Порядок выполнения работы. Лабораторная работа № 7

Лабораторная работа № 7

Моделирование и исследование режимов работы сложной замкнутой электрической сети

Цель работы

На модели сложной замкнутой сети исследовать установившиеся режимы работы электрической сети. Сравнить результаты исследования с результатами электрического расчета нормального режима работы сети и сделать выводы о подобии моделирования.

Общие сведения

Электрическая сеть - это совокупность электроустановок для распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий, электропередачи. По электрической сети осуществляется распределение электроэнергии от электростанций к потребителям.

Линия электропередачи (воздушная или кабельная) – это электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии.

Классификация электрических сетейможет осуществлятьсяпо роду тока, номинальному напряжению, выполняемым функциям, характеру потребителя, конфигурации схемы сети и т.д. [1]. По роду тока различают сети переменного и постоянного тока; по напряжению: сверхвысокого напряжения –с номинальным напряжением U_ном ≥ 330 кВ, высокого напряжения –с U_ном=6÷220 кВ, низкого напряжения –с U_ном<1 кВ. по конфигурации схемысети делятся на разомкнутыеизамкнутые. Сложнозамкнутая сетьимеет узловые точки, к которым энергия подеется не менее, чем с трех сторон.

Описание стенда

Лабораторная модель сложнозамкнутой сети представляет собой уменьшенную копию реальной трехфазной сложнозамкнутой сети с тремя источниками питания в однофазном исполнении.

Схемы, приведенные на рисунках 1 и 2, имеются на лицевой панели лабораторного стенда.

Однофазная модель сложнозамкнутой сети включает в себя следующие элементы:

а) три трансформатора, имитирующие источники питания А, В и С;

б) активные сопротивления величиной 10 Ом, имитирующие полные сопротивления Z_ij участков линии (Z_А-1, Z_1-2 и т.д.);

в) электрические нагрузки (Z_H1÷Z_H7), выполненные сопротивлениями, установленными за стендом.

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема сложнозамкнутой сети

Рисунок 3.2 – Схема модели сложнозамкнутой сети с тремя источниками

Стенд, кроме того, имеет выключатели В-1, В-2 и В-3 источников А, В, и С и набор измерительных приборов (амперметров с различными номинальными токами, вольтметр). Амперметры включаются в рассечку цепи питания. Для этой цели на модели выполнены специальные гнезда.

Питание на стенд подается через установленный на нем автомат.

Для замера токов вилку от амперметра вставляют вместо разъемов в гнезда, вмонтированные в схему на стенде.

Для удобства проведения замеров тока на стенде установлены три амперметра с различными пределами измерения. Начинать замер тока на элементе сети следует с помощью амперметра, имеющего наибольший предел измеряемой величины. У каждого амперметра находится выключатель, которым можно включить или выключить данный амперметр из схемы измерения силы тока. Таким образом, для верного измерения тока нужно следить, чтобы в цепь измерения был включен только один амперметр.

Напряжения на нагрузках Z_H1÷Z_H7 замеряют вольтметром, не вынимая разъемов.

Для соблюдения подобия вводятся масштабные коэффициенты подобия – масштабы напряжения, тока, сопротивления и, при необходимости, мощности, которые показывают соотношения соответствующих величин в реальной сети и на модели.

Масштаб напряжения m_U, (100÷400):

(3.1)

где U_i - напряжение i-го узла в реальной сети, В;

U_m - напряжение i-го узла на модели, В.

Масштаб тока m_i, (100÷200):

(3.2)

где I_i – ток i-го узла в реальной сети, А;

I_m – ток i-го узла на модели, А.

Масштаб сопротивления m_Z, (1÷4):

(3.3)

где Z_i – сопротивление i-го элемента в реальной сети, Ом;

Z_m – сопротивление i-го элемента на модели, Ом.

Масштаб мощности m_S, (1×10⁴÷8×10⁴):

(3.4)

где S_i – полная мощность i-го узла в реальной сети, ВА;

S_m – полная мощность i-го узла на модели, ВА.

Обычно задаются масштабами напряжения и сопротивления, а другие получают исходя из формул

(3.5)

(3.6)

Порядок выполнения работы

4.1 Ознакомиться с лабораторной установкой, комплектом измерительных приборов и назначением коммутационных элементов (выключателей, переключателей).

4.2 Получить у преподавателя величины масштабных коэффициентов подобия.

