Для энергоснабжения городских и промышленных объектов служат закрытые распределительные устройства (ЗРУ). Эти устройства являются сложными электротехническими комплексами и для целей проектирования всегда требуется подобрать характеристики оборудования в соответствии с рабочим режимом эксплуатации. Самым оптимальным и эффективным способом подбора является математическое моделирование и с подобными задачами создания цифровых моделей ЗРУ вполне успешно справляется ПО REPEAT — модельно-ориентированная среда проектирования и математического моделирования. В этой статье описывается моделирование установившегося режима работы ЗРУ в ПО REPEAT.
Вводная информация для создания модели
В качестве объекта моделирования было выбрано ЗРУ 110 кВ. Данное ЗРУ состоит включает в себя три сборные шин (3 С.Ш.-110 и 4 С.Ш.-110 соответственно), а также обходная сборная шина О.С.Ш-110), пять блоков генератор-трансформатор и прочее электрооборудование (выключатели, разъединители, токоограничивающие реакторы, заземляющие ножи, а также измерительные трансформаторы напряжения). Нормальная схема электрических соединений такого ЗРУ приведена на Рисунке 1.
Рисунок 1. Нормальная схема электрических соединений моделируемого ЗРУ
Для моделирования установившегося режима, впрочем, достаточно рассмотреть только шины, блоки генератор-трансформатор и нагрузку, пренебрегая моделированием прочего электрооборудования, т.к. оно не оказывает влияния на ход установившегося режима. Параметры генераторов и трансформаторов приведены в Таблице 1 [1, генераторы – с.211, трансформаторы – с.244].
Таблица 1. Параметры электрооборудования
|
Генераторы |
||||||||||||||||||
|
Тип |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОКЗ |
|
|
||||
|
МВт |
- |
МВАр |
кВ |
% |
% |
% |
% |
% |
% |
% |
- |
|
c |
|||||
|
ТВФ-60-2 |
60 |
0,8 |
45 |
6,3 |
98,5 |
19,5 |
28 |
161 |
12,1 |
23,8 |
9,2 |
0,64 |
8,85 |
4,9 |
||||
|
ТВФ-63-2 |
63 |
0,8 |
47 |
6,3 |
98,3 |
18 |
27,5 |
192 |
12,1 |
22 |
9,2 |
0,537 |
9,7 |
6,1 |
||||
|
ТВФ-100-2 |
100 |
0,8 |
75 |
10,5 |
98,4 |
19,1 |
27,8 |
192 |
16,7 |
23,4 |
9,73 |
0,563 |
13 |
6,5 |
||||
|
ТВВ-160-2 |
160 |
0,85 |
102 |
18 |
98,5 |
22,1 |
32,9 |
230 |
16,7 |
26,9 |
11,5 |
0,475 |
13 |
5 |
||||
|
Трансформаторы |
||||||||||||||||||
|
Тип |
|
Регулирование напряжения |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
МВА |
кВ |
% |
кВт |
кВт |
% |
|||||||||||||
|
ВН |
НН |
|||||||||||||||||
|
ТДЦ-80000/110/6 |
80 |
|
121 |
6,3 |
10,5 |
310 |
70 |
0,6 |
||||||||||
|
ТДЦ-200000/110/18 |
200 |
|
121 |
18 |
10,5 |
400 |
120 |
0,55 |
||||||||||
|
ТДЦ-125000/110/10 |
125 |
|
121 |
10,5 |
10,5 |
550 |
170 |
0,5 |
||||||||||
|
ТРДНС – 25000/35 |
25 |
|
36,75 |
6,3-6,3 |
9,5 |
115 |
25 |
0,5 |
||||||||||
|
ТРДНС – 25000/18 |
25 |
|
36,75 |
6,3-6,3 |
9,5 |
115 |
25 |
0,5 |
||||||||||
Расчеты и создание модели
Изображение математической модели, реализованной в ПО REPEAT, приведено на Рисунке 2.
Рисунок 2. Математическая модель ЗРУ, реализованная в ПО REPEAT
Генераторы моделируются посредством блоков источников напряжения, способных выдавать бесконечную мощность. Параметрами данных источников являются напряжение (задаётся равным номинальному напряжению соответствующего генератора) и частота (задаётся равной промышленной частоте 50 Гц).
