29.Падение и потеря напряжения в электрических сетях. Векторная диаграмма, допустимые потери напряжения.
Рисунок 4.5-Векторная диаграмма напряжений при заданной мощности нагрузки и напряжения в конце линии
По векторной диаграмме на рисунке 4.5 определим понятия падения и потери напряжения.
Падение напряжения — это геометрическая разность между комплексами напряжений начала и конца линии. Падение напряжения – это вектор AB.
Продольная составляющая падения напряжения – это проекция вектора падения напряжения AB на действительную ось, вектор АС на рисунке 4.5.
Поперечная падения напряжения – это проекция вектора AB на мнимую ось, это векторCB.
В общем, падение напряжения в линии можно представить в виде (4.14)
где
- продольная составляющая падения
напряжения,
- поперечная составляющая падения
напряжения.
В практике чаще применяется понятие потеря напряжения – это алгебраическая разность модулей напряжения в начале и в конце линии. В сетях напряжением U≤110kBпоперечная составляющая очень мала, поэтому приближенно считается, что потеря напряжения равна продольной составляющей падения напряжения.
При расчете режимов электрических сетей чаще требуется определить потерю напряжения. При таких расчетах необходимо задание исходных условий, к которым обязательно относят потоки мощности в линии и напряжение в начале или в конце линии.
30. Рабочие режимы электрических сетей. Баланс активной мощности и его связь с частотой.
Особенность электроэнергетических систем состоит в практически мгновенной передаче энергии от источников к потребителям и невозможности накапливания выработанной электроэнергии в заметных количествах.
Эти свойства определяют одновременность процесса выработки и потребления электроэнергии.
В каждый момент времени в установившемся режиме системы ее ЭС должны вырабатывать мощность, равную мощности потребителей, и покрывать потери в сети - должен соблюдаться баланс вырабатываемой и потребляемой мощностей:
Где SРГ- генерируемая активная мощность станции (за вычетом мощности, расходуемой на собственные нужды);
SРН- суммарное потребление активной мощности;
SРП- суммарная активная мощность нагрузки потребителей;
SDР - суммарные потери активной мощности.
При неизменном составе нагрузок системы потребляемая ими мощность связана с частотой переменного тока. При нарушении исходного баланса частота принимает новое значение. Снижение генерируемой активной мощности приводит к уменьшению частоты, ее возрастание обусловливает рост частоты. Иными словами, при SРГ<SРПчастота понижается, приSРГ>SРПчастота растет..
То есть при SРГ<SРП частота понижается, приSРГ>SРП частота растет. (для системы - один генератор и двигателя, вращающиеся с одинаковой частотой). Как только мощность генератора начнет убывать, частота понизится и наоборот.
Аналогично и в электрической системе, например при SРГ>SРП турбины начинают разгоняться и вращаться быстрее, частотаf растет.
Причинами нарушения баланса мощности могут быть:
а)аварийное отключение генератора;
б) неожиданный (неплановый, не предусмотренный расчетами) рост потребления мощности, (например увеличение потребления мощности электронагревателями в результате сильного снижения температуры);
в) аварийное отключение линий или тр-ров связи.
Для пояснения последней причины рассмотрим систему из двух частей, соединенных линией связи. При связанной работе обеих частей соблюдается баланс мощности:
Однако в первой части системы генерация больше потребления:
Условие: в первой части системы генерация больше потребления:
а во второй, наоборот,
Если линия связи аварийно выйдет из
строя, обе части системы будут работать
изолированно и баланс мощности Р в
каждой из них нарушится.
Условие: в первой части системы генерация больше потребления: В первой частота возрастет, во второй понизится. Частота в системе оценивается по показателю отклонения частоты
Отклонение частоты – это разность между действительным и номинальным значениями основной частоты
В нормальном режиме энергосистемы допускается отклонение в пределах ±0,1 Гцусредненное за 10 мин. Допускается временная работа энергосистемы с отклонением частоты в пределах±0,2 Гц , усредненное за 10 мин.В результате отклонений наблюдаются Колебания частоты – изменения происходящие со скоростью 0,2 Гц/с.
К поддержанию частоты в электрических системах предъявляются повышенные требования, так как следствием больших отклонений могут являться выход из строя оборудования станций, понижение производительности двигателей, нарушение технологического процесса и брак продукции.
Превышение SРГ надSРП, приводящее к росту частоты, можно ликвидировать, уменьшая мощность генераторов или отключая часть из них. Понижение частоты из-за превышенияSРП надSРГ требует мобилизации резерва мощности или автоматической частотной разгрузки (АЧР).
Во всех режимах должен быть определенный резерв мощности или автоматической частотной разгрузки (АЧР). В противном случае понижение частоты может привести не только к браку продукции у потребителей, но и к повреждению ЭО ЭС и развалу системы. Резерв может быть горячим (генераторы загружаются до мощности меньше номинальной и очень быстро набирают нагрузку при внезапном нарушении баланса Р) и холодным, для ввода которого нужен длительный промежуток времени.
Суммарный необходимый резерв мощности энергосистемы складывается из следующих видов резерва: нагрузочного, ремонтного, аварийного, народнохозяйственный. Нагрузочныйрезерв служит для покрытий случайных колебаний и непредвиденного увеличения нагрузки сверх учтенной в балансе регулярного максимума нагрузки.
Аварийныйрезерв предназначен для замены агрегатов, выбывших из работы в результате аварии.
Народнохозяйственныйрезерв служит для покрытия возможного превышения электропотребления против планируемого уровня. Кроме резерва мощности на электростанциях системы необходим резерв по энергии.
На ТЭС должен быть обеспечен соответствующий запас топлива, а на ГЭС – запас воды.
Если резерв станций исчерпан, а частота в системе не достигла номинального значения, то в действие вступают устройства АЧР, которые предназначены для быстрого восстановления баланса мощности при ее дефиците путем отключения части менее ответственных потребителей.
В первую очередь АЧР Автомати́ческая часто́тная разгру́зкотключает потребителей третьей категории. Для них допускаются перерывы электроснабжения на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента сети, но не более одних суток. В последнюю очередь отключаются наиболее ответственные потребители.
Автоматическая частотная разгрузка — дискретная система регулирования, отключающая потребителей ступенями (или очередями).
При снижении частоты на величину Dfсрабатывает реле частоты, входящее в состав устройства АЧР, и отключает часть потребителей с мощностью ДР.
Система АЧР состоит из комплектов автоматики, установленных на энергетических объектах. В каждом комплекте реле частоты имеет свою уставку по частоте, при которой оно срабатывает и отключает часть линий, питающих потребителей;
АЧР отключает потребителей так, чтобы частота не снизилась ниже предельно допустимой по условиям работы технологического оборудования ЭС величины