Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Оценка и нормализация качества электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 kb при несимметричной системе напряжений сети 10 kb 14
1.1. Показатели качества электрической энергии 14
1.2. Несимметрия токов и напряжений в сельских распределительных сетях 0,38 кВ 17
1.3. Влияние несимметрии напряжений на работу электроприемников 22
1.4. Анализ работы силовых трансформаторов с различными сопротивлениями нулевой последовательности 26
1.5. Системы тягового электроснабжения переменного тока промышленной частоты и их влияние на несимметрию напряжений 30
1.6. Способы и технические средства для нормализации показателей качества электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ 49
1.7. Управление симметрирующими устройствами 58
1.8. Выводы 63
ГЛАВА 2. Математические модели режимов работы сети 0,38 kb и методы расчета показателей качества электрической энергии при несимметричной системе напряжений сети 10 KB 65
2.1. Эксплуатационно-расчетные методы определения показателей несимметрии токов и напряжений 65
2.1.1. Стандартный метод расчета показателей качества электрической энергии 65
2.1.2. Модульный метод определения симметричных составляющих токов и напряжений в сети 0,38 кВ для расчета показателей качества электрической энергии 67
2.1.2.1. Расчет показателей несимметрии токов 67
2.1.2.2. Расчет показателей несимметрии напряжений 70
2.2. Метод расчета ПКЭ для сетей 0,38 кВ с сосредоточенной нагрузкой и СУ при несимметричной системе напряжений источника питания 72
2.3. Метод расчета ПКЭ для сетей 0,38 кВ с распределенной нагрузкой и СУ при несимметричной системе напряжений источника питания 89
2.4. Выводы 95
ГЛАВА 3. Расчет и анализ показателей качества электрической энергии в сети 0,38 кв с распределенной нагрузкой и симметрирующим устройством при несимметричной системе напряжений сети 10 КВ 96
3.1. Программа для расчета показателей несимметрии токов и напряжений «Несимметрия - 4» 96
3.2. Расчет и анализ показателей несимметрии токов и напряжений и дополнительных потерь мощности в сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений источника питания 102
3.2.1. Сеть 0,38 кВ с трехфазными симметричной, несимметричной нагрузками и СУ 108
3.2.2. Сеть 0,38 кВ с трехфазной симметричной, двухфазной несимметричной нагрузками и СУ 115
3.2.3. Сеть 0,38 кВ с трехфазной симметричной, однофазной несимметричной нагрузками и СУ 122
3.3. Выводы 130
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование показателей качества электрической энергии 131
4.1. Исследование показателей несимметрии токов и напряжения на физической модели сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений источника питания 131
4.1.1. Параметры физической модели сети 0,38 кВ 131
4.1.2. Методика проведения эксперимента 135
4.1.3. Расчет и анализ показателей несимметрии токов, напряжений и
мощности при несимметричной системе напряжений
источника питания 137
4.2. Исследование в действующей сети 0,38 кВ 145
4.2.1. Характеристика исследуемой действующей сети 0,38 кВ 145
4.2.2. Расчет и анализ показателей несимметрии токов, напряжений и
коэффициента дополнительных потерь мощности в действующей
сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений источника
питания 146
4.3. Симметрирующее устройство для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами ' 154
4.4. Выводы 158
ГЛАВА 5. Экономическая эффективность применения су в сельских распределительных сетях 0,38 кв при несимметричной системе напряжений в сети 10 кв 159
5.1. Расчет экономического эффекта от снижения потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ 159
5.1.1. Эффективность снижения потерь электрической энергии в сетях 0,38 кВ за счет снижения несимметрии токов 161
5.1.2. Эффективность снижения потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ за счет компенсации реактивной мощности 163
5.2. Расчет экономического ущерба от снижения качества электрической энергии 165
5.3. Расчет приведенных затрат на СУ 166
5.4. Расчет экономической эффективности применения СУ в исследуемой сети 0,38 кВ 168
5.5. Выводы 172
Выводы 174
Литература
- Несимметрия токов и напряжений в сельских распределительных сетях 0,38 кВ
- Стандартный метод расчета показателей качества электрической энергии
- Расчет и анализ показателей несимметрии токов и напряжений и дополнительных потерь мощности в сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений источника питания
- Эффективность снижения потерь электрической энергии в сетях 0,38 кВ за счет снижения несимметрии токов
Введение к работе
Современное общество трудно представить без использования электрической энергии. Она применяется во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте, в строительстве, коммунальном хозяйстве и быту.