Трансформаторы моделируются посредством блока двухобмоточного трансформатора, имитирующего работу реального трансформатора по упрощённой схеме замещения без учёта влияния ветви намагничивания (параметрами блока в таком случае являются мощность, коэффициент трансформации, напряжение стороны (высшее напряжение или ВН), напряжение и потери короткого замыкания (КЗ) трансформатора). Важно отметить, что входным сигналом данного блока является напряжение обмотки ВН. Таким образом, выходной сигнал будет представлять собой входной (за вычетом потерь напряжения в обмотках трансформатора), умноженный на коэффициент трансформации. Т.е., чтобы трансформатор работал в режиме повышающего, необходимо указывать коэффициент трансформации как 
. И наоборот для понижающего.
Собственные нужды электростанции, а также общая нагрузка ЗРУ моделируется посредством блоков статической нагрузки. Параметрами данного блока являются номинальное напряжение и значения активной и реактивной мощностей. Нагрузка собственных нужд принята равной 10% мощности генератора блока подключения. Величины нагрузки приведены в Таблице 2.
Таблица 2. Информация о нагрузках в системе
|
№ блока нагрузки |
Тип нагрузки |
Место подключения |
Величина нагрузки |
Номинальное напряжение нагрузки |
|
МВА |
кВ |
|||
|
39 |
Собственные нужды |
Выход генератора ТГ-12 (У14) |
|
6.3 |
|
40 |
Собственные нужды |
Выход генератора ТГ-13 (У21) |
|
6.3 |
|
37 |
Общая нагрузка |
3 С.Ш. (У13) |
|
121.0 |
|
38 |
Общая нагрузка |
3 С.Ш. (У13) |
|
121.0 |
|
33 |
Общая нагрузка |
3 С.Ш. (У13) |
|
121.0 |
|
34 |
Общая нагрузка |
4 С.Ш. (У18) |
|
121.0 |
|
35 |
Общая нагрузка |
4 С.Ш. (У18) |
|
121.0 |
|
36 |
Общая нагрузка |
4 С.Ш. (У18) |
|
121.0 |
|
45 |
Собственные нужды |
Трансформатор собственных нужд 14 ТСН блока генератора ТГ14 (У41) |
|
6.3 |
|
46 |
Собственные нужды |
Трансформатор собственных нужд 15 ТСН блока генератора ТГ15 (У42) |
|
6.3 |
Напряжение в узлах нагрузки (узел – соответствующий пронумерованный блок «Шина») приведено на графиках, представленных на Рисунке 3, 4, 5, 6, 7 и 8.
Рисунок 3. Напряжение в узле 14
Рисунок 4. Напряжение в узле 21
Рисунок 5. Напряжение в узле 13
Рисунок 6. Напряжение в узле 18
Рисунок 7. Напряжение в узле 41
Рисунок 8. Напряжение в узле 42
Необходимо проанализировать отклонения напряжений в узлах нагрузки и дать им оценку с точки зрения требований к качеству электроэнергии, установленными ГОСТ 32144-2013. В соответствие с ними, «положительные и отрицательные отклонения напряжения не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения». Отклонение напряжения можно рассчитать по следующей формуле:
Где 
– согласованное или номинальное напряжение узла (кВ), 
– расчётное (реальное) напряжение в узле (кВ). Результаты расчёта отклонений приведены в Таблице 3.
Таблица 3. Отклонения напряжений в узлах нагрузки
|
Узел |
|
|
|
Соответствие качества |
|
кВ |
кВ |
% |
||
|
13 |
121 |
115.62898 |
4.44% |
+ |
|
14 |
6.3 |
6.29810 |
0.03% |
+ |
|
18 |
121 |
113.81782 |
5.94% |
+ |
|
21 |
6.3 |
6.29881 |
0.02% |
+ |
|
41 |
6.3 |
6.10847 |
3.04% |
+ |
|
42 |
6.3 |
5.75110 |
8.71% |
+ |
Результаты моделирования ЗРУ 110 кВ
Таким образом, расчетные напряжения всех перечисленных выше узлов, при моделировании в ПО REPEAT, удовлетворяют требованиям о качестве электроэнергии, согласно ГОСТ 32144-2013. Этот результат позволяет с уверенностью использовать ПО REPEAT для качественного моделирования установившихся режимов работы ЗРУ и рекомендовать данное ПО для промышленного применения при проектировании энергетических объектов.
Список литературы
- Справочник по проектированию электрических сетей /под ред. Д. Л. Файбисовича. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ЭНАС, 2012. – 376 с.: ил.
