И электрические сети 1 страница

ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Учебное пособие по лабораторным работам

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

УДК 621.311.1(07)

Боос В.Я., Стасяк В.И. Электропитающие системы и электрические сети: Учебное пособие по лабораторным работам. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2006 – 32 с.

В пособии дан перечень лабораторных работ и методика их проведения по курсу “Электропитающие системы и электрические сети” для студентов специальности 100400 ­– “Электроснабжение”. Для каждой лабораторной работы сформулированы: цель проведения работы; исходные данные, необходимые для проведения работы; применяемое оборудование; подробно изложена методика проведения работы; требования к отчету по лабораторной работе.

Пособие может быть использовано студентами других специальностей при изучении аналогичного курса.

Ил. 10, табл.10, список лит. – 3 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией энергетического факультета.

Рецензенты: Харасов Х.К., Вазьмилов Ф.Г.

1. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №1

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАГРУЗКИ

1.1. Цель работы – экспериментальное исследование статических характеристик нагрузки:

– определение статических характеристик активной, осветительной, реактивной нагрузок;

– определение по экспериментальным характеристикам параметров схемы замещения нагрузки;

– определение приведенных погрешностей при замене статической характеристики нагрузки ее эквивалентом в расчетной схеме сети.

1.2. Исходные положения.

1.2.1. Оборудование, используемое при проведении работы: автотрансформатор регулируемый РАТ3; регулируемые активная, осветительная, индуктивная и емкостная нагрузки (АН4, ОН1, ИН6 ЕН4); измеритель мощностей ИМ5; блок мультиметров.

1.2.2. Исходные данные для нескольких вариантов представлены в табл. 1.1.

Таблица 2.1

№ вари-анта	Положения переключателей нагрузки
Активной, %	Освети-тельной, Вт	Индук-тивной, %	Емкост-ной, %
			-		-
			-		-
			-		-
	-	-		-
	-	-		-
	-	-		-

1.3. Порядок выполнения работы.

1.3.1. Собрать схему модели электрической сети, представленной на рис. 1.2а. В вариантах 4…6 вместо активной нагрузки подключить осветительную нагрузку.

1.3.2. Переключатели пределов в измерителе мощностей установить: напряжения – 300 В; тока – 0,2 А. Пределы измерения вольтметров в блоке мультиметров установить на метке 300 В.

1.3.3. Поcле проверки схемы преподавателем включить питание измерительных приборов.

1.3.4. Установить переключатели нагрузки в положение согласно заданному преподавателем варианту, а движок регулируемого автотрансформатора – в положение «0». Включить питание регулируемого автотрансформатора.

1.3.5. Изменяя напряжение регулируемого трансформатора от 0 до 240 В с шагом 20 В, записать показания приборов в таблицу.

1.3.6. Заменить активную (осветительную) нагрузку на реактивную нагрузку. Установить переключатели нагрузки в положение согласно заданному преподавателем варианту и повторить п.1.3.5.

1.4.Содержание отчета.

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

1.4.2. По опытным данным построить следующие графики:

– зависимости Р_н от U_н;

– зависимости Q_н, от U_н.

1.4.3. По опытным данным при напряжениях на нагрузке 100 и 200 В определить параметры нагрузки в схемах замещения электрической сети для трех случаев:

– нагрузка в схеме замещения представляется постоянной величиной мощности при заданном значении напряжения;

– нагрузка в схеме замещения представляется током, который определяется по мощности и напряжению в заданной точке;

– нагрузка в схеме замещения представляется сопротивлением, которое определяется по мощности и напряжению в заданной точке.

1.4.4. Определить приведенные погрешности, вносимые в расчеты режимов сети при замене статических характеристик нагрузки их эквивалентами во всех трех случаях при изменении напряжения на нагрузке на ±10 % от заданного.

1.4.5. Проанализировать полученные значения погрешностей и сделать выводы о целесообразности замены статических характеристик нагрузки в схемах замещения сети их эквивалентами для трех рассмотренных случаев.

2. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛИНИИ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 110 кВ С ОДНОСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

2.1. Цель работы – исследование режимов линии электропередачи:

– исследование зависимостей К.П.Д. (h), коэффициента реактивной мощности (tg φ), напряжения, активной и реактивной мощностей в начале линии при изменении активной мощности потребителя и неизменном напряжении в конце линии;

– исследование тех же зависимостей при постоянстве активной мощности потребителя, постоянном напряжении в конце линии и при изменении реактивной мощности потребителя.

2.2. Исходные положения.