Россия обладает одним из самых больших в мире потенциалов топливно-энергетических ресурсов. Прогноз развития экономики России и роста электропотребления на перспективу показывает устойчивую тенденцию увеличения потребности в генерирующих мощностях (относительно 2000 г.): к 2010 году на 13-16 %, к 2015 году - на 22-29 %, при этом сохранятся тенденции физического и морального старения действующих мощностей.
Системы электроснабжения сельских районов имеют большой удельный вес в электросетевом хозяйстве страны. Общая их протяженность - около 2,3 млн. км (в том числе воздушные линии напряжением 35-110 кВ - 290 тыс.км, воздушные линии 6-10 кВ - 1184 тыс. км, воздушные линии 0,38 кВ - 826 тыс. км) [38]. Эксплуатируется около 500 тыс. трансформаторных пунктов 6-35/0,4 кВ. Электрические сети построены, в основном, в 50-70 годы, они отработали свой ресурс и начали массово выходить из строя.
Постоянный рост электрификации народного хозяйства - увеличение мощности нагрузок промышленных предприятий, развитие электротехнологии и автоматизации технологических процессов, а также повышение степени использования электрического оборудования - обуславливает высокие требования к качеству электрической энергии.
Согласно Гражданскому кодексу РФ электроэнергия, отпускаемая
потребителям, должна отвечать требованиям Государственных стандартов и
договоров энергоснабжения. Ответственность электроснабжающей
организации перед потребителями за надежность обеспечения их электрической энергией и ее качество, в соответствии с техническими
8 регламентами и иными обязательными требованиями, определена в «Федеральном законе об электроэнергетике». Данный закон определяет ответственность продавцов и поставщиков электроэнергии за ее качество и надежность обеспечения перед покупателями в соответствии с обязательными требованиями.
Качество электрической энергии у потребителей является одной из важных характеристик электрических систем. Оно оказывает существенное влияние как на эффективность работы электроприемников (ЭП), так и технико-экономические характеристики элементов сети (многократно увеличенные потери электрической энергии, ухудшение качества напряжения, повышенный нагрев элементов сети, увеличенные потери мощности сети и др.), снижение эксплуатационной надежности и сокращение срока службы электродвигателей, возникновение ряда отрицательных электромагнитных явлений в сетях и т.п.
В современных развитых сетях обеспечение показателей качества электрической энергии, приемлемых для потребителей, требует значительных затрат денежных средств и материалов, а также сбора и обработки большой информации. Этим и объясняется важное значение вопросов качества электрической энергии в комплексной проблеме проектирования и эксплуатации электрических систем. Для сельских распределительных сетей наиболее актуальными являются показатели качества электрической энергии (ПКЭ), характеризующие несимметрию трехфазной системы напряжений.
Основной причиной возникновения длительных несимметричных режимов электрических систем является несимметрия потребителей электрической энергии. К таким потребителям в первую очередь следует отнести электротехнологические установки, преобладающее большинство которых, вследствие несимметричного исполнения и особенностей самого технологического процесса, обуславливает несимметрию режима и питающей электрической сети, что отрицательно влияет на работу параллельно включенных потребителей и ведет к ухудшению показателей качества
9 электрической энергии. Подключение таких потребителей к электрической сети вызывает в последней несимметрию токов и напряжений, которая отрицательно сказывается на работе всех звеньев системы: генераторов, линий электропередачи, трансформаторов и приемников электроэнергии.
Вместе с этим, в распределительных сетях напряжением 10 кВ также имеет место несимметрия токов и напряжений. В большинстве случаев несимметричная система напряжений на стороне 10 кВ характерна для сельскохозяйственных районов, которые получают питание от тяговых подстанций железных дорог. Тяговые двигатели электровозов переменного тока имеют однофазное исполнение, поэтому являются несимметричной нагрузкой для трансформаторов тяговых подстанций и высоковольтной сети энергосистемы. Систему напряжений сети 10 кВ нельзя считать симметричной и ее необходимо учитывать при исследовании режимов работы распределительных сетей 0,38 кВ.
В связи с ростом мощности однофазных нагрузок, с одной стороны, и повышения требований к качеству электроэнергии с другой, разработка и исследование высокоэффективных методов и технических средств симметрирования имеют большое народнохозяйственное значение.
Большой вклад в решение проблем качества электроэнергии и электромагнитной совместимости элементов системы электроснабжения внесли Я.Д. Баркан, И.А. Будзко, М.С. Левин, Н.Н., Железко, И.В. Жежеленко, СМ. Розанов, Н.Д. Григорьев, А.К. Шидловский, А.Н. Милях, И.М. Туманов, СМ. Рожавский, Ф.Д. Косоухов, Т.Е. Лещинская, И.В. Наумов, и др.
