10. Расчет и моделирование установившихся режимов системы внутризаводского электроснабжения средствами Matlab/Simulink
Выполним расчет установившегося режима сети с целью анализа режима напряжения в каждом ее узла.
Расчеты выполним по схеме замещения, соответствующей принятой в программе MATLAB (рисунок 14) – с учетом потерь мощности в элементах сети.
Рисунок 14 - Схеме замещения построенная в программе MATLAB
Выполним моделирование участка системы электроснабжения завода, от источника питания до нагрузки самого большого по мощности цеха - цеха на плане № – 2 (Блок цехов № 1), включая нагрузку всех потребителей завода на 6кВ, схема которой изображена на Рисунке 14.
Модель состоит из стандартных библиотечных блоков пакета расширения SimPowerSystems, рассмотренных нами ранее:
– блока трехфазного источника электрической энергии Three-Phase Source;
– блоков Three-Phase Series RLC Branch, с помощью которых смоделированы участки линии 110 и 6 кВ;
– трехфазных двух-обмоточных трансформаторов Tree-Phase Transformer (Two Windings);
– блоков нагрузки Series RLC Load;
– измерительных блоков трехфазных токов и напряжений Three-Phase V-I Measurement и 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power.
При задании параметров всех элементов следует помнить, что сеть 6 кВ работает с изолированной нейтралью, а обмотки трансформаторов 6/0,4 кВ со стороны 0,4 кВ должны быть заземлены.
Кроме основных элементов в схему добавлены измерительные блоки для измерения и отображения параметров сети. Каждый блок в схеме имеет соответствующее обозначение, а измерительный блок соответствующий номер.
Потоки мощности (P, Q) на имитационной модели по соответствующим участкам сети показываются измерительными приборами (Display) в Вт и ВАр.
Для определения в модели электрической сети на любом ее участке величин тока, напряжения и их начальных фаз используем блок Powergui. Результаты вычисления перечисленных режимных параметров сети в узлах сети, номера которых соответствуют номеру на модели, приведены в таблице 26, здесь указаны действующие значения фазных значений напряжений и токов.
Таблица 26 - Результаты расчета установившегося режима сети
Точка измерения |
U, кВ |
I, A |
P, кВт |
Q, кВАр |
Источник напряжения 110 кВ |
120 |
26,7 |
5 026 |
2 353 |
Линия 110 кВ |
120 |
26,7 |
5 024 |
2 350 |
НН трансформатора 110/6 кВ |
6 562 |
239 |
2 487 |
1 072 |
Трансформатор 6/0,4 кВ |
415 |
1 075 |
1 123 |
720 |
Заключение
Выпускная работа выполнялась поэтапно, что соответствует уставившимся методам расчета и проектирования как питающих, так и распределительных сетей предприятий, выбора мощности силовых трансформаторов и трансформаторных подстанций в целом и так далее.
Первым этапом выполнения являлось максимально точное определение расчётных нагрузок цехов, каждого в отдельности и завода в целом. Расчёт вёлся по номинальной мощности потребителей и их коэффициенту спроса с учётом осветительной нагрузки, коэффициента разновременности максимумов и потерь в элементах системы электроснабжения. Расчетные электрические нагрузки системы электроснабжения (СЭС) определялись для всех узлов питания, на всех уровнях напряжения.
Вторым этапом был расчёт мощность устанавливаемых на предприятии компенсирующих устройств [9 стр. 29]. Компенсирующие устройства мощностью менее 150 кВАр не устанавливались, ввиду экономической нецелесообразности данного мероприятия. Нашей целью на данном этапе было добиться значения cos φ после компенсации реактивной мощности чуть больше 0,9, но не слишком близкого к единице, что позволило избежать опережающих токов в системе при перекомпенсации.
Третьим этапом было построение картограмм нагрузок и определение центра электрических нагрузок, это было нам необходимо для определения центра электрических нагрузок. Что в свою очередь служит отправной информацией для выбора места на территории предприятия для установки подстанции глубокого ввода.
Четвертым этапом выполнения работы было построение суточного и годового графиков нагрузки предприятия. С помощью данных графиков мы получили представление о характеристике изменения нагрузок на заводе в течение характерных суток и года. График электрических нагрузок использовался нами на следующих этапах при выборе силовых трансформаторов.
Пятым этапом в проектировании были выбор схемы высшего напряжения подстанции, а также выбор питающих линий электропередач. Выбор питающих линий электропередач производился по экономической плотности тока ( ). Величина ( ) зависит от материала проводника и числа часов использования максимальных нагрузок ( ), что было определено нами на одном из предыдущих этапов проектирования. Для подвода электроэнергии к предприятию был выбран провод марки АС - 150/24 на двухцепных металлических опорах.
