Курсовая работа по дальним передачам. Пояснительная записка содержит 38 листов, 16 рисунков, 7 таблиц, 4 источника литературы и приложение. Графическая часть содержит

• Название: Пояснительная записка содержит 38 листов, 16 рисунков, 7 таблиц, 4 источника литературы и приложение. Графическая часть содержит
• Анкор: Курсовая работа по дальним передачам
• Дата: 06.04.2022
• Размер: 1.68 Mb.
• Имя файла: Курсовая работа по дальним передачам.docx
• Тип: Пояснительная записка; #446729

Реферат

Данная курсовая работа состоит из пояснительной записки и графической части.

Пояснительная записка содержит 38 листов, 16 рисунков, 7 таблиц, 4 источника литературы и приложение.

Графическая часть содержит:

Лист формата А4 – Промежуточная опора ПП750-1;

Лист формата А4 – Анкерная опора УС750-1;

Лист формата А4 – Распорка дистанционная для проводов расщеплённой фазы.

Объект исследования – дальняя линия электропередач высокого напряжения.

Цель работы – исследовать различные режимы работы линии электропередачи сверхвысокого напряжения для заданного варианта.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1. Исходные данные к заданию……………………………………………..

2. Выбор опор линии………………………………………………………...

3. Вычисление характеристических параметров и волновой длины

линии………………………………………………………………………

4. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на волновое

сопротивление…………………………………………………………….

4.1. Расчёт распределения напряжения вдоль линии……………………….

4.2. Расчёт распределения тока вдоль линии………………………………..

4.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии ……………..

4.4. Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии …………..

4.5. Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по

линии………………………………………………………………………….

4.6. Выводы……………………………………………………………………

5. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на сопротивление

Z_нагр = 3Z_в……………………………………………………………..…..

5.1. Расчёт распределения напряжения вдоль линии……………………….

5.2. Расчёт распределения тока вдоль линии………………………………..

5.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии ……………..

5.4. Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии …………..

5.5. Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по

линии………………………………………………………………………….

5.6. Выводы……………………………………………………………………

6. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на сопротивление

Z_нагр = Z_в/3…………………………………………………...……………

6.1. Расчёт распределения напряжения вдоль линии……………………….

6.2. Расчёт распределения тока вдоль линии………………………………..

6.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии ……………..

6.4. Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии …………..

6.5. Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по

линии…………………………………………………………………………

6.6. Выводы…………………………………………………………………...

7. Расчёт настроенной линии……………………………………….

7.1. Вычисление точек установки четырёхполюсников…………………...

7.2 Расчёт параметров четырёхполюсника…………………………………

7.3. Расчёт распределения напряжения и тока вдоль настроенной линии…

7.4. Расчёт предельной мощности , коэффициента K_p ………...…….......

7.5. Выводы…………………………………………………………………………

Заключение………….………………………………………………………

Список используемой литературы…….…………………………………….

Приложение……………………………………………………………...........
Введение
Электропередачи сверхвысокого напряжения занимают особое место в современных электроэнергетических системах. Обладая большой пропускной способностью, они являются системообразующими линиями и повышают надёжность и экономичность работы энергосистемы. Кроме того, они являются мощными межсистемными связями, обеспечивая большие межсистемные перетоки мощности, повышая тем самым живучесть объединённой энергосистемы.

Под передачей СВН понимается комплекс устройств и сооружений, предназначенных для транспорта больших количеств электроэнергии на любое расстояние. В этот комплекс входят всё цепи линии, концевые и промежуточные подстанции с трансформаторами, автотрансформаторами, коммутационной аппаратурой, компенсирующие устройства, средства повышения пропускной способности и другие устройства, обеспечивающие передачу электроэнергии.

При проектировании линий СВН и анализе их режимов работы не обходимо учитывать особенности этих линий, что позволяет выделить их в отдельный класс и рассматривать отдельно от линий более низких классов напряжения. Учёт этих особенностей сказывается на определении параметров линии (номинального напряжения, количества цепей электропередачи, сечения проводов, конструкции фазы) и составе оборудования электропередачи.

