6-10 кВ
Докт. техн. наук, проф. ФУРСАНОВ М. И., канд. техн. наук, доц. ЗОЛОТОЙ А. А., инж. МАКАРЕВИЧ В. В.
Белорусский национальный технический университет
В последнее время в распределительных электрических сетях 6-10 кВ значительно возросла доля энергоисточников, находящихся на балансе потребителей, таких как блок-станции, мини-ГЭС, мини-ТЭЦ, ветроэнергетические, фотоэлектрические, парогазовые, газотурбинные и газопоршневые установки, биогазовые энергокомплексы и многие другие. Выросла доля потребительских энергоисточников, работающих параллельно с энергосистемой по диспетчерскому графику. Как правило, генерирующие источники потребителей, работающие параллельно с энергосистемой, снабжены автоматической системой регулирования напряжения в точке их подключения к электрической сети. Такие энергоисточники изменяют режимы работы распределительных электрических сетей энергосистемы, делают их комбинированными, влияют на потери электроэнергии в них. Поэтому влияние энергоисточников, находящихся на балансе потребителей, необходимо учитывать при расчетах распределительных электрических сетей. Традиционные подходы к расчетам разомкнутых электрических сетей 6-10 кВ не предусматривают задания в узлах генерирующих источников, способных регулировать напряжение. Для расчета режимов разомкнутых распределительных сетей с генерирующими источниками следует использовать подходы, применяющиеся при расчетах замкнутых электрических сетей, но при этом учитывать особенности топологии разомкнутых сетей. Из известных подходов к расчету нормальных режимов электрических сетей наиболее пригодным здесь является метод расчета электрической сети с двусторонним питанием. Сети с двусторонним питанием относят к разновидности замкнутых электрических сетей, но они могут иметь разомкнутую топологию. Расчет нормального режима электрической сети с двусторонним питанием, имеющей разомкнутую топологию, описан во всех известных учебниках по электрическим сетям, однако современные распределительные линии (РЛ) 6-10 кВ могут иметь источники питания более чем в двух узлах.
В статье предлагается способ расчета распределительных электрических сетей 6-10 кВ энергосистем, учитывающий дополнительные источники питания в одном или нескольких узлах сети.
Рассмотрим схему РЛ электрической сети 10 кВ, представленную на рис. 1. Схема состоит из 14 ветвей и 15 узлов, один из которых является центром питания (ЦП) схемы (узел 1). К узлам 6, 21, 23, 24, 32, 33, 41 и 51 подключены электрические нагрузки. Будем полагать, что мощности нагрузок в узлах РЛ каким-то образом оценены, определены или смоделированы и в данном случае заданы. Значения мощностей приведены в табл. 1. В узлах 6, 24 и 33 РЛ имеются генерирующие источники потребителей, оснащенные устройствами автоматического регулирования напряжения.
Сопротивления участков РЛ приняты одинаковыми и равными Ъ = 0,01 + + /0,02 Ом. В узле ЦП и узлах, в которых подключены генерирующие источники потребителей, заданы напряжения, равные номинальному напряжению сети - 10 кВ.
Таблица 1
Мощности нагрузок в узлах РЛ, представленной на рис. 1
Узлы схемы РЛ 6 21 23 24 32 33 41 51
Р, кВт 45 30 25 50 28 70 25 33
2,квар 20 15 10 20 18 30 12 22
Если бы в узлах, например 24 и 33, схемы РЛ генерирующие источники потребителей, оснащенные устройствами автоматического регулирования напряжения, отсутствовали, то для определения потока мощности на головном участке схемы £12, без учета потерь, можно воспользоваться выражением, известным для электрических сетей с двусторонним питанием:
5
Е 6
и + ^-, (1)
^12 -
и 1 - и 6 ±16 ±16
где и 1 - напряжение в узле 1, являющемся центром питания схемы РЛ; и_ 6 - напряжение в узле 6 схемы РЛ, в котором подключен генерирующий источник потребителя; £/н - номинальное напряжение РЛ; ±16 - суммарное сопротивление луча схемы РЛ между узлами 1 и 6:
±16 — ±12 + ±23 + ±34 + ±45 + ±56 ; (2)
6 - суммарные сопротивления плеч схемы РЛ между узлами г и 6:
± 26 — ± 23 + "134 + ' ± 45 + ±56;
± 36 — ± 34 + -145 + 56; >
± 46 — ± 45 + "156;
± 56 — ± 56;
£ - мощности нагрузок г-х узлов схемы РЛ г — 2,5; 12
9 - 9 + 9 •
—2~ —2-22 —2-21 з
9 — 9 •
¡¿3 _ ¡¿3-31'
9 — 9 •
¡¿4 _ —4-41' 9 5 — 9 5-51 •
Однако в узлах 24 и 33 схемы РЛ генерирующие источники потребителей, оснащенные устройствами автоматического регулирования напряжения, имеются, что превращает данную линию в сеть с четырехсторонним питанием.
Для определения мощностей генерирующих источников потребителей в узлах схемы РЛ требуется составить уравнения второго закона Кирхгофа с учетом потоков уравнительных мощностей для каждого луча схемы, соединяющего ЦП с генерирующими узлами РЛ:
1— 0,
(5)
где — поток мощности по ветви 7—/' схемы РЛ; ^ — полное сопротивление ветви 7—/' схемы РЛ.
Для схемы РЛ (рис. 1) необходимо составить три уравнения. Произвольно зададимся направлениями потоков мощности во всех ветвях схемы РЛ. За положительное направление обхода лучей схемы РЛ между ЦП и генерирующими узлами примем направления от ЦП к генерирующим узлам. В итоге получим следующую систему уравнений:
12-22 9 22-24 1 22- 24
(и - и24 ) и„
91-2 ^1-2 + 9 2-22 1 91-2 ^1-2 + 9 2-3 12-3 + 93-31 13-31 - 931-33 131-33
— 0;
(и - и33) и„
— 0;
91-2 ^1-2 + 9 2-3 12-3 + 93-413-4 + 94-5 14-5 95-6 15-6
(и - и6) ип
— 0,
(6)
где 11-24, 11—33, 11—6 — суммарные сопротивления лучей схемы РЛ между узлами 1 и 24, 1 и 33, 1 и 6.
Выразим неизвестные потоки мощности в ветвях через мощности нагрузок в узлах и неизвестные мощности, генерируемые в схему энергоисточниками потребителей 9г6, 9г24 и 9г33:
9 31 -33 — 9 33 9 г33 •
9 3- -31 = = 932 ■ + 9 - 9 • т ¡¿33 ¡¿г33 5
9 22 -24 — 9 24 _ 9 • ¡¿г24'
9 2- 22 = 9 23 + 9 - 9 • ^ ¡¿24 ¡¿г24'
9 5- -6 — 9 6 - 9 г6 •
9 4- -5 — 9 6 + 9 51 - 9 г6 •
9 3- 4— 9 6 + 951 + 941 - 9г6 •
9 2- 3— 9 6 + 951 + 941 + 932 '
91- 2— 9 6 + 951 + 941 + 932 "
" 933 9г6 9г
+ 9,
- 9 , 99„.
(7)
~1-33
Подставив (7) в (6), получим уравнения:
(£6 + £51 + £41 + £32 + £33 + £ 21 + £23 + £24 - £г6 - £г33 - £г24 ) 2 +
и 1 - и24 ипот (8)
+ (^23 + ^24 — £г24 ) *2-22 — ($24 — £г24 ) *22-24 + * = 0;
( £6 + £51 + £41 + £32 + £33 + £21 + £23 + £24 £г6 £г33 £г24 ) 2 + + ( £6 + £51 + £41 + £32 + £33 - £г6 - £г33 ) 12-3 + ( £32 + £33 - £г33 ) *3-31 - (9)
и1 - и31 ип
(£33 £г33 ) *31-33 + * = 0;
33
( £6 + £51 + £41 + £32 + £33 + £21 + £23 + £24 - £г6 - £г33 - £г24 ) ^1-2 + + ( £6 + £51 + £41 + £32 + £33 - £г6 - £г33 ) *2-3 + + (56 + £51 + £41 - £г6 ) 4 +(£6 + £51 - £г6 ) *4-5 -
[и.1 - Ц.6 1 ипот
-(£6 - £г6) *5-6 -^-= о.
(10)
Подставим в (8)—(10) численные значения известных величин: (306 + У147 - £г6 - £г33 - £г24) (0,01 + / 0,02) +
+( 75 + У30 - £г24)( 0,01 + / 0,02)- (11)
ч (10 -10)-10
-(50 + У 20 - $ 24)( 0,01 + /0,02) + ^--= 0;
V У _г2^ У , ) 0,03 - /0,06
(306 + /147 - £г6 - £г33 - £г24) (0,01 + /0,02) + +(201 + /102-£г6 -£г33)(0,01 + /0,02) +
+(98 + /48 - £г33)(0,01 + /0,02)- (12)
ч (10 -10)-10
-(70 + /30 - $ 33)(0,01 + /0,02) + ^--= 0;
V У -г33Л > У ' ) 0,04 - /0,08
(306 + /147 - £г6 - £г33 - £г24)(0,01 + /0,02) +
+(201 + /102 - £г6 - £г33) (0,01 + / 0,02) +
+(103 + / 54 - £г6)( 0,01 + / 0,02) + (13)
+( 78 + / 42 - £ г6)( 0,01 + / 0,02)-
ч (10 -10)10
-(45 + /20 - )( 0,01 + /0,02) + ---= 0.
^ 7 "г6Д 7 ^ 0,05 - / 0,10
—1-24
Решив систему уравнений (11)—(13) найдем неизвестные значения мощностей, которые генерируются в схему энергоисточниками потребителей:
£г6 = 87,5 + /44,8 кВА; 5г24 = 65,7 + /24,7 кВА; 5г33 = 79,8 + /38,2 кВА.
Зная генерацию энергоисточников в схеме РЛ, потоки мощности по всем ветвям РЛ определим традиционным способом расчета потокорас-пределения, применяющимся в разомкнутых распределительных электрических сетях энергосистем. Результаты расчета искомого потокораспреде-ления в исследуемой схеме РЛ представлены на рис. 2.
Рис. 2. Схема электрической сети 10 кВ
В Ы В О Д Ы
1. Вопросы расчета и оптимизации режимов все более усложняющихся распределительных электрических сетей 6-10 кВ являются актуальными и требуют постоянного развития и совершенствования.
2. В статье представлен разработанный методический подход для расчета режимов разомкнутых электрических сетей 6-10 кВ, содержащих генерирующие источники, находящиеся на балансе потребителей, работающие параллельно с энергосистемой и оснащенные средствами автоматического регулирования напряжения.
3. Разработанный подход положен в основу развития востребованного в настоящее время комплекса промышленных программ для решения различных технологических задач эксплуатации электрических сетей 6-10 кВ.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Ф у р с а н о в, М. И. Определение и анализ потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем. - Минск: УВИЦ при УП «Белэнергосбережение», 2005. - 208 с.
2. Ф у р с а н о в, М. И. Программно-вычислительный комплекс ООРЖ для расчета и оптимизации распределительных (городских) электрических сетей 10(6) кВ / М. И. Фур-санов, А. Н. Муха // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). -2000. - № 3. - С. 34-39.
3. Г е р а с и м е н к о, А. А. Передача и распределение электрической энергии: учеб. пособие / А. А. Герасименко, В. Т. Федин. - Красноярск: НПЦ КГТУ; Минск: БНТУ, 2006. - 808 с.
4. Ф у р с а н о в, М. И. Оценка и анализ режимов и потерь электроэнергии в электрических сетях 6-20 кВ на основе программно-вычислительного комплекса «Дельта» /
М. И. Фурсанов, О. А. Жерко // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2005. - № 1. - С. 31-43.
Представлена кафедрой
электрических систем Поступила 05.05.2011
УДК 621.314
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ КРАТКОВРЕМЕННЫХ АВАРИЙНЫХ ПЕРЕГРУЗОК ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ И СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ
Докт. техн. наук, проф. АНИЩЕНКО В. А., инж. АДАМЦЕВИЧ В. А.
Белорусский национальный технический университет
Надежность работы электроэнергетических систем в аварийных условиях зависит, в частности, от выбора допустимой длительности кратковременных аварийных перегрузок турбогенераторов и синхронных компенсаторов, которые позволяют поддерживать уровень напряжения в заданном диапазоне при крупных авариях в энергосистеме. Режимы перегрузок возникают в результате отключения части элементов электроснабжения при проведении их плановых или аварийных ремонтов.
Учет перегрузочной способности генераторов и синхронных компенсаторов в условиях эксплуатации позволяет обеспечить надежное электроснабжение потребителей с наименьшими суммарными затратами на поддержание требуемого качества электроэнергии и наименьшим ущербом от недоотпуска электрической энергии.
Нормирование кратковременных аварийных перегрузок генераторов. При эксплуатации синхронных машин существуют нормальные установившиеся режимы, длительно допустимые режимы, отличные от номинальных, а также режимы кратковременных перегрузок синхронных машин в неустановившихся симметричных и несимметричных режимах. В аварийных условиях при перегрузках генераторов и синхронных компенсаторов по токам статора и ротора происходят ускоренный износ изоляции их обмоток и возможна остаточная деформация стержней синхронных машин.
При определении допустимых кратковременных аварийных перегрузок учитываются виды охлаждения электрических машин. Согласно п. 5.1.23 [1] турбогенераторы и синхронные компенсаторы разрешается кратковременно перегружать по токам статора и ротора в соответствии с инструкциями завода-изготовителя, техническими условиями и государственными стандартами. Если же в них необходимые указания отсутствуют, то при авариях в энергосистеме допускается кратковременная перегрузка при указанной в табл. 1 кратности перегрузки по току статора Кп = /п//П0Ш; где 1п - ток перегрузки; 1П0т - номинальный ток.
Допустимая перегрузка по току возбуждения турбогенераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток определяется допустимой перегрузкой статора. Для турбогенераторов с непосредственным водородным или водяным охлаждением обмотки ротора допустимая
