ЭССЭС ЛР 2013

21

Рис. 5.2.

5.3. Порядок выполнения работы.

5.3.1.Загрузить файл Lab_N5.mdl, если он не был загружен ранее.

5.3.2.Сохранить данный файл под новым именем xxxx_Lab_N5.mdl в папке «Студенты\3курс» (хххх – любой набор латинских символов).

5.3.3.Проверить работу модели. Для этого кнопкой пуск (кнопка ► на панели инструментов) запустить программу при тех параметрах, которые были установлены ранее. С выдержкой времени несколько секунд на дисплеях измерительных приборов модели появиться мелькание цифр. Это указывает на то, что программа выполняется. По окончании выполнения программы (прекращение изменения показаний дисплеев) можно приступать к выполнению лабораторной работы. Для досрочного прекращения работы необходимо нажать кнопку стоп (кнопка ■ на панели инструментов).

5.3.4.Установить на модели погонные параметры и длины линий L1…L7. Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме линии (вид пиктограммы линии представлен на рис. 1 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров линии, аналогичное окну рис. 3 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для линии. Параметры

“Frequency used for R L C specification (Hz)”, “Number of pi sections” и “Measurements” изменять не следует. Для кабельных линий L1…L6 вводятся только значения погонных активных сопротивлений и их длины.

5.3.5.Установить на модели параметры нагрузки Sн1...Sн5 (параметры нагрузки задаются для одной фаза, т.е. Sнi/3). Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме нагрузки (вид пиктограммы нагрузки представлен на рис. 4 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров нагрузки, аналогичное окну рис. 5 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для нагрузки. Параметры “Nominal voltage Vn (Vrms)”, “Nominal frequency fn (Hz)”, “Capacitive reactive power QC (negative var)” и “Measurements” изменять не следует.

5.3.6.Установить на модели параметры трансформаторов Т1 и Т2. Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме трансформатора Т1 или Т2 (вид пиктограммы трансформатора представлен на рис. 6 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров трансформатора, аналогичное окну рис. 8 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для трансформатора. Параметры “Three windings transformer”, “Magnetization resistance and reactance [Rm(pu) Lm(pu)]” и “Measurements” изменять не следует.

5.3.7.Кнопкой пуск запустить программу (см. п. 5.3.3.). По окончании выполнения программы (прекращение изменения показаний дисплеев) записать показания приборов для напряжений и энергетических показателей в таблицу. Определить точку потокораздела.

5.3.8.Разорвать замкнутую сеть в точке потокораздела. С этой целью необходимо отключить наименее загруженную линию, прилегающую к точке потокораздела. Для указанной линии в окне задания параметров (см. п. 5.3.4.) установить ее длину равной 10000 км. Снова запустить программу и записать пока-

22

зания приборов аналогично п. 5.3.7. Далее необходимо привести значение длины отключенной линии в исходное состояние.

5.3.9.Разорвать замкнутую сеть в точке А (создать послеаварийный режим).

Сэтой целью необходимо отключить линию, прилегающую к точке А. Для указанной линии в окне задания параметров (см. п. 5.3.4.) установить ее длину равной 10000 км. Снова запустить программу и записать показания приборов аналогично п. 5.3.7. Далее необходимо привести значение длины отключенной линии в исходное состояние.

5.3.10.Изменить коэффициент трансформации трансформатора Т2. Для этого в окне задания параметров трансформатора (см. п. 5.3.6.) установить значе-

ние напряжения вторичной его обмотки равным UТ2 = K∙Uном. Снова запустить программу и записать показания приборов аналогично п. 5.3.7. Далее необходимо привести значение напряжения UТ2 в исходное состояние.

5.4. Содержание отчета.

5.4.1.Сформулировать цель работы и дать краткие теоретические сведения по изучаемой теме.

5.4.2.Привести схему замещения электрической сети. При этом учесть, что кабельные линии 10 кВ в схемах замещения представляются упрощенно.

5.4.3.Представить результаты моделирования для всех опытов в виде таблиц и карт режимов. На картах режимов указать только напряжения в узлах сети.

5.4.4.Провести анализ результатов моделирования. При этом сопоставить значения напряжений в узлах сети и потерь мощности в ней при различных опытах. На основании этого сопоставления сделать выводы о влиянии исследуемых факторов на качество электрической энергии в узлах сети и потери активной мощности в ней.

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

6.1.Цель работы: изучение различных способов регулирования напряжения

вэлектрических сетях.

6.2.Исходные положения.