2.2.1. Исследование режимов работы проводятся для линии электропередачи, представленной на рис. 2.1

2.2.2. Исходные данные для нескольких вариантов ЛЭП представлены в табл. 2.1.

2.2.3. Рассчитать параметры схемы замещения R, X и B ЛЭП-110 кВ, представленной на рис. 2.1 согласно данным табл. 2.1 для заданного варианта.

2.2.4. Рассчитать параметры модели электрической сети. Расчет параметров модели проводить по методике, изложенной в приложении к данному пособию. При этом принять: масштаб сопротивления – m_Z=0,2; масштаб мощности – m_S=2·10⁶; масштаб напряжения – m_U= .

Таблица 2.1

№ вари-анта	Марка провода	Длина линии, км	ro, Ом/км	хo, Ом/км	boх10^-6, сим/км
	АС-70		0,428	0,444	2,55
	АС-95		0,306	0,434	2,61
	АС-120		0,249	0,427	2,66
	АС-150		0,198	0,42	2,7
	АС-185		0,162	0,413	2,75
	АС-240		0,12	0,405	2,81

2.2.5. Определить натуральную мощность ЛЭП Здесь – волновое сопротивление линии без учета ее активного сопротивления.

2.2.6. Оборудование, используемое при проведении работы: автотрансформатор регулируемый РАТ3; модель линии электропередачи МЛЭ2; регулируемые активная, индуктивная и емкостная нагрузки (АН4, ИН6, ЕН4); измеритель мощностей ИМ5; блок мультиметров; два блока конденсаторов БК1 с шагом регулирования 0,02 мкФ.

2.3. Порядок выполнения работы.

2.3.1. Собрать схему модели электрической сети, представленной на рис. 2.2а.

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

2.3.3. Поле проверки схемы преподавателем включить питание измерительных приборов.

2.3.4. Установить переключатели «%» в блоке активной нагрузки Р1 на метку «0».

2.3.5. Установить: переключатели «R» и «L» на модели линии и переключатели С1 и С2 блоков БК1 – в положение, которое соответствует параметрам модели линии, близким к расчетным значениям (см. п. 2.2.4); переключатель проводимости модели линии – в положение «0 мкФ». Активное сопротивление модели линии равно сумме сопротивлений R_м и активного сопротивления индуктивности R_L.

2.3.6. Регулируемым автотрансформатором АР установить напряжение на нагрузке, равным расчетному значению (см. п. 2.2.4) и записать показания приборов (Р_1м, Q_1м, U_1м) в таблицу (см. образец табл. 2.2).

Таблица 2.2

№ опыта	Рнм, Вт	Р1м, Вт	Q1м, вар	Q1м, В

2.3.7. Установить: переключатели «R» и «L» на модели линии и переключатели С1 и С2 блоков БК1 – в положение «0»; оба переключателя на модели нагрузки Р1 в положение – «10 %», напряжение на модели нагрузки – согласно п. 2.2.4 и записать значение активной мощности нагрузки модели Р_нм. Далее выполнить п.п. 2.3.5 и 2.3.6.

2.3.8. Последовательно выполнить п. 2.3.7 при положениях обоих переключателей нагрузки «20…50 %».

2.3.9. Собрать схему активно-индуктивной нагрузки, представленную на рис. 2.2б, и подключить ее к схеме модели линии. Установить: переключатели «R» и «L» на модели линии и переключатели С1 и С2 блоков БК1 – в положение «0»; переключатели индуктивной нагрузки – в положение «0»; напряжение на модели нагрузки – согласно п. 2.2.4; переключатели «%» на модели активной нагрузки – в такие положения, чтобы нагрузка модели была близка к натуральной мощности линии. Записать показания приборов (Р_нм, Р_1м, Q_1м, U_1м) в таблицу (см. образец табл. 2.3). Далее выполнить п.п. 2.3.5 и 2.3.6.

Таблица 2.3

№ опыта	Рнм, Вт	Qнм, вар	Р1м, Вт	Q1м, вар	Q1м, В

2.3.10. Установить: переключатели «R» и «L» на модели линии и переключатели С1 и С2 блоков БК1 – в положение «0»; переключатели индуктивной нагрузки – в положение, которому соответствует реактивная мощность модели 3…5 вар; напряжение на модели нагрузки – согласно п. 2.2.4. Положение переключателей на модели активной нагрузки остается неизменным. Записать значение активной Р_нм и реактивной Q_нм мощностей нагрузки модели. Далее опыт проводиться аналогично снятию характеристик для активной нагрузки (см. п.п. 2.3.5 и 2.3.6).

