Задача 14.2.4_2 - Чувашский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ И СЕТИ
Лабораторный практикум
Чебоксары
2013
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ И СЕТИ
Лабораторный практикум
Чебоксары
2013
ББК 31.27
Составители: Г. А. Осипенко
Н. М. Ермолаева
Н. А. Кокорев
Л.А. Шестакова
УДК 621.311.1 (075.8)
Электроэнергетические системы и сети: лабораторный практикум/ сост.: Г. А. Осипенко, Н.М. Ермолаева, Н. А. Кокорев,
Л.А. Шестакова. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та. 2013. – 68с.
Включают краткие теоретические сведения, задания и рекомендации по самостоятельной (домашней) подготовке, выполнению, обработке результатов расчёта, выводам и защите работ по учебной дисциплине «Электроэнергетические системы и сети».
Цель – выработка практических навыков в самостоятельном исследовании режимов работы электроэнергетических систем и электрических сетей на персональном компьютере.
Для студентов электроэнергетического факультета очной и заочной форм обучения (направление 140400.62 «Электроэнергетика и
электротехника» профилей 07 «Электроснабжение», 05 «Электроэнергетические системы и сети» и 03 «Релейная защита и автоматизация
электроэнергетических систем»).
Ответственный редактор канд. техн. наук,
доцент Г. А. Осипенко
Утверждено Учебно-методическим советом университета
2
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Учебными планами по дисциплине «Электроэнергетические
системы и сети» предусмотрены следующие виды занятий: лекционные; практические; лабораторные и курсовой проект.
Целью лабораторного практикума является получение
навыков использования методов моделирования, анализа и расчёта режимов работы отдельных элементов и электроэнергетической системы в целом.
Электроэнергетическая система – электрическая часть
энергосистемы и питающиеся от неё приёмники электрической
энергии, объединённые общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.
Энергетическая система (энергосистема) – совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединённых
между собой и связанных общностью режимов в непрерывном
процессе производства, преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении
этим режимом. Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии,
состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определённой территории [1].
В электроэнергетических системах принято различать качественные и количественные показатели режима работы. Под качественными показателями понимают напряжение в узлах и токи в ветвях. Под количественными показателями понимают
мощности, потери напряжения, потери мощности и электроэнергии, коэффициент полезного действия и др. Системным показателем режима работы является частота переменного тока. При
расчётах режимов работы системы широко используются законы
Ома, Кирхгофа, Джоуля-Ленца, методы узловых потенциалов,
контурных токов и др.
В электроэнергетических системах происходят непрерывные изменения показателей режима работы. Совокупность показателей режима в каждый момент времени называется режимом
работы энергосистемы. Расчёт показателей режима составляет
задачу электрического расчёта режима системы.
3
Существуют установившиеся режимы работы электрических систем (напряжения и токи практически не изменяются) и
переходные режимы (напряжения и токи резко меняются при
включении и отключении элементов, коротких замыканиях,
нарушении синхронизма и др.) Установившиеся режимы подразделяются на основные (нормальные, близкие оптимальным) и
утяжелённые. Последние возникают после отключений одного
или нескольких элементов (трансформаторов, линий электропередачи и т.д.) по причине аварий или ремонтов.
При расчёте установившихся режимов принято оперировать
действующими значениями напряжений, токов и мощностей.
Настоящие указания разработаны в соответствии с методикой
изучения основных разделов учебной дисциплины [2 – 4] , они
помогут студентам очной и заочной форм обучения самостоятельно осуществить индивидуальную (домашнюю) подготовку,
успешно выполнить и защитить лабораторные работы .
ОХРАНА ТРУДА И ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ
При выполнении лабораторно-практических работ студенты
полностью подчиняются правилам внутреннего распорядка университета.
На первом занятии преподаватель проводит инструктаж по
электро - и пожарной безопасности. О получении и усвоении
инструктажа на рабочем месте студенты расписываются в соответствующих журналах.
Перед началом работы рекомендуется осмотреть рабочее
место и компьютер. Обратить внимание на исправность шнуров
питания и целостности их изоляции. При обнаружении неисправности сообщить дежурному инженеру, ответственному за
компьютерный класс.
Клавиатуру компьютера рекомендуется располагать на расстоянии (1016) см от края стола. Центр экрана монитора должен находиться примерно на уровне глаз, а расстояние между
глазами и плоскостью экрана должно составлять не менее
(6070) см.
При обнаружении в процессе работы устройств каких-либо
отклонений, посторонних шумов, запаха или дыма немедленно
отключить компьютер от сети и сообщить дежурному инженеру.
4
Студентам запрещается самостоятельно производить ремонтные работы.
К самостоятельной работе по эксплуатации печатающих
устройств ЭВМ и другой оргтехники допускаются студенты,
прошедшие инструктаж на рабочем месте по охране труда и не
имеющие медицинских противопоказаний к работе в действующих электроустановках напряжением 0,4 кВ и ниже.
ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ
И СТРУКТУРА ОТЧЁТА
В лаборатории исследуются режимы электроэнергетических
систем и сетей, которые невозможно создать в лабораторных
условиях. Поэтому при исследовании основных параметров режима работы электроэнергетических систем и сетей применяются методы математического моделирования, реализуемые с помощью персональных компьютеров (ПК).
1. Для выполнения лабораторных работ студенческая группа
разделяется, как правило, на шесть бригад. Номер варианта исходных данных к лабораторной работе соответствует номеру
бригады. Исходные данные приводятся в Приложении.
2. Допуск и выполнение работы – бригадные, защита – индивидуальная.
3. Неподготовленные студенты к лабораторной работе не
допускаются.
4. После выполнения лабораторной работы студенты бригады обрабатывают полученные результаты, делают выводы и
окончательно формируют отчёт, который должен содержать необходимые схемы исследуемой сети, результаты расчётов в виде
таблиц и графиков, анализ полученных результатов и выводы.
5. В тех случаях, когда студенты успевают оформить отчёт
по проделанной работе в течение лабораторного занятия по графику, допускается защита лабораторной работы по одному полностью оформленному отчёту, к которому прилагается самостоятельно выполненная домашняя подготовка каждого члена бригады. В случае неуспешной защиты лабораторной работы по
графику каждый студент приходит к преподавателю с полностью оформленным отчётом.
6. Отчёт должен быть сформирован в следующей последо5
вательности: титульный лист (прил.1); цель работы; исходные
данные к работе (схема исследуемой электрической системы,
сведения о ЛЭП и электрооборудовании; значения заданных показателей режима работы); вопросы и ответы домашней подготовки, включая таблицы данных для расчёта требуемых режимов; результаты расчётов режимов; выводы.
Требования к оформлению отчета по работе должны соответствовать требованиям к техническому отчёту согласно
ГОСТ 7.32-2001 с изм. 2005г.
РЕКОМЕНДАЦИИ К ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКЕ
До выполнения лабораторной работы необходима самостоятельная индивидуальная домашняя подготовка. Объём и содержание самостоятельной подготовки указываются в описании
каждой работы.
1.Изучить указанные разделы рекомендованной литературы.
2.Письменно выполнить задания, используя рекомендации к
выполнению работы.
Следует отметить, что домашняя подготовка обязательно
должна содержать таблицы исходных данных для расчёта
заданных режимов на ПК.
ПОРЯДОК РАБОТЫ НА ЭВМ
1. Получить допуск к работе. Для этого необходимо предъявить преподавателю индивидуальную подготовку в письменном виде и ответить на вопросы о цели, содержании, способе
выполнения и ожидаемых результатах лабораторной работы.
2. Выполнить расчёт рабочего режима заданного элемента
или электрической системы на ПК. Для этого по значениям, записанным в таблице исходных данных домашней подготовки,
необходимо создать входной файл (наименование файла не
должно превышать 6 символов) исследуемого режима. Прежде
чем вызывать рекомендованную преподавателем программу на
выполнение, следует обязательно проверить правильность
набора исходной информации во входном файле. Далее вызвать программу и получить результаты расчёта.
3. Проанализировать результаты расчёта показателей ре6
жима работы электрической системы: значения заданных мощностей и полученных напряжений в узлах. Для удобства анализа
показателей режима следует все таблицы входного и выходного
файлов скопировать в один новый файл (имя.doc) текстового редактора WORD и в нём подписать названия всех таблиц.
4. Выполнить расчёты остальных режимов на ЭВМ в соответствии с рабочим заданием, распечатать и проанализировать
их аналогично п.3.
5. Показать преподавателю результаты выполненных расчётов режимов работы электрической системы.
6. Рассчитать требуемые показатели режимов работы,
проанализировать их и сделать выводы по выполненной работе.
Р А Б О Т А
1
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
(Продолжительность работы 4 часа,
самостоятельная подготовка 2 часа)
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Цель – изучение рабочих режимов линии электропередачи
(ЛЭП), используя методы инженерных расчётов.
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
1. Изучить рекомендованную литературу 1, с. 54-58, 88-91,
103-104]; [2, с. 5-6, 14-15;[3,с. 54-62, 225-230], [4, с. 4-7, 35-40].
2. Письменно ответить на вопросы:
1) Что понимается под качественными и количественными
показателями режима работы ЛЭП электрической системы?
2) Что понимается под параметрами схемы замещения ЛЭП
электрической системы?
3) Что учитывают продольные и поперечные ветви схем замещения линии электропередачи?
4) Записать формулы для расчёта параметров схемы замещения воздушной линии электропередачи.
5) Записать формулы для расчёта потерь активной и реактивной мощностей в ЛЭП.
6) Записать формулы для расчёта падения и потери напря7
жения в проводах воздушной ЛЭП.
7) Начертить векторную диаграмму напряжений и токов рабочего режима ЛЭП (качественно).
3. Рассчитать параметры схемы замещения ЛЭП. Исходные
данные приведены в прил.2. Начертить схему замещения ЛЭП и
записать на ней значения рассчитанных параметров.
РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
1. Рассчитать рабочий режим при заданных мощности
нагрузки Sк и напряжении Uк в конце ЛЭП (расчёт по «данным
конца»).
2. Рассчитать рабочий режим при длительно-допустимой
мощности Sд.д= Sн и напряжении Uн в начале ЛЭП (расчёт по
«данным начала»).
3. Обработать результаты расчёта и сделать выводы.
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
Для расчёта показателей установившихся (рабочих) режимов ЛЭП в работе рекомендуется использовать однолинейную
(для одной фазы) П – образную схему замещения (рис. 1.1).
Сведения о линиях электропередачи приведены в прил.2.
S1
1
r12

S12
jx12 S 
12
S20
S10
U1
3
g10
S2
2
g 20
jb10
jb20
U2
3
Рис.1.1. П-образная схема замещения ЛЭП
Расчёт параметров схемы замещения ЛЭП выполняется по
ниже приведенным формулам.
Индуктивное погонное сопротивление xo, Ом∙ км -1 , провода
8
одной фазы ЛЭП, имеющей транспозицию проводов и выполненную проводами из цветного металла, рассчитывается по
формуле
(1.1)
xо  0,1445lg( Dc.г / Rпр )  0,0157 ,
где Dc.г – среднее геометрическое расстояние между проводами
фаз ЛЭП; Rпр – радиус провода.
Среднее геометрическое расстояние между проводами фаз
ЛЭП рассчитывается по формуле
(1.2)
Dc.г  3 D12 D23 D31 ,
где D12 , D23 , D31 – расстояния между соседними проводами фаз
1(А), 2(В), 3(С).
Погонная активная проводимость схемы замещения воздушных ЛЭП эквивалентирует погонные потери активной мощности, зависящие от погодных условий и рассчитываемые по
формуле
(1.3)
Pпог.усл.о = (Pкор.о  Pт.у.о  Pп.г.о ) ,
где Pкор.о – потери на ионизацию воздуха, т.е. потери на корону
в линиях напряжением 110 кВ и выше; Pт.у.о – потери от токов
утечки по изоляторам ВЛ (при напряжении 6 кВ и выше);
Pп.г.о – мощность на плавку гололёдно-изморозевых отложений.
Погонная активная проводимость go рассчитывается по
формуле
2
go  (Pкор.о  Pт.у.о  Pп.г.о ) / U ном
,
(1.4)
где Uном – номинальное напряжение ЛЭП (класс напряжения).
Погонная реактивная проводимость bo, См км-1 , рассчитывается для воздушных ЛЭП напряжением 35 кВ и выше по
формуле
bo  7,58 106 / lg( Dc.г / Rпр ) .
(1.5)
Комплексные сопротивление и проводимость ЛЭП рассчитываются по формулам:
(1.6)
Z  (ro  jxo ) l  r  jx ;
Y  ( go  jbo ) l  g  jb ,
где l – длина ЛЭП, км.
В схеме замещения ЛЭП (рис.1.1) принято Y 10 = Y 20 = Y / 2 .
9
(1.7)
Если двухцепная ЛЭП, то параметры схемы замещения рекомендуется эквивалентировать:
Z Э  0,5Z ;
Y Э  2Y .
Выполнить электрический расчёт рабочего режима
электроэнергетической системы или отдельного её элемента
это значит рассчитать напряжения в узлах, мощности и токи
в ветвях.
Алгоритм расчёта режима работы ЛЭП по «данным конца»

