Guide по модели сети 110/10 кВ

Если после слов «давайте построим векторную диаграмму» вы представляете что-то похожее на рисунок, то вам под кат. Если непонятно «а как оно будет, если там еще трансформатор и переходное сопротивление?» то вам под кат. Если жалко тратить время на выбор «решателя» в Simulink, да и зачем вообще он, когда нужны не синусоиды с экспонентами, а вектора, то вам под кат. Если вы не чужды прекрасного и вектора в виде линий с маркером «кружочек» на конце вас удручают, вам опять же под кат. Потому что там сосредоточие ТОЭ и матричных преобразований, а также метод симметричных составляющих в красивой удобной упаковке из интерактивного JavaScript и охренительной векторной графики (SVG).

К сути.

На сайт загружена новая версия интерактивной модели сети, а перед вами руководство (help) по ней. Сама модель доступна по старой ссылке

https://pro-rza.ru/models/ensys/.

Если загружается предыдущая версия, то вам необходимо почистить кэш браузера.

Я старался проверить модель во всех режимах, но никто не застрахован от ошибок.. Если вы считаете, что какой-то режим, с учетом принятых для расчета допущений, рассчитан неверно, обязательно напишите об этом. Будем разбираться.

Из чего состоит модель?
-первичная схема;
-элементы, которые можно перетаскивать мышкой;
-4 пары осей для формирования векторных диаграмм;

1 Первичная схема

Первичная схема состоит из линий, шин, трансформаторов, выключателей, связей. На первичной схеме есть два типа зон, куда можно перетаскивать элементы: зеленые и синие.

На синие зоны можно перетаскивать и элементы-КЗ и элементы-измерители. На зеленые зоны, можно подключать только измерители. Для удобства, если перетаскивание на какую-либо зону допустимо, сама зона изменит цвет, чтобы было видно, что вы на верном пути.

Условно можно разделить первичную схему на 4 участка (см. рисунок)
-линия ВН (А) + трансформатор (А);
-линия СН (А);
-линия ВН (В) + трансформатор (В);
-линия СН (В).

Разделение первичной схемы по зонам-таблицам

Каждому участку соответствует своя таблица задания параметров, которую можно открыть, щелкнув правой клавишей мыши по тексту рядом с элементами первичной схемы.

Пробежимся по двум таблицам чтобы понять, что за параметры там задаются на примере «ветки» (А) от ЭС 110 кВ до нагрузки на линии 10 кВ. Все расчеты ведутся в симметричных составляющих, поэтому каждому элементу первичной схемы соответствуют три схемы замещения (прямой, обратной и нулевой последовательностей).

Хорошая новость: сопротивление прямой и обратной последовательностей для каждого элемента схемы равны! Значит надо задать всего два параметра для каждого элемента)

2 ТАБЛИЦА 110 кВ

Первая таблица это параметры сети ВН (см. рисунок). Рассмотрим подробнее что в ней что.

Параметры сети 110 кВ

2.1 Энергосистема

Энергосистема моделируется идеальным источником ЭДС за сопротивлением. ЭДС задается модулем U и фазой \psi (т.е. комплексным числом Ue^{j\psi}, как и любой другой параметр схемы).

Параметры энергосистемы

Сопротивление ЭС можно задать тремя способами:
-непосредственно сами сопротивления;
-через ток КЗ на шинах;
-через мощность КЗ на шинах.

Формулы!

Задание сопротивлений напрямую:

    \begin{align*} \underline Z_{1(2)} &= jX_{1(2)} \\ \underline Z_{0} &= jX_{0} \end{align*}

Задание сопротивлений через токи КЗ на шинах:

    \begin{align*} \underline Z_{1(2)} &= j \frac{U_{b}}{\sqrt{3}I^{(3)}} \\ \underline Z_{0} &= jU_{b} \sqrt{3} \left( \frac1{I^{(1)}} - \frac2{3I^{(3)}} \right) \end{align*}

Задание сопротивлений через мощности КЗ на шинах:

    \begin{align*} \underline Z_{1(2)} &= j \frac{U_{b}^2}{S^{(3)}} \\ \underline Z_{0} &= jU_{b}^2 \left( \frac3{3S^{(1)}} - \frac2{S^{(3)}} \right) \end{align*}

Для независимости значения сопротивления от напряжения энергосистемы, в модель введено базисное напряжение ступени U_b, по отношению к которому и рассчитываются сопротивления.

