Исследование статической устойчивости электропередачи на физической микромодели

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Методические указания к лабораторной работе №1

по электромеханическим переходным процессам

Исследование статической устойчивости электропередачи на физической микромодели

Цель работы - знакомство с лабораторной установкой модели электропередачи, исследование статической устойчивости без регулирования и с регулированием тока возбуждения у генератора, снятие угловых характеристик мощности одной и двух цепей линий электропередачи.

Одним из условий надежной работы электрической системы является ее устойчивость, под которой понимают способность системы восстанавливать исходный (или близкий к исходному) режим после какого-либо возмущения.

Различают три вида устойчивости:

- статическую устойчивость, рассматриваемую при малых возмущающих воздействиях (изменения нагрузки, действия регулирующих устройств и т.д.)

- динамическую устойчивость, рассматриваемую при больших возмущающих воздействиях (отключение элементов электропередач, короткие замыкания и др.)

- результирующую устойчивость, рассматриваемую как способность системы восстанавливать исходный или близко к исходному режим после кратковременного нарушения устойчивости.

В лабораторной работе предлагается ознакомление со статическими характеристиками и определение пределов передаваемых мощностей по условиям статической устойчивости простейшей системы, состоящей из одного генератора, работающего через электропередачу на шины неизменного напряжения (рис.1).

Рис.1. Схема электропередачи

Т-турбина (эл.двигатель с преобразователем частоты вращения),

СГ-синхронный генератор, Т-1 - трансформаторы,

ПП-1, ПП-2 - переключательные пункты,

ОВ-обмотка возбуждения генератора.

При этом необходимо выявить зависимости активных мощностей от угла д, носящих название угловых характеристик.

На основании векторных диаграмм синхронной машины, активную мощность Р, отдаваемую генератором можно выразить через различные Э.Д.С. Если пренебречь активными сопротивлениями электропередачи, то активная мощность неявнополюсного синхронного генератора может быть представлена упрощенными выражениями:

а) при постоянном токе возбуждения ():

(1)

б) при наличии у генератора автоматического регулирования возбуждения пропорционального действия ( ):

 (2)

в) при наличии у генератора автоматического регулирования сильного действия (U_Г=const ):

(3)

г) для явнополюсного генератора при (i_в=const):

(4)

где, Е_q - э.д.с. холостого хода, пропорциональная (если не учитывать насыщения) току возбуждения генератора; E_{Q -} фиктивная расчетная э.д.с., позволяющая искусственно ввести в схему замещения системы явнополюсную синхронную машину; U_Г и U_C - соответственно напряжение генератора и системы;

x_dУ =x_d + x_c, x_dУ =x_q + x_c -

суммарные сопротивления электропередачи соответственно по продольным и поперечным осям ротора генератора; д - угол, характеризующий положение ротора генератора в пространстве.

Разумеется, можно было бы выразить мощность не только через указанные в формулах э.д.с., но через любую э.д.с. Е_x , приложенную за соответствующим сопротивлением.

В выраженных 1,2,3,4 ЭДС Е _q, E_Q, E'_q , U_Г могут быть исходя из режима определены по следующим формулам:

, (5)

(6)

, (7)

, (8)

где U_C - напряжение приемной системы (по вольтметру модели), В;

P - активная мощность (по ваттметру модели), Вт;

Q - реактивная мощность (по варметру модели), вар;

x_dУ, x_qУ, x'_d , x_c - то же, что в формулах (1), (2), (3), (4).

Угловые характеристики мощности Р=f(д), построенные согласно выражению (1) или (4), отвечают постоянному току возбуждения Еq=const или Е_Q =const и представляют собой синусоидальные зависимости (рис.2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Угловые характеристики при регулировании тока возбуждением

При изменении нагрузки генератора при постоянном токе возбуждения в сторону увеличения, напряжение U_Г постепенно будет падать.

Если одновременно с увеличением активной мощности, выдаваемой генератором, увеличивать ток возбуждения так, чтобы напряжение на выводах генератора поддерживалось постоянным (U_Г = const), то предельное значение можно получить значительно большим, чем при постоянстве тока возбуждения.

Если на лабораторном стенде при снятии угловой характеристики, как только напряжение на выводах генератора снизится до заметной глазу величины ДU=U₀ -U_Г, осуществить подъем тока возбуждения, т.е. увеличить Е_q, то точка а, характеризующая режим (см. рис.2), построенный при Е_q = const, сместится с кривой 01 на кривую, отвечающую другой э.д.с. Е_q и т.д. В результате такого регулирования угловая характеристика получается в виде ломаной кривой 0-1-2-3-4.