К особенностям линий СВН относятся:

• 
  высокая пропускная способность и соответственно большие значения токов фаз, что требует применения большого суммарного сечения проводов фазы;
  
• 
  большая протяжённость, что требует учёта их волновых свойств в анализе процессов, связанных с передачей электрической энергии по этим линиям;
  
• 
  применение расщеплённых проводов фаз для решения двух задач: увеличения суммарного сечения проводников и распределения суммарного электрического заряда фазы по всем входящим в неё проводам;
  
• 
  большая зарядная мощность линий, особенно протяжённых, это объясняется повышенной удельной ёмкостной проводимостью за счёт использования расщеплённых проводов и более высоким напряжением;
  
• 
  сниженный уровень допустимых перенапряжений , поскольку запасы по прочности внутренней и внешней изоляции меньше, чем для линий более низких классов напряжения;
  
• 
  применение средств повышенной пропускной способности на протяжённых линиях СВН продольной ёмкостной компенсации, устройств, стабилизирующих напряжение в промежуточных точках линии;
  
• 
  отрицательное воздействие линий ВН на окружающую среду, из-за повышенной напряжённости электрического поля на поверхности земли, что неблагоприятно влияет на живые организмы.
  

Линии СВН сооружаются с применением унифицированных металлических или железобетонных опор, стоящих свободно или с оттяжками. Для линии от 500кВ применяются только одноцепные опоры с горизонтальным расположением фаз. Лини напряжением менее 500кВ могут сооружаться как на одноцепных, так и на двухцепных опорах, при этом железобетонные опоры для этих линий только одноцепные.

К основным конструктивным особенностям линий СВН можно отнести:

• 
  большие габариты опор, что объясняется необходимостью обеспечить требуемые изоляционные расстояния между фазами, а также изоляционные расстояния от проводов до земли и частей опор;
  
• 
  большие токи фаз, что предопределяет большие сечения проводов фазы, значительно превышающие сечения одиночных проводов , выпускаемых промышленностью;
  
• 
  повышенная напряжённость электрического поля на поверхности проводов, а также на земле под проводами линии;
  
• 
  применение расщеплённых проводов для снижения потерь энергии на корону, ограничения радиопомех и акустических шумов от разрядов экранирования;
  
• 
  повышенные требования к конструктивной надёжности всех элементов линии.
  

1 Исходные данные к заданию
Исходные данные для выполнения курсовой работы по дисциплине «Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения» согласно варианту №4 приведены в таблице1.
Таблица 1 – Исходные данные

№ варианта

U2, кВ

Длина линии, км

Число проводов в фазе, сечение провода, мм2

Первичные параметры линии

Сопротивление,Ом/км

Проводимость,См/км

R0

X0

G0 10-8

B0 10-6

11

750

1800

5 400

0,015

0,286

1,93

4,13

Незави- симые величины расчётных уравнений

Ограничения мощности Pm

Компенсация линии

Настройка линии

По нагреву проводов, N Pнат

По статической устойчивости

U1,I1

2,2

0,21

0,45

2 Выбор опор линии
Для номинального напряжения 750 кВ выбираем следующие виды опор:

- анкерные угловые трехстоечные отдельно стоящие опоры УС750-1 ;

- промежуточные типа ПП750-1.

Конструкции опор в масштабе представлены в разделе Приложение.

3. Вычисление характеристических параметров и волновой длины

линии

Для заданного варианта выбираем первичные параметры линии, выполненной проводом АС-500/64 по справочным данным:

Таблица 2

0,015	0,286	1,93	4,13

По первичным параметрам линии, определяем постоянную распространения:







Постоянная затухания:

Нп/км

Фазовая постоянная:

рад/км
Определяем волновое сопротивление линии:

Ом

Определяем волновую длину линии:




4. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на волновое

сопротивление

4.1. Расчёт распределения напряжения вдоль линии

Разобьём линию длиной L = 1800 км на участки равной длины.
Линия нагружена на волновое сопротивление, поэтому:

Z_Н = Z_в

Рассчитаем ток в конце линии:

I₂ = = = 1644 + j39,23 А
Определяем распределение напряжения вдоль линии при Z_Н = Z_в:




Строим график распределения напряжения вдоль линии



Рисунок 1 - График распределения напряжения вдоль линии, нагруженной на волновое сопротивление.

4.2. Расчёт распределения тока вдоль линии

Определяем распределение тока вдоль линии при Z_Н = Z_в:




Строим график распределения тока вдоль линии .



Рисунок 2 - График распределения тока вдоль линии, нагруженной на волновое сопротивление.

4.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_Н = Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_k и следовательно P_k = Re(S_k)

Строим график распределения активной мощности вдоль линии.



Рисунок 3 - График распределения активной мощности вдоль линии, нагруженной на волновое сопротивление.