4.3 В гнезда всех разрывов цепи на линиях и на нагрузках вставить перемычки.

4.4 При отключенных от схемы источниках питания (выключатели В-1, В-2 и В-3 выключены) подать питание на стенд включением автомата в левом нижнем углу лабораторного стенда.

4.5 Выключателями В-1, В-2 и В-3 подключить источники питания к модели сети, т.е. задать нормальный режим работы сети.

4.6 С помощью вольтметра измерить величину напряжения на зажимах источников питания и в узлах сети. Результаты замеров занести в граду 2 таблицы1.

4.7 Попеременно включая амперметр в разъемы сети, соответствующие участкам линий и нагрузкам, измерить величины токов на участках линий и на нагрузках. Результаты замеров занести в графу 3 таблицы 4.1.

Так как схема сложнозамкнутой сети симметрична, то следует учитывать, что I_A1=I_C3=I_B4; I_B5=I_C5; I₆₂=I₁₂+ I₄₂+ I₃₂; U₁=U₃=U₄.

4.8 Для участков линий, соответствующих модели сети, вычислять потерю напряжения ΔU_M.ik , В по формуле

(4.1)

где U_M.i, U_Mk – соответственно напряжения узлов i и k на модели сети, В.

Результаты расчетов занести в графу 4 таблицы 4.1.

Расчеты выполнить с точностью до 0,01.

Таблица 4.1

4.9 Для нагрузок вычислить отклонение напряжения от номинального напряжения источника ΔU_M.i, B по формуле

(4.2)

где U_M.u- напряжение источника на модели сети, В.

где U_M.i- напряжение i-го узла на модели сети, В.

Результаты расчетов занести в графу 4 таблицы 4.1.

4.10 Вычислить потерю напряжения на участках линий в процентах от номинального напряжения сети, ΔU_{M. ik}, % по формуле

(4.3)

где U_Н.С – номинальное напряжение сети, В.

В расчетах для модели сети принять U_Н.С=U_M.u, результаты занести в графу 5 таблицы 4.1.

4.11 Вычислить отклонение напряжения от номинального напряжения источника, ΔU_М.i, % по формуле

(4.4)

4.12 Заполнить графы 6,7 и 8 в таблице 4.1 для приведенной сети, используя заданные масштабные коэффициенты и следующие формулы. Учесть, что приведенная сеть соответствует трехфазной сети переменного тока.

Напряжение i-го узла U_пр.i, кВ вычислить по формуле

(4.5)

Результаты расчетов занести в графу 6 таблицы 4.1.

Ток на участке ikI_пр.ik, Aвычислить по формуле

(4.6)

Результаты расчетов занести в графу 7 таблицы 4.1.

Токи на нагрузках вычислить аналогично.

Полную мощность трех фаз i-той нагрузки S_{пр I}, МВА вычислить по формуле

(4.7)

где I_пр.i– приведенный ток i-той нагрузки, А.

Полные мощности на участках линий вычислить аналогично, но расчет провести приближенно, используя напряжение в начале каждого из участков линий (смотреть соответствующий узел в схеме сети). Результаты занести в графу 8 таблицы 4.1. Графы 9-14 в таблице 4.1 заполнять после проведения расчетов по пункту 4.17 настоящих методических указаний.

4.13 Повторить по порядку пункты с 4.1 по 4.12 для трех аварийных режимов, т.е. для прекращения питания от одного из источников: А, В или С, для чего выключить на стенде один из выключателей.

Для каждого из трех аварийных режимов заполнить таблицу по форме таблицы 4.1; графы 9÷14 при этом не заполнять.

4.14 Заполнить таблицу 4.2 для трех аварийных режимов.

Таблица 4.2

В графе 8 для каждого участка линии указать максимальный аварийный ток.

4.15 По значениям величин из таблиц 4.1 и 4.2 составляется таблица 4.3 для определения параметров схемы замещения реальной сложнозамкнутой сети.

Таблица 3

4.15.1 Найти расчетное сечение провода на участках линий F_расч.ik, мм² по формуле

(4.8)

где I_{раб.макс.ik}– максимальный рабочий ток на участке ik(в нормальном режиме работы сети), А;

j_эк– экономическая плотность тока, А/мм².

Учесть, что на линиях высокого напряжения чаще всего используются сталеалюминиевые провода марки АС.

Принять значение j_эк=1,0 А/мм².

Значения F_расч.Занести в графу 2 таблицы 4.3.