Ручное регулирование возбуждения, когда лицо, следящее за вольтметром, не чувствует некоторых изменений в показаниях приборов, называется регулированием с зоной нечувствительности. Если регулирование тока возбуждения осуществляется без зоны нечувствительности, при наличии АРВ пропорционального действия, то характеристика 1-2-3-4 была бы непрерывной, показанной на рис.2 пунктиром, и предельное значение мощности может получиться на (30 - 60%) выше.

При использовании на генераторах АРB сильного действия обеспечивающего U_Г = const предельное значение мощности было бы еще больше на 50-80%, чем при постоянстве тока возбуждения.

При учете в схеме электропередачи активных сопротивлений синусоиды угловых характеристик будут смещены как относительно оси абсцисс, так и относительно оси ординат.

Описание лабораторной установки.

Лабораторная установка представляет собой физическую модель простейшей электрической системы, в которой генератор через трансформаторы и двухцепную линию электропередачи работает на шины неизменного напряжения.

Конструктивно модель выполнена собранной конструкции с вертикальной и горизонтальной панелями.

Рис.3. Расположение измерительных приборов и органов управления на панели модели

На вертикальной панели (рис. 3) расположена мнемосхема модели электропередачи с элементами и управления, измерительными приборами и сигнальными лампами. На горизонтальной панели установлены: генератор с первичным двигателем и асинхронный двигатель с механическим торможением моделирующим нагрузку.

В качестве генератора используется синхронный генератор имеющий параметры представленные в табл.1

Таблица1

Возбуждение генератора независимое от режима генератора и позволяет изменять ток возбуждения вручную и с помощью АРВ от 0 до 1,7 А.

В качестве первичного двигателя (турбины) генератора используется асинхронный двигатель с преобразователем частоты.

Все трансформаторы электрической системы на модели моделируются дросселями.

Параметры трансформатора связывающего генератор с линией Т-1 и трансформаторы нагрузки представлены в табл.2.

Таблица2

Линия электропередачи принята 2-х цепной с переключательными пунктами длиной 990 км, U=500 кВ, участки по 330 км.

Участки линии электропередачи моделируются П-образными схемами замещения с параметрами =12,0 Ом, =175 Ом, = 1мкФ.

Для измерения угла д (угол между э.д.с. основного генератора и шинами неизменного напряжения системы) используется стробоскопический эффект и угол отсчитывается по шкале находяшейся на муфте соединяющей генератор и двигатель (турбину).

Основные параметры модели.

За номинальное напряжение электропередачи принято напряжение U_Н=500 кВ (оригинала).

Напряжение модельной системы принято U_{м ном}=220 В.

Отсюда масштаб моделирования по напряжению:

Для линии 500 кВ

, ,

Волновое сопротивление линии:

Натуральная мощность линии 500кВ:

Номинальная мощность моделирования P_МОД=100 Вт, тогда масштаб моделирования по мощности:

Масштаб моделирования по сопротивлению определяется однозначно:

Каждый участок электропередачи оригинала принят 330 км, тогда общая длина электропередачи км.

Индуктивное сопротивление модельной линии:

В модели используется X_МОД =525 Ом.

Для отражения на модели емкостной проводимости линии применяется набор конденсаторов С=0,5 мкФ, 1 мкФ, 2 мкФ и U=200 В соединенных в звезду.

Порядок выполнения лабораторной работы.

1. Ознакомиться с описанием лабораторной установки и методическими указаниями к лабораторной работе. Проверить на вертикальной панели стенда отключенное положение всех выключателей (положение вниз) и положение ручек регулирования скорости двигателя (турбины) и возбуждения генератора.

2. Запустить генератор и включить его на синхронную работу с электрической сетью лаборатории. Для этого выполнить следующие операции:

2.1. Включить автоматический выключатель Q, который подает напряжение на модельную линию, цепи управления и сигнализации;

2.2. Подключить к панели измерений стенда дополнительные измерительные приборы: частотомер, вольтметр, осциллограф (компьютер);

2.3. Включить выключатель Q - (подается напряжение на двигатель (турбину) и Q-подается напряжение на обмотку возбуждения генератора, при этом загорается сигнальная лампа.