Несмотря на значительное число работ, посвященных несимметричным режимам работы электрической сети 0,38 кВ, вопросы повышения качества электрической энергии, обусловленных несимметрией токов, рассмотрены не в полной мере. Данная диссертационная работа посвящена рассмотрению вопросов обеспечения требуемого качества электрической энергии в сельских
10 распределительных сетях 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений источника питания.
Цель работы: разработать методы и технические средства повышения качества электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ, питающихся от тяговых подстанций железных дорог для снижения энергетических потерь при нормализации качества электрической энергии.
Задачи исследований:
осуществить анализ существующих способов и средств нормализации качества электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,3 8 кВ и способов управления устройствами симметрирования;
разработать метод и программу расчета показателей несимметрии токов и напряжений в электрической сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений сети 10 кВ;
провести исследования показателей качества электрической энергии в электрической сети 0,38 кВ при симметричной и несимметричной системе напряжений сети 10 кВ;
разработать симметрирующее устройство (СУ) для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами;
дать технико-экономическое обоснование применения СУ.
Объект исследования: сельские распределительные сети 0,38 кВ, питающиеся от тяговых подстанций железных дорог.
Методы исследования:
Методологической основой исследований являются положения теоретической электротехники и электроснабжения сельского хозяйства, а также теории вероятности и математической статистики.
Научную новизну составляют следующие положения:
результаты анализа показателей качества электрической энергии в распределительной сети 0,38 кВ при симметричной и несимметричной системе напряжений сети 10 кВ, полученные на основе теоретических и экспериментальных исследований;
метод расчета показателей несимметрии токов и напряжений для электрической сети 0,38 кВ, содержащей трехфазные симметричную, несимметричную нагрузки и СУ с добавлением дополнительной ступени трансформации, с помощью которой стало возможным рассчитать показатели качества электрической энергии и дополнительные потери мощности, обусловленные несимметрией токов с учетом несимметричной системы напряжений сети 10 кВ;
программа, позволяющая рассчитать показатели несимметрии токов и напряжений в сети 0,38 кВ и параметры СУ для нормализации качества электрической энергии при несимметричной системе напряжений сети 10 кВ;
симметрирующее устройство для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами.
Практическая значимость:
Результаты научно-исследовательской работы переданы для использования в Департамент агропромышленного комплекса Иркутской области, а также используются в учебном процессе на кафедре Электроснабжения Энергетического факультета ИрГСХА.
На защиту выносятся:
теоретические исследования влияния несимметричной системы напряжений 10 кВ источника питания на ПКЭ в электрической сети 0,38 кВ;
экспериментальные исследования влияния несимметричной системы напряжений 10 кВ источника питания на ПКЭ в электрической сети 0,38 кВ;
метод и программа расчета показателей несимметрии токов и напряжений в электрической сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений сети 10 кВ;
СУ для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 105 наименований, 7 приложений. Работа изложена на 199 страницах машинописного текста, содержит 81 рисунок и 12 таблиц.
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и основные задачи, изложена научная новизна и практическая ценность работы, основные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.
В первой главе приведена оценка несимметрии токов и напряжений в сельских распределительных сетях 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений в сетях 10 кВ, осуществлен анализ существующих способов и средств нормализации качества электрической энергии и способов управления СУ.
Во второй главе представлен метод расчета показателей несимметрии токов и напряжений в электрической сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений сети 10 кВ.
Третья глава посвящена теоретическим исследованиям показателей несимметрии токов и напряжений, а также дополнительных потерь мощности
13 для различных режимов работы сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений сети 10 кВ.
Четвертая глава описаны экспериментальные исследования на физической модели и в действующей сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений сети 10 кВ.
В пятой главе проведен расчет экономической целесообразности применения СУ для повышения качества электрической энергии.
В заключении сформированы основные выводы и результаты.
По результатам исследований получен патент на полезную модель и опубликовано 17 печатных работ, в том числе одна статья в рекомендованном ВАК издании.
Несимметрия токов и напряжений в сельских распределительных сетях 0,38 кВ
В настоящее время более 30 % всей вырабатываемой в стране электроэнергии распределяется в низковольтных сетях с нулевым проводом. Многочисленные исследования режимов работы таких сетей [32, 45, 52, 59] свидетельствуют о том, что качество электроэнергии во многих случаях не удовлетворяет требованиям стандарта.
Одним из главных факторов, ухудшающих режим напряжений у потребителей и увеличивающих потери электроэнергии в низковольтных сетях, является смещение нейтрали фазных напряжении UQ. К основным причинам появления несимметрии и неуравновешенности напряжений можно отнести следующие:
1. Неполнофазные режимы, которые характеризуются работой каких-либо элементов электроэнергетической системы неполным числом фаз в результате аварийных режимов (короткие замыкания, разрывы фаз, обрывы с замыканием на землю, отключение фазы и т.д.), либо предусматриваются как повышающие надежность работы электрической системы мероприятия (пофазный ремонт линии электропередачи или другого оборудования и т.д.).
