новая папка 1 / 641012

Лабораторная работа № 2

Исследование режимов работы линии электропередачи переменного тока

при регулировании мощности батарей статических конденсаторов

Цель работы: изучение основных эксплуатационных характеристик ли-

нии электропередачи переменного тока при изменении коэффициента мощно-

сти нагрузки посредством регулирования мощности, генерируемой батареями статических конденсаторов.

1. Задание

В ходе выполнения лабораторной работы необходимо:

−изучить схему замещения линии электропередачи, представленную на стенде НТЦ-10.000;

−определить эксплуатационные характеристики линии электропередачи при изменении коэффициента мощности нагрузки;

−выполнить анализ полученных результатов.

2. Оборудование и средства исследований

Объектом исследований являются режимы работы линии электропереда-

чи. Осуществляется изменение коэффициента мощности нагрузки посредст-

вом регулирования мощности, генерируемой батареями статических конден-

саторов. Лабораторные эксперименты проводятся на стенде НТЦ-10.000.

3. Порядок выполнения

1. Изучить схему замещения линии электропередачи (ЛЭП), представлен-

ную на стенде. Подключив нагрузку, батарею конденсаторов и необходимые из-

мерительные приборы, выполнить монтаж в соответствии со схемой, изображен-

11

ной на рис. 2.1.

Внастоящей лабораторной работе сопротивление ЛЭП условно отнесено

кодному проводу и представлено на стенде последовательно включенными индуктивностью L1 и резистором R3. Нагрузка линии имеет активно-индуктивный характер с эквивалентными параметрами L2, R4, а конденсатор C1 предназначен для повышения коэффициента мощности. В первом приближении ЛЭП совместно с нагрузкой можно рассматривать в качестве цепи с последовательным соединением элементов L1, R3, L2, R4.

A1

Рис. 2.1. Схема замещения ЛЭП, нагрузки и батарей конденсаторов

2. Изменяя емкость батареи конденсаторов C1 от 0 до 8 мкФ экспериментально исследовать изменение параметров режима ЛЭП. Полученные результаты свести в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Экспериментальные результаты

3. Для каждого из приведенных опытов вычислить величину потери напряжения в ЛЭП.

12

Разность действующих значений входного U1 и выходного U2 напряже-

ний, называемая потерей напряжения U в линии, определяется по формуле [1]:

Большинство потребителей имеет низкое значение коэффициента мощ-

ности, поэтому для искусственного повышения его значений используют па-

раллельное подключение батарей конденсаторов. Повышение коэффициента мощности обусловлено тем, что часть реактивного тока I2РН нагрузки компен-

сируется емкостным током IС, и результирующий реактивный ток I2Р уменьша-

ется. В ЛЭП считается целесообразной некоторая недокомпенсация реактив-

ного тока нагрузки.

4. Контрольные вопросы

1. Что такое резонанс токов?

2. При каких условиях в электрической цепи возникает резонанс токов?

3. В чём состоит различие между падением напряжения и потерей напря-

жения в ЛЭП?

4. Поясните характер полученной зависимости потери напряжения в ЛЭП

U от значения емкости подключаемых батарей конденсаторов С1.

5.Какие средства можно использовать для компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения?

6.Поясните, каким образом за счет средств компенсации реактивной мощности можно осуществлять регулирование напряжения в электрической се-

ти?

13

Лабораторная работа № 3

Исследование релейной защиты силового трансформатора

Цель работы: изучить и исследовать функционирование защит силового трансформатора при возникновении повреждений на различных участках элек-

трической сети.

1. Задание

В процессе выполнения лабораторной работы студенты должны:

−ознакомиться с элементной базой, установленной на стенде НТЦ-

10.000;

−изучить принцип действия дифференциальной продольной защиты транс-

форматора, максимальной токовой защиты электрической сети;

−выполнить выбор параметров дифференциальной продольной защиты трансформатора и максимальной токовой защиты электрической сети;

−осуществить монтаж электрической схемы и исследовать функциониро-

вание защит при различных режимах работы электрической сети;

− выполнить анализ полученных результатов.

2. Оборудование и средства исследований

Объектом исследований являются релейные защиты силового трансформа-

тора. Лабораторные эксперименты проводятся на стенде НТЦ-10.000. Схема за-

щиты на переменном оперативном токе силового трансформатора, подключенного к ответвлению от линий, изображена на рис. 3.1. В рассматриваемой схеме установлены следующие виды защит: продольная дифференциальная защита;

максимальная токовая защита (МТЗ); токовая защита; защита от перегрузки.

Оперативные цепи продольной дифференциальной защиты, максималь-

ной токовой защиты питаются от трансформаторов тока 4ТТ, 5ТТ, а защиты от

14

перегрузки − от трансформаторов собственных нужд.

Продольная дифференциальная защита реализована с помощью реле типа РНТ-565 (8РТН и 9РТН). Для питания защиты со стороны высшего напряжения используются встроенные в силовой трансформатор трансформаторы тока 4ТТ.

Вследствие относительно малой мощности встроенных трансформаторов тока их вторичные обмотки соединены в каждой фазе последовательно. Дифферен-

циальная защита действует на включение короткозамыкателя 2КЗ и отключение выключателя В3. При срабатывании дифференциальной защиты контакты

8РТН и 9РТН замыкают цепь токовых промежуточных реле 17РП и 18РП типа РТ-341, последние срабатывают и дешунтируют катушки включения коротко-

замыкателя 37КВ и 38КВ и отключения выключателя В3 39КО и 40КО. В ре-

зультате этого включается короткозамыкатель 2КЗ и отключается выключатель В3. Короткозамыкатель создает искусственное короткое замыкание, что приво-

дит к отключению В1. Для создания режима КЗ в цепи высшего напряжения силового трансформатора используется тумблер SA9, в цепи низшего напряже-

ния − тумблер SA10.