4.4. Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_Н = Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_k и следовательно Q_k = Im(S_k)

Строим график распределения реактивной мощности вдоль линии



Рисунок 4 - График распределения реактивной мощности вдоль линии, нагруженной на волновое сопротивление

4.5. Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по

линии

Определяем максимальную мощность линии:

Р_м = = 1,011∙10⁹ + j2,32∙10⁹ Вт

Вт

Определяем натуральную мощность линии:

Р_нат = = 9∙10⁸ + j2.09∙10⁹ Вт

Вт

Определяем наибольшую мощность по следующим ограничениям:

1. 
   Ограничение по нагреву проводов:
   

Р_нб1 = N∙ Р_нат = 2.2∙ 9∙10⁸ + j2.09∙10⁹ = 1.98∙10⁹ + j4.56∙10⁹ Вт

Вт

2. 
   Ограничение по статической устойчивости:
   

Р_нб2 = (1 – К_з)∙Р_м =(1 – 0,21) ∙ 1,011∙10⁹ + j2,32∙10⁹=

= 7.99∙10⁸ – j1.84∙10⁹ Вт

Вт

Определяем δ_нб по линии с учётом заданных ограничений по отношению к максимальной мощности:

δ_нб = asin( ) ∙ = asin( ) ∙ = 52,2

Вычисляем активную мощность потребляемую нагрузкой:

1. 
   На входе линии:
   

Р_вх = 2.388∙10⁹ Вт

2. 
   На выходе линии:
   

Р_вых = 2.136∙10⁹ Вт

Определяем коэффициент полезного действия электропередачи:

η = ∙100%= = 89.4 %

4.6. Выводы

Проанализировав графики можно сделать вывод, что в линии длиной 1800 км, нагруженной на волновое сопротивление, то есть при передаче по ней натуральной мощности, напряжения и токи вдоль линии распределены равномерно, и на входе линии напряжение, ток, активная мощность больше, чем на выходе линии.

5. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на

сопротивление Z_Н = 3 Z_в

5.1. Расчёт распределения напряжения вдоль линии

Разобьём линию длиной L = 1800 км на участки равной длины.
Линия нагружена на сопротивление:

Z_Н = 3 Z_в = 3 Ом
Рассчитаем ток в конце линии:

I₂ = = = 547,96 + 13,08 А
Определяем распределение напряжения вдоль линии при Z_Н = 3 Z_в:

Строим график распределения напряжения вдоль линии


Рисунок 5 - График распределения напряжения вдоль линии, нагруженной на сопротивление 3 Z_в

5.2. Расчёт распределения тока вдоль линии

О пределяем распределение тока вдоль линии при Z_Н = 3 Z_в:


Строим график распределения тока вдоль линии


Рисунок 6 - График распределения тока вдоль линии, нагруженной на сопротивление 3 Z_в

5.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_Н = 3 Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_k и следовательно P_k = Re(S_k)
Строим график распределения активной мощности вдоль линии



Рисунок 7 - График распределения активной мощности вдоль линии, нагруженной на сопротивление 3 Z_в

5.4. Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_Н = 3 Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_kи следовательно Q_k = Im(S_k)
Строим график распределения реактивной мощности вдоль линии



Рисунок 8 - График распределения реактивной мощности вдоль линии, нагруженной на сопротивление 3 Z_в

5.5. Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по

линии

Определяем максимальную мощность линии:

Р_м = = 9.226∙10⁸ - j8.672∙10⁸ Вт

Вт

Определяем натуральную мощность:

Р_нат = = 8.211∙10⁸ + j7.718∙10⁸ Вт

Вт

Определяем наибольшую мощность по следующим ограничениям:

1. 
   Ограничение по нагреву проводов:
   

Р_нб1 = N∙ Р_нат = 1,8∙10⁹ + 1,7∙10⁸ Вт

Вт

2. 
   Ограничение по статической устойчивости:
   

Р_нб2 = (1 – К_з)∙Р_м = 7,29∙10⁸ - j6,85∙10⁸ Вт

Вт

Определяем δ_нб по линии с учётом заданных ограничений по отношению к максимальной мощности:

δ_нб = asin( ) ∙ = 52,19

Вычисляем активную мощность потребляемую нагрузкой:

1. 
   На входе линии:
   

Р_вх = 8.65∙10⁸ Вт

2. 
   На выходе линии:
   

Р_вых = 7,119∙10⁸ Вт

Определяем коэффициент полезного действия электропередачи:

η = ∙100% = 82 %
5.6. Выводы

В линии длинной 1800 км при , будет протекать мощность меньше натуральной, и следовательно, в линии возникает избыток реактивной мощности, что приводит к повышению напряжения и уменьшению тока и активной мощности на выходе линии.