2.3.11. Последовательно выполнить п. 2.3.10 при других значениях реактивной мощности. Общее количество точек должно быть не менее 5, шаг изменения реактивной мощности 2…4 вара.

2.3.12. Собрать схему активно-емкостной нагрузки, представленной на рис. 2.2в, и подключить ее к схеме модели линии. Далее опыты проводить аналогично опытам для активно-индуктивной нагрузки (см. п.п. 2.3.9…2.3.11).

2.4.Содержание отчета.

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

2.4.2. По опытным данным и масштабным коэффициентам m_S и m_U рассчитать параметры режима оригинала для всех опытов (Р_н, Q_н, U_н, Р₁, Q₁, U₁). Рассчитать также значения tg φ₁=Q₁/P₁ и η=Р_н/Р₁. Результаты расчетов параметров режима занести в таблицу (см. образец табл. 2.4).

Таблица 2.4

№ опыта	Рн, МВт	Qн, Мвар	Р1, МВт	Q1, Мвар	U1, кВ	tg φ1	η

2.4.3. По опытным данным построить следующие графики:

– зависимостей Р₁, Q₁, U₁, tg φ₁, η от Р_н при Q_н=0;

– зависимостей Р₁, Q₁, U₁, tg φ₁, η от Q_н при Р_н=Р_нат для случаев индуктивной и емкостной нагрузок.

2.4.4. Для Р_н=Р_нат аналитически определить Р₁, Q₁, U₁, tg φ₁, η оригинала и сопоставить их с результатами моделирования.

2.4.5. Построить векторные диаграммы для следующих случаев:

– Q_н=0; Р_н=var;

– Р_н=Р_нат, Q_н=var при индуктивном и емкостном характерах нагрузок.

Для построения векторных диаграмм используется выражение

U ₁=

Вектор U₂ совмещается с действительной осью. Реактивная мощность берется с учетом знака. Кроме того, при использовании приведенного выражения в нагрузку Q_н следует включить половину зарядной мощности линии.

2.4.6. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы о влиянии Р_н и Q_н на параметры режима в начале линии.

3. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №3

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛИНИИ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 110 кВ С ОДНОСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

3.1. Цель работы – исследование режимов линии электропередачи:

а) исследование зависимостей К.П.Д. (h), коэффициента реактивной мощности (tg φ), напряжения, активной и реактивной мощностей в начале линии при изменении активной мощности потребителя и неизменном напряжении в конце линии;

б) исследование тех же зависимостей при постоянстве активной мощности потребителя, постоянном напряжении в конце линии и при изменении реактивной мощности потребителя.

3.2. Исходные положения.

3.2.1. Исследуемая линия электропередач (ЛЭП-110 кВ) представлена на рис. 3.1.

3.2.2. Исходные данные для нескольких вариантов ЛЭП-110 кВ представлены в табл. 3.1.

3.2.3. Рассчитать параметры схемы замещения R, X и B ЛЭП-110 кВ, представленной на рис. 3.1 согласно данным табл. 3.1 для заданного варианта.

Таблица 3.1

№ вари-анта	Марка провода	Длина линии, км	ro, Ом/км	хo, Ом/км	boх10^-6, сим/км
	АС-70		0,428	0,444	2,55
	АС-70		0,428	0,444	2,55
	АС-95		0,306	0,434	2,61
	АС-120		0,249	0,427	2,66
	АС-150		0,198	0,42	2,7
	АС-150		0,198	0,42	2,7
	АС-185		0,162	0,413	2,75
	АС-185		0,162	0,413	2,75
	АС-240		0,12	0,405	2,81
	АС-240		0,12	0,405	2,81

3.2.4. Определить натуральную мощность ЛЭП

Здесь – волновое сопротивление линии без учета ее активного сопротивления.

3.2.5 Исследование режимов работы линии электропередачи проводится на ПК с применением математической модели системы MATLAB совместно с пакетом ситуационного блочного моделирования Simulink. На рис. 3.2 представлена однофазная модель исследуемой линии электропередачи. В качестве источника питания узла 1 линии электропередачи в модели рис. 3.2 используются трансформатор Т большой мощности с бесконечно малым сопротивлением обмоток. Нагрузка исследуемой линии электропередачи моделируется параллельно включенными активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями (S_n2). Для измерения параметров режима электрической сети используются измерительные блоки (Uzel_1, Uzel_2) совместно с дисплеями («Параметры узла 1», «Параметры узла 2», «КПД передачи».). Все показания параметров режима на дисплеи выводятся как для трехфазной сети, т.е. в виде линейных напряжений и суммарных мощностей трех фаз.