Так как базисное напряжение и напряжение энергосистемы можно произвольно менять, то привязка к напряжению 110 кВ для ВН или 10 кВ для НН является излишней. Эти значения выбраны просто для удобства.

2.2 Нагрузка на шинах 110 кВ

Нагрузка на шинах 110 кВ эквивалентируется комплексным сопротивлением, которое можно задать напрямую или через потребляемую мощность при базисном напряжении.

Параметры нагрузки 110 кВ

При задании сопротивлений напрямую, значения сопротивлений прямой (обратной) и нулевой последовательностей могут быть разными.

При задании сопротивлений через потребляемую мощность сопротивления всех последовательностей равны друг другу.

И равны..

    \begin{align*} \underline Z_{1(2,0)} &= \frac{U_{b}^2}{P^2+Q^2} (P + jQ) \end{align*}

Подсказка: Задав сопротивление прямой(обратной) последовательности большим, а нулевой малым, можно получить еще одну точку заземления сети 110 кВ (данные значения сопротивлений соответствуют трансформатору Y_0/ \Delta на холостом ходу с заземленной нейтралью первичной обмотки).

2.3 Линия 110 кВ

Линия 110 кВ эквивалентируется распределенным (по длине) комплексным сопротивлением. Поперечные емкости и проводимости не учитываются.

Параметры линии 110 кВ

Для задания необходимо указать полное удельное сопротивление прямой (обратной) и нулевой последовательностей, а также длину линии.

2.4 Трансформатор

Параметры трансформатора

Сопротивление трансформатора высчитывается, из задаваемых в таблице параметров, по формуле:

    \begin{align*} \underline Z_{1(2)} &= j\frac{u_k}{100} \cdot \frac{U_{b}^2}{S} \\ \underline Z_0 &= \underline Z_{1(2)} \cdot \frac{X_0}{X_1} \end{align*}

Сопротивление нулевой последовательности сильно зависит от схемы соединения обмоток трансформатора и задается по отношению к сопротивлению трансформатора прямой последовательности.

Схема замещения трансформатора приведена на рисунке:

Схема замещения трансформатора

Важно: для схемы соединения Y_0/\Delta отношение \frac{X_0}{X_1}\approx1; для схемы соединения Y_0/Y отношение \frac{X_0}{X_1}\gg1, так как сопротивление нулевой последовательности включает в себя сопротивление намагничивания нулевой последовательности.

Для схем прямой и обратной последовательностей сопротивление ветви намагничивания высчитывается автоматически с таким расчетом, чтобы при номинальном напряжении ток холостого хода был приблизительно равен 1% от номинального тока.

2.5 Сопротивление связи между ЭС

Параметры связи между ЭС

Задается с помощью полного комплексного сопротивления без каких-либо особенностей.

Главная особенность сети 110 кВ в данной модели: глухозаземленная нейтраль источников ЭДС, отсутствие емкостей между фазами и между фазами и землей.

3 ТАБЛИЦА 10 кВ

Перейдем к таблице для сети 10 кВ.

Параметры сети 10 кВ

3.1 Основные параметры сети 10 кВ

Основные параметры сети 10 кВ

В качестве основных параметров, характеризующих сеть СН-10 кВ выбраны:
-полное комплексное сопротивление через которое с помощью ТЗН заземляется нейтраль (сопротивление самого ТЗН не учитывается, так как не вносит качественного изменения в векторные диаграммы);
-базисное напряжение данной ступени для расчетов сопротивлений нагрузок, если нагрузка задается мощностью;
-сосредоточенная полная емкость сети, подключенная к шинам.