2. Использование специализированных линий электропередачи, у которых сопротивления линейных проводов неодинаковы, например, использование земли, корпусов, труб, рельсов и т.д. в качестве одного из линейных проводов (ДПЗ - "два провода - земля"; ДПК - "два провода корпус"; ДПР - "два провода - рельс"; ДПТ - "два провода - труба").
3. Практически повсеместное использование трансформаторов 6-10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток звезда - звезда с нулевым проводом, у которых сопротивление нулевой последовательности почти на порядок превышает сопротивление прямой последовательности.
4. Большая протяженность сетей 0,38 кВ. Сельские низковольтные сети практически все выполняются воздушными. При этом сопротивление нулевой последовательности сети, как минимум (при равенстве сечений фазного и нулевого проводов), в четыре раза превышает сопротивление прямой (обратной) последовательностей.
5. Наличие систематической и вероятностной несимметрии токов, обусловленных неравномерным подключением однофазных нагрузок и случайным характером их коммутаций.
6. Нелинейный характер однофазных потребителей, что обуславливает появление третьей гармоники тока, имеющей нулевой порядок следования фаз, достигающей 80 % тока основной частоты.
Несимметрия напряжений, возникающая за счет большого сопротивления нулевой последовательности низковольтных сетей, не может быть полностью исключена с помощью средств регулирования режима. Более того, симметричное регулирование напряжения, осуществляемое в центре питания, при несимметричной системе напряжений низковольтной сети, неизбежно приводит к увеличению отклонений напряжения у потребителей одной или двух фаз.
Сельские сети 0,38 кВ работают с глухо заземленной нейтралью и выполняются четырехпроводными. Эти сети служат источником электроснабжения как силовых ЭП, включаемых на линейное напряжение, так и коммунально-бытовых, которые подключаются, как правило, на фазное напряжение сети.
Кроме того, интенсификация уровня электромеханизации различных технологических процессов в сельском хозяйстве, а также применение новых электрифицированных машин обусловили значительный рост использования однофазных электроприводов, новых бытовых электрических приборов, которые составляют свыше 95% от общего числа потребителей электрической энергии [66].
К особенностям сельских распределительных сетей следует отнести их большую разветвленность, удаленность потребителей от трансформаторных подстанций на довольно большие расстояние. Это приводит к значительным потерям по длине линии, что отрицательно сказывается на работе ЭП.
В действующих сетях 0,38 кВ распределение однофазных ЭП по фазам производится крайне неравномерно, в силу чего создается перегрузка одних, и недогрузка других фаз. В результате получается, так называемый "перекос фаз", характеризующийся неслучайной (или статистической) несимметрией токов.
На стадии проектирования какого-либо сельскохозяйственного объекта или коммунально-бытового сектора необходимо учитывать характер нагрузки и установленную мощность отдельных потребителей электроэнергии для того, чтобы осуществить их равномерное распределение по фазам сети. В процессе эксплуатации низковольтной линии электропередачи 0,38 кВ с развитием сельскохозяйственных объектов и коммунально-бытового сектора к линии дополнительно подключается большое количество новых ЭП, которые, в свою очередь, также необходимо подключать с учетом равномерной загрузки фаз.
Неравномерному характеру распределения однофазных ЭП по фазам электрической сети, как правило, сопутствуют случайные включения и отключения данных потребителей электрической энергии. Эти предпосылки определяют возникновение, кроме неслучайной, вероятностной (случайной) несимметрии токов, которая достигает значительных величин [45].
Таким образом, несимметричный режим работы электрической сети 0,38 кВ является объективно существующим, так как даже при пофазно равномерном подключении нагрузок возникает вероятностная составляющая несимметрии токов.
При вероятностной несимметрии нагрузка каждой фазы изменяется во времени независимо от изменения нагрузок других фаз, поэтому трехфазное регулирование напряжения, применяемое в сельских электрических сетях 0,38 кВ, не в состоянии обеспечить нормированное напряжение на зажимах токоприемников без применения дополнительных мер по симметрированию фазных токов в электрических сетях, так как оно предполагает равное воздействие на все три фазы [45].
Однофазные ЭП можно разделить по мощности и характеру работы на ряд групп с подобными режимными показателями графиков нагрузок и совпадающим порядком мощности ЭП в каждой группе. Двумя основными из этих групп является производственная осветительная и коммунально-бытовая нагрузки, которые представляют собой главный источник несимметричных режимов работы сельских распределительных сетей 0,38 кВ.