6.2.1. В электрических сетях величина потерь напряжения изменяется с изменением нагрузок потребителей. Это вызывает отклонение напряжения у потребителей по отношению к его номинальному значению. Значительные отклонения напряжения приводят к ухудшению качества электрической энергии, подводимой к потребителю. Согласно стандарту на качество электрической энергии допустимые отклонения напряжения для большинства электроприемников в нормальном режиме работы сети устанавливается в пределах ±5 % от номинального напряжения. Требуемое качество напряжения у потребителей можно обеспечить следующими способами:

23

регулированием напряжения на электростанциях путем изменения тока возбуждения генераторов;

применением поперечной компенсации реактивной мощности у потребителей или в узлах нагрузки энергосистемы. Это позволяет изменять потребление реактивной мощности из системы и, тем самым, воздействовать на продольную составляющую падения напряжения в электрической сети;

применением конденсаторных батарей продольной компенсации и, тем самым, изменять реактивное сопротивление питающей сети;

применением трансформаторов с регулируемыми коэффициентами трансформации (путем переключения ответвлений первичной обмотки трансформатора).

6.2.2. Конденсаторная батарея продольной компенсации включается в рассечку линии, как это показано на рис. 6.1. Ёмкостное сопротивление компенсирует часть индуктивного сопротивления линии и результирующее реактивное

сопротивление цепи, равное Х–Хс, уменьшается. Потери напряжения U также снижаются, что и обеспечивает повышение напряжения в конце линии. Применение продольной компенсации приводит к изменению параметров сети. Этот способ регулирования напряжения позволяет уменьшить не только отклонения напряжения, но и снизить его колебания при резко переменных нагрузках.

6.2.3. Конденсаторная батарея поперечной компенсации включается параллельно нагрузке, как это показано на рис. 6.2. В этом случае реактивная мощность, передаваемая из системы, уменьшается на величину Qк (мощность, генерируемая БК). Аналогичную функцию выполняют и синхронные компенсато-

ры.

1

R

jX

jXc

2

U1

U2

Sн= P+jQ

Рис. 6.1

1

R

jX

2

U1

Sн=

P+j(Q-Qк)

U2

БК

Sн= P+jQ

Рис. 6.2

- jQк

6.2.4. В лабораторной работе изучаются все перечисленные способы регулирования напряжения в электрических сетях на примере модели сети, показанной на рис. 6.3а. Нагрузка сети приведена на рис. 6.3б.

24

6.2.5. Исходные данные для нескольких вариантов сети представлены в

табл. 6.1.

а)

б)

Рис. 6.3

25

				Таблица 6.1
№ ва-	Параметры линии		Нагрузка
рианта	R, Ом	L, Гн	активная, %	индуктивная, %
1	100	0,9	50	100
2	100	0,6	60	75
3	100	0,3	70	50
4	50	0,9	80	100
5	50	0,6	90	75
6	50	0,3	100	50

6.2.6. Оборудование, используемое при проведении работы: трехфазные трансформаторные группы ТТГ1 и ТТГ2; модель линии электропередачи МЛЭ2; устройство продольной ѐмкостной компенсации УПЕК4; регулировочный трансформатор РТ1; активная, индуктивная и ѐмкостная нагрузки (АН4, ИН6, ЕН4); измеритель мощностей ИМ5; блок мультиметров.

6.3. Порядок выполнения работы.

6.3.1. Рассчитать индуктивное сопротивление модели линии электропередачи согласно заданному варианту. Согласно рассчитанному значению индуктивного сопротивления модели линии выбрать ѐмкость устройства ѐмкостной компенсации. Сопротивление ѐмкости должно быть близко индуктивному сопротивлению модели линии.

6.3.2. Собрать схему модели электрической сети, представленной на рис. 6.2а. Комплексная нагрузка модели сети представлена на рис. 6.2б.

6.3.3.Переключатели пределов в измерителе мощностей установить: напряжения – 300 В; тока – 0,1 А. Пределы измерения вольтметров в блоке мультиметров установить на метке 1000 В.

6.3.4.Установить переключатели модели сети в следующие положения: R и L линии – в положение согласно заданному варианту, а переключатель С линии

–в положение «0»; переключатели активной нагрузки – в положение согласно заданному варианту, а переключатели индуктивной и ѐмкостной нагрузок – в положения «0»; ѐмкость устройства ѐмкостной компенсации – в соответствии со значением, определенным в п. 6.3.1.; переключатель ответвлений трансформаторов ТТГ1 и ТТГ2 – на метку 226 В; переключатели ответвлений трансформатора РТ1 – на метку «0».

6.3.5.После проверки схемы преподавателем включить питание измерительных приборов.

6.3.6.Зашунтировать ѐмкости устройства ѐмкостной компенсации, включить источник питания, переключателями трансформатора РТ1 установить напряжение на нагрузке 175 В и записать показания приборов. Значения напря-

жений, полученные в данном опыте, будут базовыми U1б, U2б, относительно которых будут рассчитываться изменения напряжения в остальных опытах.

26

6.3.7. Установить переключатель индуктивной нагрузки в положение согласно заданному варианту (см. табл. 6.1) и записать показания приборов. Определить относительные изменения напряжения на нагрузке по формуле

Uн Uн U2б 100, %.