Следующим, шестым этапом выполнения квалификационной работы был выбор схемы распределительного устройства низшего напряжения и пункта приёма электрической энергии. Так как, на подстанции глубокого ввода нами был установлен трансформатор с расщепленной вторичной обмоткой ТРДН - 63000/110/6, то было принято решение применить схему РУ 6, 10 кВ с двойной секционированной системой сборных шин, как одну из наиболее распространенных и надёжных на сегодняшний день. РУ 6 кВ ПГВ выполнено ячейками КРУ серии К-61 (ввод) и К-63 (отходящие линии) с выкатными элементами.
Седьмым этапом, был расчёт системы распределения электроэнергии. В рамках этого этапа проектирования был выбран класс напряжения системы распределения электроэнергии, а именно по согласованию с руководителем принимаем Uраспр= 6 кВ. Также выбрана схема распределения электроэнергии. Что касаемо, выбора распределительных пунктов (РП), то в данной работе сооружение РП являлось не целесообразным, поэтому принято решение выполнять присоединения высоковольтных потребителей непосредственно с шин ПГВ. Следующим действием в данном этапе был выбор мощности и места размещения цеховых трансформаторных подстанций. Определение мощности трансформаторов производилось исходя из оптимальной их загрузки в нормальном режиме [9]. При этом мощность трансформаторов ( Sтр ) определяется по полной расчетной мощности цеха ( S р.ц 0,4 БКС ) за максимально загруженную смену с учетом требований по надежности электроснабжения. Стремясь к созданию системы с максимальным надёжностными, экономическими и эксплуатационными характеристиками, учитывая, сто на предприятии имеются электроприемники всех трех категорий (таблица 2), для проектирования были выбраны двух-трансформаторные подстанции 2КТП-СЭЩ-П (производства «Электрощит Самара»), укомплектованные силовыми масляными трансформаторами герметичного исполнения ТМГ-СЭЩ (производства «Электрощит Самара»). Большинство цеховых подстанций выполнены двух трансформаторными, кроме цеха на плане № 20 (Магазин) в которых установлена одно-транcформаторная КТП, а также цехов малой мощности, электроснабжение которых осуществляется на классе напряжения 0,4 кВ с установкой в цехе силовых пунктов.
Схема распределения смешанная, с преобладанием радиальных линий.
Восьмым этапом было проектирование транспорта электрической энергии в системе распределения в целом по заводу. Кабеля подбирались так, чтобы сечение жил кабеля соответствовало допустимой токовой нагрузке для участка трассы с наихудшими условиями охлаждения. Выбор сечения кабельных линий производился в соответствии с требованиями [1] с учетом нормальных и послеаварийных режимов работы электрической сети и перегрузочной способности кабелей различной конструкции.
Далее, на девятом этапе, был произведен расчёт токов короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС [13]. Все расчеты производились исходя из положения, что все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки, работают с номинальной нагрузкой. Синхронные машины имеют автоматические регуляторы напряжения и устройства быстродействующей форсировки возбуждения. Короткое замыкание наступает в такой момент времени, при котором ток КЗ имеет наибольшее значение. Электродвижущие силы всех источников питания совпадают по фазе. Расчетное напряжение каждой ступени принимают на 5 % выше номинального напряжения сети (среднее номинальное напряжение).
Десятым этапом, выполнения работы стал выбор и проверка элементов системы электроснабжения. Все элементы системы электроснабжения выбирались
по номинальным параметрам при нормальном режиме работы системы электроснабжения и требовании к ним о соответствии условиям окружающей среды. Номинальное напряжение аппарата соответствует классу его изоляции. Были выбраны следующие аппараты:
- выключатели 110 кВ;
- разъединители 110 кВ;
- выключатели на стороне 6кВ;
- трансформаторов тока;
- трансформаторов напряжения;
- выбор ограничителей перенапряжений;
- коммутационных аппаратов 0,4 кВ.
После всех расчетов на девятом этапе, произведена проверка кабельных линий на термическую стойкость, после которой выбор кабеля для девяти кабельных линий был скорректирован в пользу увеличения сечения их жил.
Окончательным этапом выполнения выпускной работы, стало выполнение задания консультанта по работе, а именно - расчет и моделирование установившихся режимов системы внутризаводского электроснабжения средствами Matlab/Simulink. Расчеты выполнялись по схеме замещения, соответствующей принятой в программе MATLAB (рисунок 14) – с учетом потерь мощности в элементах сети.
Считаем, что разработанная система электроснабжения завода удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым нормативными документами.