3.2 Нагрузка на шинах 10 кВ и нагрузка линии 10 кВ

Параметры нагрузки на шинах 10 кВ

Параметры нагрузки на линии 10 кВ

Обе нагрузки задаются идентично либо через сопротивления, либо через потребляемую мощность при базисном напряжении. При этом не предполагается, что нагрузка имеет сопротивление нулевой последовательности, так как нейтраль нагрузки всегда изолирована.

Сопротивления через мощность

    \begin{align*} \underline Z_{1(2)} &= \frac{U_{b}^2}{P^2+Q^2} (P + jQ) \\ \underline Z_0 &= \infty\end{align*}

3.3 Линия 10 кВ

Линия 10 кВ задается удельными сопротивлениями прямой (обратной) и нулевой последовательностей, удельной емкостью и длиной.

При отсутствии КЗ на линии вся емкость линии сосредоточена в ее конце. При наличии КЗ на линии общая емкость линии делится на две части (см. рисунок), причем значение этих емкостей пропорционально длине линии от места установки емкости до точки КЗ. Такое распределение емкостей дает более достоверные результаты расчета рпи ОЗЗ, чем вариант расположения всей емкости в конце линии. Значение x (положение на линии в относительных единицах) меняется от 0 до 1.

Упрощенная схема замещения линии 10 кВ с КЗ


Аналогичные таблицы созданы и для «правой» ветки схемы. Отличие состоит в том, что общие параметры для «левой» и «правой» веток, такие как базисные напряжения и сопротивления связи между ЭС, даны только в таблицах для «левой» ветки.

4 Перетаскиваемые элементы

4.1 Измерители

Элемент-измеритель это возможность узнать максимум информации о токах и напряжениях в точке установки. При подключении измерителя на соответствующих осях автоматически строятся вектора, выбранные по умолчанию. Для выбора других величин необходимо кликнуть по измерителю правой клавишей мыши и выбрать, то, что вы хотите.

Подсказка: при построении большого количества векторов часто бывает так, что подписи перекрываются, создавая хаос на векторной диаграмме.

Выхода два:

  1. Уменьшить величину подписей, выбрав пункт «Убрать числовые значения»;
  2. Удалить и вновь выбрать вектор, положение подписи которого вам не нравится. При каждом новом появлении положение подписи меняется случайным образом. Немного терпения и удачи, и генератор случайных чисел позволит вам расположить подписи векторов красивым образом (как на рисунке ниже).

Было плохо —> Стало лучше

4.2 Элемент КЗ

Элемент КЗ является, по сути, набором ключей и резисторов (переходных сопротивлений) конкретный вид, которого зависит от типа КЗ и обрыва. Для выбора типа КЗ и обрыва необходимо, как обычно, щелкнуть правой клавишей мыши по элементу КЗ, когда он находится на линии.

Обрывы формируются «ниже» КЗ (в смысле ниже по линии первичной схемы) для возможности формировать обрыв фазы с ее одновременным замыканием.

Относительное положение обрывов и КЗ

Обрывы моделируются переходным сопротивлением, включенным последовательно в фазные провода линии.

Варианты обрывов

Короткие замыкания моделируются переходными сопротивлениями, включенными между фазами или между фазами и землей.

Варианты КЗ

Стартовые значения переходных сопротивлений: ноль для КЗ, бесконечность (чистый разрыв) для обрывов.

  • Евгений

    Большое спасибо! Это очень круто, просто нет слов…

  • Дмитрий Раевский

    Спасибо за эту модель. Теперь лучше стал представлять физические процессы в ЛЭП и местах КЗ. Вы реально большие молодцы.

    • Андрей Ильинский

      багов не нашли?) или неудобств?

      • Дмитрий Раевский

        Даже придраться не к чему:-). Качественно сделано, талантливо. Удачи Вашей команде и «творческих» идей.

Комментарии для сайта Cackle

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.