3.2.6. Перед выполнением лабораторной работы на модели необходимо изучить модель рис. 3.2 и методику ввода параметров модели по приложению 2.

3.3. Порядок выполнения работы.

3.3.1. Загрузить файл Lab_N2а.mdl, если он не был загружен ранее.

3.3.2. Сохранить данный файл под новым именем xxxxxx_Lab_N4.mdl в папке Студенты\3курс (хххх- любой набор латинских символов).

3.3.3. Проверить работу модели. Для этого кнопкой пуск (кнопка ► на панели инструментов) запустить программу при тех параметрах, которые были установлены ранее. С выдержкой времени несколько секунд на дисплеях измерительных приборов модели появиться мелькание цифр. Это указывает на то, что программа выполняется. По окончании выполнения программы (прекращение изменения показаний дисплеев) можно приступать к выполнению лабораторной работы. Для досрочного прекращения работы необходимо нажать кнопку стоп (кнопка ■ на панели инструментов). После этого можно приступать к снятию характеристик режимов линии электропередачи согласно при активной нагрузке (п. 3.1а). Необходимо помнить, что все характеристики снимаются при напряжении U₂=const.

Рис 3.2

3.3.4. Установить на модели погонные параметры и длину линии l. Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме линии (вид пиктограммы линии представлен на рис. 1 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров линии, аналогичное окну рис. 3 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для линии. Параметры “Frequency used for R L C specification (Hz)”, “Number of pi sections” и “Measurements” изменять не следует.

3.3.5. Установить предварительно на модели напряжение источника питания узла 1 110 кВ. Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме трансформатора Т (вид пиктограммы трансформатора представлен на рис. 6 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров трансформатора, аналогичное окну рис. 8 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для трансформатора. Параметры “Nominal power and frequency [Pn(VA) fn(Hz)]”, “Winding 1 parameters [V1(Vrms) R1(pu) L1(pu)]”, “Three windings transformer”, “Magnetization resistance and reactance [Rm(pu) Lm(pu)]” и “Measurements” изменять не следует.

3.3.6. Установить на модели параметры нагрузки Р_n2=0,1Р_нат, Q_nL=0. Q_nC=0 для первой точки характеристик режимов (параметры нагрузки задаются для одной фаза, т.е. S_n2/3). Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме нагрузки (вид пиктограммы нагрузки представлен на рис. 4 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров нагрузки, аналогичное окну рис. 5 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для нагрузки. Параметры “Nominal voltage Vn (Vrms)”, “Nominal frequency fn (Hz)” и “Measurements” изменять не следует. Кнопкой пуск запустить программу (см. п. 3.3.3). По окончании выполнения программы (прекращение изменения показаний дисплеев) необходимо зафиксировать напряжение U₂. Если это напряжение не соответствует величине 110 кВ, то необходимо изменить напряжение источника узла 1 по методике, изложенной в п. 3.3.5 и снова запустить программу. После того, как будет установлен заданный режим (U₂=110 кВ), записать показания приборов в табл. 3.2 (столбец Q₂ можно не заполнять).

Таблица 3.2

Р₂=; Q_2L=; Q_2С=;

№ опыта	U2, кВ	Р2, МВт	Q2, Мвар	U1, кВ	Р1, МВат	Q1, Мвар	S1, МВА	tg f	К.П.Д. (h)

3.3.7. Повторить п. 3.3.6 для значений активных мощностей нагрузки Р₂=0,2Р_нат; Р₂=0,4Р_нат; Р₂=0,6Р_нат; Р₂=0,8Р_нат; Р₂=1,0Р_нат; Р₂=1,2Р_нат; Р₂=1,4Р_нат и результаты занести в табл. 3.2.

3.3.8. Исследовать влияние реактивной индуктивной нагрузки на параметры режима в начале линии электропередачи при постоянстве напряжения на нагрузке (п. 3.1б). В этом случае мощность активной нагрузки устанавливается равной натуральной мощности линии (Р₂=Р_нат), а мощность реактивной емкостной – равной нулю. Реактивная индуктивная нагрузка задается следующими значениями: 0,05; 0,15; 03; 0,45; 0,6; 0,75; 0,9 от натуральной мощности. Далее опыт проводится аналогично опыту п. 3.2.6 и результаты заносятся в таблицу 3.2 (столбец Р₂ можно не заполнять).