6. Расчёт режимов работы линии при её нагрузке на

сопротивление Z_Н = Z_в/3

6.1. Расчёт распределения напряжения вдоль линии

Разобьём линию длиной L = 1800 км на участки равной длины.
Линия нагружена на сопротивление:

Z_Н = Z_в / 3 Ом
Рассчитаем ток в конце линии:
I₂ = = 4932 + j117.7 А

Определяем распределение напряжения вдоль линии при Z_Н = Z_в / 3:




Строим график распределения напряжения вдоль линии



Рисунок 9 - График распределения напряжения вдоль линии, нагруженной на сопротивление Z_в / 3

6.2. Расчёт распределения тока вдоль линии

Определяем распределение тока вдоль линии при Z_в / 3:




Строим график распределения тока вдоль линии по таблице 5.



Рисунок 10 - График распределения тока вдоль линии, нагруженной на сопротивление Z_в / 3

6.3 Расчёт распределения активной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_в / 3

для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_k и следовательно P_k = Re(S_k)

Строим график распределения активной мощности вдоль линии



Рисунок 11 - График распределения активной мощности вдоль линии, нагруженной на сопротивление Z_в / 3

6.4. Расчёт распределения реактивной мощности вдоль линии

Определяем распределение активной мощности вдоль линии при Z_Н = Z_в для этого определим полную мощность:

S_k = ∙U_k∙I_k^*

Откуда получаем S_k = P_k + jQ_kи следовательно Q_k = Im(S_k)

Строим график распределения активной мощности вдоль линии



Рисунок 12 - График распределения реактивной мощности вдоль линии, нагруженной на сопротивление Z_в / 3


6.5. Вычисление максимальной и наибольшей мощности линии, угла по

линии

Определяем максимальную мощность линии:

Р_м = 1.057∙10⁹ + j6.8∙10⁹ Вт

Вт

Определяем натуральную мощность:

Р_нат = 9.41∙10⁸ + j6∙10⁹ Вт

Вт

Определяем наибольшую мощность по следующим ограничениям:

1. 
   Ограничение по нагреву проводов:
   

Р_нб1 = N∙ Р_нат = 2.07∙10⁹ + j1.33∙10¹⁰ Вт

Вт

2. 
   Ограничение по статической устойчивости:
   

Р_нб2 = (1 – К_з)∙Р_м = 8,35∙10⁸ + j5,38∙10⁹ Вт

Вт

Определяем δ_нб по линии с учётом заданных ограничений по отношению к максимальной мощности:

δ_нб = asin( ) ∙ = 52,19

Вычисляем активную мощность потребляемую нагрузкой:

1. 
   На входе линии:
   

Р_вх = 7.5∙10⁹ Вт

2. 
   На выходе линии:
   

Р_вых = 6.4∙10⁹ Вт

Определяем коэффициент полезного действия электропередачи:

η = ∙100%= 85.4 %

6.6. Выводы

В линии длинной 1800км при , будет будет протекать мощность больше натуральной, что вызывает дефицит реактивной мощности и приводит к уменьшению напряжения и активной мощности, и повышению тока на выходе линии.

Анализируя все 3 случая нагрузки сети можно заключить что наибольший КПД помет обеспечить только линия с согласованной нагрузкой.

7. Расчёт настроенной линии
Из предыдущих расчётов видно, что напряжение вдоль линии не постоянно. В зависимости от нагрузки баланс реактивной мощности нарушается, что приводит к повышению или понижению напряжения. Для поддержания равномерного распределения напряжения вдоль ЛЭП (так, чтобы напряжения в начале и конце линии совпадали) организуем промежуточные переключательные пункты. Они представляют собой П-образные четырёхполюсники, в последовательную ветвь которых включен реактор с индуктивностью L , а в поперечные ветви включены конденсатор с ёмкостью С.


Рисунок 13 – П-образный четырёхполюсник
7.1. Вычисление точек установки четырёхполюсников

В нашем случае три четырёхполюсника, необходимо установить на

одинаковых друг от друга и концов линии расстояниях .

7.2 Расчёт параметров четырёхполюсника

Определяем параметры продольного и поперечного сопротивления :

Z_C = j∙ω∙L = j 77.22Ом

Z_L= = – j1.794 Ом

Определяем А параметры четырёхполюсника:















Зная значения тока и напряжения на выходе четырёхполюсника, определяем его ток и напряжение на входе, являющиеся одновременно выходными величинами следующего участка линии:

U₁ = A∙U₂ + B∙I₂

I₁ = C∙U₂ + D∙I₂

7.3. Расчёт распределения напряжения и тока вдоль настроенной линии

Выполняем расчёт распределения напряжения и тока вдоль линии, нагруженной на сопротивления Z_в, 3Z_в иZ_в/3.

