Исследование трехфазных и трехфазно-двухфазных трансформаторов тяговой подстанции переменного тока при работе на несимметричную нагрузку

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

На тему: "Исследование трехфазных и трехфазно-двухфазных трансформаторов тяговой подстанции переменного тока при работе на несимметричную нагрузку"

Цель работы:

Исследовать трехфазные симметричные и трехфазно-двухфазные трансформаторы для питания несимметричной нагрузки тяговой сети.

Задание на проведение лабораторной работы:

Для тяговой подстанции системы электроснабжения 25 кВ выполнить сравнительный расчет несимметрии токов в первичных обмотках и потери мощности в трансформаторе при несимметричной нагрузке в тяговой сети для схем питания тяговой сети трехфазным трансформатором соединенным по схеме Y/Д -- 11 (рис. 2.1), и с трехфазно-двухфазным трансформатором (схема Скотта) - (рис. 2.2). Построить для заданных схем питания зависимости несимметрии токов подстанции от соотношения нагрузок плеч питания.

Рис. 2.1. Схема подключения трансформатора в тяговую сеть, соединенного по схеме Y/Д -- 11

Рис. 2.2. Схема питания тяговой сети с помощью трехфазно-двухфазного трансформатора (схема Скотта).

По таблицам приложения [Руководство по выполнению лабораторных работ] в соответствии с учебным шифром определяем тип трансформатора, его основные параметры и отношение токов нагрузки левого и правого плеч питания:

Тип трансформатора ТДЦП 32000/110

Номинальная мощность трансформатора S_н, 16 МВА

Номинальное напряжению первичной обмотки трансформатора U_н, 115 кВ

Номинальное напряжению вторичной обмотки трансформатора U_н, 27,5 кВ

Потери, ДР_х.х 27,0 кВт

Потери, ДР_{к. з} 141,0 кВт

Ток Х.Х.,I_x.x. 0,5 %

Напряжение к.з., U_к 11,0 %

Отношение токов нагрузки левого и правого плеч питания 0,619

Для заданной мощности трансформатора определим номинальный ток трансформатора Iн. Мощность (в вольт-амперах) трехфазного трансформатора при равномерной нагрузке фаз определяется выражением [3]:

(2.1)

где U -- номинальное междуфазное напряжение, В;

I -- ток в фазе, А.

Из выражения (2.1) по известным из паспортных данных номинальным значениям мощности и напряжений сторон ВН и НН могут быть определены значения номинальных токов (в амперах) обмоток ВН и НН трансформатора

(2.2)

(2.3)

где Iн(вн),Iн(нн)- номинальный ток соответственно обмоток высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН), А;

Sн - номинальная мощность трансформатора, ВА;

Uн(вн) ,Uн(нн) - номинальные напряжения соответственно обмоток высшего (ВН) и низшего напряжения (НН), кВ.

Находим:

По заданному отношению токов левого и правого плеч питания

() определим ток левого плеча питания, принимая, что ток правого плеча питания:

I_п = I_н, (I_л = в · I_п) (2.4)

В нашем случае I_п = I_н; в = 0,619; I_л = 0,619 Ч

Для заданного в по формуле (3.10) [7] определим токи прямой и обратной последовательности (I₁ и I₂):

(2.5)

(2.6)

где -- угол, зависящий от взаимного расположения векторов напряжений к которым непосредственно подключена тяговая нагрузка плеч питания.

Угол между векторами токов и напряжений (ц) для правого и левого плеч питания принять равным 37,0⁰. Для схемы соединения обмоток трансформатора Y/Д -- 11 =120⁰ (см. рис. 2.3.)

Рис. 2.3. Векторная диаграмма напряжений и токов в фазах

несимметрия ток трансформатор сеть

По формуле (2.5) находим:

По формуле (2.6) находим:

Для заданного значения в по формулам (3.14, 3.15, 3.17, 3.18 и 3.19 [7]) определим и сравним потери мощности в трансформаторе при обоих вариантах схем.

1) Для схемы соединения обмоток трансформатора Y/Д -- 11 определим потери мощности отдельно от токов прямой и обратной последовательности, а общие потери найдем как их сумму;

ДР=ДР₁ + ДР₂, (3.14) [7] (2.7)

где ДР₁ и ДР_{2 --} потери мощности от токов прямой и обратной последовательности.

ДР₁= 3I₁²R (2.8)

ДР₂ =3I₂²R. (3.15) [7] (2.9)

где R -- активное сопротивление одной фазы трансформатора.

(3.16) [7] (2.10)

Отметим, что для трансформатора (также как и для ВЛ) сопротивления токам прямой и обратной последовательности равны.

Вычислим R по формуле (2.10):

=0,1 Ом

Находим по (2.8): ДР₁= Вт

Находим по (2.9): ДР₂= кВт

Общие потери найти как их сумму по (2.7):

ДР = 20Ч10³ + 103Ч10³ = 123Ч10³ Вт = 123кВт

Рис. 2.4. Векторная диаграмма трансформатора и векторная диаграмма фидерных зон (схема Скотта).