Стандартный метод расчета показателей качества электрической энергии
Государственным стандартом ГОСТ 13109-97 [50] рекомендуется определять симметричные составляющие обратной и нулевой последовательностей по следующей методике, используемой при измерениях в условиях эксплуатации и при проектировании.
Расчет коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности. Для каждого і-го наблюдения за период времени, равный 24 ч, измеряют одновременно действующие значения междуфазных напряжений по основной частоте UAB(1)l! UBc(i)i, UCA(1)
Вычисляют действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты б /по выражению: U2(1)1 - . 1_ -Ли AB(l)i \4U BC(l)i и UBC(1)I UCA(1)I AB(l)i +u AB(1), J V + (T]2 _/7-9 U uBC(l)i uCA(l)i AB(l)i (2.1) V2(i)i можно определить и по приближенной формуле: Ui(i)i = 0,62 (UHE(I)I — UHM(1)J, (2.2) где иНБ(і)п иным - наибольшее и наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений основной частоты в і-ом наблюдении.
Далее определяют коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2ш К-,ті; = U 2Ui, - гт WU /0 /(/)/ (2.3) где U2(i)i — действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений в і-ом наблюдении; Ui(i)i — действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты в і-ом наблюдении.
Расчет коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Для каждого і-го наблюдения за период времени, равный 24 ч, измеряют одновременно действующие значения трех междуфазных и двух фазных напряжений основной частоты UAB(1)i, UBc(i)b UCA(i)i, UA(1)i UB(j)i, UC(jji.
Определяют действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты U0(i)i по выражению: U, 0(1) и и U BC(l)i UcA(l)i _ , Ув(1)і UА(1)і AB(l)i АВ(1)І + \4U BC(l)i U AB(l)i + -II2 Л U ВС(1)і иСА(1)і АВ(1)Ч4и1(,)і и U АВ(1)І + и В(1)і Л(1)і АВ(1)і \2 (2.4) U0(iji можно определить по приближенной формуле: Uo(i)i - 0,62 (ІІнБф(і)і- инмф(і)і) (2-5) где ицБф(і)ь иНмф(і)і- наибольшее и наименьшее действующие значения из трех фазных напряжений основной частоты в і-ом наблюдении. Далее определяют коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности Кош К OUi = r3U .J000/0, U Mi (2.6) где U0(i)i — действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений в і-ом наблюдении; Ui(i)i действующее значение между фазного напряжения прямой последовательности основной частоты.
Более точным, основанным на методе симметричных составляющих, методом расчета показателей несимметрии токов и напряжений является модульный метод, разработанный профессором Косоуховым Ф. Д. [33].
Для проведения расчетов необходимо измерить пять токов IА,1 в 1с Iвс N Замеры осуществляются с помощью амперметров включенных через измерительные трансформаторы тока.
Схема измерения тока I вс амперметрами, включенными через трансформаторы тока, представлена на рисунке 2.1.
В проведенных исследованиях [32, 45] представлены методы расчета показателей несимметрии токов и напряжений для сетей 0,38 кВ с допущением о том, что система напряжений источника питания симметрична и не зависит от нагрузки.
Как было показано в главе 1 показатели несимметрии токов и напряжений в сети 0,38 кВ в значительной степени зависят от степени несимметрии напряжений на стороне высокого напряжения источника питания. Вследствие этого, при расчете ПКЭ в сети 0,38 кВ необходимо учитывать степень такой несимметрии, что повышает корректность аналитических выражений для определения ПКЭ и, соответственно, повышает точность расчета показателей качества электрической энергии.
Расчет и анализ показателей несимметрии токов и напряжений и дополнительных потерь мощности в сети 0,38 кВ при несимметричной системе напряжений источника питания
В качестве примера рассмотрим электрическую сеть представленную на рисунке 3.3. Нагрузка мощностью 40 кВА распределена поровну между четырьмя узлами: по 10 кВА на каждый узел. ВЛ 35 кВ ТП 35/10 ВЛЮкВ ТП 10/0,4 ВЛ 0,38 кВ уїсл 2 учел 3 узел 4 учел Схема распределительной сети Расчет был произведен при следующих исходных данных:
1.Линия 35 кВ выполнена проводом марки АС 35. Комплексное сопротивление прямой и обратной последовательностей этой линии: 2лвп = ZJIBU = 0,0243 + j0,01 = 0,0263 е J22.37" Ом.
2. Питание сети осуществляется от высоковольтной трансформаторной подстанции ТП 35/10 кВ с трансформатором ТМ-400/3 5-У. Комплексное сопротивление прямой и обратной последовательностей высоковольтного трансформатора равно [28]: Z.TH = ZTi2 = 0,0055 + J0,0254 = 0,026 е]77 78 Ом.