МТЗ исполнена на базе токовых реле 11РТ и 12РТ типа РТ-40, а также то-

ковых реле времени 15РВ типа РВМ. Токовые реле максимальной защиты 11РТ и 12РТ подключены к трансформаторам тока 4ТТ со стороны высшего напря-

жения (в плечо дифференциальной защиты). Такое решение позволяет ввести в

зону действия максимальной защиты силовой трансформатор. На стенде МТЗ выполнена с одной выдержкой времени. Токовая защита без выдержки времени отключает КЗ на шинах низшего напряжения (на рис. 3.1 эта цепь не показана).

Выдержка времени вводится при возникновении КЗ в силовом трансформаторе,

что позволяет обеспечить резервирование продольной дифференциальной защиты. При срабатывании токового реле 11РТ или 12РТ замыкается цепь обмот-

ки реле времени 15РВ. Второй контакт 15РВ замыкается с выдержкой времени и приводит в действие промежуточные реле 17РП и 18РП, которые включают короткозамыкатель 2КЗ. КЗ вне зоны действия дифференциальной защиты соз-

дается при помощи тумблера SA11. Сигнал о перегрузке подается токовым реле

15

10РТ, оперативная цепь которого питается от трансформатора собственных нужд. Выбор режима работы электрической сети осуществляется при помощи переключателя SA12: номинальный; перегрузочный; режим КЗ.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо выполнить расчет за-

щит силового трансформатора ТМЗ-6500-110/10. Исходные данные: номинальная мощность S=6500 кВА; номинальное напряжение первичных обмоток U1Н=110 кВ;

номинальное напряжение вторичных обмоток U2Н=10 кВ; напряжение короткого замыкания UК = 10,5%; диапазон регулирования напряжения U 6% ; ток ко-

роткого замыкания на стороне низкого напряжения IКЗ.10 = 3,5 кА, ток короткого замыкания на стороне высокого напряжения IКЗ.110 = 2.5 кА.

На первом этапе выберем параметры продольной дифференциальной за-

щиты. Номинальный ток защищаемого трансформатора в цепях высокого на-

пряжения I1Н и низкого напряжения I2Н [1]:

Для схемы соединения «треугольник» вторичных обмоток 4ТТ коэффи-

циент схемы кСХ 3 , а для схемы соединения «неполной звезды» вторичных обмоток 5ТТ − кСХY 1 . Расчетные коэффициенты трансформации трансформа-

тора тока 4ТТ к4ТТ , трансформатора тока 5ТТ к5ТТ определяются по зависимо-

стям [1]:

где I2Н.4ТТ , I2Н.5ТТ − номинальные вторичные токи трансформаторов тока 4ТТ и

5ТТ, соответственно, А. Принимаются равными 5А.

Номинальные коэффициенты трансформации трансформатора тока 4ТТ

к4ТТ.Н , трансформатора тока 5ТТ к5ТТ.Н рассчитываются по формулам [1]: 16

Определим уставки и чувствительность продольной дифференциальной защиты. Первичный ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформа-

тора тока при внешних КЗ, приведенный к стороне с наибольшим вторичным током в плече защиты, рассчитывается по зависимости [1]:

где ε 0,1 − относительное значение тока намагничивания.

Составляющая первичного тока небаланса, обусловленная регулировани-

ем напряжения трансформатора, вычисляется следующим образом [1]:

Первичный расчетный ток небаланса при внешнем КЗ [1]:

Ток срабатывания защиты выбирается по двум условиям. По первому ус-

ловию ток срабатывания защиты должен превышать расчетный ток небаланса

17

при внешнем КЗ с учетом введения коэффициента отстройки котс.1 1,5 [1]:

По второму условию первичный ток срабатывания защиты, приведенный к стороне с наибольшим вторичным током, необходимо отстроить от броска тока намагничивания посредством введения коэффициента котс.2 1,3 [1]:

наибольший. Расчетный ток срабатывания реле, отнесенный к стороне с наи-

большим номинальным вторичным током, выбирается по формуле [1]:

Для реле РНТ-565 токи срабатывания изменяются в пределах 2,87-12,5 А.

Расчетное число витков в плече защиты с наибольшим вторичным током [1]:

где FСР 100 − магнитодвижущая сила, необходимая для срабатывания реле, А

[2]. Принимаем число витков основной стороны wр1 , равное ближайшему цело-

му числу. Найдем расчетное число витков для другого плеча обмотки реле [1]:

Осуществим выбор параметров МТЗ электрической сети от сверхтоков при внешних КЗ. Защита установлена в цепи низкого напряжения защищаемого силового трансформатора. Ток срабатывания защиты ICР отстраивается от мак-

симального тока нагрузки с учетом коэффициента возврата реле кВ по следую-

щей зависимости [1]:

ный ток, А; кВ 0,85 – коэффициент возврата реле.

Коэффициент чувствительности максимальной токовой защиты при

двухфазном КЗ на стороне низкого напряжения трансформатора [1]:

Результаты расчетов необходимо представить преподавателю.

3. Порядок выполнения

1. Осуществить монтаж схемы, представленной на рис. 3.1. без подклю-

чения нагрузки и нейтрали.

2. Выполнить установку перемычек трансформаторов тока 4ТТ, обеспе-

чив соединение вторичных обмоток по схеме «треугольник».

20