4.15.2 По F_расч.Выбрать стандартное сечение провода на каждом участке линий F_стан., мм², используя таблицы А1 и А2 Приложения А настоящих методических указаний. Значения F_стан.занести в графу 3 таблицы 4.3.

4.15.3 Проверить выбранные провода по нагреву по формуле

(4.9)

где I_доп.ik– длительно допустимы ток провода, А.

Значения I_доп. взять из таблицы А2 Приложения А..

Если условие (4.9) не выполняется, то следует принять большее значение F_стан., с большим I_доп.. Заполнить графу 4 таблицы 4.3.

4.15.4 В графу 5 таблицы 4.3 записать окончательно принятое сечение провода F_прин.,мм², указать марку провода (например,АС-50 при F_прин.=50 мм²).

4.15.5 По [1] на странице 17 методических указаний выбрать конструкцию линий электропередачи (ЛЭП): тип линии, тип опор, расположение проводов на опорах, расстояние между фазными проводами для воздушных линий (ВЛ).

На основе принятой конструкции ЛЭП найти среднегеометрическое расстояние между проводами Д_{ср.геом.}, м по формуле

(4.10)

где Д₁₂, Д₂₃, Д₁₃ – расстояние между фазными проводами, м.

4.15.6 Из Приложения А методических указаний на каждом участке ЛЭП для принятой марки провода выбрать:

- погонное активное сопротивление r_0.ik, Ом/км (записать в графу 6 таблицы 4.3);

- погонное индуктивное сопротивление х_0.ik, Ом/км – в зависимости от Д_{ср.геом.} (записать в графу 7 таблицы 4.3).

На участках ВЛ вычислить погонное полное сопротивление провода z_0.ik, Ом/км по формуле

(2.11)

Значения z_0.ikзаписать в графу 10 таблицы 3.

4.15.7 В графе 9 таблицы 4.3 привести выбранные значения числа параллельных цепей участков ВЛ. Учесть, что число цепей на участках ВЛ зависит от категории надежности электроприемников (ЭП) по правилам устройства электроустановок (ПУЭ).

По ПУЭ, [2] для ВЛ в замкнутых сетях применяют одноцепные линии для всех категорий ЭП, в разомкнутых схемах сетей для ЭП первой и второй категорий – двухцепные ЛЭП, для ЭП третьей категории – одноцепные.

Категориями ЭП для нагрузок Z_H1÷Z_H7в схеме исследуемой сети задаться произвольно.

4.15.8 Найти длину участков ВЛ для реальной сети l_ikпо формуле

(4.12)

где Z_ik– полное сопротивление участка ikВЛ реальной сети.

С учетом заданных сопротивлений участков на модели сети

4.15.9 Для расчетов ВЛ реальной сети вычислить сопротивления проводов.

Активное сопротивление R_ik, Ом - по формуле

(4.13)

Индуктивное сопротивление Х_ik, Ом – по формуле

(4.14)

Полное сопротивление Z_ik, Ом – по формуле

(4.15)

Значения R_ik, X_ik, Z_ikзанести в графы 11,12,13 таблицы 4.3.

4.16 Привести сложнозамкнутую схему сети к простому виду, т.е. к незамкнутой сети, используя способ эквивалентных преобразований.

4.16.1 Разделить схему сети на две части.

Рисунок 4.1- Первая часть Рисунок 4.2- Вторая часть разделенной схемы сети. разделенной схемы сети.

4.16.2 Для первой части схемы сети (рисунок 4.1) объединить точки равных потенциалов А, В и С.

Рисунок 4.3 – Схема замещения сети после объединения точек А, В и С.

Найти эквивалентные полные сопротивления по параметрам схемы на рисунке 4.3 Z_экв.1 и Z_экв.2 в Омах по формулам

(4.16)

(4.17)

Найти эквивалентную полную мощность ,МВА по формуле

(4.18)

2.16.3 Составить эквивалентную схему замещения сети

Рисунок 4.4 – Эквивалентная схема замещения сети

4.17 Провести электрический расчет с целью определения параметров нормального режима реальной сети методом последовательных приближений (итераций).

Расчет вести последовательно от конца к началу схемы.

Для расчета использовать схему рисунка 4.4, на которой соответствует полной мощности в начале участка ЛЭП, - мощности в конце участка,

, ,

Для всех нагрузок у потребителей принять ; .