Рассчитывается мощность S20 = Pпог.усл
– j Qс в поперечной
ветви, подключенной к концу ЛЭП (узел 2): потери активной

мощности, зависящие от погодных условий Pпог.усл
 g20U22 ; зарядная мощность Qс  b20U 22 .
Мощность в конце линии S 12 рассчитывается в соответствии с условием баланса для узла 2:
  S 2  S 20 .
S 12  P12  jQ12
(1.8)
Нагрузочные (переменные) потери мощности в проводах:
" )2 ) / U 2 )  Z .
 S 12  P12  j Q12  ((( P12" ) 2  (Q12
2
12
(1.9)
Мощность в начале линии S 12 больше мощности в конце на
величину потерь мощности в линии:
S 12  S 12   S 12 .
(1.10)
Падение напряжения в проводах ЛЭП:
" x ) / U  j ( P" x  Q" r ) / U =
U 12  ( P12" r12  Q12
12
2
12 12
12 12
2
= U12пр  jU12ппр ,
(1.11)
где U12пр , U12ппр – продольная и поперечная составляющие падения напряжения соответственно.
Комплексное значение напряжения в узле 1 больше напряжения в узле 2 на величину падения напряжения в линии:
U1=U2+U12.
(1.12)
Модуль напряжения в узле 1:
U1 
 U2  U12пр    U12ппр 
2
10
2
.
(1.13)
Абсолютное значение потери напряжения в проводах ЛЭП
рассчитывается по выражению
(1.14)
U12  U1  U 2 ,
относительное значение – по выражению
U12  (U12 / U ном )100% .
(1.15)
*

Рассчитывается мощность S10 = Pпог.усл
– j Qс
в попереч-
ной ветви, подключенной к началу ЛЭП (узел 1): потери актив
ной мощности, зависящие от погодных условий Pпог.усл
 g10U12 ;
зарядная мощность Qс  b10U12 .
Мощность S 1 , подходящая к узлу 1, рассчитывается в соответствии с условием баланса мощностей для узла 1:
S 1  P1  jQ1  S 12  S 10 .
(1.16)
Потери мощности в ЛЭП рассчитываются как сумма переменных потерь и потерь, зависящих от погодных условий:


ΔSл= ΔS12 + Pпог.усл
.
(1.17)
 Pпог.усл

Ток нагрузки I нг  I 2  S 2 / ( 3 U 2 )  I 2а  jI 2р  I 22 .
Ток в поперечной ветви: I20 = Y20 U2Ф = Y20 (U2 / 3 ).
В соответствии с первым законом Кирхгофа для узла 2 ток
в проводе ЛЭП: I12 = I2 + I20 .
Ток в поперечной ветви, ориентированный относительно
вектора напряжения в узле 1: I10 = Y10U1Ф .

Ток, подходящий к узлу 1: I 1  S 1/( 3 U1 ) .
Коэффициент полезного действия режима работы линии 
– это отношение полезно отпущенной P2 к поступившей P1
мощности, в долях поступившей:
 = (P2 /P1)100%.
(1.18)
Второй пункт рабочего задания – расчёт режима работы
ЛЭП необходимо выполнить по «данным начала», когда заданы
напряжение и мощность в начале линии. Значение напряжения
принять равным значению, полученному в результате предыдущего расчёта по «данным конца». Длительно-допустимая мощность рассчитывается по формуле
Sд.д  3U ном I д.д ,
(1.19)
11
где I д.д – длительно допустимый ток по условиям эксплуатации
ЛЭП (табл. П2.2).
Алгоритм расчёта элемента электрической сети по «данным
начала» изложен в [3, с. 225-228] и работе №2. Напряжение в узле 1 рекомендуется принять равным значению, рассчитанному
по «данным конца».
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА И ВЫВОДАМ
Сформулировать выводы по выполненным расчётам установившихся режимов:
1) рассчитать КПД ЛЭП в двух рабочих режимах и сопоставить их значения;
2) сопоставить значения напряжений по концам ЛЭП и объяснить их отличие;
3) рассчитать абсолютные и относительные значения потери
и падения напряжения в проводах ЛЭП.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Что Вы понимаете под электрическим расчётом режима
ЛЭП электрической системы?
2. Какую исходную информацию необходимо иметь для выполнения расчёта режима работы ЛЭП?
3. Как составить схему замещения и расчётную схему ЛЭП
электрической системы?
4. Какие законы используются при расчётах режимов ЛЭП
электрической системы?
5. Запишите формулы для расчёта:
1) параметров схемы замещения линии электропередачи;
2) потери мощности в проводах и линии электропередачи;
3) падения и потери напряжения в проводах ЛЭП;
4) мощности в начале при заданных значениях мощности и
напряжения в конце ЛЭП;
5) напряжения в конце при заданных значениях мощности и
напряжения в начале ЛЭП.
6. Объясните влияние изменения мощности нагрузки на основные показатели режима работы ЛЭП электрической системы.
7. Начертить векторную диаграмму напряжений и токов рабочего режима ЛЭП.
12
8. Записать формулу для расчёта КПД ЛЭП.
9. Как влияет зарядная мощность линии на режим напряжения в электроэнергетической системе?
10. Как влияет зарядная мощность линии на КПД электроэнергетической системы?
Р А Б О Т А
2
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
ТРЁХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО СИЛОВОГО
ТРАНСФОРМАТОРА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
(Продолжительность работы 4 часа,
самостоятельная подготовка 2 часа)
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Цель – изучение рабочих (установившихся) режимов трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего
назначения, используя методы инженерных расчётов.
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
1. Изучить рекомендованную литературу 1, с. 62-66, 120122]; [2, с. 7-10, 16-21; [3, с. 100-113]; [4, с. 17-31].
2.Письменно ответить на вопросы:
1) Что понимается под качественными и количественными
показателями режима работы трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего назначения? Что означает наличие штриха у качественных показателей режима работы элемента электроэнергетической системы?
2) Что понимается под параметрами схемы замещения трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего
назначения?
3) Что учитывают продольные и поперечные ветви схем замещения трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего назначения?
4) Как рассчитать параметры схемы замещения трёхфазного
двухобмоточного силового трансформатора общего назначения?
6) Записать формулы для расчёта потери активной, реактивной и полной мощностей в трёхфазном двухобмоточном силовом трансформаторе общего назначения.
7) Записать формулы для расчёта падения и потери напряжения в обмотках трёхфазного двухобмоточного силового
13
трансформатора общего назначения.
8) Начертить векторную диаграмму напряжений и токов рабочего режима трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего назначения.
3. Рассчитать параметры схемы замещения трёхфазного
двухобмоточного силового трансформатора общего назначения.
Исходные данные приведены в прил.3. Составить схему замещения, расчётную схему заданного трансформатора и записать на ней значения рассчитанных параметров.
РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
1. Рассчитать установившийся режим трёхфазного двухобмоточного трансформатора общего назначения при заданных
значениях напряжения и мощности нагрузки на вводах ВН
(табл.П3.2).
2. Рассчитать рабочий режим двух параллельно включённых
трёхфазных двухобмоточных трансформаторов при заданных
значениях коэффициентов загрузки и мощности нагрузки для
каждого трансформатора (табл. П3.2).
3. Обработать результаты расчёта и сделать выводы.
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
При индивидуальной подготовке необходимо рассчитать параметры схемы замещения силовых трёхфазных двухобмоточных трансформаторов обычной конструкции и двухобмоточных
трансформаторов с расщеплением обмотки низшего напряжения
(НН) на две ветви, условные графические изображения которых
в схемах сетей приведены на рис. 2.1.
Параметры схемы замещения рассчитываются по результатам
опытов холостого хода (XX) и короткого замыкания (КЗ). Опыт
КЗ трансформаторов с расщепленной обмоткой НН выполняется
при одновременном закорачивании ветвей расщепления. Результаты этих опытов записываются в паспорте трансформатора или
приводятся в справочной литературе как усреднённые (каталожные) данные заводов-изготовителей. К каталожным данным
трансформатора относятся:
- номинальное напряжение обмоток высшего напряжения Uном.в ;
14
- номинальное напряжение обмоток низшего напряжения Uном.н ;
- напряжение опыта КЗ U к (в долях от номинального напряжения обмоток, %);
- потери активной мощности в обмотках трансформатора при
опыте КЗ Pк ;
- потери активной мощности в магнитопроводе (стали) трансформатора при опыте ХХ Pх ;
- ток опыта ХХ I x ( в долях от номинального тока обмотки, %).
а
б
в
Рис.2.1. Условные графические изображения двухобмоточных силовых трансформаторов общего назначеня:
а – обычной конструкции с ПБВ; б – обычной конструкции с
устройством РПН; в – с расщеплением обмотки НН на две ветви с
РПН
Для расчёта установившихся режимов работы чаще используют Г-образную схему замещения трансформатора (рис. 2.2).
Для снижения погрешности расчёта основных показателей режима работы ветвь проводимости подключают со стороны питания, т.е. если трансформатор используется как понижающий, то
ветвь проводимостей подключается к обмотке высшего напряжения (ВН), а если как повышающий – то к обмотке НН. Так как
каждая из обмоток имеет свой класс напряжения, то параметры
схемы замещения трансформатора можно рассчитать при каждом из них.
На рис.2.2, а приведена схема замещения для трансформатора обычной конструкции и двухобмоточного трансформатора
с расщеплением обмотки НН с одинаковыми значениями номинального напряжения ветвей расщепления, а на рисунке 2.2, б –
15
с различными значениями номинального напряжения ветвей
расщепления.
Так как каждая из обмоток имеет свой класс напряжения, то
параметры схемы замещения трансформатора можно рассчитать
при каждом из них.
g т(в)
U ном.в
3
g т(в)
jxт(в)
U ном.н
 jbт(в)
3
k ò.í î ì
а
r1(в)
jx1(в)
kт.ном1
r2(в)
jx2(в)
U ном.в
3
g т(в)
U ном.н1
U ном.н2
 jbт(в)
3
3
kт.ном2
б
Рис. 2.2. Схема замещения понижающего трехфазного двухобмоточного трансформатора с приведением параметров к классу ВН:
а – обычной конструкции и трансформаторов с расщеплением обмотки НН на две ветви с одинаковыми значениями номинального
напряжения ветвей расщепления; б – с различными значениями номинального напряжения ветвей расщепления
Приведём формулы для расчёта параметров схемы замещения (сопротивлений и проводимостей) понижающего двухобмоточного трёхфазного трансформатора общего назначения при
16
номинальном напряжении обмоток ВН, что отмечено индексом
(в) в формулах.
Сопротивления обмоток трансформатора переменному
току рассчитываются по формулам:
2
2
активное
;
rт(в)  Pк U ном.в
/ Sном
(2.1)
2
zт( в)  U к  U ном.в
/ (100 Sном ) ;
полное
(2.2)
реактивное
xт( в) 
2
zт(
в)
 rт(2 в)
.
(2.3)
При номинальной мощности трансформатора, равной или
более 1600 кВ.А, разрешается принимать xт(в)  zт(в) .
На стадии проектирования схема замещения двухобмоточного трансформатора с расщеплением обмотки НН на две ветви
(рис. 2.2,б) представляется двулучевой звездой (при различных
значениях номинальных напряжений или мощностей ветвей
расщепления), то их сопротивления одинаковы и равны:
(2.4)
Z1(в)  Z 2(в)  2Z т(в) .
При уточнённых расчётах рабочих режимов и при расчётах
токов короткого замыкания применяется схема замещения в виде трёхлучевой звезды [4,с.28-31].
Проводимости схемы замещения трансформатора:
2
g т( в)  Px / U ном.в
активная
,
(2.5)
реактивная
2
2
bт( в)  Qx / U ном.в
 I x Sном / (100U ном.в
) . (2.6)
Для приведения параметров схемы замещения трансформатора к классу низшего напряжения ( rт(н) , xт(н) , g т(н) , bт(н) ) в формулах (2.1, 2.2, 2.5 и 2.6) необходимо Uном.в заменить на Uном.н
или применить формулы:
2
2
Z т(н)  Z т(в) k т.ном
, Y т(н)  Y т(в) kт.ном
,
где kт.ном – номинальный коэффициент трансформации.
Значение номинального коэффициента трансформации рассчитывается по формуле:
(2.7)
kт.ном  Uном.в / Uном.н .
При приведении параметров схемы замещения понижающего трансформатора к классу низшего напряжения идеальный
17
трансформатор следует изобразить со стороны подачи питания,
то есть до параметров схемы замещения (рис. 2.3).
rт(н)
jxт(н)
U ном.н
U ном.в
g т(н)
3
 jbт(н)
3
kт.ном
Рис. 2.3. Схема замещения понижающего двухобмоточного силового трансформатора
с приведением параметров к классу низшего напряжения
Алгоритм расчёта режима работы трёхфазного двухобмоточного
трансформатора обычной конструкции по «данным начала»
Рассчитывается мощность S10 в поперечной ветви схемы замещения (рис.2.4) т.е. потери мощности в магнитопроводе ΔSМП:

S10=ΔSМП = Y 10  U12 .
S1

S12
1
(2.8)
jx12
r12

S12
2
S2  Sнг
S10
U1
g10
3
U 2
3
 jb10
U2
3
кT.ном
Рис.2.4. Схема замещения понижающего трёхфазного двухобмоточного трансформатора обычной конструкции
18
В соответствии с условием баланса мощностей для узла 1
рассчитывается мощность S 12 , поступающая в обмотки ВН
трансформатора:
  S 1  S 10 .
S 12  P12  jQ12
Нагрузочные (переменные) потери мощности  S 12
ках трансформатора:
 )2 ) / U12 )  Z12 .
S12  P12  jQ12  (((P12 )2  (Q12
(2.9)
в обмот(2.10)
Мощность S 12 , подходящая к шинам НН, меньше мощности, поступающей в обмотки ВН, на величину потерь мощности
в обмотках трансформатора:
S 12  S 12   S 12 .
(2.11)
Следует отметить, что эта мощность равна мощности S2, отходящей от шин НН, и равна мощности нагрузки SНГ, т.е. полезно отпущенной.
Потери мощности в трансформаторе определяются суммированием потерь мощности в магнитопроводе и обмотках:
(2.12)
 S Т   S обм   S мп .
Падение напряжения в обмотках трансформатора:
  x12 ) / U1  j ( P12  x12  Q12
  r12 ) / U1 .
(2.13)
U 12  ( P12  r12  Q12
Комплексное значение напряжения в узле 2, приведённое к
классу ВН, меньше напряжения узла 1 на величину падения
напряжения в обмотках трансформатора:
U 2 = U1–U12.
(2.14)
Модуль напряжения на вводах НН (узел 2) трансформатора:
U 2  U 2 / kт.ном 
U1  U12пр    U12ппр 
2
2
/ kт.ном .
(2.15)
Абсолютное значение потери напряжения в обмотках
трансформатора рассчитывается по выражению:
U12  U1  U 2 ,
(2.16)
а относительное – по выражению (1.15).
Ток, подходящий к узлу 1 (к трансформатору)

I 1  S1 / ( 3  U1 )  I1а  jI1р  I11 .
Ток в поперечной ветви схемы замещения:
19
(2.17)
I10 = Y10.U1Ф .
(2.18)
В соответствии с первым законом Кирхгофа для узла 1 ток в
обмотке ВН трансформатора :
I12 = I1 – I10 .
(2.19)
Ток I2 в обмотке НН трансформатора:
I2 = kт.ном . I12 = =I2φ2.
(2.20)
Коэффициент полезного действия режима работы трансформатора  рассчитывается по формуле (1.18).
Коэффициент загрузки трансформатора рассчитывается
по формуле
(2.21)
kз  Sнг / Sном.т ,
где Sнг – полная мощность нагрузки на вводах НН трансформатора.
Коэффициент активной мощности (коэффициент мощности) нагрузки рассчитывается по формуле
Cos нг  Pнг / Sнг ,
(2.22)
где Pнг – активная мощность нагрузки на вводах НН трансформатора.
Алгоритм расчёта режима работы трёхфазного
двухобмоточного трансформатора с расщеплением
обмотки низшего напряжения на две ветви
Расчёт режима работы трансформатора, у которого одинаковые значения номинальных напряжений и мощностей ветвей
расщепления, выполняется аналогично расчёту режима трансформатора обычной конструкции, алгоритм которого изложен
выше.
Расчёт режима работы трансформатора, у которого различные значения номинальных напряжений ветвей расщепления
(UНОМ,Н1  UНОМ,Н2) и мощностей, выполняется на основе схемы
замещения (рис. 2.5) в следующей последовательности.
Рассчитывается мощность S10 в поперечной ветви схемы замещения по формуле (2.8). Мощности S 12 = S 13 , поступающие в
продольные ветви схемы замещения трансформатора, рассчитываются в соответствии с условием баланса для узла 1:
S 12  S 13  ( S 1  S 10 ) / 2 .
(2.23)
20
Нагрузочные (переменные) потери мощности в каждой из
ветвей:
 )2 ) / U12 )  Z12 .
(2.24)
S12  S13  ((( P12 )2  (Q12
S1
r12
jx12
r13
jx13
g10
S2
2