Для эквивалентной схемы Скотта потери мощности целесообразно определить как сумму потерь в трехфазном трансформаторе и в однофазном трансформаторе по следующей формуле (3.17) [7]:

ДР =ДР_т + ДР_о (2.11)

где ДР_т -- потери мощности в трехфазном трансформаторе

ДР_{о --} потери мощности в однофазном трансформаторе

Потери мощности удобнее определить раздельно: для существующего симметричного трехфазного трансформатора при работе на нагрузку одного плеча

(3.18) [7] (2.12)

где R0,1Ом --по формуле (2.10) для трехфазного трансформатора.

Вычисляем:

ДР_Т = 2Ч²Ч0,1 = 35 000 Вт = 35 кВт

Для однофазного трансформатора при работе на нагрузку другого плеча по формуле (3.19) [7]

(2.13)

где R_О --определяем по формуле (2.10) для мощности однофазного трансформатора.

Технические характеристики однофазного трансформатора:

-- номинальная мощность S_н = 25000 кВА;

-- номинальное напряжение первичной обмотки U_1н =115 кВ;

-- номинальное напряжение вторичной обмотки U_2н = 27,5 кВ;

-- напряжение короткого замыкания u_k = 6,5%

-- потери холостого хода ДР_х.х.= 26 кВт;

-- потери короткого замыкания ДР_к.з.= 87 кВт.

=0,1 Ом

Вычисляем по (2.13):

ДР_О = 672²Ч0,1 = 45 000 Вт = 45 кВт

Находим потери мощности для эквивалентной схемы Скотта по (2.11):

ДР =35 Ч10³ + 45Ч10³ = 80Ч10³ Вт = 80 кВт

Суммарные потери во втором варианте по схеме Скотта меньше , чем по схеме соединения обмоток трансформатора «звезда-треугольник».

Для заданных схем питания тяговой нагрузки по формулам (3.12) и (3.13) [7] определим зависимость коэффициента несимметрии токов б_I в зависимости от в.

Если пренебречь токами холостого хода трансформаторов и считать что фазы нагрузочных токов одинаковые (т.е. ц_л = ц_п), тогда из (3.10) [7] получим;

(3.11) [7] (2.14)

В результате:

-- для схемы Y/Д -- 11

(3.12) [7] (2.15)

-- для схемы Скотта

(3.13) [7] (2.16)

где - отношение модулей токов левого и правого плеч питания.

Подсчитаем зависимость коэффициента несимметрии токов б_I по этим формулам, принимая значение в от 0 до 2 с шагом 0,2. Результаты сведем в таблицу.

Таблица 1. Зависимость коэффициента несимметрии токов б_I = f(в).

Построим график зависимости коэффициента несимметрии токов от соотношения токов левого и правого плеч питания б_I = f(в).

Рис. 2.5 График зависимости коэффициента несимметрии токов от соотношения токов левого и правого плеч питания б_I = f(в).

Выводы

1. Из проделанной работы видно, во сколько раз снижается коэффициент несимметрии токов на стороне 110 кВ в варианте по схеме Скотта по сравнению со схемой симметричного трехфазного трансформатора при соотношении токов плеч питания:

а) при в = 0; - коэффициент несимметрии токов по обоим схемам равны 1,0.

б) при в = 1; - коэффициент несимметрии токов по схеме Скотта равен 0, а по схеме симметричного трехфазного трансформатора б_I = 0,5.

в) при в = 1,2; - коэффициент несимметрии токов по схеме Скотта равен 0,1, а по схеме симметричного трехфазного трансформатора б_I = 0,51; т.е. практически в 5 раз больше.

г) при в = 1,5; - коэффициент несимметрии токов по схеме Скотта равен 0,2, а по схеме симметричного трехфазного трансформатора б_I = 0,53; т.е. практически в 2,65 раз больше.

д) при в = 2,0; - коэффициент несимметрии токов по схеме Скотта равен 0,33, а по схеме симметричного трехфазного трансформатора б_I = 0,58; т.е. практически в 1,76 раз больше.

2. При заданном соотношении токов плеч питания: в_зад = 0,619 - коэффициент несимметрии токов по схеме Скотта равен 0,236; а по схеме симметричного трехфазного трансформатора б_I = 0,536; т.е. практически в 2,27 раза больше.

3. При заданном отношении токов левого и правого плеч питания , потери мощности для эквивалентной схемы Скотта: ДР = 80кВт; потери мощности для схемы Y/Д: ДР=123кВт.

В первом случае потери мощности снижаются в 123/80= 1,54 раза.

Литература

1. Правила устройства систем тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации ЦЭ-462. М.:МПС, 1997 -- 77 с.

2. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Издательство стандартов, 2013.

3. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Учебник для вузов ж.д. транспорта. М.: Транспорт, 1982 -- 528 с.

4. Мамошин Р.Р., Бородулин Б.М., Зельвянский А.Я., Титов А.Ф. Трансформаторы тяговых подстанций с повышенным симметрирующим эффектом. // Вестник ВНИИЖТ. 1989. №1. С 22….24.

5. Бородулин Б.М. Симметрирование токов и напряжений на действующих тяговых подстанциях переменного тока // Вестник ВНИИЖТ. 2003. №2. С. 17…24.

6. Серебряков А.С. Шумейко В.В. MATHCAD и решение задач электротехники. М.: Маршрут, 2005 -- 240с.

7. Трансформаторы для тягового электроснабжения железных дорог: Руководство по выполнению лабораторных работ №1, 2, 3. Л.А. Герман. М: РГОТУПС, 2007 -- 42с.

Размещено на Allbest.ru