2.4. Увеличивая ручкой регулирования турбины скорость, привести генератор во вращательные движения, а ручкой регулирования возбуждения выставить величины f ?50 Гц, U_Г ?120 В. Выключателями Q₅-Q₁₇ подать напряжение на схему подстанции изображенной четырехугольником. Включить реактор выключателями Q₃, Q₄.

2.5. Установить равенство напряжений и частот по концам синхронизируемого выключателя Q₁ и наблюдая за ламповым синхроноскопом (используется метод вращающегося огня) добиться медленного вращения сигнальных ламп синхроноскопа. В момент загорания верхней зеленой лампы включить выключатель.

По приборам определить вхождение генератора в синхронизм. Если синхронизации нет, отключить выключатель Q₁ и повторить включение генератора в сеть.

2.6. Включить тумблер измерения угла д, который отсчитывается по шкале, находящейся на муфте соединяющей генератор и турбину.

2.7. Установить исходный режим холостого хода электропередачи по приборам Р_Г=0 (регулированием скорости и тока возбуждения), и д=0 по шкале с помощью ручки установки нуля.

3. При неизменном токе возбуждения соответствующему исходному режиму, снять угловые характеристики мощности P=f(д) для двухцепной и одноцепной линии электропередачи (на лицевой панели).

Для этого плавно увеличивать мощность выдаваемую генератором в сеть.

После достижения угла д=60° увеличивать нагрузку генератора особо внимательно и медленно, вплоть до нарушения устойчивости. Зафиксировать предельные значения мощности и угла по условию устойчивости. Параметры изменения режима занести в табл.3

При нарушении синхронизма уменьшить скорость вращения турбины и ввести генератор в синхронную работу. Если это не удается, отключить генератор выключателем Q и снова ввести его в синхронизм.

Просмотреть по приборам и компьютеру, подключенному к лабораторному стенду, характер изменений параметров режима при нарушении статической устойчивости генератора и его вхождении в синхронизм.

4. Снять угловые характеристики мощности одноцепной и двухцепной линий электропередачи P=f(д) при регулировании тока возбуждения вручную таким образом, чтобы поддерживалось неизменным напряжение на шинах генератора при изменениях нагрузки генератора. Параметры режимов по показаниям приборов занести в табл.3

5. Снять угловые характеристики мощности одноцепной и двухцепной линий электропередачи P=f(д)при автоматическом регулировании тока возбуждения. Для этого включить тумблер на панели автоматического регулирования тока возбуждения.

Таблица 3

6. Отключить генератор от сети выключателями Q₁ и Q₂ , снять возбуждение генератора и остановить генератор отключением тумблера турбины.

Схему электропередачи привести в исходное состояние.

7. Отключить автоматический выключатель Q.

8. Представить преподавателю черновые записи по результатам выполнения лабораторной работы.

9. Для одноцепной и двухцепной электропередачи рассчитать угловые характеристики при E_q=сonst по формуле (3), принимая генератор неявнополюсным, и при U_Г=const по формуле (2).

Содержание отчета.

1. Схема электропередачи (см.рис.1)

2. Схема замещения электропередачи, расчет параметров схемы замещения и угловых характеристик мощностей для одноцепной и двухцепной линий электропередачи при Е_q=const и U_Г=const.

3. Таблицы экспериментальных данных.

4. Графики экспериментальных и расчетных угловых характеристик P=f(д).

5. Выводы о характере режима работы электропередачи при нарушении устойчивости и влиянии на пределы передаваемой мощности числа линий электропередач, регулирования возбуждения генератора.

электропередача статический ток генератор

Контрольные вопросы

1. Как расчетом определяются пределы мощности неявнополюсного и явнополюсного генераторов?

2. Как влияет регулирование тока возбуждения на предел передаваемой мощности?

3. Какие технические задачи решаются с помощью регулирования возбуждения?

4. В каких случаях регулирование тока возбуждения осуществляется с зоной нечувствительности и без нее?

5. Как на лабораторной установке осуществляется определение пределов передаваемой мощности генераторов?

6. Как на лабораторной установке определяется угол д?

7. Почему основные характеристики мощности электрических систем, содержащих синхронные генераторы, строятся в зависимости от угла, как основного параметра?

8. Как влияют параметры системы на предел передаваемой мощности?

Библиографический список

1. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. М.: Энергия.1979. С.31-40, 161-164.

2. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высш. школа. 1978. С.160-165.

Размещено на Allbest.ru