S12
1

S13
S10
U1
3

S12

S13
3
S3
U2
3
U3
3
 jb10
Рис.2.5. Схема замещения понижающего двухобмоточного
трансформатора с расщеплением обмотки НН на две ветви
Мощности S 12 и S 13 меньше мощностей S 12 и S 13 на величину потерь мощности в обмотках ветвей расщепления
трансформатора:
S 12  S 2  S 12   S 12 ; S 13  S 3  S 13   S 13 .
(2.25)
Следует отметить, что сумма мощностей (S2+S3) равна мощности нагрузки SНГ.
Потери мощности в трансформаторе определяются суммированием потерь мощности в магнитопроводе и обмотках:
(2.26)
 S Т  S10   S12   S13 .
Падение напряжения в продольных ветвях схемы замещения
трансформатора:
  x12 ) / U1  j (P12  x12  Q12
  r12 ) / U1 .
U 12  U13  ( P12  r12  Q12
21
Комплексные значения напряжения в узлах 2 и 3, приведённые к классу ВН, меньше напряжения узла 1 на величину падения напряжения в продольных ветвях трансформатора:
U 2 = U 3 = U1–U12.
Модуль напряжения на вводах НН трансформатора:
в узле 2 (первая ветвь расщепления) и в узле 3 (вторая ветвь
расщепления)
U 2  U 2 / kт.ном1 
U 3  U 3 / kт.ном2 
 U1  U12пр    U12ппр  / kт.ном1 ;
2
2
 U1  U13пр    U13ппр  / kт.ном2 ,
2
2
где kт.ном1  Uном.в / Uном.н1 ; kт.ном2  U ном.в / U ном.н2 .
Абсолютное значение потери напряжения в продольных
ветвях схемы замещения рассчитывается по выражению:
U12  U13  U1  U 2  U1  U3 ,
а относительное – по выражению (1.15).
Ток, подходящий к узлу 1 (к обмотке ВН трансформатора)
рассчитывается по формуле (2.17), а ток в поперечной ветви
схемы замещения – по формуле (2.18).
В соответствии с первым законом Кирхгофа для узла 1 токи
в продольных ветвях схемы замещения трансформатора
I12 = I13 = (I1 – I10)/2.
Токи I2 и I3 в ветвях расщепления обмотки НН трансформатора рассчитываются по формулам:
I2 = kт.ном1 .I12 =I2φ2; I3 = kт.ном2 . I13 =I3φ3.
Коэффициент полезного действия режима работы трансформатора  рассчитывается по формуле
 =((Р2+Р3)/ Р1)100% .
(2.27)
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА И ВЫВОДАМ
Сформулировать выводы по выполненным расчётам установившихся режимов:
1) рассчитать КПД понижающего трёхфазного двухобмоточного трансформатора в двух рабочих режимах и сопоставить
их значения;
2) записать абсолютные и относительные значения потерь
мощности в обмотках, магнитной системе (магнитопроводе) и
22
трансформаторе;
3) выписать значения напряжений на вводах ВН и НН понижающего трёхфазного двухобмоточного трансформатора и
объяснить их отличие.
4) рассчитать абсолютные и относительные значения потери
и падения напряжения в обмотках.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Что Вы понимаете под электрическим расчётом трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего назначения? Что означает наличие штриха у качественных показателей режима работы электроэнергетической системы?
2. Какую исходную информацию необходимо иметь для выполнения расчёта режима работы трёхфазного двухобмоточного
силового трансформатора общего назначения?
3. Как составить схему замещения и расчётную схему трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего
назначения?
4. Какие законы и методы используются при расчётах режимов трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора
общего назначения?
5. Как рассчитать:
1) параметры схемы замещения трёхфазного двухобмоточного
силового трансформатора общего назначения ;
2) потери мощности в трёхфазном двухобмоточном силовом трансформаторе общего назначения;
3) падение и потери напряжения в обмотках трехфазного
двухобмоточного силового трансформатора общего назначения ;
4) распределение мощностей в трёхфазном двухобмоточном силовом трансформаторе общего назначения ;
5) значение напряжения на вводах НН трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего назначения при
заданных значениях мощности и напряжения на вводах ВН?
6. Как влияет изменение мощности нагрузки на основные
показатели режима работы трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего назначения электрической системы
при неизменном напряжении на вводах ВН?
7. Начертить векторную диаграмму напряжений и токов ра23
бочего режима трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего назначения.
8. Записать формулу для расчёта КПД трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора.
Р А Б О Т А
3
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
ТРЁХФАЗНОГО ТРЁХОБМОТОЧНОГО СИЛОВОГО
ТРАНСФОРМАТОРА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
(Продолжительность работы 4 часа,
самостоятельная подготовка 2 часа)
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Цель – изучение рабочих (установившихся) режимов трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора общего
назначения, используя методы инженерных расчётов и персональный компьютер
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
1.Изучить рекомендованную литературу 1, с. 66-72, 76-77];
[3, с. 113-123.
2.Письменно выполнить задание:
1) Что понимается под качественными и количественными
показателями режима работы трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора общего назначения электрической системы? Что означает наличие штриха у качественных показателей режима работы элемента электроэнергетической системы?
2) Из чего состоит схема замещения трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора общего назначения и что понимается под её параметрами?
3) Что заменяют продольные и поперечные ветви схемы замещения трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора общего назначения?
4) Записать формулы для расчёта параметров схемы замещения трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора
24
общего назначения.
5) Записать формулы для расчёта потери активной, реактивной и полной мощностей в трёхфазном трёхобмоточном
трансформаторе.
6) Записать формулы для расчёта падения и потери напряжения в обмотках трёхфазного трёхобмоточного трансформатора общего назначения.
3. Составить схему замещения и расчётную схему понижающего трёхфазного трёхобмоточного трансформатора общего
назначения и рассчитать её параметры (прил. 4).
4. Сформировать таблицы исходных данных к расчёту на
ПК (прил.5) заданных режимов работы трёхфазного трёхобмоточного трансформатора общего назначения:
1) для расчёта основного режима максимальных нагрузок;
2) для расчёта основного режима минимальных нагрузок.
РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
1. Рассчитать на ПК установившийся режим трёхфазного
трёхобмоточного трансформатора при максимальных нагрузках.
2. Рассчитать на ПК установившийся режим трёхфазного
трёхобмоточного трансформатора при минимальных нагрузках.
3. Обработать результаты расчёта и сделать выводы.
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
В работе необходимо рассчитать параметры схемы замещения силового трёхфазного трёхобмоточного трансформатора,
условное графическое изображение (а) в схемах сетей и схема
замещения (б) которого приведены на рис.3.1.
Параметры схемы замещения трансформатора рассчитываются по результатам опытов холостого хода (XX) и короткого
замыкания (КЗ). Опыты КЗ для трёхобмоточного трансформатора выполняются при закорачивании каждой из пар обмоток
напряжений: высшего – среднего (ВН-СН); высшего – низшего
(ВН-НН); среднего – низшего (СН-НН). Результаты этих опытов
записываются в паспорте трансформатора. На стадии проектирования пользуются каталожными данными трансформаторов,
которые представляют собой усреднённые данные результатов
опытов XX и КЗ заводов-изготовителей.
К каталожным данным трансформатора относятся:
25
- номинальное напряжение обмоток высшего напряжения Uном.в ;
- номинальное напряжение обмоток среднего напряжения Uном.с ;
- номинальное напряжение обмоток низшего напряжения Uном.н ;
- напряжения опытов КЗ между парами обмоток ВН-СН Uк.в-с ,
ВН-НН Uк.в-н , СН-НН Uк.с-н (приводится в % номинального
напряжения обмоткок);
- потери активной мощности в обмотках трансформатора при
опытах КЗ между парами обмоток ВН-СН Pк.в-с ; ВН-НН Pк.в-н ;
СН-НН Pк.с-н ;
- потери активной мощности в магнитопроводе (стали) трансформатора при опыте ХХ Pх ;
-ток опыта ХХ I x (приводится в % номинального тока обмотки).
ВН
СН
НН
а
3
4
rВ(B)
rС(В)
2
jxВ(B)
rН(B)
U ном.в
3 g T(B )
jxС(B)
jxН(B) kТ.ном В - С
U ном.с
1
3
U ном.н
 jb T(B)
3
kT.ном В-Н
б
Рис. 3.1 Условное графическое изображение (а) и схема замещения (б) трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора с приведением параметров к классу ВН
26
Для расчёта установившихся режимов работы используется
трёхлучевая схема замещения трансформатора (рис.3.1,б). Так
как каждая из обмоток имеет свой класс напряжения, то параметры схемы замещения трансформатора можно рассчитать при
каждом из них. В справочной литературе приводятся значения
сопротивления обмоток, рассчитанные по Uном.в .
Потери активной мощности в обмотках каждого класса
напряжения (высшего, среднего, низшего) рассчитываются по
формулам:
(3.1)
Pк.в  0,5  Pк.в-с  Pк.в-н  Pк.с-н  ;
Pк.с  0,5  Pк.в-с  Pк.с-н  Pк.в-н  ;
(3.2)
Pк.н  0,5  Pк.в-н  Pк.с-н  Pк.в-с  .
(3.3)
Активные сопротивления переменному току обмоток
трансформатора, приведённых к классу высшего напряжения,
осуществляется по формулам:
2
2
rт.в(в)  Pк.в  U ном.в
/ Sном
высшего напряжения
;
(3.4)
среднего напряжения
низшего напряжения
2
2
rт.с(в)  Pк.с  U ном.в
/ Sном
;
2
2
rт.н(в)  Pк.н  U ном.в
/ Sном
.
(3.5)
(3.6)
Значения напряжения опытов КЗ обмоток высшего, среднего, низшего напряжений рассчитываются по формулам:
(3.7)
Uк.в  0,5 Uк.в-с  Uк.в-н  Uк.с-н  ;
Uк.с  0,5 Uк.в-с  Uк.с-н  Uк.в-н  ;
(3.8)
Uк.н  0,5 Uк.в-н  Uк.с-н  Uк.в-с  .
(3.9)
Силовые трёхобмоточные трансформаторы общего назначения класса напряжения 110 кВ и выше производятся на номинальные мощности 6300 кВА и более и поэтому значения индуктивных сопротивлений разрешается приравнивать значениям
полных сопротивлений обмоток.
Индуктивные сопротивления обмоток, приведённые к классу высшего напряжения:
2
/ (100Sном ) ;
высшего напряжения xт.в(в)  Uк.в  U ном.в
(3.10)
2
/ (100Sном ) ;
среднего напряжения xт.с(в)  Uк.с  U ном.в
(3.11)
2
/ (100Sном ) .
низшего напряжения xт.н(в)  Uк.н  U ном.в
(3.12)
27
Если потери активной мощности при опыте КЗ заданы одной величиной между парами обмоток ВН-НН или ВН-СН, то
расчёт активных сопротивлений обмоток осуществляется по
формуле
2
2
rт.в(в)  rт.c(в)  rт.н(в)  0.5Pк.вн-сн  U ном.в
/ Sном
.
Проводимости схемы замещения трансформатора, приведённые к классу высшего напряжения:
2
g т(в)  Px / U ном.в
активная
,
(3.13)
2
2
 I x  Sном / (100U ном.в
).
реактивная b т(в)  Qx / U ном.в
(3.14)
Для приведения параметров схемы замещения трансформатора к классу среднего или низшего напряжения ( rт(с) , xт(с) ,
g т(с) , bт(с) или rт(н) , xт(н) , g т(н) , bт(н) ) в формулах (3.4 – 3.6; 3.10 –
3.12) необходимо Uном.в заменить на Uном.с или на Uном.н соответственно. Для приведения параметров схемы замещения
трансформатора к классам среднего или низшего напряжений
используются формулы:
2
Z т.с(с)  Z т.с(в)  k т.ном.в-с
;
(3.15)
2
Z т.н(н)  Z т.н(в)  k т.ном.в-н
;
(3.16)
2
Y т.с(н)  Y т.с(в)  k т.ном.в-с
;
(3.17)
2
Y т.н(н)  Y т.н(в)  k т.ном.в-н
,
(3.18)
где kт.ном.в-с , kт.ном.в-н – номинальные значения коэффициентов
трансформации между обмотками высшего и среднего, высшего
и низшего напряжений соответственно.
Значения номинальных коэффициентов трансформации
между обмотками высшего и среднего, высшего и низшего
напряжений рассчитываются по формулам:
kт.ном.в-с  Uном.в / Uном.с ;
kт.ном.в-н  Uном.в / Uном.н .
Таблицы исходных данных к расчёту заданных режимов составляются в соответствии с требованиями прил. 5.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА И ВЫВОДАМ
Сформулировать выводы по выполненным расчётам режимов при максимальных и минимальных нагрузках:
28
1) рассчитать КПД понижающего трёхфазного трёхобмоточного трансформатора в двух рабочих режимах и сопоставить
их значения;
2) записать в табл. 3.1 абсолютные значения потерь мощности в обмотках, магнитопроводе (в стали) и трансформаторе;
3) рассчитать относительное значение потери мощности в
трансформаторе;
4) выписать значения напряжений на вводах ВН, СН и НН
понижающего трёхфазного трёхобмоточного трансформатора и
объяснить их отличие;
5) рассчитать абсолютные и относительные значения потери
и падения напряжения в обмотках.
6) привести напряжения на вводах СН и НН к классу высшего напряжения и рассчитать токи в ветвях схемы замещения
трансформатора при классе ВН;
7) начертить векторную диаграмму напряжений и токов рабочего режима трёхфазного трёхобмоточного трансформатора в
режиме максимальных нагрузок.
Таблица 3.1
Потери мощности в трёхфазном трёхобмоточном трансформаторе
Потери, кВт, мощности в
Нагрузка
обмотках
стали трансформаторе
ВН
СН
НН
всего
максимальная
минимальная
ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ
1. Что понимается под электрическим расчётом трёхфазного
трёхобмоточного силового трансформатора общего назначения?
2. Какую исходную информацию необходимо иметь для выполнения расчёта режима работы трёхфазного трёхобмоточного
силового трансформатора?
3. Как составить схему замещения и расчётную схему трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора?
4. Какие законы и методы используются при расчётах режимов трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора?
5. Как рассчитать:
1) параметры схемы замещения трёхфазного трёхобмоточного
силового трансформатора;
29
2) потери мощности в трёхфазном трёхобмоточном силовом трансформаторе;
3) падение и потери напряжения в обмотках трёхфазного
трёхобмоточного силового трансформатора;
4) распределение мощностей в трёхфазном трёхобмоточном
силовом трансформаторе;
5) значения напряжения на вводах СН и НН трёхфазного
трёхобмоточного силового трансформатора при заданном значении напряжения на вводах ВН?
6. Как влияет изменение мощности нагрузки на основные
показатели режима работы понижающего трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора электрической системы
при неизменном напряжении на вводах ВН?
7. Начертить качественно векторную диаграмму напряжений и токов рабочего режима трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора.
Р А Б О Т А
4
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РАДИАЛЬНОЙ СЕТИ
(Продолжительность работы 4 часа,
самостоятельная подготовка 2 часа)
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Цель – изучение рабочих (нормальных) режимов работы сетей с односторонним питанием (рис.4.1), используя ПК.
1
3
ИП
Т
2
W(ЛЭП)
SНГ
Рис.4.1. Схема исследуемой электрической сети
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
1.Изучить рекомендованную литературу 1, с. 120-122]; [2, с.
30
14,15; 3, с. 213-215,235-240]; 4, с. 41, 42].
2.Письменно выполнить задание:
1) Что понимается под качественными и количественными
показателями режима работы электрической системы?
2) Что понимается под параметрами схемы замещения электрической системы?
3) Что заменяют продольные и поперечные ветви схем замещения линий и трансформаторов электрической системы?
4) Записать формулы для расчёта параметров схемы замещения воздушной линии напряжением 110 кВ и двухобмоточного трансформатора.
5) Как влияет зарядная мощность линии на режим напряжения и КПД электропередачи?
6) Записать формулы для расчёта потери активной, реактивной и полной мощностей в ЛЭП и двухобмоточном трансформаторе.
7) Записать формулы для расчёта падения и потери напряжения в ЛЭП и двухобмоточном трансформаторе.
8) Начертить качественно векторную диаграмму напряжений и токов рабочего режима исследуемой электрической сети.
3. Составить схему замещения и расчётную схему исследуемой электрической сети (рис. 4.1) и рассчитать параметры её
элементов (прил. 2). Узел, к которому подключён источник питания, принимается за базисный (балансирующий) и он имеет
наибольший порядковый номер.
4. Составить таблицы исходных данных к расчёту на ПК
трёх режимов работы электрической системы (прил.5):
1) основного (заданного) максимальных нагрузок;
2) при снижении мощности нагрузки на 40%;
3) основного максимальных нагрузок без учёта влияния
зарядной мощности линии.
РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
1. Рассчитать основной режим максимальной нагрузки.
2. Рассчитать рабочий режим электрической сети при снижении нагрузки на 40%.
3. Рассчитать основной режим максимальной нагрузки без
учёта влияния зарядной мощности ЛЭП.
4. Обработать результаты расчёта и сделать выводы.
31
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
1. При составлении схемы замещения электрической сети
рекомендуется применить П-образную схему линии без учёта
активной проводимости и Г-образную схему трансформатора.
Исходные данные к расчёту параметров схемы замещения элементов электрической сети даны в прил. 6. Технические характеристики проводов и трансформаторов приведены в справочных
материалах 5.
2. Расчёт параметров схемы замещения выполнить при одном классе напряжения (параметры линии при своем номинальном напряжении, а параметры трансформатора при номинальном напряжении обмоток высшего напряжения).
3. Нагрузку представить активной и реактивной (индуктивной) мощностями.
4. Для получения расчётной схемы поперечные ветви схемы
замещения линии представить эквивалентной зарядной мощностью, а трансформатора – потерями мощности в магнитопроводе.
5. Расчёт параметров схемы замещения элементов рекомендуется выполнить при классе высшего напряжения .
6. При формировании таблиц исходных данных пользоваться рекомендациями, изложенными в прил. 5.
7. Напряжение балансирующего узла (ИП) принять равным
1,1Uном .
8. Обеспечить точность расчета 0,01.
9. Коэффициент трансформации задать действительной частью (номинальным значением).
10. При отсутствии какого-либо параметра рекомендуется
записать малое значение, например 0,001.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА И ВЫВОДАМ
Сформулировать выводы по выполненным расчётам установившихся режимов:
1) абсолютное значение потери активной мощности в проводах ЛЭП и обмотках трансформатора выписать из табл.2 выходного файла каждого из режимов. При расчёте потерь мощности в трансформаторе учесть потери мощности не только в обмотках, но и в магнитной системе. Рассчитать относительное
32
значение потери мощности в процентах активной мощности в
начале элемента. Результаты расчёта рекомендуется записать в
табл. 4.1;
2) рассчитать абсолютное (кВ) и относительное (% номинального напряжения ЛЭП) значения потери напряжения в линии, трансформаторе и сети. Результаты расчёта рекомендуется
записать в табл. 4.1;
3) сопоставить рассчитанные значения КПД электрической
сети (электропередачи) в трёх заданных режимах;
4) дать характеристику режима напряжения в узлах электрической сети, начиная с источника питания и заканчивая
нагрузкой, и записать значения напряжения (приведённые к одному классу напряжения) в узлах при основном режиме максимальных нагрузок;
5) как влияет зарядная мощность линии на режим напряжения и КПД электропередачи?
6) рассчитать токи в ветвях схемы замещения элементов
электрической сети при классе ВН в основном режиме максимальной нагрузки;
7) начертить векторную диаграмму напряжений и токов рабочего режима электрической сети в основном режиме максимальной нагрузки.
Таблица 4.1
Показатели установившихся режимов электрической сети
Элемент
системы
Потери мощности
абс., кВт отн., %
КПД, %
Потери
напряжения
абс., кВ отн., %
Линия
Трансформатор
Сеть
ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Что Вы понимаете под электрическим расчётом электрической системы?
2. Какую исходную информацию необходимо иметь для выполнения расчёта режима работы электрической системы?
3. Объясните порядок составления схемы замещения и расчётной схемы электрической системы.
33
4. Какие законы и методы используются при расчётах рабочих режимов электрических систем?
5. Записать формулы для расчёта:
1) параметров схемы замещения линии, трансформатора, нагрузки;
2) потери мощности в линии, трансформаторе и электрической сети;
3) падения и потери напряжения в линии, трансформаторе и
электрической сети;
4) значений мощности в ветвях схемы замещения элементов электрической сети;
5) значений напряжения в узлах электрической сети.
6. Объясните влияние изменения мощности нагрузки на основные показатели режима работы электрической системы.
7. Объясните влияние зарядной мощности на режим напряжения и КПД электропередачи.
Р А Б О Т А
5
РАСЧЁТ ПОТОКОВ МОЩНОСТИ И НАПРЯЖЕНИЙ
В ПРОСТЫХ ЗАМКНУТЫХ СЕТЯХ
(продолжительность работы 4 часа,
самостоятельная подготовка 2 часа)
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Цель – определить основные показатели установившихся
режимов электрической системы с тремя нагрузочными и одним
генерирующим узлами, соединенными тремя линиями электропередачи напряжением 220 кВ, и анализ их изменения при отключении отдельных элементов сети.
В исследуемой схеме сети (рис. 5.1) генерирующим узлом 5
ИП
5
4
W1
W3
W2
3
Т1
Т2
2
1
34
S4
Рис.5.1.Схема исследуемой простой замкнутой электрической сети
являются шины высшего напряжения (ВН) распределительного
устройства мощной электроэнергетической системы ЭЭС, изображенной на схеме в виде шин источника питания (ИП). Нагрузочные узлы 1 и 2 представляют собой шипы НН двухтрансформаторной понизительной подстанции районного значения. Линии электропередачи одноцепные, выполненные сталеалюминевыми проводами.
В работе исследуется изменение показателей основного и
утяжелённого режимов работы электрической сети.
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
1. Изучить рекомендуемую литературу 1,с. 137-152]; [3,с.
278-284. Обратить внимание на порядок расчёта кольцевых сетей, расчёт потерь мощности и напряжения в элементах (линиях
и трансформаторах) сети.
2. Написать ответы на вопросы:
1) Что понимается под основными, утяжелёнными и аварийными режимами работы электрических систем?
2) Какие бывают виды замкнутых электрических сетей?
3) Как рассчитать зарядную мощность линии?
4) Как определить расчётную нагрузку подстанции?
5) В какой точке ВЛ-220 кВ напряжение будет иметь бóльшую величину в режиме XX?
6) При каком условии реактивная мощность конца будет
больше реактивной мощности начала ЛЭП в рабочем режиме?
3. Составить схему замещения исследуемой электрической
системы и рассчитать её параметры (прил.7) с приведением к
одному классу напряжения (классу 220 кВ). Проанализировать
полученные параметры схемы замещения элементов сети, составить и начертить расчётную схему замещения электрической системы
35
4. Составить таблицы исходных данных для расчёта на ПК
заданных (основной и утяжелённый) режимов работы исследуемой электрической системы.
РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
1.Рассчитать основной режим максимальных нагрузок электрической системы.
2. Рассчитать утяжелённый режим максимальных нагрузок
электрической системы.
3. Обработать результаты расчёта и сделать выводы по лабораторной работе.
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
1. Исходные данные к лабораторной работе приведены в
прил. 7. Технические характеристики проводов и трансформаторов приведены в справочных материалах 5.
2. В схеме замещения исследуемой электрической системы линия изображается П-образной схемой без учёта активной проводимости, двухобмоточные трансформаторы – Г-образной схемой.
3. Напряжение на источнике питания рекомендуется принять на 10% больше номинального напряжения линий электропередачи (Uном = 220 кВ).
4. Утяжелённый режим работы электрической системы создаётся переводом одной из линий электропередачи между узлами 5-4 или 5-3 в режим ХХ, что соответствует питанию всех
узлов нагрузки от ИП с одной стороны (простая замкнутая сеть
превращается в сеть с односторонним питанием).
5. Рассчитать максимальные абсолютное и относительное
значения потери напряжения в кольцевой части и в исследуемой
системе по формулам:
ΔU max  U max  U min ; ΔU max 
*
U max  U min
100% .
U ном
6. Рассчитать КПД электропередачи по формуле
n 3
η
 Pi
i 1
PИП
100 %,
где i - нагрузочный узел системы (1,2,4).
36
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА И ВЫВОДАМ
Сформулировать выводы по выполненным расчётам установившихся режимов:
1. Нанести на расчётные схемы замещения основного и утяжелённого режимов значения мощностей по концам сопротивлений и напряжений в узлах (табл.2 выходных файлов). Обозначить принятыми в энергетике знаками точки раздела активной и
реактивной мощностей в замкнутой части исследуемой электрической сети.
2. Рассчитать значения КПД электрической сети (электропередачи) в двух заданных режимах и объяснить их отличие.
3. Рассчитать абсолютное (кВ) и относительное (% номинального напряжения ЛЭП) значения потери напряжения в двух
режимах электрической сети и объяснить их отличия.
4. При основном режиме максимальных нагрузок рассчитать
максимальное значение потери напряжения в замкнутой части
схемы электрической сети.
5. Рассчитать на какое значение увеличилось напряжение в
конце ВЛ-220 кВ в режиме ХХ.
ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. В каком узле простой замкнутой сети будет наименьшее
значение напряжения?
2. Как рассчитать распределение мощностей в простой замкнутой сети?
3. Как рассчитать напряжения в узлах простой замкнутой
сети?
4. Записать формулу для расчёта уравнительной мощности в
электрической сети с двусторонним питанием.
5. Объяснить последовательность расчёта мощностей в ветвях простой замкнутой сети при несовпадении точек раздела активной и реактивной мощностей.
6. Объяснить последовательность расчёта мощностей в ветвях электрической сети с двусторонним питанием при неравенстве напряжений на источниках питания.
7. Объяснить возникновение утяжелённого режима (передача наибольшего значения мощности по рассматриваемому
участку) для любой ветви простой замкнутой сети.
37
8. Начертить векторные диаграммы напряжений и токов в
нормальном режиме работы и в режиме холостого хода исследованных ВЛ-220 кВ.
Р А Б О Т А
6
РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
(продолжительность работы – 4 часа,
самостоятельная подготовка – 2 часа)
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Цель – изучение методов, способов и средств регулирования
напряжения, обеспечение заданного режима напряжения в различных узлах электрической сети.
В электрических системах применяются различные устройства,
обеспечивающие требуемый уровень напряжения. Это генераторы
электрических станций с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ), силовые трансформаторы и автотрансформаторы общего назначения с регулированием коэффициента трансформации
под нагрузкой (РПН), линейные регулировочные трансформаторы
(ЛР), последовательные регулировочные трансформаторы (ПРТ),
компенсирующие устройства. К последним относятся: конденсаторные шунтовые батареи (КШБ); синхронные компенсаторы (СК); статические тиристорные компенсаторы (СТК); шунтирующие реакторы (ШР); установки продольной компенсации (УПК).
Отклонение напряжения – это важнейший показатель качества, надёжности и экономичности режима работы электрической системы. Для поддержания напряжения на зажимах приёмников электрической энергии в требуемых пределах (межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97 с изменением 2007 г.) его
необходимо регулировать в различных узлах системы.
В лабораторной работе исследуются способы и методы ре38
гулирования напряжения в электрической системе (рис. 6.1): изменением коэффициента трансформации силовых трансформаторов с PПH и применением батарей статических конденсаторов
(БСК): КШБ и УПК.
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
1. Изучить рекомендованную литературу [1, с. 195-226, 336];
[3, с. 441-467]; [5, с. 51-62].
2. Выполнить письменно задание:
1) Записать формулы для расчёта падения и потери напряжения в элементах электрических сетей. Начертить качественно
векторную диаграмму напряжений и токов рабочего режима исследуемой электрической сети.
ИП
3
W1
UНН 1
UВН
2
УПК1
Т1
УПК2
Т2
КШБ1
SНГ=S1
W2
КШБ2
Рис.6.1. Схема исследуемой электрической сети
2) Перечислить основные способы, методы и средства регулирования напряжения, применяемые в электрической системе.
3) Какова цель расчёта требуемых ответвлений силовых
трансформаторов? Написать формулу для расчёта номера регулировочного ответвления, обеспечивающего желаемое напряжение на шинах НН трансформаторной ПС.
4) Пояснить аналитически регулирование напряжения изменением потери напряжения в электрической сети при подключении КШБ и УПК.
3. Написать формулу для расчёта потребной мощности КШБ
для поперечной компенсации с целью достижения желаемого
напряжения в узле нагрузки 1(рис.6.1).
39
4. Написать формулу для расчёта потребного сопротивления
УПК для продольной компенсации с целью достижения желаемого напряжения в узле 2 (рис.6.1).
5. Составить расчётную схему замещения электрической сети (рис. 6.1) и рассчитать параметры её элементов (прил. 8).
6. Составить таблицы исходных данных для расчёта исходных основного и утяжелённого режимов работы сети на ПК.
7. Заполнить табл.6.1 рассчитанными значениями сопротивлений обмоток и коэффициентов трансформации трансформатора при
различных положениях переключателя устройства регулирования
напряжения под нагрузкой.
РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
1. Рассчитать исходные основной и утяжелённый режимы
работы электрической системы.
2. Расчётным путём выполнить регулирование напряжения
изменением коэффициента трансформации.
3. Расчётным путём выполнить регулирование напряжения
изменением потери напряжения применением поперечной и
продольной компенсаций.
4. Обработать результаты расчёта режимов и сделать выводы.
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
1. При составлении схемы замещения применить для линии Побразную, а для трансформатора – Г-образную схемы замещения.
Нагрузку представить комплексной мощностью, а источник питания
– шинами неизменного напряжения. Параметры схемы замещения
привести к классу ВН. Исходные данные для расчёта параметров
схемы замещения элементов электрической системы приведены в
прил. 8 и [5, табл. 4.2].
2. В схеме замещения не должно быть параллельных ветвей,
поэтому сопротивления и проводимости параллельно включённых цепей ЛЭП и трансформаторов эквивалентируются.
3. Для создания утяжелённого режима работы исследуемой сети
предусматривается отключение одной цепи ЛЭП и одного трансформатора.
4. Для расчёта номера регулировочного ответвления сначала
рассчитывается желаемое напряжение регулировочного ответвления
40
по формуле
U ОТВ.Ж  U1 
U НОМ.Н
,
U1.Ж
(6.1)
где U1 – рассчитанное напряжение на шинах низшего напряжения
трансформаторной подстанции (в точке подключения нагрузки),
приведённое к классу ВН по значению номинального коэффициента трансформации; U1.Ж – желаемое напряжение на шинах НН
трансформаторной подстанции.
Требуемый (желаемый) номер регулировочного ответвления:
nж 
U ОТВ.Ж  U НОМ.В
,
U НОМ.В  U СТ / 100
(6.2)
*
где U СТ – относительное значение напряжения ступени регули*
рования в процентах U НОМ.В [5, табл. 4.2].
Рассчитанное по формуле (6.1) nж округляется до ближайшего целого значения с сохранением знака.
Выбранному номеру регулировочного ответвления соответствует действительное напряжение:
U СТ
U ОТВ.Д  U НОМ.В  nж 
*
100
 U НОМ.В .
(6.3)
При этом на шинах НН трансформаторной подстанции
обеспечивается действительное напряжение:
U1Д  U1 
U НОМ.Н
.
U ОТВ.Д
(6.4)
Для выполнения расчёта регулирования напряжения откорректировать входные файлы для исходных основного и утяжелённого
режимов новыми значениями сопротивлений обмоток и коэффициентов трансформации.
5. Мощность КШБ, подключаемой параллельно нагрузке к шинам НН ПС для компенсации части реактивной мощности нагрузки,
рассчитывается приближенно по выражению
QКШБ.Р 
  U1)  U1.Ж

(U1.Ж
,
xС
41
(6.5)
 – желаемое напряжение на шинах НН трансформаторной
где U1.Ж
подстанции, приведённое к классу ВН исследуемой системы по
номинальному коэффициенту трансформации; xС – реактивное
сопротивление исследуемой сети.
По расчётному значению QКШБ.Р выбрать мощность серийно
выпускаемых КШБ, укомплектованных конденсаторами типа
КС2-1,05-60 или КС2-1,05-125 [5, табл. 6. 1].
Регулирование напряжения в электрической сети изменением потери напряжения поперечной компенсацией осуществляется путём снижения реактивной мощности узла 1 исходных режимов на величину QКШБ .
Таблица 6.1
Значения сопротивлений обмоток и коэффициентов трансформации
трансформатора при различных положениях переключателя устройства регулирования напряжения под нагрузкой
Напряжение ответвления
Номер регулировочного
ответвления, n
Положение переключателя
N
Коэффициент трансформации
абс.
отн.
Сопротивление обмоток, Ом
r
х
7. Влияние УПК учитывается путем уменьшения реактивного сопротивления ЛЭП на сопротивление xУПК , определенное по
выражению
xУПК 
(U 2.Ж  U 2 )  U 3
,

Q32
(6.6)
 – реактивная мощность начала ЛЭП.
где Q32
Регулирование напряжения в электрической сети изменением потери напряжения продольной компенсацией осуществляется путём снижения реактивного сопротивления ЛЭП исходных
режимов на величину xУПК .
ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Что понимается под централизованным и местным регулированием напряжения в электрической системе?
42
2. Пояснить принцип встречного регулирования напряжения
в электрической системе.
3. Объяснить расчёт пределов допустимых отклонений
напряжения в электрической системе. Назвать значения нормы
отклонения напряжения на зажимах большинства приёмников
электрической энергии.
4. Начертить однолинейную схему силового трансформатора, имеющего устройство для регулирования напряжения под
нагрузкой и объяснить принцип его действия.
5. Аналитически объяснить регулирование напряжения изменением потери напряжения в элементах электрической сети
использованием:
а) КШБ (поперечная компенсация реактивной мощности);
б) УПК (продольная компенсация реактивного сопротивления ЛЭП).
6. Начертить схемы включения и объяснить принцип действия линейных регуляторов и последовательных регулировочных трансформаторов.
7. Начертить векторные диаграммы напряжения при продольном, поперечном и смешанном (продольно-поперечном) методах регулирования и объяснить влияние их на распределение
активных и реактивных мощностей в электроэнергетической системе.
Р А Б О Т А
7
ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧНОСТИ РАБОТЫ
НЕОДНОРОДНЫХ ЗАМКНУТЫХ СЕТЕЙ
(продолжительность работы 4 часа,
самостоятельная подготовка 2 часа)
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Целью лабораторной работы является изучение способов
повышения экономичности работы неоднородных замкнутых
электрических сетей.
Электрические сети считаются однородными, если отношение реактивного к активному сопротивлению для каждой ветви
постоянно: xij / rij  const .
В сетях с неоднородностью (к ним относятся сети с параллельной работой участков с различными номинальными напряжения43
ми, например, как на рис. 7.1) возникают нежелательные явления, к
которым относятся уменьшение пропускной способности сети и
увеличение потерь активной мощности. Это обусловлено тем, что
естественное распределение мощности в неоднородной замкнутой
сети отличается от экономического, при котором обеспечивается
оптимальное распределение мощности (минимум потерь активной
мощности).
Экономическое распределение соответствует распределению мощности в соответствии со значениями активных сопротивлений участков замкнутой сети.
Естественное распределение мощности в неоднородных замкнутых сетях приводит к отрицательным последствиям:
1) сети более высокого номинального (класса) напряжения недогружаются, а сети меньшего класса напряжения перегружаются;
2) увеличиваются потери активной мощности из-за возникновения уравнительной мощности.
При проектировании и эксплуатации замкнутых неоднородных сетей встает задача повышения экономичности работы, которая может быть достигнута за счёт принудительного распределения мощности специальными методами. К таким методам
относятся: деление (размыкание) сети низшего класса напряжения, применение установок продольной компенсации (УПК), ус-
44
W1
6
5
220 кВ
220 кВ
7
11
4
6 кВ
3
35 кВ
S3
G
8
9
10
110 кВ
W3
W2
1
10 кВ
S1
W4
2
10 кВ
S2
Рис. 7.1. Схема исследуемой неоднородной замкнутой сети
тановка последовательных регулировочных трансформаторов,
линейных регуляторов.
Деление сети низшего напряжения является наиболее простым и малозатратным мероприятием. Оно может быть осуществлено в условиях эксплуатации. Однако при этом теряются
достоинства замкнутых сетей. Для повышения надёжности электроснабжения потребителей, получающих при этом питание
только с одной стороны, в местах деления должны быть установлены устройства автоматического включения резерва (АВР).
Деление сети целесообразно производить у точки потокораздела
45
с той стороны, где значения передаваемой полной мощности являются наименьшими. Приближение неоднородной замкнутой к
однородной электрической сети заключается в том, что в ветвь,
для которой xij / rij значительно превышает аналогичные отношения для других ветвей, последовательно включается УПК.
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
1. Изучить теоретические положения, изложенные в учебнике [1, с. 335-343, 515-537] и учебном пособии [3, с. 606-609]
2.Написать ответы на вопросы:
1) Что называется однородной замкнутой сетью?
2) При каком условии обеспечивается экономическое распределение мощности в неоднородной замкнутой сети?
3) Что понимается под пропускной способностью неоднородной замкнутой сети? Перечислите технические ограничения
и запишите формулу для расчёта пропускной способности электропередачи.
4) Записать формулы для расчёта потери мощности в элементах и в электрической сети в целом. Как определить потери
мощности с электрической сети при эксперименте?
5) Начертить однолинейную схему включения последовательного регулировочного трансформатора и объяснить его влияние на распределение активных и реактивных мощностей в
электроэнергетической системе.
3. Для исследуемой системы (рис. 7.1) начертить расчётную
схему замещения и рассчитать её параметры (прил.9).
4. Составить таблицы исходных данных для расчёта на ПК
основного режима работы сети и режима экономического распределения.
РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
1. Рассчитать основной режим работы неоднородной замкнутой сети.
2. Рассчитать режим экономического распределения мощности в исследуемой системе.
3. Нанести на расчётную схему замещения значения и
направления мощностей экономического распределения. Около
точки раздела мощностей определить ветвь с минимальным значением полного тока.
4. Рассчитать режим работы системы при размыкании неод46
нородной замкнутой электрической системы, исключив из входного файла ветвь с минимальным значением полного тока.
5. Рассчитать режим работы неоднородной замкнутой сети ,
приблизив её к однородной включением в линию высшего
напряжения УПК.
6. Обработать результаты расчёта режимов и сделать выводы.
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
1. Сопротивления проводов ЛЭП рассчитываются при своих
классах напряжения [5], а сопротивления обмоток трансформаторов Т3 и Т4 – при U НОМ.В .
2. В целях упрощения расчётов не учитываются зарядные
мощности всех ЛЭП.
3. Исходный режим определяется заданным значением
напряжения на шинах источника питания (Sс =  ; xd = 0) и
нагрузками S1, S2, S3.
4. Для создания режима экономического распределения реактивные сопротивления участков сети приравниваются нулю
( xij  0 ).
5. Размыкание сети производится в точке потокораздела со
стороны меньшего значения полной мощности в режиме экономического распределения.
6. Сопротивление УПК рассчитывается из условия однородности сети:
x65  xУПК x89
=
,
r65
r89
где x65 , r65 – сопротивления участка сети высшего класса напряжения; x89 , r89 – сопротивления одного из участков сети
класса среднего напряжения.
Для повышения эффективности работы неоднородной замкнутой сети потребуется включение УПК в ЛЭП высшего
класса напряжения. Необходимое сопротивление конденсаторов
УПК рассчитывается по формуле
x65  r89  r65  x89
.
r89
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА И ВЫВОДАМ
xУПК 
1.Рассчитать КПД в основном режиме работы неоднородной
47
замкнутой сети. Записать суммарные нагрузочные потери активной мощности в элементах исследуемой системы и мощности в линиях 65 и 89.
2. Рассчитать КПД в режимах размыкания и выравнивания
неоднородности (применение УПК) неоднородной замкнутой
сети. Для этих режимов записать и сопоставить с аналогичными
значениями в исходном режиме суммарные нагрузочные потери
активной мощности в элементах исследуемой системы и мощности в линиях 65 и 89.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Что понимается под пропускной способностью электропередачи?
2. Перечислите технические ограничения пропускной способности электропередачи.
3. Какими способами достигается повышение эффективности работы неоднородной замкнутой электрической сети?
4. Чем обусловлено возникновение уравнительных токов в
неоднородных замкнутых сетях?
5. В чем сущность действия последовательных регулировочных трансформаторов?
6. Начертить векторные диаграммы напряжений для продольного, поперечного и смешанного регулирования напряжения. На перераспределение каких мощностей влияют перечисленные методы
регулирования напряжения в замкнутых электрических сетях?
7. Как рассчитать число параллельно включенных конденсаторов в УПК?
8. Как рассчитать число последовательно включенных конденсаторов в УПК?
9. Как определить число конденсаторов и мощность УПК?
Р А Б О Т А
8
КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
( продолжительность работы 4 часа,
самостоятельная подготовка 2 часа)
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Целью работы является изучение системного расчёта и
средств компенсации реактивной мощности в электрических се48
тях.
При выработке и потреблении электрической энергии должен существовать баланс как активной, так и реактивной мощностей. При дефиците реактивной мощности напряжение в системе понижается, а при дефиците активной мощности снижается частота. Эти явления приводят к ухудшению техникоэкономических показателей работы системы.
Основными потребителями реактивной мощности в электрических сетях являются асинхронные двигатели, вентильные
преобразователи, индукционные электропечи, сварочные агрегаты и другое электрооборудование.
Реактивная мощность может генерироваться генераторами,
ЛЭП и многими компенсирующими устройствами: конденсаторными шунтовыми батареями, синхронными компенсаторами,
статическими тиристорными компенсаторами, синхронными
двигателями.
Компенсация реактивной мощности применяется для нескольких целей:
1) обеспечения баланса реактивной мощности;
2) снижения потерь мощности и электроэнергии в сети;
3) регулирования напряжения.
Для уменьшения перетоков реактивной мощности по линиям и трансформаторам источники реактивной мощности размещают вблизи мест её потребления. Мощность и место установки
дополнительных источников реактивной мощности определяется в результате технико-экономического расчёта по минимуму
приведённых (расчётных затрат). При этом сеть разгружается по
реактивной мощности и достигается снижение потерь мощности
и напряжения.
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
1. Изучить материал, изложенный в учебнике [1, с. 164-194]
и учебном пособии [3, с. 616-622]
2. Ответить письменно на следующие вопросы:
1) Каковы основные и дополнительные источники реактивной мощности?
2) С какой целью применяется компенсация реактивной
мощности?
3) Чем определяется место и мощность установки источников реактивной мощности в электрической системе?
49
4) Записать формулу для расчёта потребной мощности
компенсирующих устройств (дополнительных источников реактивной мощности) в электрической системе.
5) Перечислить основные достоинства и недостатки дополнительных источников реактивной мощности.
3. Схема исследуемой электрической системы приведена на
рис.7.1. Следовательно, используется расчётная схема замещения электрической системы предыдущей лабораторной работы.
Исходные данные к этой работе приведены в прил.10.
4. Рассчитать требуемую реактивную мощность дополнительных источников реактивной мощности и выбрать КШБ.
5. Составить таблицы исходных данных для расчёта на ПК
основного режима работы сети и режима компенсации реактивной мощности в узлах нагрузки.
РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
1. Рассчитать исходный режим работы электрической сети.
2. Рассчитать режим работы электрической сети при использовании дополнительных источников реактивной мощности в
узлах нагрузки.
3. Произвести анализ результатов расчёта двух режимов и
сделать выводы.
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
1. Значение нормативного экономического коэффициента
реактивной мощности рассчитать по формуле:
tg Б
tg Э.Н. 
 0, 7 ,
k (0, 4d max  0, 6)
где tgБ – базовый коэффициент реактивной мощности, принимаемый 0,4; 0,5; 0,6 для сетей 6-10 кВ, присоединенных к шинам
подстанций с высшим напряжением соответственно 35, 110 и
220 кВ и выше, для шин генераторного напряжения tgБ =0,6; k –
коэффициент, учитывающий отличие стоимостей электроэнергии в различных энергосистемах (например, для Чувашской
энергосистемы k = 0,9);
dmaх – отношение потребления энергии потребителем в квартале максимума нагрузки энергосистемы к потреблению в квартале его максимальной нагрузки (принять dmax = 1,0).
Экономическое значение реактивной мощности, поступаю50
щей из системы на шины подстанции, составляет
QЭ.i  Pmax.i  tgЭ.Н
,
где Pmax.i – активная мощность в основном режиме максимальной нагрузки на шинах НН подстанции.
Мощность компенсирующих устройств рассчитывается по формуле
Qку.i = Qmax.i – Qэ.i ,
где Qmax.i – заданная реактивная мощность нагрузки в основном
режиме максимальной нагрузки.
3. При выборе конденсаторной шунтовой батареи и необходимой генерируемой ею мощности воспользоваться материалом
раздела 6 [4. С. 260].
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА И ВЫВОДАМ
1.Рассчитать КПД электрической сети в заданном режиме
работы. Записать значения напряжения в узлах нагрузки 1, 2, 3.
2.Рассчитать КПД электрической сети в режиме компенсации реактивной мощности. Записать значения напряжения в узлах нагрузки 1, 2, 3.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1 .Что понимается под номинальной и располагаемой мощностями КШБ?
2. Чем определяется компенсирующая способность синхронного двигателя?
3. Как аналитически объяснить снижение потерь мощности
в элементах системы при установке дополнительных источников
реактивной мощности?
4. Что понимается под пропускной способностью электропередачи? Перечислите технические ограничения пропускной
способности электропередачи.
5. Аналитически объяснить влияние компенсирующих
устройств на пропускную способность электропередачи.
6. Как влияют компенсирующие устройства на режим
напряжения в электрической системе?
7. Начертить векторную диаграмму напряжений и токов режима работы трансформатора до и после установки КШБ на
подстанции.
51
8. В каком режиме работы синхронные компенсатор и двигатель вырабатывают реактивную мощность?
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: учеб. для
вузов / В.И. Идельчик. – М.: Альянс, 2009. – 592 с.
2. Электроэнергетические системы и сети: задания и метод.
указания к контрольной работе/сост. Г.А. Осипенко, Н.М. Ермолаева, Н.А. Кокорев, Л.А. Шестакова. – Чебоксары: изд-во Чуваш. Ун-та, 2012. – 44 с.
3. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. – Минск:
УП «Технопринт», 2006. – 720 с.
4. Электропитающие системы и электрические сети: метод. указания к практическим занятиям/ сост.: Н.А. Кокорев,
Г.А. Осипенко, Л.А. Шестакова; Чуваш. ун-т. – Чебоксары,
2007. – 76 с.
5. Электропитающие системы и электрические сети: справочные материалы к курсовому проекту, лабораторным работам
и практическим занятиям/ сост.: Н.А. Кокорев, Г.А. Осипенко,
Л.А. Шестакова; Чуваш. ун-т. – Чебоксары, 2007. – 72 с.
6. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. – М: КНОРУС ,
2012. – с.
7. Справочник по проектированию электроэнергетических
сетей / И.Г. Карапетян, Д.Л. Файбисович, И.М. Шапиро; под ред.
Д.Л. Файбисовича. – М.: ЭНАС, 2006. – 313 с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Образец бланка титульного листа отчёта
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»
52
Электроэнергетический факультет
Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий
имени А.А. Фёдорова»
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ
ОТЧЁТ
по работе №
(наименование работы)
Выполнил: студент группы _____________
_____________________________________
(фамилия и инициалы студента)
Проверил: ________________________
(уч. степень, должность, фамилия и инициалы преподавателя)
Чебоксары
(год)
53
2. Исходные данные к работе 1
Таблица П2.1
Вариант
Сведения о ЛЭП
марка и
сечение
длина,
км
Провод
диадлит.доп.
метр,
ток, А
мм
1
2
3
4
5
6
АС70/11
АС240/39
АС300/48
АС150/34
АС185/43
АС400/51
27
70
85
43
30
100
11,4
21,6
24,1
17,5
19,6
27,5
265
610
690
450
515
825
электр.
сопрот.,
Ом/км
0,429
0,124
0,099
0,201
0,158
0,075
Номер
рис.
опоры
П2.1, а
П2.2, а
П2.2, б
П2.1, б
П2.1, в
П2.2, в
Вариант
Таблица П2.2
Сведения о показателях режима работы ЛЭП
1
2
3
4
5
6
Показатели режима работы в конце ЛЭП
напряжение, мощность, МВА
кВ
активная индуктивная
Коэффициент
мощности придлит.доп.токе,о.е.
114
212
218
109
111
223
0,91
0,93
0,94
0,95
0,95
0,96
24
112
196
80
184
140
11
45
68
26
58
43
Таблица П2.3
Информация к расчёту активной проводимости схемы замещения ЛЭП
Вариант
1
2
3
4
5
6
Субъект Российской
Федерации по региону
Чувашская Республика
Краснодарский край
Хабаровский край
Челябинская область
Архангельская область
Новосибирская область
54
Район
по гололёду
3
4
3
2
4
1
Группа
погоды
3
1
2
2
3
2
Таблица П2.4
Распределение субъектов РФ по регионам
Номер
региона
1
2
3
Территориальные образования, входящие в регион
Республика Саха (Якутия), Хабаровский край
Области: Камчатская, Магаданская, Сахалинская
Республики: Карелия, Коми
Области: Архангельская, Калининградская, Мурманская
Области: Вологодская, Ленинградская, Новгородская,
Псковская
Республики: Марий Эл, Мордовия, Татарстан, Удмуртская, Чувашская
4
5
Области: Белгородская, Брянская, Владимирская, Воронежская, Ивановская, Калужская, Кировская, Костромская, Курская, Липецкая, Московская, Нижегородская,
Орловская, Пензенская, Пермская, Рязанская, Самарская,
Саратовская, Смоленская, Тамбовская, Тверская, Тульская, Ульяновская, Ярославская
Республики: Дагестан, Ингушетия, Кабардино-Балкария,
Карачаево-Черкесская, Калмыкия, северная Осетия –
Алания, Чеченская
Края: Краснодарский, Ставропольский
Области: Астраханская, Волгоградская, Ростовская
6
Республика Башкортостан
Области: Курганская, Оренбургская, Челябинская
Республики: Бурятия, Хакасия
Края: Алтайский, Красноярский, Приморский
7
Области: Амурская, Иркутская, Кемеровская, Новосибирская, Омская, Свердловская, Томская, Тюменская, Читинская
55
Таблица П2.5
Удельные потери мощности на корону
Напряжение
ВЛ, материал
опоры, число и
сечение провода в фазе
Суммарное
сечение
провода в
фазе, мм2
Удельные потери мощности на корону,
кВт/км, при видах погоды
хорошая
сухой
снег
влажная
изморозь
220ст-1300
300
0,3
1,5
5,4
16,5
220ст/2-1300
300
0,3
1,4
5,0
15,4
220жб-1300
300
0,4
2,0
8,1
24,5
220жб/2-1300
300
0,4
1,8
6,7
20,5
220-3500
1500
0,02
0,05
0,27
0,98
150-1185
185
0,12
0,35
1,20
4,20
150/2-1185
185
0,09
0,26
0,87
3,06
110ст-1120
120
0,013
0,04
0,17
0,69
110ст/2-1120
120
0,008
0,025
0,13
0,47
110жб-1120
120
0,018
0,06
0,30
1,10
110жб/2-1120
120
0,01
0,035
0,17
0,61
Примечания
1 Варианты 220/2-1300, 150/2-1185 и 110/2-1120 соответствуют
двуцепным ВЛ. Потери во всех случаях приведены в расчете на одну
цепь.
2 Индексы «ст» и «жб» обозначают стальные и железобетонные опоры.
3 Для линий на деревянных опорах применяют данные, приведенные в
таблице для линий на стальных опорах.
По влиянию на токи утечки виды погоды объединяют в три
группы:
1 группа – хорошая погода с влажностью менее 90 %, сухой
снег, изморозь, гололёд;
2 группа – дождь, мокрый снег, роса, хорошая погода с влажностью 90 % и более;
3 группа – туман.
56
Таблица П2.6
Удельные потери электроэнергии от токов утечки по изоляторам ВЛ
Удельные потери электроэнергии от токов утечки по изоляторам ВЛ, тыс. кВт·ч/км в год, при напряжении, кВ
Группа
погоды
6
10
15
20
35
110
150
220
1
0,011
0,017
0,025
0,033
0,035
0,055
0,063
0,069
2
0,094
0,153
0,227
0,302
0,324
0,510
0,587
0,637
3
0,154
0,255
0,376
0,507
0,543
0,850
0,978
1,061
Таблица П2.7
Удельный расход электроэнергии на плавку гололеда
Число
проводов
в фазе и
сечение,
мм2
Суммарное
сечение
проводов в
фазе, мм2
1300
Удельный расход электроэнергии на плавку
гололеда, тыс. кВт·ч/км в год, в районе по
гололеду
I
II
III
IV
300
0,035
0,047
0,060
0,071
1240
240
0,033
0,046
0,056
0,067
1185
185
0,030
0,041
0,051
0,061
1150
150
0,028
0,039
0,053
0,064
1120
120
0,027
0,037
0,046
0,054
195 и
менее
95
0,024
0,031
0,038
0,044
57
58
22,6
2,0
а
2,0
2,0
б
3,5
2,0
3,5
2,0
2,0
26,0
22,6
Рис. П 2.1. Эскизы унифицированных промежуточных опор 110 кВ
марок ПБ 110-1 (а), ПБ 110-2 (б), ПБ 110-8 (в)
3,5
2,0
4,0
14,5
3,0
2,7
3,0
3,0
13,5
3,0
2,0
в
3,5
2,0
3,5
2,0
2,0
4,0
3,0
3,0
14,5
3,3
59
26,0
2,8
2,8
а
3
6,4
4,2
1
2
3,5
б
5,4
6,4
4,2
3,5
30,0
41,0
5,9
6,0
3,3
Рис. П 2.2. Эскизы унифицированных промежуточных опор 220 кВ
марок ПБ 220-1 (а), ПБ 220-2 (б), ПБ 220-5 (в)
4,8
2,5
5,5
16,0
3,3
5,5
5,5
5,5
22,5
3,75
11,25
4,5
10,5
в
11,8
6,0
4,5
6,0
19,5
3. Исходные данные к работе 2
Таблица П3.1
Сведения о силовых трёхфазных двухобмоточных
трансформаторах общего назначения
Ва
риант
1
2
3
4
5
6
Тип транс
форматора
ТРДН-40000/220
ТРДН-40000/110
ТРДЦН-63000/110
ТДЦ-125000/220
ТРДЦН-63000/220
ТРДН-25000/110
Ном.напряжение
обмоток, кВ
ВН НН
230 11/11
115 6,3/6,3
115 6,3/10,5
242 13,8
230 6,6/6,6
115 10,5/10,5
∆ Pк ,
кВт
∆ Pх ,
кВт
Uк ,
%
Iх ,
%
170
172
260
380
300
120
50
36
59
135
82
27
12,0
10,5
10,5
11,0
12,0
10,5
0,90
0,65
0,60
0,50
0,80
0,70
Таблица П3.2
Сведения о показателях режима работы
понижающего трансформатора
Вариант
1
2
3
4
5
6
Показатели режима на шинах ВН
Q , Мвар
P , МВт
U , кВ
222
10
8
112
15
10
117
30
15
215
42
18
223
35
17
114
11
9
Коэффициент, о.е.
загрузки
мощности
0,75
0,92
0,80
0,90
1,00
0,94
0,69
0,88
0,90
0,95
0,87
0,93
4. Исходные данные к работе 3
Таблица П4.1
Сведения о силовых понижающих трёхфазных трёхобмоточных
трансформаторах общего назначения
Ва
риант
1
2
3
4
5
6
Тип трансформатора
ТДТН-63000/110
ТДТН25000/220
ТДТН-40000/220
ТДТН-25000/110
ТДТН-40000/110
ТДТН-80000/110
Ном. напряжение, кВ, обмоток
ВН СН НН
115 38,5 11
230 38,5 6,6
230 38,5 11
115 38,5 6,6
115 38,5 11
115 38,5 6,6
60
Напряжение, %, опыта КЗ
между обмотками
ВН-СН ВН-НН СН-НН
10,5
17
6,5
12,5
20
6,5
12,5
22
9,5
10,5
17,5
6,5
10,5
17,0
6,0
11,0
18,5
7,0
Окончание таблицы П4.1
Ва
риант
1
2
3
4
5
6
Тип трансформатора
∆ Pк ,кВт, между обмотками
ТДТН-63000/110
ТДТН25000/220
ТДТН-40000/220
ТДТН-25000/110
ТДТН-40000/110
ТДТН-80000/110
290
135
220
140
200
390
ВН-СН
ВН-НН
СН-НН
∆ Pх ,
кВт
Iх ,
%
50
36
59
135
82
27
0,90
0,65
0,60
0,50
0,80
0,70
Таблица П4.2
Сведения о показателях режима работы
понижающего трансформатора
Ва
риант
U ВН
1
2
3
4
5
6
кВ
119
225
236
120
117
115
Показатели режима нагрузок
максимальных
минимальных
Q , Мвар
Q , Мвар
P , МВт
P , МВт
U ВН
СН
НН
СН
НН
27,0
11,0
24,2
13
24,6
37,6
23,4
6,7
9,4
7,1
9,8
16,2
11,5
4,4
10,3
5,1
10,5
13,6
5,6
2,3
3,4
2,2
2,9
7,8
кВ
112
215
205
105
106
111
СН
НН
СН
НН
13,5
4,7
10,4
4,9
10,2
11,1
11,7
2,9
4,0
2,8
3,8
4,8
7,7
1,9
3,8
2,1
3,6
3,8
7,1
0,8
1,5
0,9
1,3
3,1
5. Рекомендации по подготовке исходных данных
к расчёту режимов работы электрической сети на ПК
Исходные данные готовятся в соответствии с расчетной
схемой электрической сети. Все узлы расчетной схемы нумеруются
от единицы в возрастающем порядке. Максимальный номер присваивается балансирующему узлу (источнику питания).
В первую строку таблицы исходных данных записываются
общие сведения о расчётной схеме замещения. К ним относятся
количество ветвей (nв) и узлов без балансирующего (nу), напряжение балансирующего узла (Uб, кВ) и точность расчёта (ε).
В следующих строках таблицы приводятся данные о ветвях:
узлы начала (Nн) и конца (Nк) ветвей, активные (r) и индуктивные (x) сопротивления, номинальные коэффициенты трансфор61
мации (kном.т). Для трансформаторной ветви узлом начала является узел, к которому подключен идеальный трансформатор, т.е.
если сопротивление обмоток приведено к классу ВН, то узлом
начала является узел класса НН. Количество строк с информацией о ветвях равно nв.
Следующие строки таблицы соответствуют информации о
номере узла (Nу) и мощностях (P и Q) в нём. Мощности нагрузок
задаются со знаком «минус», генерируемые мощности - со знаком «плюс».
Форма таблицы исходных данных в общем виде представлена
ниже.
ε
nв
Nн
nу
Nк
Uб
r
x
kном.т
...
...
...
...
...
Nу
P
Q
...
...
...
Файл результатов расчёта режима содержит три таблицы: активная и реактивная мощности и напряжения (действительная и
мнимая части, модуль) в узлах – таблица 1; значения активной и
реактивной мощностей в начале и конце ветвей, потери мощностей
в ветвях – таблица 2; суммарные нагрузочные потери мощности в
электрической сети – таблица 3.
6. Исходные данные к работе 4
Таблица П6.1
Сведения о ЛЭП
Вариант
Марка
провода
Длина,
км
1
2
3
4
5
6
АС 185/29
АС 240/56
АС 150/24
АС 240/32
АС 240/39
АС 120/27
78
85
55
92
70
15
Погонное
сопротивление,
Ом/км
r0
х0
0,162
0,413
0,122
0,405
0,198
0,420
0,121
0,405
0,124
0,405
0,253
0,427
62
Удельная
проводимость
b0, мкСм/км
2,75
2,81
2,70
2,81
2,81
2,66
Таблица П6.2
Сведения о трансформаторах и нагрузке на шинах НН
Вариант
1
2
3
4
5
6
Номинальное
напряжение, кВ
Показатели опыта КЗ
Uк,