Для всех участков ЛЭП и нагрузок определить:

- активные мощности Р, МВт по формуле

(4.19)

- реактивные мощности Q, Мвар по формуле

(4.20)

Для первого приближения принять напряжение во всех узловых точках схемы равным номинальному напряжению реальной сети U_н.с , кВ. Выбрать значения U_н.с следует ближайшим к расчетному значению напряжения источника в приведенной сети, по справочным данным из [3].

Комплекс полной мощности в конце участка 6-7:

Модуль :

Комплекс потерь полной мощности на участке 6-7:

.

Комплекс полной мощности в начале участка 6-7:

Комплекс полной мощности в конце участка 2-6:

Модуль :

На остальных участках – аналогично вышеприведенным расчетам.

.

Используя полученные результаты найти действительные напряжения в узлах схемы, приняв напряжение источника U_А равным номинальному напряжению сети U_н.с .

Напряжение узла 8 в киловольтах

При расчете принять потерю напряжения на участке сети равной продольной составляющей падения напряжения этого участка.

Тогда

Для остальных узлов – аналогично.

Для второго приближения следует повторить расчеты пункта 4.17, использовав результаты первого приближения. При расчете мощностей на участках ЛЭП следует использовать действительные напряжения в узлах схемы. Определив уточненное значение U₇ сравнивают его с величиной, полученной в первом приближении.

При достижении заданной точности расчет прекращают (расчет провести с точностью до 0.05), обычно в расчетах достаточно одного-двух уточнений.

4.18 Для второй части схемы сети (рисунок 4.2) провести расчет аналогично приведенному в п.4.17.

Для преобразования схемы «разрезать» часть сети В-5-С в точке потокораздела 5 и составить соответствую расчетную схему (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 - Расчетная схема второй части сети

Расчет участка В-5^/.

Принять

Найти

Принять

Провести повторный уточненный расчет через , найти уточненные значения и .

Расчеты для участка С-5^// провести аналогично.

4.19 По результатам расчетов в п.п.4.17 и 4.18 заполнить часть таблицы 4.1, соответствующую реальной сети.

Сравнить результаты расчетов отклонений напряжения у потребителей и потерь напряжения на участках ЛЭП для модели и для реальной сети.

4.20 Проверить сеть по потере напряжения в нормальном и аварийных режимах по условию

(4.21)

где ΔU_макс.i – максимальная потеря напряжения до наиболее удаленного потребителя, %;

ΔU_доп.i – допустимая потеря напряжения до наиболее удаленного потребителя, %.

При расчетах применимы следующие допустимые величины потерь напряжения:

а) для питающих сетей напряжением от 6 до 35 килоВольт – от 6 до 8 процентов в нормальных режимах и от 10 до 12 процентов – в аварийных;

б) для сельских сетей напряжением от 6 до 35 килоВольт в целях их удешевления допускается иметь потерю напряжения в нормальных режимах до 10 процентов;

в) в послеаварийных режимах допускается дополнительное понижение напряжения на 5 процентов.

Составление отчета

Отчет по работе оформить на листах формата А-4 в сщитом виде каждому студенту индивидуально.

Оформление отчета должно соответствовать стандарту ГОУ ОГУ СТО 02 069 024.101 – 2010.

Титульный лист отчета следует оформить в соответствии с образцом, приведенным в Приложении Б настоящих методических указаний.

В отчет включить:

- исходные схемы сети, этапы преобразования сети, расчетные схемы (описание стенда не включать);

- таблицы с замерами и результатами расчетов;

- расчетные формулы с пояснениями;

- расчеты параметров линий и параметров режимов сети (повторяющиеся расчеты не приводить, результаты занести в соответствующие таблицы);

- уточненные расчеты сети, результаты проверки сети по потере напряжения;

- группу сети (определить к какой группе сетей – группе местных или расточных сетей относится реальная сеть, соответствующая лабораторной модели);

- выводы о возможности работы сети в исследованных режимах.

Список литературы источников

1 Идельчик В. И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. – М.: Эгнергоатомиздат, 1989. – 592с.: ил.

2 Правила устройства электроустановок. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2003. – 928с.

3 Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608с.: ил.

Приложение А

(справочное)

Таблица А1 - Минимальные сечения проводов воздушных линий, допустимые по условию механической прочности

Таблица А2 – Характеристика голых сталеалюминевых проводов

Таблица А3 – Индуктивное сопротивление линий со сталеалюминевыми проводами, Ом/км

Поиск по сайту: