Модели основных силовых элементов электроэнергетических систем. Виды представления моделей. Схемы замещения и определение их параметров.

К основным силовым элементам электроэнергетических систем относятся генерирующие агрегаты электростанций, преобразующие энергию воды или пара в электроэнергию; трансформаторы, автотрансформаторы, выпрямительные установки, преобразующие значения и вид тока и напряжения; линии электропередач (ЛЭП), передающие электроэнергию на расстояние; коммутирующая аппаратура (выключатели, разъединители), предназначенные для изменения схемы ЭЭС и отключения поврежденных элементов.

Под схемой замещения элемента электрической сети трехфазного переменного тока частотой 50 Гц понимается совокупность фазных сопротивлений и проводимостей, позволяющая достаточно точно моделировать этот элемент при расчете установившихся режимов электрических сетей, т. е. при определении напряжений в начале и конце элемента, протекающих в элементе токов, а также потерь мощностей в элементе.

Под электрическими параметрами элемента понимаются значения сопротивлений и проводимостей в его схеме замещения.

При расчете режима работы электрической сети воздушная трехфазная линия переменного тока напряжением ≤ 500 кВ и длиной до 300 км может быть представлена схемой замещения с сосредоточенными параметрами П-образного или Т-образного вида.

ВЛ и КЛ чаще всего представляют в виде П-образной схемы замещения.

Так как линии имеют разную длину, то в практике расчетов вводят понятие удельного или погонного сопротивления.

Эти параметры обозначают r_0, x₀, b₀, g₀.

r= r₀×l

x= x₀×l

b = b₀×l

g = g ₀×l

В схеме замещения ЛЭП можно выделить 3 ветви: продольная(r и х), и 2 поперечные(b/2 и g/2).

К продольным параметрам относят индуктивное сопротивление и активное, а к поперечным-емкостную проводимость между фазой и землей и индуктивная проводимость на землю.

Проводниковые материалы для изготовления проводов( алюминий, медь и сплавы алюминия. В проводящих жилах ВЛ и КЛ различают 2 вида сопротивления. Сопротивление провода постоянному току называется омическим, переменному-активным.

Отличие омического от активного составляет примерно 0,5 %. При таком значении скин эффектом пренебрегают

Зависимость r₀ от температуры окр. среды имеет вид

Индуктивное сопротивление воздушной ЛЭП определяется индуктивностью фаз ЛЭП по отношению к земле и взаимоиндукцией между фазами и, следовательно, зависит от взаимного расположения фаз, расстояния между фазами и диаметра провода.Для устранения разницы в величи-

не индуктивного сопротивления фаз(крайних и средней) производится транспозиция проводов(через 100 км с напряжением от 110 кВ и выше).

Для двуцепных ВЛ отличие индуктивного сопротивления цепей провода в фазе на другую цепь составляет 5-6%. В инженерных расчетах это не учитывают.

Индуктивное сопротивление фазы одноцепной транспонированной линии с проводами из цветных металлов (медь, алюминий, сталеалюминий) подсчитывается с учетом взаимодействия фаз по соотношению

где Dср — среднегеометрическое расстояние между фазами, м; r_э — эквива-

лентный радиус фазы, м; m — число проводов в фазе.

Характерно, что X₀ воздушных высоковольтных линий незначительно изменяется при изменениях габаритов линии, сечений проводов и степени расщепления проводов.

Для ЛЭП 35—220 кВ X₀ср= 0,38––0,44 Ом/км.

Для ЛЭП 330—750 кВ X₀ср= 0,28––0,33 Ом/км.

Эквивалентное реактивное сопротивление воздушной линии подсчитывается по соотношению, Ом:

Для снижения или устранения напряженности электрического поля помимо расщепления проводов ограничивается минимально допустимое сечение провода (110 кВ — 70 мм², 150 кВ — 120 мм², 220 кВ —240 мм²). Тем не менее, при некоторых условиях (неблагоприятных атмосферных) корона может возникать.

Удельная активная проводимость ВЛ, См/км:

Емкостная проводимость линии определяется токами смещения за счет электростатического поля линии (между фазами и по отношению к земле).

Схемы замещения ЛЭП при разных напряжениях:

¹⁾ КЛ 6-10 кВ сечением менее 120 мм²

2) Для ВЛ ≤35 кВ

3) Для ВЛ 110-220 кВ и КЛ ≤110 кВ

4) Для КЛ ≥ 220 кВ

5) Для ВЛ 330 кВ и выше

Все параметры двухобмоточного трансформатора, как правило, приводятся к высшему напряжению . В каталоге двухобмоточного трансформатора указываются: Sн — номинальная мощ-

ность трансформатора, кВА; Uв.н, Uн.н –– номинальные напряжения обмоток, кВ; Uк% — напряжение короткого замыкания в процентах от номинального высшего напряжения; ΔPк.з — потери короткого замыкания, кВт; I _х.х% — ток холостого хода в процентах от номинального тока обмотки высшего напряжения; ΔPх.х — потери холостого хода, кВт.

Расчетные нормы трансформатора: r_т, x_т, b_т, g_т, ∆Q_т

Потери активной мощности (трехфазные) можно выразить через ток фазы

I и активное сопротивление фазы трансформатора Rт:

где Uн — номинальное линейное (обычно высшее) напряжение обмотки, к которой приводится сопротивление; Sн — номинальная трехфазная мощность трансформатора.

Напряжение короткого замыкания Uк, кВ, складывается из падения напряжения на активном и реактивном сопротивлениях при протекании номинального тока

У современных крупных трансформаторов (Sн > 1 МВА) активное сопро-

тивление существенно меньше реактивного

Проводимости Gт и Bт определяются по тем же формулам, что для двухобмоточного трансформатора.Активные сопротивления обмоток находятся исходя из опыта короткого

замыкания: к одной из обмоток подводится такое напряжение Uк.з, чтобы в ней протекал номинальный ток, вторая обмотка замкнута накоротко, третья — разомкнута. Если номинальные мощности обмоток равны, то равны и их приведенные сопротивления Rв=R_C^’= R_H

^’

Схема замещения автотрансформатора не отличается от схемы замещения трехобмоточного трансформатора. Особенностью автотрансформатора является наличие электрической связи обмоток

высшего и среднего напряжений.

Автотрансформаторы применяют лишь в электрических сетях сглухо заземленной нейтралью, т. е. в сетях напряжением 110 кВ и выше, а сами автотрансформаторы изготовляют с высшим номинальным напряжением не менее 150 кВ и средним — не менее 110 кВ.