Р
к,
ВН
НН
%
кВт
115
6,5
85
10,5
115
10,5/10,5 120
10,5
115
11
60
10,5
115
10,5/10,5 172
10,5
115
10,5/10,5 310
10,5
110
6,6
22
10,5
Тип
ТДН-16000/110
ТРДН-25000/110
ТДН-10000/110
ТРДН-40000/110
ТРДЦН-80000/110
ТМН-2500/110
Окончание таблицы П6.2
Вариант
1
2
3
4
5
6
Показатели опыта ХХ
 Рх,
Iх,
кВт
%
19,0
0,70
27,0
0,70
14,0
0,70
36,0
0,65
70,0
0,60
5,5
1,50
Сопротивление, Ом
Rт
4,38
2,54
7,95
1,40
0,60
42,60
63
Хт
86,7
55,9
139,0
34,7
17,4
508,2
Мощность, МВА
реактивактивная
ная
10,0
6,0
21,0
10,0
8,0
5,5
32,0
20,0
40,0
15,0
1,5
0,6
7. Исходные данные к работе 5
Таблица П7.1
Сведения о ЛЭП (Dс.г =7,03 м) и мощностях узлов нагрузки
Вариант
Мощности S,
МВА/cos 
о.е., в узлах
1, 2
4
Марка провода/длина ЛЭП, км
W1
W2
W3
1
АС 500 / 27
58,5
АС 300 / 39
39,1
АС 300 / 39
28,3
94
0,93
104
0, 94
2
АС 500 / 71
63, 0
АС 300 / 48
42, 0
АС 300 / 48
30, 0
88
0, 94
150
0, 95
3
АС 400 / 64
51, 0
АС 240 / 56
57, 0
АС 240 / 56
60, 0
55
0, 95
80
0, 94
4
АС 240 / 56
30, 0
АС 240 / 39
30, 0
АС 240 / 32
70, 0
85
0,93
90
0, 96
АС 300 / 66
45, 0
АС 400 / 66
47, 0
АС 300 / 48
60, 0
АС 300 / 39
30, 0
АС 300 / 39
61, 0
90
0, 94
110
0, 95
53
0, 95
118
0,96
5
6
АС 300 / 48
54, 0
Таблица П7.2
Сведения о трансформаторах
Вариант
Тип
Количество
1, 2, 4, 5
3, 6
ТРДЦН-63000/220
ТРДН-40000/220
2
2
Номинальное напряжение обмоток, кВ
ВН
230
230
НН
11/11
6,6/6,6
8. Исходные данные к работе 6
Таблица П8.1
Сведения об электрической сети
Вариант
1
2
3
4
5
6
ЛЭП
Марка провода
АС 120/19
АС 120/19
АС 120/19
АС 120/19
АС 95/16
АС 150/24
Тип трансформатора
ТДН-16000/110
ТДН-10000/110
ТДН-16000/110
ТМН-6300/110
ТМН-6300/110
ТДН-10000/110
64
Длина, км
40
45
50
30
25
35
Таблица П8.2
Сведения об основных показателях режимов работы сети
Желаемое напряКоэфНапряжение, кВ,
Нагрузка в
Повышение
фициент
Варижение в
в узле 1, в режиме
узле 1
напряжения
мощности,
ант
узле 3,
Рmax.1, Мвт
в узле 2, %
основ- утяжекВ
cos , о.е.
ном
лен.
1
20
0,90
11,0
9,5
115,5
1,0
2
13
0,83
10,3
9,8
112,9
1,0
3
20
0,80
10,7
9,7
118,8
0,7
4
8
0,85
10,8
9,7
116,6
0,8
5
7
0,82
10,2
9,5
111,0
0,5
6
12
0,93
10,9
9,6
119,0
1,0
Примечание. Среднегеометрическое расстояние между проводами
фаз 3.5 м.
9. Исходные данные к работе 7
Таблица П9. 1
Каталожные данные трансформаторов и автотрансформаторов
Трансформатор или автотрансформатор
1
2
3
4
5
6
номер
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
тип
АТДЦТН-125000/220/110
АТЦТН-63000/220/110
АТДЦТН-250000/330/150
АТДЦТН-250000/330/150
ТДТН-40000/220/35
ТДТН-25000/220/35
АТДЦТН-125000/220/110
АТЦТН-63000/220/110
АТДЦТН-250000/330/150
АТДЦТН-250000/330/150
ТДТН-40000/220/35
ТДТН-40000/220/35
Номинальное напряжение обмоток, кВ
ВН
СН
НН
230
121
6,6
230
121
38,5
330
158
10,5
330
158
38,5
230
38,5
6,6
230
38,5
11,0
230
121
11,0
230
121
6,6
330
158
10,5
330
158
38,5
230
38,5
6,6
230
38,5
11,0
Таблица П9.2
65
Каталожные и расчётные данные трансформаторов
Ва- Трансри- форант матор
Т1
1
Т2
Т1
2
Т2
Т1
3
Т2
Т1
4
Т2
Т1
5
Т2
Т1
Т2
6
Каталожные данные
PK, кВт
Iх,
PX, кВт
%
ВН-СН
290
85
0,5
215
45
0,5
660
165
0,5
660
165
0,5
220
55
1,1
135
50
1,2
290
85
0,5
215
45
0,5
660
165
0,5
660
165
0,5
220
135
55
50
1,1
1,2
ВН
0,50
1,40
1,07
1,07
3,60
5,70
0,50
1,40
1,07
1,07
Rт, Ом
СН
0,50
1,40
0,08
0,08
3,60
5,70
0,50
1,40
0,08
0,08
3,60
5,70
3,60
5,70
Расчетные данные
Хт, Ом
НН
ВН
НН
1,0
48,6
82,5
2,8
104,0
195,6
4,3
49,0
186,2
4,3
49,0
186,2
3,6
165,0
125,0
5,7
275,0
148,0
1,0
48,5
82,5
2,8
104,0
195,6
4,3
49,0
186,2
4,3
49,0
186,2
3,6
5,7
165,0
275,0
125,0
148,0
ΔQх,
кВАр
625
315
1250
1250
440
300
625
315
1250
1250
440
300
Примечание. Реактивное сопротивление обмотки СН равно нулю.
Таблица П9.3
Сведения о ЛЭП
Вариант
2
Марка, сечение, мм /длина линии между узлами, км
6-5
8-9
9-10
10-4
1
АС 400 / 51
75
АС185 / 29
30
АС185 / 29
25
АС185 / 29
45
2
АС 600 / 72
100
АС150 / 19
70
АС150 / 24
40
АС150 / 34
45
АС 300 / 48
80
АС 50 / 8
10
АС 50 / 8
8
АС 50 / 8
12
4
АС 400 / 51
50
АС185 / 29
18
АС185 / 29
15
АС185 / 29
10
5
АС 600 / 72
120
АС 240 / 32
50
АС 240 / 39
55
6
АС 300 / 66
80
АС 240 / 56
60
АС 70 / 11
15
АС 70 / 11
10
АС 70 / 11
13
3
Примечание. Средние геометрические расстояния между проводами фаз при напряжениях: 330 кВ - 11 м; 220 кВ - 9 м; 150 кВ - 6.5 м;
110 кВ – 5 м; 35 кВ – 3,5 м.
66
Вариант
Таблица П9.4
Сведения о показателях режима работы электрической системы
Напряжение
на шинах генератора, кВ
1
2
3
4
5
6
Мощность, МВ·А, в
узлах
1
12
50
5
14
45
7
6,3
10,9
6,5
10,5
10,7
6,4
2
15
60
7
17
55
10
3
35
80
15
39
85
20
Коэффициент мощности,
о.е.,
в узлах
1
2
3
0,82
0,90
0,92
0,80
0,85
0,91
0,87
0,83
0,95
0,80
0,88
0,90
0,85
0,90
0,85
0,83
0,93
0,87
Таблица П9.5
Сведения о трансформаторах Т3 и Т4
Uном, кВ
ВН
НН
115
11
Uк,
%
10,5
 Рк,
 Рх,
1
Тип
трансформатора
ТДН–16000/110
кВт
85,0
кВт
19,0
Iх,
%
0,70
2, 5
ТРДН–63000/150
158
10,5
10,5
10,5
235,0
59,0
0,65
3, 6
ТМН–10000/35
36,75 10,5
7,5
65,0
14,5
0,80
10,5
10,5
10,5
120,0
27,0
0,70
Вариант
4
ТРДН–25000/110
115
10. Исходные данные к работе 8
Таблица П10.1
Сведения о мощности узлов нагрузки
Вариант
1
2
3
4
5
6
Мощность, МВА, в узлах
1
14
55
8
18
40
6
2
12
48
7
20
60
9
3
40
85
12
29
92
27
67
Коэффициент мощности,
о.е., в узлах
1
2
3
0,79
0,80
0,76
0,78
0,81
0,79
0,79
0,82
0,82
0,84
0,80
0,81
0,77
0,80
0,82
0,81
0,82
0,77
ОГЛАВЛЕНИЕ
Общие положения……………………………………………...
Охрана труда и правила безопасности………………………..
Общие правила выполнения работ и структура отчёта……...
Рекомендации к домашней подготовке……………………….
Порядок работы на ЭВМ………………………………………
3
4
5
6
6
Работа 1. Электрический расчёт рабочего режима линии
электропередачи………………………………………………..
7
Работа 2. Электрический расчёт рабочего режима трёхфазного двухобмоточного силового трансформатора общего назначения…………………………………………………..
Работа 3. Электрический расчёт рабочего режима трёхфазного трёхобмоточного силового трансформатора общего
назначения………………………………………………………
Работа 4. Электрический расчёт радиальной сети…………
Работа 5. Расчёт потоков мощности и напряжений в простых замкнутых сетях………………………………………….
Работа 6. Регулирование напряжения в электрических системах…………………………………………………………
Работа 7. Повышение экономичности работы неоднородных замкнутых сетей…………………………………………...
Работа 8. Компенсация реактивной мощности в электрических системах………………………………………………...
Список рекомендуемых источников………………………….
Приложения…………………………………………………….
1. Образец бланка титульного листа отчёта………………….
2. Исходные данные к работе 1………………………………..
3. Исходные данные к работе 2………………………………..
4. Исходные данные к работе 3………………………………..
5. Рекомендации по подготовке исходных данных
к расчёту режимов работы электрической сети на ПК………
6. Исходные данные к работе 4………………………………..
7. Исходные данные к работе 5………………………………..
8. Исходные данные к работе 6………………………………..
9. Исходные данные к работе 7………………………………..
10. Исходные данные к лабораторной работе 8……………...
68
13
24
30
34
38
43
48
51
52
52
53
59
59
60
61
62
63
64
66
Электроэнергетические системы и сети
Лабораторный практикум
Редактор
Подписано в печать
. Формат 60 х 84/16.
Бумага газетная. Печать офсетная. Гарнитура Таймс.
Усл. печ. л.
. Уч. – изд. л.
. Тираж 300 экз. Заказ №
Издательство Чувашского университета
Типография университета
428015 Чебоксары, Московский просп., 15
69