Изучение принципов, методов и средств регулирования напряжения в питающих и распределительных электрических сетях (Набор инструкций и картинок, которые могут понадобиться для оформления отчета по лабораторной работе)

Набор инструкций и картинок, которые могут понадобиться для оформления отчета по лабораторной работе № 2

Цель работы: Изучение принципов, методов и средств регулирования напряжения в питающих и распределительных электрических сетях.

Задание: В электрической сети проверить возможность и определить необходимые средства регулирования напряжения на шинах нагрузки понижающей подстанции.

    В вашем распоряжении имеется электрическая сеть, состоящая из двухцепной линии электропередачи и понижающего трансформатора 110/10кВ, оснащенного устройством регулирования коэффициента трансформации трансформатора под нагрузкой (РПН).

    Через электрическую сеть необходимо осуществлять питание (пункт питания — узел 1) электроустановок потребителя (нагрузка — узел 2), выполняя регулирование напряжение на шинах нагрузки 10кВ с использованием РПН трансформатора и других средств при необходимости.

   РПН представляет собой электромеханическое устройство позволяющее изменять количество витков одной из обмоток трансформатора, что соответственно влияет на коэффициент трансформации K=Wвн/Wнн. РПН как правило устанавливают на стороне обмотки высокого напряжения по нескольким причинам. Во-первых, изменение количества витков на один с высокой стороны дает меньший процент в изменении коэффициента трансформации, по сравнению с изменением витков на один с низкой стороны. Этим достигается меньшая дискретность, а значит большая плавность регулирования напряжения. Во-вторых, РПН устанавливают в нейтраль трансформатора, что может быть выполнено только в сетях с заземленной нейтралью 110кВ и выше. В-третьих, при переключениях через элементы устройства РПН протекают токи, которые на высокой стороне трансформатора ниже.

   Также в работе исследуются синхронный компенсатор и отключение части нагрузки как средства воздействия на уровень напряжения в узле.

   Синхронный компенсатор (СК) представляет собой синхронную машину, работающую на холостом ходу по активной мощности (синхронный двигатель с облегченным ротором без нагрузки на валу). СК способен плавно и в широких пределах вырабатывать или потреблять реактивную мощность в узле посредством чего влиять на напряжение.  Среди недостатков СК следует отметить высокую стоимость и сложность самого аппарата, стоимость и сложность монтажа и  эксплуатации.

    Регулирование напряжения в электрических сетях выполняют в соответствии со следующими принципами:

1. стабилизации напряжения;

2. стабилизации напряжения по заданному графику нагрузки;

3. встречным регулированием напряжения.

На шинах понижающих подстанций 6, 10, 35 кВ применяется принцип встречного регулирования напряжения, в соответствии с которым напряжение изменяют пропорционально току нагрузки. При этом в режиме максимальных нагрузок напряжение поддерживают не ниже, чем 110% от Uном. В режиме минимальных нагрузок не выше 100% от Uном.

Таким образом, для исследуемой сети желаемое напряжение в режиме максимальных нагрузок 10,5кВ, в режиме минимальных нагрузок 10кВ. Однако может сложиться ситуация, в которой реальное напряжение не может быть равно желаемому по причине дискретного характера регулятора РПН. В этом случае удовлетворительным считается напряжение в режиме максимальных нагрузок большее 10,5кВ, но ближайшее к нему, которое позволяет выставить РПН. В режиме минимальных нагрузок удовлетворительным считается напряжение меньшее 10кВ, но также ближайшее.

    Должно быть рассмотрено два режима нагрузок: максимальный, для которого в исходных данных даны Pmax и Umax, и минимальный для которого в исходных данных даны Pmin и Umin.

   Исходные данные с указанием Pmax/Pmin, Qmax/Qmin, Umax/Umin и параметрами схемы необходимо выбрать в соответствии со своим вариантом.  Данные даны в таблице через косую черту.

    Номер варианта следует взять у преподавателя. В номере варианта (a,b,c) первая цифра указывает на строку первой таблицы, вторая на строку второй таблицы, третья третьей таблицы.

   Ваша задача рассчитать эквивалентные параметры схемы замещения, показанные на рисунке. 

   Следует учесть, что параметры ВЛ даны на одну цепь, на км длинны, а линия имеет гораздо большую длину и две цепи. Параметры трансформатора также даны для одного.

   Для расчетов воспользуйтесь встроенным калькулятором. Калькулятор позволяет записывать выражения с использованием переменных, например: r0*l, где r0 - активное удельное сопротивление линии, а l - длинна линии (см. исходные данные на этой странице с указанием имен переменных). Другим примером могут служить выражения: Pxx*2 или x0/2. В последнем случае будет выполнена операция деления переменной x0 на 2. В общем случае выражение может быть более сложным, содержать приведенные переменные  и любые числа.

   Вам предстоит заполнить поля для расчета самостоятельно. Записывайте выражения и нажимайте кнопку "РАСЧЕТ". Результат будет показан на экране. В случае неверного результата для Вашего варианта Вы будете уведомлены об этом. Исправьте формулы и повторите операцию расчета. В случае успеха переходите к следующему заданию.

   В реальной жизни работа РПН выполняется в автоматическом режиме. В данной работе Вам предстоит самостоятельно выполнять переключения в ручном режиме  в соответствии с принципом встречного регулирования напряжения на шинах низкого напряжения. Для этого необходимо менять отпайки обмотки высокого напряжения трансформатора.

   В паспортных данных можно найти следующую запись: Uвн 115кВ 9x1,78%(2,047кВ). Это означает, что обмотка 115кВ имеет 9 отпаек в плюс и 9 в минус с шагом 1,78% от Uвн (или 2,047кВ). В соответствии с этим составляют таблицу отпаек, как показано справа. Имитация работы РПН будет заключаться именно в изменении этих отпаек в ту или другую сторону с целью корректировки коэффициента трансформации, посредством чего оказывается влияние на уровень напряжения на шинах низкого напряжения.

   Следует помнить, что параметры Uвн и Uнн есть параметры оборудования. Их величина не имеет отношения к реальным уровням напряжений на шинах подстанции! Эти параметры только маркировка трансформатора, использующаяся для вычисления коэффициента трансформации. Реальные напряжения устанавливаются в результате расчета режима сети.

   Изучите таблицу отпаек и преступайте к выполнению заданий лабораторной работы со следующей страницы.

Итак, первое задание:

   Подбор отпаек на трансформаторах понижающей подстанции для режимов максимальных и минимальных нагрузок в соответствии с принципом встречного регулирования.

Условия проведения опытов:

Необходимо выполнить две серии опытов.

 Первую серию  в режиме максимальных нагрузок. Для этого необходимо выставить соответствующие мощности нагрузок Pmax и Qmax и выбрать соответствующее напряжение, которое способен обеспечить пункт питания (узел 3) в этом режиме Umax. Желаемое напряжение на шинах нагрузки (узел 1) в соответствии с принципом встречного регулирования будет составлять Uжел=10.5кВ. Ваша задача подобрать отпайки трансформатора так, чтобы реальное напряжение было либо равно желаемому, либо выше, но ближайшее к нему.  В отчете к лабораторной работе необходимо доказать, что это именно оптимальная уставка. Для этого приведите в таблице отчета результат расчета с оптимальной отпайкой и на одну меньше. В графе примечание сделайте соответствующий комментарий.