3.3.9. Исследовать влияние реактивной емкостной нагрузки на параметры режима в начале линии электропередачи при постоянстве напряжения на нагрузке (п. 3.1б). В этом случае мощность активной нагрузки устанавливается равной натуральной мощности линии (Р₂=Р_нат),), а мощность реактивной индуктивной – равной нулю. Реактивная емкостная нагрузка задается следующими значениями: 0,05; 0,15; 03; 0,45; 0,6; 0,75; 0,9 от натуральной мощности. Далее опыт проводится аналогично опыту п. 3.2.6 и результаты заносятся в табл. 3.2 (столбец Р₂ можно не заполнять).

3.4.Содержание отчета.

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

3.4.3. По опытным данным построить следующие графики:

– зависимостей Р₁, Q₁, U₁, tg φ₁, h от Р₂ при Q₂=0;

– зависимостей Р₁, Q₁, U₁, tg φ₁, η от Q₂ при Р₂=Р_нат для случаев индуктивной и емкостной нагрузок.

3.4.4. Для Р₂=Р_нат аналитически определить Р₁, Q₁, U₁, tg φ₁, h. линии электропередачи и сопоставить их с результатами математического моделирования.

3.4.5. Построить векторные диаграммы для следующих случаев:

– Q₂=0; Р_н=var;

– Р₂=Р_нат, Q₂=var при индуктивном и емкостном характерах нагрузок.

Для построения векторных диаграмм используется выражение

U ₁=

Вектор U₂ совмещается с действительной осью. Реактивная мощность берется с учетом знака.

3.4.6. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы о влиянии Р_н и Q_н на параметры режима в начале линии.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №4

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СЕТИ С ДВУХСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

4.1. Цель работы:

– исследование установившихся режимов электрической сети с двухсторонним питанием при одинаковых и различающихся напряжениях источников питания (определение потокораспределения активных и реактивных потоков мощностей, потерь мощностей и напряжения на участках сети, уровней напряжения в узлах присоединения нагрузок);

– опытное подтверждение теоретических положений, лежащих в основе методики расчета подобных сетей.

4.2. Исходные положения.

4.2.1. Исследуемая электрическая сеть представлена на рис. 4.1 и состоит из четырех линий L1…L4 и трех нагрузок S _н1… S _н3. Номинальное напряжение сети U_ном=110 кВ. В работе рассматриваются три режима работы электрической сети:

а) напряжения источников питания одинаковы, т.е. U _А= U _B=К₁∙U_ном;

б) напряжения источников питания различны – U _А=К₁∙U_ном; U _B=К₂∙U_ном;

в) источник питания В отключен от сети, а U _А=К₁∙U_ном.

4.2.2. Параметры исследуемой сети представлены в табл.4.1.

4.2.3. Исследование режимов работы электрической сети с двухсторонним питанием проводится на ПК с применением математической модели системы MATLAB совместно с пакетом ситуационного блочного моделирования Simulink. На рис. 4.2 представлена однофазная модель исследуемой электрической сети. В качестве источников питания A и B электрической сети рис. 4.1 в модели рис. 4.2 используются трансформаторы Т1 и Т2 большой мощности с бесконечно малым сопротивлением обмоток. Обозначения линий L1…L4 исследуемой сети рис. 4.1 и модели рис. 4.2 совпадают. Нагрузка исследуемой сети моделируется параллельно включенными активным и индуктивным сопротивлениями (S_n1…S_n3). Для измерения параметров режима электрической сети используются измерительные блоки (Uzel_A, Uzel_1 и т.д.) совместно с дисплеями (UA, U1, SA=S1’ и т.д.). Все показания параметров режима на дисплеи выводятся как для трехфазной сети, т.е. в виде линейных напряжений и суммарных мощностей трех фаз.

4.2.4. Перед выполнением лабораторной работы на модели необходимо:

а) составить схему замещения исследуемой сети;

б) составить расчетную схему исследуемой сети;

в) рассчитать параметры режима электрической сети для случая, когда напряжения источников питания А и В равны (см. п. 4.2.1а);

г) изучить модель рис. 4.2 и методику ввода параметров модели по приложению 2.

4.3. Порядок выполнения работы.

4.3.1. Загрузить файл Lab_N4.mdl, если он не был загружен ранее.

4.3.2. Сохранить данный файл под новым именем xxxxxx_Lab_N4.mdl в папке Студенты\3курс (хххх- любой набор латинских символов).

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

Дата добавления: 2014-11-29