3.Длина воздушной линии 10 кВ принята по нормам надежности электроснабжения, равна 16,7 км [45]. Комплексное сопротивление прямой и обратной последовательностей этой линии, выполненной проводом АС 35: гЛВ} = 1ЛВ2 = 0,0243 + j0,01 = 0,0263 ej22 37 Ом.
4.Питание сети 0,38 кВ осуществляется от трансформаторной подстанции ТП 10/0,4 кВ с трансформатором ТМ-40/10-У1 со схемой соединения обмоток «Y/ YN», мощностью 40 кВ-А. Комплексное сопротивление прямой и обратной последовательностей трансформатора равно: 104 ZT1 = ZT2 = 0,09 + jO, 156 = 0,18- eJ60 02 Ом. Комплексное сопротивление нулевой последовательности трансформатора: ZT0 = 1,133 + jl, 73 = 2,068 ej56 78 Ом.
5.Длина воздушной линии 0,38 кВ составляет 0,5 км; линия выполнена проводом марки 4А-50. Сечение фазных и нулевого проводов принято одинаковым. Комплексные сопротивления прямой и обратной последовательностей линии 0,38 кВ равны: Zm]=ZJw2=(0,315 + j0,148)/4 = (0,348/4)-ej25l24 = 0,087-eJ25 Ом. Zлн0 =(1,26 + j0,47)/4 = (1,345/ 4 )-ej20J6 = 0,336-ет4б Ом.
6. Линия 0,38 кВ содержит 4 узла нагрузок, равномерно распределенных вдоль линии через 125 метров. Каждый из четырех узлов нагрузки содержит трехфазные симметричные ЭП, общей мощностью Ss с cos ср = 0,8 и однофазные ЭП мощностью SH с cos р = 0,9, неравномерно распределенные по фазам.
7.СУ рассчитано с помощью программы «Несимметрия - 4» (рис. 3.4.), и имеет комплексные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей: ZCyj=Zcy2 =0,475-е Ом. Zcyo =0,0781 -ej90 Ом. Окно программы представлено на рисунке 3.4. КШСУ Zcy1 Zcy2 ZcyO [0НЧ-2Є.4] Qc J5500 [0)+(-(-26.4) QL [10560 0.07 ! 100G0 H--w :тка K2i КІН K2»I [ШЛ tC2U [кои JKf 1 1 (1,21fe"(1.3[0.03)"e t0.9(0)"e"t1,H] [0) е"(1,13] (0.04)" "(O.S(Q.85) e"(0.5(1) =-(0).-(0] .-(0) .-(0) .-(0] 2 3 (1.2)"е"П.34(0,01)"е"(С,9(0)"е"(1.15) 0)"e"(1.13] (0.03) "(0.9 (0.77)"е"(0.5 (1) "(0.8 (0.72) V(0.3(1] "(0І(0)"Є"(0.4) (1) "[0,9 (0.39]"e"[0,4 (1) "(1.0 (Q,21]"eU.2 (1) (1.07]V1.2I0.01)-e"(0.8[0) e"n.09) [Q)V(0,97] (0.12) 4 [0.86)"e"[1.3 (0.72) e"11.5 (0) e"(l,28) (0)V(-0.4) (0,18)- 5 G (1.03]"e"[1.4[0)"e"l0.9) (0]V[1.17) (0)-е"(1ЛЗ) (0.31)" (0.93)"e"(1.4 [0)"e (0.71] (0)"e"[1,19) (0]V[0,83] (0.42) 7 8 (О.Є1} е"1,4{0]"е"[-0,9] (0)"e"(1.21) (0)"e"-0.31) (0.55) (О.Є4Ге"(1.5(0) е"(1.53) (0) e"(1.25) [0) e (-1,55] (0.73)" "(1,0 (0.11 )V(-1,;(1] "[1.1 (0.3Э)"е"(1.1 (1) "(1.2(0.82)V(1.0[1) -(1.3 (1,42M1.1[1) .-(0) .-(0] .-(0) .-(0) 9 (0.39j e"[-1,!(0) e"[U9) 0) е"(1.3) 0)"e"(1.52) (0,96)" 10 (0]"е"(1.4] (0.01 V(-1 ,Е (0) V(1.4) (0.01 ] е (-1 ,Е (1,29f Рисунок 3.4 - Окно программы «Несимметрия - 4» для расчета СУ
8.Расчет проведен для различных соотношений мощностей S/i и Ss при номинальной мощности трансформатора, то есть, соблюдено следующее условие: ps + ри = 1,0 = const, НОМ. $ном. $ном. Ps: PH=PA+PB+PCZ где рА Рв Рс относительные значения мощностей однофазных нагрузок, соответственно в фазах А, В, С; ps - относительное значение мощности трехфазной симметричной нагрузки; SA,SB,SC -полные мощности отдельных фаз несимметричной нагрузки (определяемые в соответствии с результатами статистической обработки данных непосредственных массовых измерений в сельских сетях 0,38 кВ [30]); Ss - полная мощность трехфазной симметричной нагрузки. 106 SA = 2,128 SCP; SB = 0,510 SCP; Sc = 0,362 SCP . где SCP =SP/3 - определяется через заданную расчетную мощность трехфазной несимметричной нагрузки.