U_k = U₂∙cosh( ) + I₂∙Z_в∙sinh( )

I_k = U₂∙ + I₂∙cosh( )

Результаты расчёта для трёх случаев сведём в таблицу 6.

Таблица 6

Zв	│Ux∙106│, В	3 Zв	│Ux∙106│, В	Zв/3	│Ux∙106│, В
	1,034		0,988		1,15
	0,997		0,961		1,118
	0,966		0,914		1,124
	0,942		0,855		1,405
	0,912		0,747		1,715
	0,877		0,64		1,923
	0,859		0,533		2,13
	0,857		0,433		2,327
	0,873		0,334		2,521
	0,883		0,32		2,581
	0,913		0,382		2,614
	0,957		0,488		2,62
	1,021		0,659		2,52
	1,052		0,773		2,358
	1,089		0,883		2,176
	1,128		0,985		1,982
	1,162		1,085		1,669
	1,158		1,122		1,417
	1,154		1,144		1,229
	1,15		1,15		1,15

Строим график распределения указанных величин вдоль настроенной линии.





Рисунок 14 – График распределения напряжения вдоль

настроенной линии при Z_нагр = Z_в





Рисунок 15 – График распределения напряжения вдоль

настроенной линии при Z_нагр = 3 Z_в



Рисунок 16 – График распределения напряжения вдоль

настроенной линии при Z_нагр = Z_в/3


7.4. Расчёт предельной мощности , коэффициента K_p
Определяем максимальную мощность настроенной линии:

=

Определяем коэффициент увеличения пропускной способности линии:

K_p =

Результаты расчёта для трёх случаев сведём в таблицу 7.

Таблица 7

Zв	, Вт	Kp	3 Zв	, Вт	Kp	Zв/3	, Вт	Kp
	2,455	4,733		2,37	4,569		2,731	1,874

7.5. Выводы

Проанализировав график (рис. 14) видно, что при передаче по линии натуральной мощности, распределение напряжений и токов вдоль линии практически равномерно, как в случае некомпенсированной линии, так и при наличии переключательных пунктов, из чего можно сделать вывод о том, что идеализированная линия при передаче натуральной мощности не нуждается в применении настройки, из-за равенства реактивной мощности в любой точке линии, а в случае неидеализированной линии, нуждается в незначительной компенсации, что видно из графика.

В линии при (рис.15), будет протекать мощность меньше натуральной, и следовательно, в линии возникает избыток реактивной мощности, что приводит к повышению напряжения, уменьшению тока и активной мощности на выходе линии. Включение переключательных пунктов в линию приводит к резкому изменению напряжения в точке их подключения, то есть переключательные пункты позволяют выровнять напряжения вдоль линии.

В линии при будет наблюдаться противоположный процесс. По ней будет протекать мощность больше натуральной, что вызывает дефицит реактивной мощности и приводит к уменьшению напряжения и повышению тока в линии. Соответственно, при включении переключательных пунктов, в точках их подключения наблюдается резкий скачок напряжения.

Точки экстремума в середине линии при и при , обусловлены характерными особенностями линий, при работе в режимах малых и наименьших нагрузок, т.е. при передаче мощности меньше и больше натуральной.

Сравнив максимальные мощности настроенных линий с максимальными мощностями аналогичных линий без настройки, можно сделать вывод о значительном увеличении мощностей и следовательно, об увеличении пропускной способности линий.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что включение в линии переключательных пунктов позволяет искусственно изменить волновую длину линии и, следовательно, повысить предел передаваемой мощности.

Заключение

В ходе выполнения работы были сделаны выводы о работе линии ДЭП для трёх различных режимов. Был рассчитан коэффициент полезного действия, максимальная, наибольшая и натуральная мощности, а также коэффициент настройки и коэффициент увеличения пропускной способности линии. Были вычислены параметры элементов четырёхполюсника. Проанализировано влияние переключательных пунктов на пропускную способность линии и доказана необходимость их установки в некоторых режимах работы линии. Построены графики распределения величин вдоль линии для различных режимов работы.

Все расчёты выполнены в среде MathCad и представлены в Приложении.

Список используемой литературы

1. Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения: учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 488 с.

2. Макаров Е.Ф. справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. – М.: Папирус Про, 2003. – 640 с.

3. Ананичева С.С., Мызин А. Л., Шелюг С. Н. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Часть 1. – Екатеринбург, 2010.

4. Конспект лекций

ПРИЛОЖЕНИЕ