U2б

6.3.8.Исследовать влияние изменения напряжения в узле питания на напряжение нагрузки. Для этого установить переключатель ответвлений трансформатора ТТГ1 на метку 230 В и записать показания приборов. Определить относительные изменения напряжения на нагрузке по формуле п. 6.3.7. Возвратить переключатель ТТГ1 в исходное положение.

6.3.9.Исследовать влияние коэффициента трансформации трансформатора РТ1 на напряжение нагрузки. Для этого вторым переключателем трансформатора РТ1 установить напряжение на нагрузки близкое к величине, которая была при подключении только активной нагрузки (см. п.6.3.6.), и записать показания приборов. Возвратить второй переключатель РТ1 в исходное положение.

6.3.10.Исследовать влияние поперечной компенсации на величину напряжения нагрузки. Для этого переключателями ѐмкостной нагрузки установить значение реактивной мощности нагрузки близкое к 0 и записать показания приборов. Определить относительные изменения напряжения на нагрузке по формуле п. 6.3.7. Возвратить переключатели ѐмкостной нагрузки в исходное положение.

6.3.11.Исследовать влияние продольной компенсации на напряжение нагрузки. Для этого расшунтировать ѐмкости устройства продольной компенсации и снять следующие характеристики:

– при заданном значении активной нагрузки характеристику Uн = f(Qн);

– при заданном значении индуктивной нагрузки характеристику Uн = φ(Рн). Для каждой из характеристик снять не менее шести точек при изменении

нагрузок от 0 до максимального значения.

6.4. Содержание отчета.

6.4.1.Сформулировать цель работы и дать краткие теоретические сведения по изучаемой теме.

6.4.2.Все опытные данные представить в отчете. Для п. 6.3.11. необходимо

представить графики Uн = f(Qн) и Uн = φ(Рн). Uн рассчитывается по формуле п. 6.3.7.

6.4.3. Произвести анализ полученных результатов и на основании этого сделать выводы.

27

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Блок, В.М. Электрические сети и системы: учебное пособие / В.М. Блок. – М.: Высшая школа, 1986. – 430 с.

2.Идельчик, В.И. Электрические системы и сети: учебник для вузов / В.И. Идельчик. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 592 с.

3.Комиссарова, Е.Д. Электрические системы и сети. Расчет режимов электрических сетей: текст лекций для студентов-заочников / Е.Д. Комиссарова, В.П. Долинин. – Челябинск: ЧПИ, 1986. – 63 с.

28

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Выбор масштабов моделирования Параметры схемы замещения и режима ее работы воспроизводятся на моде-

ли сети в определенном масштабе. Напряжения, мощности и токи модели оказываются меньше соответствующих параметров режима сети-оригинала. Соотношения между параметрами оригинала и модели называются масштабными коэффициентами (масштабами) моделирования.

При моделировании электрических сетей масштабы определяются следующим образом:

масштаб напряжения

mU		Uор				;	(П1)
		Uм
масштаб тока
mI		Iор	;				(П2)
		Iм
масштаб мощности
mS		Sор		;			(П3)
		Sм
масштаб сопротивления
mZ		Zор			.		(П4)
		Zм

Здесь

Uор, Uм – напряжения соответственно для оригинала и модели в вольтах; Iор, Iм – токи соответственно для оригинала и модели в амперах;

Sор, Sм – мощности соответственно для оригинала и модели в вольт-амперах; Zор, Zм – сопротивления схем замещения соответственно для оригинала и

модели в омах.

Для электрической сети существуют определенные связи между напряжениями, токами, мощностями и сопротивлениями. В этой связи между масштабами при моделировании также существуют связи, которые выражаются следующими соотношениями:

mI	m					m2
			U	; mS		U	.	(П5)
	3mZ					mZ

Таким образом, лишь два масштаба из четырех независимы и могут быть заданы произвольно. При выборе масштабов необходимо иметь ввиду, что фазные напряжения модели не должны превышать 240 В, а токи – 0,3 А.

29

Приложение 2

PI Section Line – линия электропередачи с сосредоточенными параметрами.

Пиктограмма:

Рис. 1

Назначение:

Моделирует однофазную линию электропередачи с сосредоточенными параметрами. В реальной линии электропередачи сопротивления, индуктивность, и ѐмкость равномерно распределены вдоль линии. Приближенная модель линии (рис. 2) может содержать от одной до нескольких идентичных секций с сосредоточенными параметрами. Число секций зависит от частотного диапазона, который необходимо охватить при моделировании. Приближенно число секций можно определить из выражения:

				fmax	Nн	,
					8l
где fmax – максимальная частота;
		1		– скорость распространения в км/c, при измерении индуктивности

LC

в Гн/км и ѐмкости в Ф/км; l – длина линии в км; N – число секций.

Рис. 2

30