9.Углы сдвига фаз трехфазных симметричной и несимметричной нагрузок приняты в соответствии со среднестатистическими данными несимметрии токов в сетях и соответственно равны [30]: % = 36,87; (рА=срв=(рс= 25,84.
10. Исследования проводились при различных значениях коэффициента обратной последовательности напряжений в сети 10 кВ: K-2U10 = 0, Кіто — 0,02, К2ию = 0,04, К2ию = 0,06, с одновременным изменением относительных значений мощностей симметричной и несимметричной нагрузок в узлах линии 0,38 кВ (в соответствии таблицами 3.3-3.5). Таблица 3.3 - Относительные значения мощностей трехфазных симметричной K_2s комплексный коэффициент, равный сопротивлению обратной последовательности симметричной нагрузки в относительных единицах. Для узла нагрузок, присоединенного к сети 6-10 кВ, в состав которого входят асинхронные электродвигатели (70 %) и трехфазная статическая нагрузка (30 %) [30]: K2S =0,17 + j0,24 = 0,294 eJ54 69.
12. Коэффициент KR характеризуется отношением активного сопротивления нулевой последовательности сети 0,38 кВ R0 к ее активному сопротивлению прямой последовательности Rj, то есть KR= RQ/RJ . Методы определения R0 и Rj изложены в , [33]. При равенстве сечений фазного и нулевого проводов линии 0,38 кВ KR = 4. Следует отметить, что все комплексные величины вводимых в компьютер исходных данных, а также комплексы расчетных величин выражаются не в алгебраической форме, а в показательной, то есть в виде модуля и аргумента. Такая форма записи комплексного числа удобнее, поскольку позволяет реально отобразить величину этих коэффициентов.
По программе «Несимметрия - 4» проведены расчеты показателей несимметрии токов и напряжений, а так же коэффициента дополнительных потерь мощности и построены зависимости этих показателей от несимметрии системы напряжений источника питания и относительной мощности несимметричной нагрузки. Проведем анализ полученных зависимостей.
Рассмотрим, как изменяются коэффициенты К0ио,38 2ио,38 и Кр в 1 узле нагрузок сети 0,38 кВ с трехфазными симметричной и несимметричной нагрузками в зависимости от величины несимметрии напряжений в сети 10 кВ и мощности несимметричной нагрузки (рис. 3.5 - 3.7).
Эффективность снижения потерь электрической энергии в сетях 0,38 кВ за счет снижения несимметрии токов
Натурально-физические модели, как известно, должны полностью или хотя бы в основном сохранять природу явлений оригинала, так как только в этом случае на них могут быть реализованы процессы адекватные реальным. Очевидно, что полученные на физической модели результаты должны обязательно сравниваться с данными, полученными теоретическим путем с помощью математической модели. Следовательно, схема физической модели сети должна соответствовать расчетной схеме. Только тогда результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть сопоставлены между собой.
Измерение и исследование режимов электрических сетей затруднено необходимостью соблюдения техники безопасности, ограничениями на коммутации элементов сети, изменением мощности нагрузок и видов нагрузок, а так же длины ЛЭП. Поэтому для изучения свойств сети используется физическое моделирование. При физическом моделировании используются устройства малой мощности. Расчет параметров физической модели сети 0,38 кВ проведен через масштабные коэффициенты мощности Ks, тока К{, напряжения Ки и сопротивления Kz. Напряжения, токи, мощности и сопротивления исследуемой сети (индекс 0) и модели (индекс М) пропорциональны. Uо = KuUM; I0 =K;IM ; So - KSSM; Z0=KZZM. (4.1)
Из четырех коэффициентов Кц, К[, Ks, Kz только 2 являются независимыми, остальные находятся по известным двум коэффициентам по следующим выражениям. Ks=KuK,= ;Kz= ;K,= . (4.2) Kz Kj Kz
Для используемой модели заданы коэффициенты Кц = 1 и Kz = 0,1. По известным выражениям находим коэффициент по току К\— 10 и по мощности Ks = 10.
При проведении исследований, например: ток, протекающий в модели, величиной 1 А соответствует току 10 А в реальной сети. Модель состоит из семи участков различной длины и сечения.
Так как участки собраны в отдельных блоках, то имеется возможность моделировать любую конфигурацию сети.
Индуктивное сопротивление выполнено проводом марки ПТЭМ - 180 диаметром 1,4 мм, а недостающее активное сопротивление представляет собой отрезок нихромовой проволоки диаметром 1,2 мм.
В качестве источника внешнего электроснабжения используется сеть 380 В. Для регулирования напряжения сети и задания несимметрии со стороны источника питания используются лабораторные автотрансформаторы с номинальным током 9 А, напряжение меняется от 0 до 250 В.
Нагрузка на физической модели сети представлена в качестве ламп накаливания различной мощности с возможностью подключения к различным участкам и фазам сети, асинхронных электродвигателей {A4MX90L6 УЗ, Рн = 1,5 кВт, 1Н=4,1 А, пи = 940 об/мин; АИР С 80 А4 УЗ, Рн = 1,32 кВт, IH = 3,6 А, пн = 1380 об/мин), лампы ДРЛ мощностью 250 Вт (для создания нелинейной нагрузки).
Для контроля за параметрами электрической сети в различных режимах используются токовые клещи, вольтметры, амперметры и ваттметры.
Несимметричные режимы работы модели сети 0,38 кВ создавались при помощи включения в фазы U, V и W ламп накаливания мощностью 200, 150 и 100 Вт. В реальной сети 2000, 1500 и 1000 Вт, т.к. Kz = 0,1.
Измерения проводились, начиная с симметричного режима работы сети, при котором в каждой фазе была включена только симметричная нагрузка мощностью 8500 Вт. Затем, в фазах Un V нагрузка оставалась неизменной, а в фазе W она уменьшалась до нулевого значения. Таким образом, мощность несимметричной нагрузки рн увеличивалась. Изменение несимметричной нагрузки происходило в соответствии с результатами, представленными в таблице 4.3.
Параллельно изменению нагрузки в линии лабораторными автотрансформаторами искусственно задавалась несимметрия системы напряжений источника питания. Значения коэффициента обратной последовательности напряжений на стороне высокого напряжения К2Ш0 задавались следующие: Кгию = 0; K2W0 = 0,02; K2Uio-0,04; К2ию = 0,06. (4.3) Измерения проводились в четырех различенных точках на модели сети: на шинах ТП, в узле 1, в узле 2 и в узле 3 без СУ и при подключении СУ.
Расчет проведен для различных значений K2UW и для различных значений мощности несимметричной нагрузки рн Чем больше коэффициент рн, тем больше несимметрия токов и напряжений. Pu-Pw Рн (4.4) Ри где Ри, Pw - значениВ результате проведенных исследований установлено следующее. На рисунках 4.2 - 4.9 представлены графики зависимости коэффициентов обратной (К2и о,38) и нулевой (Кои 0,з8) последовательностей напряжений в различных точках сети 0,38 кВ от изменения коэффициента обратной последовательности напряжений (К2ц ю) на шинах ТП 10 кВ при мощности несимметричной нагрузки рп — 0,53, без устройства симметрирования и при подключении СУ.я мощностей однофазных нагрузок соответственно в фазах UHW, ВТ. Ру не учитывается, т.к. Ри = Ру.
Из графика на рис. 4.5 видно, что при увеличении К2и і о, 2ио,з8 на шинах увеличивается и достигает своего максимального значения (6,86 %) в точке соответствующей K.2uio 6%. Математическое ожидание К2и о.зв составляет 3,60 %. При ПОДКЛЮЧеНИИ СУ ПРОИСХОДИТ СНИЖеНИе K2V0.38 до 2,66 %.
Анализ зависимости (рис. 4.6) показал, что при увеличении К2у ю, Kov038 на шинах увеличивается и достигает своего максимального значения (15,79 %) в точке соответствующей К2ию=6%. Математическое ожидание К0{] 0,38 составляет 9,17 %. При подключении СУ происходит снижение Кои о.зв до 6,13 %.
Из графика на рис. 4.7 видно, что при увеличении К2и ю, К2ио,з8 на шинах увеличивается и достигает своего максимального значения (6,89 %) в точке соответствующей K2UIQ-6%. Математическое ожидание К2и о.зв составляет 3,62 %. При подключении СУ происходит снижение К2ио,38 Д 2,79 %.
Анализ зависимости (рис. 4.8) показал, что при увеличении К2ц ю, Кои о,з8 на шинах увеличивается и достигает своего максимального значения (16,21 %) в точке соответствующей К2ию=б%. Математическое ожидание К0и о.зз составляет 9,97 %. При подключении СУ происходит снижение К0ио,38 До 6,89 %.
